混凝土泵車動(dòng)力系統(tǒng)及其高油耗特點(diǎn)的改善措施分析

李權(quán) 顏家海 張喜鵬

摘 要:混凝土泵車主要應(yīng)用于現(xiàn)代化的建筑施工中,是一種運(yùn)輸混凝土的設(shè)備,它對(duì)混凝土可以在垂直或是水平方向上進(jìn)行持續(xù)運(yùn)送,在整個(gè)建筑工程中發(fā)揮了重要作用。有力的保證了施工的質(zhì)量和安全。可是混凝土泵車大量投入使用的同時(shí),出現(xiàn)了資源浪費(fèi)、施工成本較高等問(wèn)題,需要我們進(jìn)一步的對(duì)其進(jìn)行研究和分析。本文以混凝土泵車動(dòng)力系統(tǒng)為例,分析了混凝土泵車的主要結(jié)構(gòu),混凝土泵車動(dòng)力系統(tǒng)各個(gè)結(jié)構(gòu)特點(diǎn),混凝土泵車高油耗的改善措施。

關(guān)鍵詞:混凝土泵車動(dòng)力系統(tǒng)高耗油

中圖分類號(hào):TU646 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2012)05(a)-0095-01

1 混凝土泵車的主要結(jié)構(gòu)

目前,在建筑行業(yè)中運(yùn)送混凝土的一般標(biāo)準(zhǔn)就是利用布料桿系統(tǒng)折疊式的混凝土泵車實(shí)行操作。混凝土泵車主要結(jié)構(gòu)包括汽車底盤、分動(dòng)裝置、液壓系統(tǒng)、泵車支撐及底座、料斗與泵送等。汽車底盤的功能是為泵車提供動(dòng)力,核心部件是液壓馬達(dá)與分動(dòng)裝置,它需安置在底架上。系統(tǒng)的整體穩(wěn)定則依靠底座和支撐。一般情況下,操作泵車的人員需要使用一個(gè)無(wú)線遙控對(duì)整個(gè)機(jī)器進(jìn)行控制,這不僅適用于全臂布料桿實(shí)施的運(yùn)動(dòng)同時(shí)還能控制混凝土澆筑體積。混凝土泵車集中了液壓傳動(dòng)、機(jī)械學(xué)等一系列的高科技產(chǎn)品,牽涉了多個(gè)學(xué)科知識(shí)。

2 混凝土泵車動(dòng)力系統(tǒng)各結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2.1 混凝土泵車動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)特性

混凝土泵車動(dòng)力裝置應(yīng)用的是柴油機(jī),因此混凝土泵車應(yīng)用時(shí)的耗能情況主要是由柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)動(dòng)力性所決定的。在設(shè)計(jì)混凝土動(dòng)力系統(tǒng)時(shí),一般對(duì)柴油機(jī)的靜態(tài)特點(diǎn)進(jìn)行關(guān)注,混凝土泵車機(jī)使用的柴油機(jī)和底盤是由專門的廠家一起提供的。

(1)速度性

柴油機(jī)的速度性是指隨著轉(zhuǎn)速產(chǎn)生變化的特性指標(biāo)。在泵油噴油量調(diào)節(jié)桿位置確定的情況下,柴油機(jī)關(guān)聯(lián)的功率、消耗燃料量等系統(tǒng)參數(shù)應(yīng)隨著轉(zhuǎn)速的改變而發(fā)生變化。通常將固定在循環(huán)供油量的標(biāo)定功率,所在的位置測(cè)出的速度特點(diǎn)稱之為標(biāo)定功率的速度特點(diǎn),一般也稱作外特點(diǎn)。

(2)負(fù)荷性

柴油機(jī)的負(fù)荷性具體是指轉(zhuǎn)速保持一定不變時(shí),依靠每次循環(huán)產(chǎn)生的供油量,柴油機(jī)在每小時(shí)內(nèi)的消耗燃油量、消耗燃油率伴隨著負(fù)荷變化會(huì)出現(xiàn)曲線關(guān)系。也被稱之為曲線特性。

