铣刨机液压及控制系统设计.docx

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铣刨机液压及控制系统设计

铣刨机液压及控制系统设计

随着高等级公路建设突飞猛进，大规模的机械化养护时代已经到来。

作为路面养护和再生设备的主要机种之一的路面铣刨机正越来越引起道路养护专家和施工单位的关注。

本设计说明书包括了小型铣刨机介绍，总体方案比较，液压系统，液压元件的选型和控制系统做了简单介绍。

1.1小型铣刨机简介

小型铣刨机是一款轻型地面施工机械，它是为弥补大型路面铣刨机之不足而产生的；大家都知道：

大型路面铣刨机对于市政养护、路面维修是非常有效的，也是很理想的施工工具，但对于小范围的或小区域的现场施工就无能为力了，特别是桥面施工，地下车库，停车场等场地的铣刨施工，就显得力不从心；而小型铣刨机的特点就是：

机动、灵活，能适应各种小范围的施工作业；它可以实用到旧路面刨除，路面标线清理，受损地面修复，地面清理，桥面拉毛，错台调平，梁面标高，公共广场，停车场，地下车库，废弃的道路，大型工厂，工业住宅，物流仓储等场地的铣刨施工。

1.2小型铣刨机的用途和分类　　

1、桥面表面防水处理凿毛，高速铁路箱梁与轨道底座板的平整度和防水处理。

2、沥青路面涌包，车辙，网裂，坑槽部位的铣刨清除。

清除桥面和路面的冰雪。

3、沥青砼新铺前对原有旧路面轻度拉毛，或配合大型铣刨机完成边角区域和钢筋密布区域的铣刨拉毛。

4、去除地面涂层、油漆、各种交通标线；地面受损、积污需要翻新时，去除旧地坪表面等。

5、清除机场道路标线，飞机跑道轮胎制动痕迹等，重新获得摩擦系数很高的粗糙表面。

6、对水泥沥青路面、高速公路桥面、桥梁错台，环氧树脂耐磨地面的超标高部位进行铣削调平　　

7、道路微表处施工，对原有旧路面面层进行铣刨清除，为稀浆封层作准备.。

1.3小型铣刨机的种类：

1、按宽度区分：

有200mm，250mm，300mm，350mm产品系列　　

2、按发动机或者电机功率分类：

有5.5马力，9马力，13马力，24马力，25马力，38马力等等　　

3、按铣刨深度分类：

A，最浅的2-3mm，此类铣刨机配置为最低，宽度多为200mm，发动机功率5.5马力，刀片数量70片左右，机器自重75公斤左右。

B，较深的3-5mm，此类铣刨机配置较高，宽度多为250-300mm，发动机功率9-13马力，刀片数量100片左右，机器自重150公斤左右。

C，最深的10-20mm，此类铣刨机配置最高，宽度为250-300mm，发动机功率22-38马力，刀片数量80片左右，机器自重600公斤左右。

基本上，小型铣刨机的主要技术指标有如下几个：

1、发动机功率。

功率越大，铣刨效果越好。

2、刀轴数量和刀片数量。

数量越多铣刨深度和效率越高。

3、机器自重。

越重越好，可以避免机器跳动。

4、刀片齿数越多铣刨效果越好，臂如8齿刀片优于6齿刀片。

1.4小型铣刨机在高铁箱梁梁面处理上的应用：

目前高铁箱梁梁面处理的工艺还没有统一的规范和标准。

目前有部分高速铁路项目部的工艺是这样的：

1、预制梁和现浇梁的超高部分可以先用直尺找出大致区域，用粉笔或油漆标明误差数值。

2、用小型铣刨机在划定范围内进行粗研磨，电动的汽油的铣刨机都可以，要看现场电源条件。

　　小型铣刨机一次能铣刨（研磨）梁面3-5mm左右，反复铣刨也能研磨1-2公分下去的。

　　当然，对于标高误差太大的梁面，可以购买大一点的，一次铣刨深度在10mm左右的铣刨机。

3、铣刨机粗磨以后进行标高测量，若深度不够就继续铣刨。

4、标高测量合格后最后用研磨机进行精磨和收光。

1.5铣刨机设计的指导思想

高铁随着路面龄期的增加，由于行车载荷与自然环境因素，路面会陆续出现一些病害，严重影响行车速度与安全。

由于路面铣刨机工作效率高、施工工艺简单、铣削深度易于控制、操作方便灵活、机动性能好、铣削的旧料能直接回收利用等。

显然，处理病害快速有效的方法是使用路面铣刨机铣刨路面，使路面保持平整。

用铣刨机械铣刨损坏的旧铺层，再铺设新面层是一种最经济的现代化养护方法。

