橋梁檢測車液壓系統分析與設計

張 浩

（長安大學陜西 西安710064）

橋梁檢測車是一種裝備有橋梁檢測儀器，為橋梁檢測人員在檢測過程中提供檢測作業平臺，用于流動檢測和維修作業的特種車輛，在橋梁檢測方面有著不可替代的作用。橋梁建設是國家重要的基礎建設之一，橋梁工程是關系社會和經濟協調發展的生命線工程。橋梁建設的快速發展，巨大的資金投入，在經濟社會中的顯赫作用，使得人們對橋梁的安全性、耐久性越來越重視。這就需要對原有橋梁的結構安全進行檢測評估，鑒定它的實際承載能力，液壓系統則是橋梁檢測車的核心部分。為實現檢測過程中橋梁檢測車的穩定安全運行，可靠的保障工作人員工作過程中的人身安全，本文對橋梁檢測車的液壓系統進行了分析設計。

1 橋梁檢測車工作原理

本文以16 m橋梁檢測車液壓系統為研究對象，對檢測車的主要結構和工作原理進行了詳細的分析，本設計主要對檢測車的臂架系統與行走系統進行了設計，并且制定了橋梁檢測車的工作方案，設計了橋梁檢測車的液壓工作系統[1]。見圖1.

圖1 桁架式橋梁檢測車

在放下工作裝置時，要先讓車輛處于靜止狀態，整機處于怠速，橋面平整，橋面不能有強風，拉緊手剎，然后在工作裝置的兩側伸出支撐架，支撐架由支撐和行走馬達組成，以達到避免輪胎變形對工作裝置平衡性的干擾，以達到保持工作狀態時整車的平衡。檢測車工作裝置展開所需的動力來自于液壓系統，遵循預設的指令順序，在液壓驅動元件驅動的作用下，首先桁架工作平臺在底盤上逆時針旋轉90°、然后讓桁架工作平臺翻轉90°，接著展開工作平臺，使桁架抵達指定位置，最后旋轉桁架旋轉至檢測位置，最后伸出工作平臺，檢測車工作裝置可以自動完成所有的展開所需的動作。對橋梁檢測完畢后，進行工作裝的回收，其動作剛好為展開式的逆順序[2]。

2 液壓系統的調研與分析

橋梁檢測車是依靠液壓系統來給所有工作裝置提供動力。液壓系統粗分包括3個主要回路：一是桁架機構的展和收液壓回路；二是支撐架的升和降以及行走液壓馬達回路；三是移動平衡配重的回路。其工作裝置的控制方式為液壓伺服控制，液壓系統的組成元件由液壓泵、液壓馬達、液壓缸以及各類型的閥、管道等配件。桁架的展開主要由液壓缸來完成，所以，一定要保證液壓缸在工作時具有穩定的速度以及安全的鎖緊性，在液壓缸的回路中設有平衡閥以及液壓鎖，為了保證執行液壓缸的位置鎖緊，避免因意外事故造成桁架下落的危險情況，保證工作人員的安全[3]。

液壓系統細分主要有：（1）工作平臺的回轉油路；（2）工作平臺翻轉油路；（3）桁架平臺升降、翻轉與伸縮機構；（4）桁架平臺回轉油路；（5）整機支腿伸收油路；（6）整機低速行走系統液壓回路。

3 工作裝置

本橋梁檢測車的動力傳遞路線：內燃機→取力器→液壓泵→液壓工作裝置，它充分利用了液壓傳動的優點，簡化了傳動機構，并且易于實現無極調速和運動方向的轉換，傳動平穩、方便、安全系數高。車上還配備了備用動力源，但是只在特殊情況下，例如汽車發動機發生故障時，就需要備用動力源來給液壓泵提供動力。

其中桁架平臺的伸縮利用齒輪帶動齒條來實現，并且在工作平臺的軌道上加裝滾輪裝置，或者軸承來輔助其伸縮，平臺移動的主要阻力是人與平臺自身重造成軌道間的摩擦力。考慮到伸縮的平穩性以及傳動的方便性，本所以本設計采用兩個帶有齒輪的小型液壓馬達，分布在軌道兩側來帶動齒條運動，進而帶動平臺伸縮大道合適的位置。

考慮到工作平臺與桁架平臺的翻轉力臂較小，并且翻轉過程中重心位置一直是變量，所需力突變較大，故采用液壓缸來實現，液壓缸的選型則需要對液壓缸受力進行計算，結合其機械結構的長短來進行最終的選型與校核。

對于檢測車的兩個回轉機構：桁架平臺展轉機構與工作平臺展轉機構。工作平臺的回轉機構，要求回轉驅動副既可以承受軸向方向的力，又可以承受傾覆轉矩，這就需要回轉支撐來完成這個功能，對于工作平臺的回轉驅動則采用液壓缸帶動回轉支承。對于桁架平臺的回轉，考慮到桁架平臺回轉支撐中需要人通過，所以需要選擇大通徑的回轉支撐，同時要重量輕，要求其能同時承受傾翻力矩及軸徑向力，利用低速大扭矩馬達來直接驅動回轉機構。這種方式省去了馬達與回轉間的減速裝置，所以回轉部分結構緊湊，符合檢測車設計原理[3]。

