高能级强夯机液压系统分析与设计

摘要：在建筑工程中由于需要对松土压实处理，往往使用强夯机处理。本文分析了高能级强夯机对液压系统的要求，对强夯机液压系统原理进行了分析，并进行了主要元件的计算选型，并根据强夯机液压系统技术指标进行了整体方案设计，以满足强夯机所要达到的技术要求。

关键词：高能级、强夯机、液压系统、设计

前言

强夯法是一种经济高效的地基处理方法，强夯技术对机械设备具有独特的要求。强夯机就是用于地基夯实的一种机械设备，它广泛应用在交通建设、开山填淤、填海工程以及机场、港口、仓库、大型储油罐等地基处理的工程建设中，是一种不可缺少的地基夯实机械设备。

一、强夯纲工作原理简介

强夯机是用起重设备反复将夯锤起吊到一定高度后，利用自动脱钩释放夯锤或带锤自由落下，给地基冲击能量使基础密实的一种工程机械，其结构由履带行走机构、车架、转台及臂架系统组成，行走、回转、变幅机构采用液压传动而卷扬机构采用机械传动。

其工作原理是利用夯锤对地基强大的冲击能量使土中出现冲击波和冲击应力，使土体孔隙压缩，土体局部液化，在夯击点周围产生裂隙，形成良好的排水通道。孔隙水和气体逸出，使土粒重新排列，经时效压密达到固结，从而提高地基的强度，降低压缩性，改善其抵抗振（震）动液化能力，消除湿陷性。

二、强夯机液压系统原理分析及主要元件计算选型

履带式高能级强夯机由行走、回转、变幅、卷扬等四大工作机构组成，起重墙面三个机构由液压驱动，卷扬机构由机械传动。

2.1 行走液压回路及行走马达的计算选型

该型强夯机要求左、右履带独立驱动并实现正反转，因此使用单独的回路驱动左右马达。压力油接通液控三位三通换向阀，通过单向阀进入马达后再通过三位三通阀流回油箱，并使用了缓冲回路。由于履带式强夯机行走时马达转动惯量很大，在启动、制动时会引起很大的液压冲击。液压冲击会使整个液压系统和元件产生振动和噪音，甚至破坏。履带式强夯机行走机构的缓冲回路就是利用缓冲阀使液压马达高压腔的油液超过一定压力时获得出路，如图1所示。

图1 行走液压回路 图2 变幅液压回路

行走马达正反转用以实现履带的正反行走，采用A2EF160/61WVZL181内藏式定量马达。该马达的安装法兰设计在壳体中间，这种结构允许马达几乎完全装进机械齿轮箱，从而提供一个十分紧凑的部件。该型马达排量为160mL，公称压力可达40MPa，排量计算：

qm=（Tm2π）/（pmem ）

式中，Tm为单边行走马达所要克服的最大阻力矩；pm为工作压力；em为行走马达机械效率。代入相关参数进行计算，马达最大排量为160.53mL/r。

2.2 回转液压回路及回转马达的计算选型

回转回路使吊臂回转，实现夯锤水平移动。该回路使用双向变量马达作为执行元件，为了减少液压冲击也使用了缓冲装置。

回转马达用来实现回转平台的回转运动，采用A6V107HD22FZ2053斜轴式变量马达。该马达具有用静液传动时有较大的调节范围、省去多速比齿轮驱动、高功率密度、优秀的启动性能等多种优点。该型马达排量为30.8～107mL/r，公称压力可达35MPa，排量计算：

qk=（2πTk）/（pkηk）

式中，Tk为回转马达扭矩；pk为系统压力；ηk为回转减速机效率。

代入相关参数进行计算，马达最大排量为93mL/r。

2.3 变幅液压回路及变幅马达的计算选型

变幅回路则是实现改变幅度的液压工作回路，用来扩大强夯机的工作范围，提高强夯机的生产率。与行走液压回路相似，变幅液压回路压力油通过单向阀进人马达后再通过三位三通阀流回油箱，同样使用了缓冲装置，如图2所示。

变幅马达用以变换转盘中心和吊钩之间的距离和大臂的角度。采用与行走马达类似的A2FE80/61WVZL181内藏式定量马达，该型马达排量为80mL，马达排量计算：

qmb=（2πTmb）/（ηbpmb）

式中，Tmb为变幅马达扭矩；pmb为系统压力；ηb为变幅减速机效率。

代入相关参数进行计算，马达最大排量为80mL/r。

2.4 液压泵的计算选型

由于整个液压系统中各个工况独立进行，经计算行走时液压系统所需的流量最大，因此以行走时马达所需流量确定泵的流量。采用L8VO140LA1H2/63R1-NZGO5F174高压柱塞泵，该型液压泵的变量控制是集恒功率控制、正流量控制、压力截断控制和变功率控制于一体的复合控制方式，还可根据用户要求改变或增加其它控制机能，以适应主机的使用要求。该类产品广泛应用于80～300t履带式起重机上，泵的流量、排量分别计算：

Qp=K×Qm和qp=Qp/n

式中，K为泵的泄漏折算系数；Qm为马达流量；Qp为泵流量；n为发动机转速。

代入相关参数进行计算，马达的流量为249.2L/min，排量为131.2mL/r。

2.5 多路阀的计算选型

由于该液压系统中执行元件存在复合动作，而且在运动过程中各执行元件的负载压力是变化的，因此选择使用M7-22多路阀，该阀是LUDV负载敏感阀，具有较好的响应特性，较高的重复精度，最大的优点是如果发生供油不足，不会有任何执行器停止工作，系统的最高控制压力为35bar，流量约20L/min。

三、结论

实现履带式高能级强夯机的主要技术指标，是和液压系统密不可分的，而液压元件的质量可以在很大程度上决定液压系统的品质。着我国基础建设事业的推进，高能级强夯设备的需求量会越来越大，如果关键元件能够实现国产化，不仅对强夯施工设备的发展，而且对整个工程机械行业的良性发展都具有重大的意义。