麥斯特濕噴臺車混凝土泵送單元工作原理和故障分析

董兆南　許俊超

摘要：文章基于在長期運行管理和維修混凝土濕噴臺車而積累的實踐經驗，介紹了麥斯特濕噴臺車工作特點和與其他品牌濕噴臺車相比較的優勢，分析了麥斯特濕噴臺車混凝土泵送單元的工作方式、組成部分、混凝土打料缸及液壓系統的基本工作原理和典型故障，同時也為此類型設備的實際運行管理提供了參考依據。

關鍵詞：濕噴臺車；混凝土泵送單元；混凝土打料缸；液壓系統；典型故障 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU646 文章編號：1009-2374（2016）26-0102-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.26.049

1 概述

混凝土濕噴臺車在地下工程施工支護過程中發揮著極其重要的作用，是大斷面洞室開挖錨噴支護過程中必不可少的施工設備，特別是在地質圍巖差的洞室安全支護過程中更能發揮出濕噴臺車的優勢和特點。然而在眾多濕噴臺車的品牌選擇過程中，麥斯特濕噴臺車相對簡單的結構設計和工作原理在施工生產中設備維護保養方面顯示出一定的優勢。由于在施工生產過程中濕噴臺車的工作環境和作業條件相對較差，洞內施工空氣潮濕、粉塵較多和施工電壓不穩等多種因素導致濕噴臺車在電器、液壓和底盤行走方面故障頻發。由于濕噴臺車的泵送單元是整個設備的重要工作裝置，同時也是整個工作系統的核心部分，其結構相對復雜，涵蓋電器、液壓和結構原件，在施工過程中故障率比較高，多數故障很難分析和判斷，所以本文主要對麥斯特濕噴臺車泵送單元結構及原理進行分析。

2 混凝土泵送單元的組成部分

2.1 動力單元

一個55kW的電動機和三聯泵是整個混凝土泵送液壓系統的動力單元，其中混凝土泵送由一臺電液流量聯合控制的柱塞式變量泵驅動，其液壓回路為閉式回路。工作液壓通過一空氣冷卻的油冷卻器返回到油箱中，最大泵送壓力設置為245bar。由放大器控制的電磁閥作為主油泵的泵送壓力調節控制單元。它控制主油泵的配油盤角度和方向，從而決定泵送壓力油的流量和方向。

2.2 電氣控制系統

（1）可編程控制器（PLC）控制和檢測混凝土泵、驅動單元的一部分也受PLC的監控；（2）位于轉臺控制盤下的顯示器：它作為操作員和機器之間的交互界面，操作員輸入配方并決定運行參數，顯示器給出運行參數和錯誤信息；（3）位于右側門上的功率放大器：它的作用是把可編程控制器（PLC）的微弱信號電流放大成控制主液壓泵斜盤角度和方向比例電磁閥Y492的驅動電流；（4）信息儲存卡、開關元件、過載保護裝置和電磁閥電器元件。

2.3 機械和液壓元件

往復運動的兩支液壓油缸和與其相連的打料缸、S擺管及控制S擺管運動的液壓油缸和控制閥組、混凝土輸送管和噴頭等。

3 混凝土泵送單元的工作原理

當混凝土泵啟動之前，首先要按下混凝土泵的加載開關，電磁閥Y467動作使混凝土供油泵伺服活塞獨立供油，同時電磁閥Y465動作使三聯泵的控制油泵（尾泵）加載到190bar，此時蓄能器壓力從最低約130bar增加到最大壓力190bar。當蓄能器蓄壓時，壓力控制閥會相應地調整液壓泵配流盤。

