桥梁检测车液压系统分析与设计

2017-03-08张浩

装备制造技术 2017年12期

张浩

（长安大学陕西西安710064）

桥梁检测车是一种装备有桥梁检测仪器，为桥梁检测人员在检测过程中提供检测作业平台，用于流动检测和维修作业的特种车辆，在桥梁检测方面有着不可替代的作用。桥梁建设是国家重要的基础建设之一，桥梁工程是关系社会和经济协调发展的生命线工程。桥梁建设的快速发展，巨大的资金投入，在经济社会中的显赫作用，使得人们对桥梁的安全性、耐久性越来越重视。这就需要对原有桥梁的结构安全进行检测评估，鉴定它的实际承载能力，液压系统则是桥梁检测车的核心部分。为实现检测过程中桥梁检测车的稳定安全运行，可靠的保障工作人员工作过程中的人身安全，本文对桥梁检测车的液压系统进行了分析设计。

1 桥梁检测车工作原理

本文以16 m桥梁检测车液压系统为研究对象，对检测车的主要结构和工作原理进行了详细的分析，本设计主要对检测车的臂架系统与行走系统进行了设计，并且制定了桥梁检测车的工作方案，设计了桥梁检测车的液压工作系统[1]。见图1.

图1 桁架式桥梁检测车

在放下工作装置时，要先让车辆处于静止状态，整机处于怠速，桥面平整，桥面不能有强风，拉紧手刹，然后在工作装置的两侧伸出支撑架，支撑架由支撑和行走马达组成，以达到避免轮胎变形对工作装置平衡性的干扰，以达到保持工作状态时整车的平衡。检测车工作装置展开所需的动力来自于液压系统，遵循预设的指令顺序，在液压驱动元件驱动的作用下，首先桁架工作平台在底盘上逆时针旋转90°、然后让桁架工作平台翻转90°，接着展开工作平台，使桁架抵达指定位置，最后旋转桁架旋转至检测位置，最后伸出工作平台，检测车工作装置可以自动完成所有的展开所需的动作。对桥梁检测完毕后，进行工作装的回收，其动作刚好为展开式的逆顺序[2]。

2 液压系统的调研与分析

桥梁检测车是依靠液压系统来给所有工作装置提供动力。液压系统粗分包括3个主要回路：一是桁架机构的展和收液压回路；二是支撑架的升和降以及行走液压马达回路；三是移动平衡配重的回路。其工作装置的控制方式为液压伺服控制，液压系统的组成元件由液压泵、液压马达、液压缸以及各类型的阀、管道等配件。桁架的展开主要由液压缸来完成，所以，一定要保证液压缸在工作时具有稳定的速度以及安全的锁紧性，在液压缸的回路中设有平衡阀以及液压锁，为了保证执行液压缸的位置锁紧，避免因意外事故造成桁架下落的危险情况，保证工作人员的安全[3]。

液压系统细分主要有：（1）工作平台的回转油路；（2）工作平台翻转油路；（3）桁架平台升降、翻转与伸缩机构；（4）桁架平台回转油路；（5）整机支腿伸收油路；（6）整机低速行走系统液压回路。

3 工作装置

本桥梁检测车的动力传递路线：内燃机→取力器→液压泵→液压工作装置，它充分利用了液压传动的优点，简化了传动机构，并且易于实现无极调速和运动方向的转换，传动平稳、方便、安全系数高。车上还配备了备用动力源，但是只在特殊情况下，例如汽车发动机发生故障时，就需要备用动力源来给液压泵提供动力。

其中桁架平台的伸缩利用齿轮带动齿条来实现，并且在工作平台的轨道上加装滚轮装置，或者轴承来辅助其伸缩，平台移动的主要阻力是人与平台自身重造成轨道间的摩擦力。考虑到伸缩的平稳性以及传动的方便性，本所以本设计采用两个带有齿轮的小型液压马达，分布在轨道两侧来带动齿条运动，进而带动平台伸缩大道合适的位置。

考虑到工作平台与桁架平台的翻转力臂较小，并且翻转过程中重心位置一直是变量，所需力突变较大，故采用液压缸来实现，液压缸的选型则需要对液压缸受力进行计算，结合其机械结构的长短来进行最终的选型与校核。