(3)萬(wàn)有性

有關(guān)柴油機(jī)的速度性和負(fù)荷性形成的各類曲線只能表示出2個(gè)參數(shù)之間的聯(lián)系,對(duì)柴油機(jī)不能全面進(jìn)行描述,可是萬(wàn)有性則可以表示出3個(gè)或是3個(gè)以上的參數(shù)彼此間的聯(lián)系。萬(wàn)有性分析圖能夠表明柴油機(jī)在各類轉(zhuǎn)度與負(fù)荷情況下的耗損率,如果曲線油耗的內(nèi)部朝外延伸,表明油耗更大,經(jīng)濟(jì)性能越差。

(4)調(diào)速性

柴油機(jī)具備的調(diào)速性具體是指裝有調(diào)速器后的柴油車表現(xiàn)出的速度性。因?yàn)椴裼蜋C(jī)的曲線轉(zhuǎn)柜相對(duì)比較平直,遭遇來(lái)自外界產(chǎn)生的阻力時(shí),形成較大范圍的轉(zhuǎn)速波動(dòng),適應(yīng)性能迅速降低。當(dāng)負(fù)荷驟然撤離時(shí),轉(zhuǎn)速又會(huì)迅速提升,假如不能對(duì)供油量及時(shí)減少很可能會(huì)出現(xiàn)飛車,令柴油機(jī)遭到損害,因此在柴油機(jī)上一般安裝調(diào)速器,即使柴油機(jī)處于負(fù)載的情況下也能穩(wěn)定的進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.2 主油泵的特性

混凝土泵車目前都使用變量恒功率柱塞泵。變量柱塞泵主要是指柱塞在缸體中進(jìn)行反復(fù)運(yùn)動(dòng),致使密封容積產(chǎn)生變化來(lái)完成壓油與吸油液壓泵。按照柱塞泵不同的排列方向,可以具體分為軸向的柱塞泵與徑向的柱塞泵。本文介紹的是軸向變量柱塞泵。柱塞泵相較于葉片泵和齒輪泵,具有很多優(yōu)點(diǎn)。密閉容積的構(gòu)成零部件是圓柱形狀的缸孔和柱塞,能夠方便的進(jìn)行加工,可以獲得極高的配合精準(zhǔn)度,具有良好的密閉性,在高壓狀態(tài)下依然能夠具有很高的容積效率。

2.3 混凝土泵車的負(fù)載性

混凝土泵車上設(shè)置的液壓泵依據(jù)動(dòng)作控制對(duì)象可以分為:主油泵、臂架泵、攪拌泵、擺動(dòng)泵、支架泵。可是在泵送正常工作情況下對(duì)這些對(duì)象不會(huì)產(chǎn)生較大變化的工作負(fù)荷,在進(jìn)行負(fù)荷分析時(shí)可不用考慮。此時(shí),決定泵車工作時(shí)的負(fù)載因素主要是泵送時(shí)產(chǎn)生的高度、泵送的距離以及系統(tǒng)承受壓力等。

2.4 混凝土泵車功率匹配的特性

混凝土泵車目前使用的發(fā)動(dòng)機(jī)是配有全程調(diào)速器的,此類發(fā)動(dòng)機(jī)具備的特點(diǎn)是:在允許負(fù)載的最大范圍內(nèi),不管負(fù)載發(fā)生怎樣變化,均可保持一定的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。混凝土泵車進(jìn)行作業(yè)時(shí),主油泵的排量就會(huì)從大逐漸變小,也就是說(shuō)負(fù)載所需要的功率變小時(shí),燃油可利用率會(huì)迅速降低,這時(shí)有效功率的利用效率勢(shì)必會(huì)極低。混凝土泵車動(dòng)力系統(tǒng)匹配的目標(biāo),就是能夠盡量防止以上現(xiàn)象的產(chǎn)生,提升燃油的使用效率,按照外負(fù)載產(chǎn)生的變化可令發(fā)動(dòng)機(jī)盡量在最佳地點(diǎn)周圍進(jìn)行作業(yè),并且最優(yōu)化液壓泵、發(fā)動(dòng)機(jī)與負(fù)載之間要求的功率匹配標(biāo)準(zhǔn)。