由控制油泵輸出的190bar的液壓油經40bar減壓閥減壓后輸送到混凝土供油泵作為控制主油泵斜盤角度和方向的控制油路。當混凝土泵開關啟動后電磁閥Y466打開，此時從S形擺管和攪拌器液壓回路來的少量液壓油供給到混凝土泵液壓缸。這避免了打料缸行程的縮短，否則會導致不正確的輸送率。同時由可編程控制器（PLC）輸出微弱的信號電流經信號放大器后變成驅動電磁閥Y492動作的脈沖電路，然后電磁閥Y492按信號比例改變供油口的方向和大小，使40bar壓力油按要求輸送到混凝土泵的伺服活塞，改變主油泵的斜盤的角度和方向，使主油泵液壓油輸送到混凝土液壓油缸，推動打料缸活塞前行使混凝土經過S擺管輸送出去，在混凝土泵一側的液壓油缸推進的同時，另外一側的油缸活塞桿縮回把混凝土吸進打料缸桶內。當混凝土液壓油缸活塞前行到缸筒端蓋附近時，會感應到安裝在液壓缸筒上的接近開關B642，然后B642就會把感應到的微弱信號電流傳到可編程控制器（PLC），然后PLC就會轉換成PLC可識別的信息，然后與儲存卡的信息進行比較分析后，向信號放大器發動微弱的控制信號，轉變成可驅動混凝土泵控制閥Y492的脈沖電流，然后電磁閥動作改變主油泵伺服活塞的角度和方向，從而改變混凝土輸送油缸的供油方向，使兩支混凝土輸送油缸的運動方向改變，當另一只油缸向前移動，活塞感應到接近開關B641時，重復以上控制方式，使輸送油缸的運動方向改變。這樣經過兩支油缸的往復直線運動，反復感應裝在油缸上的接近開關，使兩油缸不間斷地伸出和縮回，打料缸不間斷地從料斗中吸入混凝土和排除混凝土，從而達到泵送混凝土的目的。

在混凝土輸送油缸做往復直線運動的同時，S擺管必須同步運動切換混凝土泵的運動方向，使S擺管始終對準混凝土打料缸的輸出端。通過麥斯特濕噴臺車混凝土泵工作的原理圖可以看出，通過兩個傳感器（液壓缸的前段）的接近開關脈沖可偏轉S形擺管4/2路電磁閥，這時“閃電速度”蓄能器通過該方式排氣（如柱塞氣缸的快速向前沖程發生時會造成S擺管的快速切換），位于混凝土泵液壓缸前段的兩個接近開關的脈沖信號可使S形擺管的4/2電磁閥動作，使蓄能器泄壓，切換S形擺管動作。

通過對混凝土泵送單元液壓系統和電路系統的分析，我們了解到混凝土泵送單元在工作過程中，當切換S形擺管時，輸送管內會出現物料間隙，因此會發生脈沖現象。因為麥斯特混凝土泵裝有電子控制的液壓補償系統，即當兩個打料缸切換時，使泵的配油盤偏轉，增加主泵流量，因此可將在切換過程中的泵送短缺降至最低，該過程是PLC程序控制中的自動調節。由于泵送系統的材料流動的脈沖被降至最低，因此在噴嘴處幾乎感覺不到噴射的間斷性。

在混凝土泵送單元工作過程中由于混凝土制作過程中的配比變化、水分和水泥減少、骨料增多，導致混凝土的流動性下降，在泵送過程中會出現堵管等現象，當壓力達到245bar時，就會接通混凝土泵上壓力開關B632，此時混凝土泵反抽控制程序啟動，混凝土泵開始反抽輸料管內的混凝土，從而減少混凝土熟料管的壓力，反抽進行一個循環之后會自動停止混凝土泵送單元的運行，待混凝土輸送管路清理完堵塞后，重啟混凝土泵。

4 麥斯特濕噴臺車混凝土泵送單元故障分析

在實際生產過程中，由于其復雜的工作環境、超負荷運轉，再加上維修操作管理不夠規范，使得設備故障頻發，維修成本增加和生產進度耽擱。及時分析設備故障原因并排除故障，保證設備的完好率是設備技術人員的本質工作，然而作為技術人員了解設備的基本結構和工作原理只是排除設備故障的基礎，只有對設備的結構和工作原理有充分的認識，再加上平時工作經驗的積累和總結，才能稱職地做好此項工作，保證設備的完好率。