本設計中的展轉機構回路如圖2所示，在高、低壓油路之間并聯上溢流閥（起緩沖作用），運行過程中高壓油口與低壓油口通過溢流閥相通，當回轉機構急停或者反轉時，高壓路的液壓油則會經過溢流閥直接進入低壓路，可以減小液壓沖擊[3]。溢流閥的設定壓力稍微大于回路的額定壓力，兩個單向閥起補油作用[4]。這種回路的優點是補背壓低，工作效率高，并且補油量小[3]。

圖2 回轉馬達

液壓支腿在橋梁檢測車工作時,支撐著整個機重重量,要求安全可靠。壓力油經液壓鎖(雙液控單向閥),分別進入四個支腿液壓缸的無桿腔,支腿伸出;當壓力油經油管,液壓鎖分別進入支腿液壓缸的有桿腔,支腿縮回。支腿液壓缸上的液壓鎖是為了保證在臂架工作時支腿在負載作用下不會突然縮回,并且防止發生車輛劇烈顫動。由于構件鋼性原因所以不必設置同步閥，依靠其最終長度即可達到同步的目的，所以其液壓圖見圖3所示。

圖3 支腿鎖緊裝置

若采用橋梁檢測車底盤自帶的機械傳動來實現自行的話，考慮到機械傳動的缺點，低速穩定性不夠好，所以本車采用全液壓驅動并且結合現代的電子控制技術，使之可以再移動中進行檢測，可以極大提高檢測效率，通過對坡度以及六級風空氣阻力對橋梁檢測車影響的分析求得其所需最大牽引力，故本設計選取本設計選取薩奧公司的HMK38型液壓馬達，配合Fairfield公司的11HPE0104030型減速機來實現其低速行駛檢測。

橋梁檢測車工作時，既需要液壓缸，又需要液壓馬達工作，所以選擇開式系統，定量馬達[5]。所以本設計選用力士樂公司的斜軸結構軸向柱塞定量泵A2FO45型，排量45.6 cm3/r.定量泵A2FO適用于開式回路的液壓傳動，選用定量泵價格相對較低，并且可以滿足要求。考慮泵的工況，當檢測車停止運動時候，各閥口是關閉的，所以為了減少動力的浪費，本設計溢流閥選定為電磁溢流閥，即當系統不需要工作時，控制電磁換向閥來使泵卸荷。

4 橋梁檢測車的液壓系統回路設計

依據工作回路液流的運轉方式，液壓系統分為開式系統、閉式系統兩大類。在某些情況下，還采用開、閉混合型式。考慮到本橋梁檢測車的液壓系統中包含液壓缸與液壓馬達，故采用開式系統。開式系統的特點是由液壓泵直接從液壓油箱中吸油，供執行機構使用后又回到油箱，即油液的循環是在油箱與回路中進行的，最終還是回到油箱。開式系統的優點是：系統結構簡單；較大的油箱能給液壓油快速的散熱；方便油中雜質在油箱中沉淀，大大降低了選取濾油器的標準；回路供油泵可以選用單泵或者多泵，泵又分為定量泵和變量泵；系統中各回路之間可以串聯，亦可并聯；可以用節流調速，亦可用容積調速，或兩者兼用。所以，對開式系統構成的設計較為靈活，并且具有大的調速范圍。但開式系統也有一定的缺點是：油箱占用空間大，油與空氣直接接觸，會使液壓油中混入空氣[6]。見圖4.

圖4 橋梁檢測車液壓系統圖

液壓元件的工作都需要由換向閥來控制，液壓系統的設計必須要充分考慮各類換向閥的功能和特點，合理地加以選用，考慮到本回路中多處采用平衡、保壓、鎖緊等回路，同時又考慮到液控單向閥的優良特性，所以本設計多處采用液控單向閥，另一方面為了使液控單向閥能夠滿足本設計的需求，故需加裝具有H型中位機能的三位換向閥，令二者配合使用。

5 總結

本文選取橋梁檢測車為基本的研究對象，對其桁架結構、工作裝置動作順序以及液壓系統進行了分析與研究，同時對液壓元件進行初步的計算與選型，對液壓原理圖進行了基本設計。

[1]王志龍.桁架式橋梁檢測車臂架系統結構分析及優化設計[D].成都：西南交通大學，2014.

[2]和麗梅.桁架式橋梁檢測車結構分析與優化設計[D].西安：長安大學，2008.

[3]王 凡.智能橋梁檢測車臂架系統的研究[D].廣州：廣東工業大學，2008．

[4]成紅梅.液壓系統中換向閥的選擇與應用[J].機床與液壓，2006（9）：250-252.

[5]李 軍，李淑慧.智能化橋梁檢測車關鍵技術研究[J].公路交通科技，2011（5）：197-201.

[6]龔棟梁.橋梁檢測車的研究與開發[D].武漢：武漢理工大學，2009．