对于检测车的两个回转机构：桁架平台展转机构与工作平台展转机构。工作平台的回转机构，要求回转驱动副既可以承受轴向方向的力，又可以承受倾覆转矩，这就需要回转支撑来完成这个功能，对于工作平台的回转驱动则采用液压缸带动回转支承。对于桁架平台的回转，考虑到桁架平台回转支撑中需要人通过，所以需要选择大通径的回转支撑，同时要重量轻，要求其能同时承受倾翻力矩及轴径向力，利用低速大扭矩马达来直接驱动回转机构。这种方式省去了马达与回转间的减速装置，所以回转部分结构紧凑，符合检测车设计原理[3]。

本设计中的展转机构回路如图2所示，在高、低压油路之间并联上溢流阀（起缓冲作用），运行过程中高压油口与低压油口通过溢流阀相通，当回转机构急停或者反转时，高压路的液压油则会经过溢流阀直接进入低压路，可以减小液压冲击[3]。溢流阀的设定压力稍微大于回路的额定压力，两个单向阀起补油作用[4]。这种回路的优点是补背压低，工作效率高，并且补油量小[3]。

图2 回转马达

液压支腿在桥梁检测车工作时,支撑着整个机重重量,要求安全可靠。压力油经液压锁(双液控单向阀),分别进入四个支腿液压缸的无杆腔,支腿伸出;当压力油经油管,液压锁分别进入支腿液压缸的有杆腔,支腿缩回。支腿液压缸上的液压锁是为了保证在臂架工作时支腿在负载作用下不会突然缩回,并且防止发生车辆剧烈颤动。由于构件钢性原因所以不必设置同步阀，依靠其最终长度即可达到同步的目的，所以其液压图见图3所示。

图3 支腿锁紧装置

若采用桥梁检测车底盘自带的机械传动来实现自行的话，考虑到机械传动的缺点，低速稳定性不够好，所以本车采用全液压驱动并且结合现代的电子控制技术，使之可以再移动中进行检测，可以极大提高检测效率，通过对坡度以及六级风空气阻力对桥梁检测车影响的分析求得其所需最大牵引力，故本设计选取本设计选取萨奥公司的HMK38型液压马达，配合Fairfield公司的11HPE0104030型减速机来实现其低速行驶检测。

桥梁检测车工作时，既需要液压缸，又需要液压马达工作，所以选择开式系统，定量马达[5]。所以本设计选用力士乐公司的斜轴结构轴向柱塞定量泵A2FO45型，排量45.6 cm3/r.定量泵A2FO适用于开式回路的液压传动，选用定量泵价格相对较低，并且可以满足要求。考虑泵的工况，当检测车停止运动时候，各阀口是关闭的，所以为了减少动力的浪费，本设计溢流阀选定为电磁溢流阀，即当系统不需要工作时，控制电磁换向阀来使泵卸荷。

4 桥梁检测车的液压系统回路设计

依据工作回路液流的运转方式，液压系统分为开式系统、闭式系统两大类。在某些情况下，还采用开、闭混合型式。考虑到本桥梁检测车的液压系统中包含液压缸与液压马达，故采用开式系统。开式系统的特点是由液压泵直接从液压油箱中吸油，供执行机构使用后又回到油箱，即油液的循环是在油箱与回路中进行的，最终还是回到油箱。开式系统的优点是：系统结构简单；较大的油箱能给液压油快速的散热；方便油中杂质在油箱中沉淀，大大降低了选取滤油器的标准；回路供油泵可以选用单泵或者多泵，泵又分为定量泵和变量泵；系统中各回路之间可以串联，亦可并联；可以用节流调速，亦可用容积调速，或两者兼用。所以，对开式系统构成的设计较为灵活，并且具有大的调速范围。但开式系统也有一定的缺点是：油箱占用空间大，油与空气直接接触，会使液压油中混入空气[6]。见图4.

图4 桥梁检测车液压系统图

液压元件的工作都需要由换向阀来控制，液压系统的设计必须要充分考虑各类换向阀的功能和特点，合理地加以选用，考虑到本回路中多处采用平衡、保压、锁紧等回路，同时又考虑到液控单向阀的优良特性，所以本设计多处采用液控单向阀，另一方面为了使液控单向阀能够满足本设计的需求，故需加装具有H型中位机能的三位换向阀，令二者配合使用。