4.1 麥斯特濕噴臺車在混凝土泵送單元所出現的常見

故障

（1）在泵送過程中，電機主油泵在換向過程中出現異響，S擺管壓力下降，控制S擺管擺動的油缸密封的使用壽命嚴重縮短；（2）在泵送過程中，混凝土輸送液壓油缸經常會出現活塞桿完全推出而無法縮回的現象，從而使主油泵不能換向而產生異響的聲音；（3）在施工過程中，經常會出現S擺管和混凝土輸送缸無法換向，使主油泵壓力瞬間驟增而產生異響；（4）在施工過程中，打料缸油缸腔有混凝土，混凝土輸送量下降；（5）打料缸靜止，無動作，但顯示屏“運行”，主油泵沒有出現異響等壓力過高現象；（6）打料缸順序不正確或行程不夠；（7）在施工過程中主泵壓力達不到系統設定的壓力，因伺服閥無法正常動作而產生憋泵現象。

4.2 麥斯特濕噴臺車在混凝土泵送單元所出現的常見故障的分析

（1）在設備運轉過程中，由于混凝土輸送油缸的供油泵不能及時換向導致的壓力升高而產生的異響，除了供給主泵伺服機構的40bar減壓閥的壓力調整不當之外，最常見的原因就是S擺管供油泵磨損內泄無法建立油壓，從而使40bar壓力閥壓力無法調整到最佳位置，在泵送過程中也因為S擺管供油泵的內卸，使S擺管壓力下降，動作緩慢而產生主油泵不能及時換向。作為控制油泵換向的接近開關B641或B642只有損壞才會導致主油泵不換向，如果接近開關接近距離調整不當未導致主泵動作緩慢或者接近開關的損壞。（2）泵送油缸活塞桿推出去無法縮回而不能進行吸料，一般是輸送到有桿腔壓力油100bar損壞或卡死而無法建立油壓，電磁閥Y466損壞而無法打開，輸送缸缸筒有劃痕或者是活塞頭密封老化等原因導致有桿腔無法建立油壓。（3）S擺管和打料缸無法換向通常是控制主油泵換向的接近開關B641或B642損壞所導致。（4）打料缸活塞老化磨損或者是S擺管耐磨板和切割環磨損超限，無法密封所致。（5）檢查主油泵伺服壓力，一般是40bar減壓閥閥芯卡死而導致壓力無法建立，從而使主油泵和S擺管無法換向所致。（6）混凝土輸送油缸活塞桿腔內的油流失所致。（7）主油泵內泄無法建立起油壓所致，這樣還會出現S擺管和主油泵不能換向，主油泵的憋泵壓力很低通常在160bar以下，這樣就需要更換主油泵。設備出現故障是檢驗維修人員排除故障和解決問題的能力，作為維修人員能否盡快排除故障現象跟平時積累的理論知識和實踐經驗密不可分。麥斯特濕噴臺車的電路控制系統和液壓系統在整臺設備的工作過程中是緊密相連的，維修人員如果單純地了解液壓系統或者是電路系統是無法及時排除故障，甚至找不到故障的根源所在，綜合了解設備的工作原理和操作原理是排除設備故障的基礎。

5 結語

由于施工設備在工地上工作條件惡劣、操作和維護人員責任心不強、違章作業、違反操作規程等現象，造成設備頻繁地出現故障。在更換液壓油管、添加液壓油時不按規定進行操作而導致灰塵和雜質進入系統；操作人員的野蠻操作等導致設備損壞的現象在工地經常發生。要保證施工設備安全可靠地運轉，要加強操作人員對設備的日常檢查和維護，發現故障要及時處理和排除，避免出現大的故障或者是事故；定期對設備進行保養和檢修；加強操作和維修人員的綜合素質，做好設備運行和保養記錄，才能使設備的性能得到充分地發揮，保證生產的持續進行。

參考文獻

[1] 李金朋，余志龍，徐儒村.Spraymec混凝土濕噴臺車在隧道施工中的應用[J].工程機械與維修，2014，（7）.

作者簡介：董兆南（1973-），男，安徽淮南人，中國水利水電第十四工程局有限公司工程師，研究方向：水利水電施工設備的管理。

（責任編輯：王 波）