3 混凝土泵車高油耗的改善措施

首先分析功率匹配方式,先將泵與負(fù)載實(shí)現(xiàn)匹配,之后完成發(fā)動(dòng)機(jī)與泵的匹配,這個(gè)匹配的方向同傳遞功率的方向正好相反,也被稱作功率向后匹配。

3.1 控制柴油機(jī)與泵的功率匹配

液壓泵與控制發(fā)動(dòng)機(jī)功率匹配也可認(rèn)為是泵所需要的輸出功率,控制輸出發(fā)動(dòng)機(jī)并與之相吻合的功率。輸出發(fā)動(dòng)機(jī)功率最終確定:從萬(wàn)有性上分析得出,在各個(gè)有效功率作用下柴油機(jī)都具有一個(gè)與經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的功率輸出時(shí)的耗油最低點(diǎn)。可是在實(shí)際操作中很難準(zhǔn)確控制這個(gè)耗油最低點(diǎn),經(jīng)過(guò)一些列的打泵實(shí)車試驗(yàn)得出,在打泵轉(zhuǎn)速設(shè)置的范圍內(nèi),柴油機(jī)的功率能夠充分滿足負(fù)載要求狀況下,柴油機(jī)相同的功率會(huì)被液壓泵完全吸收,柴油機(jī)的耗油率較低時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)較低,液壓泵應(yīng)處于最大排量。除此之外,功率原本匹配時(shí)液壓泵的實(shí)際排量與打泵發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)速,在一定的范圍內(nèi)是可以任意進(jìn)行匹配的,在打泵進(jìn)行時(shí)就非常容易出現(xiàn)與高轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的小排量液壓泵的開(kāi)口度,發(fā)生大馬拉小車的情況,使得無(wú)用功率出現(xiàn)耗損。為了防止這個(gè)現(xiàn)象的發(fā)生,在編程過(guò)程中應(yīng)對(duì)液壓泵的排量與發(fā)動(dòng)機(jī)打泵時(shí)的轉(zhuǎn)速做區(qū)間的匹配,隨液壓泵的排量進(jìn)行調(diào)節(jié),應(yīng)相應(yīng)的調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,這種方法稱為設(shè)定區(qū)間匹配。也就是操作泵車人員將液壓泵設(shè)定較低的排量時(shí),他想要產(chǎn)生的打泵速度一定比設(shè)定排量的最高值時(shí)低,與之對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在輸出功率符合條件的狀況下應(yīng)當(dāng)盡可能的低,這樣就可以有效的減少耗油量。

3.2 控制發(fā)動(dòng)機(jī)的感應(yīng)轉(zhuǎn)速

控制發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速主要是追蹤給定控制器的速度,利用反饋的測(cè)速、誤差的比較、輸出的控制來(lái)充分實(shí)現(xiàn),只是在控制誤差信號(hào)的算法上,PID的傳統(tǒng)算法是固定比例、微分、積分這三個(gè)參數(shù),這個(gè)方法在具有較大滯后和時(shí)變性的液壓泵與發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用效果很不理想。這時(shí)程序編程時(shí)采納了專家提供的PID系統(tǒng)控制算法,根據(jù)專家提供的算法對(duì)FID的比例進(jìn)行調(diào)整,使得控制系統(tǒng)提升響應(yīng)的速度,有效改善控制的精準(zhǔn)度。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)分析混凝土泵車動(dòng)力系統(tǒng)的特性,針對(duì)混凝土泵車高耗油的缺點(diǎn)提出了一些建議措施。使得混凝土泵車在相同情況下輸送相同質(zhì)量混凝土能夠提高節(jié)油率,具有重要的實(shí)用價(jià)值。

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