结合国内外路面铣刨机的发展概况，设计思想有以下几点：

1.向大型化方向发展；

2.实用性与先进性兼顾；

3.充分利用发动机的功率；

4.简化操作，实现自动化控制，设备可靠；

5.简化设备保养，合理润滑，充分防腐；

1.6铣刨机设计的设计原则

根据以上的设计指导思想，可以确定以下的设计原则

1.简化设计结构，选用标准件和成熟机构，尽可能结合现有设备，降低制造成本，并保证性能和质量；

2.配套件必须可靠，确保作业要求；

3.操作简单，维修方便；

第二章铣刨机的总体设计

铣刨机的总体设计，就是根据其主要用途、作业条件、使用场合及生产情况等，合理的选择和确定机型、各总成的结构型式、性能参数及整机尺寸等，并进行合理的布置。

这些组成和部件相互依赖又相互制约，因此，路面铣刨机的性能不仅取决与每个部件的好坏，而更重要的是取决于各总成性能的相互协调。

各总成性能的相互协调如何，又取决于各总体参数及各总成部件的匹配情况及其布局的合理性。

如果整体设计过程中缺乏全局观念，而对总体参数及各总成部件性能的协调匹配考虑不周，或注意不够，即便设计的各单个总成部件结构是先进的，性能是良好的，但组合装配在一起不一定就能获得整机的良好性能。

这是因为某些总成部件的优点可被另一些总成部件所抵消或限制，使其得不到充分发挥。

所以，路面铣刨机的总体设计对整机的性能起着决定性的影响。

因此，总体设计必须从保证路面铣刨机的整体性能出发，正确的选择和确定各总成的结构型式、总体参数，使其获得良好的匹配关系，并进行合理的布置，以达到设计的完美性。

2.1铣刨机的选型

铣刨机结构型式的选择，主要是根据其用途和作业场合，前已述及。

路面铣刨机的结构型式按铣刨机行走方式不同，可分为轮式和履带式。

轮式的优点：

重量轻、速度快、机动灵活、效率高、行走时不破坏路面及维修方便等。

由于以上特点，轮胎式路面铣刨机一般以中小型居多，运行方便、快捷灵活。

适用于小面积的路面维修、刮除喷涂标线、铣刨小型沟槽等，一般不带废料回收装置。

在工作量不大、作业地点不太集中、转移性频繁的情况下，生产率大大超过了履带式。

轮式的缺点：

轮胎接地比压较大、通过性能差、重心较高，稳定性较差。

履带式的优点：

履带接地面积大，使得接地比压小，通过性能好、重心低、稳定性好、重量大、附差性好、牵引力大、比切入力大。

因此，大中型路面铣刨机一般为履带全液压式，主要用于大规模路面养护作业。

履带式的缺点：

速度低、不够灵活机动、制造成本高、维修较难、行走时易破坏路面，转移工作场地时需用拖车托运。

由于本次设计的铣刨机为小型高铁铣刨机，因此选用轮胎式。

2.2铣刨机的各总成部件结构型式的选型

2.2.1传动型式的选择

路面铣刨机的传动型式可分为液压、液压机械混合、机械三种传动方式。

1.液压传动

液压传动对于小型铣刨机充分体现了它的优越性，具有传动与控制简单、结构紧凑且铣刨鼓可轻易实现左右移动（切边）等特点。

其动力传递路线一般如下所示：

发动机→弹性联轴器→分动箱或简易的泵安装板→液压泵→液压马达→铣刨鼓

德国维特根前期的W50型（铣刨宽度为500mm）、日本HANTA的CRP-120型（铣刨宽度为1200mm）和国内一些厂家生产的铣刨宽度小于1300mm（含1300mm）的中小型铣刨机采用了这种传动方式。

液压传动的特点：

（1）实现无级变速且变速范围大，并能实现微动；

（2）操纵简单方便；

（3）可用液压系统进行制动；

（4）可采用行走履带分别驱动的系统，能方便地实现弯道行驶和原地转向；

（5）便于实现自动；

但是，液压传动在铣刨机的铣刨系统也存在明显的缺点，像维特根现在的W50型已改为机械皮带传动，也就是说目前维特根公司生产的铣刨机其铣刨系统全部采用机械传动。

液压传动的主要缺点如下：

1）传动效率低，液压系统热损耗大。

液压泵的总效率一般η1=0.92；液压马达总效率η2=0.9。

假如液压阀及管道的总效率η3=0.95，则液压传动的总效率η=η1·η2·η3=0.79＜80%，而且这是新液压件时的效率，当使用1年后，其传动效率还有大的下降。

根据经验，铣刨机铣刨作业时，铣刨系统约占发动机总输出功率的80%，有约16%的发动机输出功率转化为液压系统的热量，这对液压油及液压控制系统是非常不利的；

2）可能导致整体布置困难。

为了保证液压系统工作在正常温度范围内（一般小于80℃），将液压系统产生的大量热量散去，液压油冷却器的外形尺寸将相对大很多，这就可能导致整体布置困难和成本的增加；

3）相对机械传动而言可靠性低。

液压件是非常精密的元件，维护保养相对要困难，故障率相对要高。

特别对于工程机械，工作环境非常恶劣，常常由于液压油不干净导致故障发生；

因此，液压传动大都应用于发动机功率较小的铣刨机，对于配备大功率的大型路面冷铣刨机的铣刨传动系统不是一种理想的传动方式。

2.液压机械混合传动

液压机械混合传动是国内厂家节约成本的产物。

其动力传递路线一般如下所示：

发动机→弹性联轴器→液压泵→液压马达→减速箱→链传动→铣刨鼓

采用这种传动方式的液压马达为高速马达，所以成本较液压传动低；由于还采用了链传动，因而这种传动方式的效率比液压传动要低，而且铣刨作业时阻力变化很大，冲击大，还会导致链传动、减速箱高故障的发生。

这种传动方式虽然可以降低一些成本，但相对整个机器是得不偿失的。

3.机械传动

机械传动的动力传递路线目前市场上存在两种，如下所示：

第一种：

发动机→弹性联轴器或弹性联轴器加分动箱→液压离合器→皮带传动→行星减速机→铣刨鼓

第二种：

发动机→弹性联轴器→机械式离合器→分动箱→传动轴→变速箱→链传动→铣刨鼓

第二种传递路线由于成本非常低，只有国内的一些低档次型号的机器采用。

由于该传递路线刚性太大，缓冲性能差，容易出现断齿、断轴等问题；离合器为机械式常闭离合器，铣刨系统的启动与停止操作麻烦；因此也是不适合大功率高档次铣刨机。

第一种传递路线也可称作机械皮带传动，主要包括液压离合器、皮带传动、行星减速机、铣刨鼓等，具有传动效率高、稳定性好、可靠性高等优点。

由于这种传动中离合器、分动箱比较特殊，价格昂贵，因而相对成本较高是这种传动的缺点。

离合器：

离合器选用液压控制常开式离合器。

由于只有在铣刨作业时离合器才处于接合状态传递动力，因而离合器大部分时间处于分离状态；且铣刨机都具有短距离转场功能，如采用常闭式离合器，发动机启动和机器转场时都需将离合器分离，操作烦琐，且时刻靠一个外力来控制离合器处于分离状态也是不可靠的。

液压控制可方便地与皮带传动张紧油缸实现铣刨鼓启动与停止只须一个按钮操作，控制简单且可靠。

皮带传动：

皮带传动不但能高效、可靠地将动力传递给铣刨鼓，而且由于皮带传动柔性好，能有效地吸收铣刨作业时由于路基状况不同铣刨鼓的切削阻力变化很大而产生冲击载荷，减少对发动机的影响，延长发动机的使用寿命。

由于采用了油缸自动张紧，在机器没有铣刨作业时，皮带只是处于预张紧状态，因而不仅保证了动力的高效传递，同时保证了皮带具有很长的使用寿命。

由于传递的功率大（约占机器总输出功率的80%），皮带宜选用联组带，以保证每根皮带的长度基本相同，避免工作时由于部分皮带过长而不能有效地工作，从而在保证动力高效、平稳传递的同时也保证了皮带具有很长的使用寿命。

综上所述，液压机械混合传动和机械传动中的变速箱与链传动缺点较多，故障率较高，在万不得已的情况下才采用这些传动；当机器发动机功率较小时，液压传动中功率损失的绝对值不高，因而其缺点就不那么突出，可以应用于小型铣刨机；而机械皮带传动虽然成本相对较高，但从设计理念、节约能源、外观造型、可靠性等方面而言，这种传动方式更具科学性，是铣刨机铣刨传动系统的发展趋势。

因而，本次设计采用机械皮