公路养护工程车养护模块研究

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摘要：阐述了多功能公路养护工程车养护模块的功能和使用配置，以及快速换装接口的设计，实现在一台养护装备上集成多种养护作业的功能，以提高设备利用率。

关键词：多功能；养护模块；快速换装

随着我国社会经济的快速发展，公路里程大幅增加，对公路的适时养护也就摆到了重要的议程。由于我国地域辽阔，道路环境复杂，在不同的季节和不同的路段产生的道路损坏问题也复杂多样，由此就需要多样的养护技术和设备。采用一种作业车辆作为基础平台，实现若干功能的集成，是一种节省成本、降低资金占用的明智选择。国外较为成功的案例有德国奔驰的Unimog系列和德国HAKO的Fumo系列。但国内目前尚无此类比较完善和成系列的产品。若从国外进口该类设备，价格极其昂贵，市政工程及公路养护单位难以承受；另一方面，我国的道路情况复杂，国外设备难以较好地适应国内公路养护的应用需求。为改变这种现状，我公司利用企业自主知识产权研发多功能公路养护工程车。该多功能公路养护工程车采用模块化设计[1]，通过养护模块快速换装接口，实现在一台养护装备上完成多种养护作业的功能。

1多功能公路养护工程车的总体结构

多功能公路养护工程车由主车系统和若干与之配套的公路养护功能模块组成[2]。其中，主车系统是专用车辆—一个经过改造的载重汽车底盘，可以配备随车吊、液压动力系统、液压发电机、低速行走系统、货箱自卸系统、交通作业显示屏、快换作业平台、标准动力输出接口、控制系统等部分[3]，如图1所示。1）液压动力系统。动力由取力器从发动机取出，通过带离合控制的分动器连接液压泵。设计安装液压负载敏感系统，配置国内外知名品牌的泵阀元件。其中可提供4~5个液压回路，可满足多个公路养护功能模块同时工作，并且通过PVG阀控制，保证其多模块同时工作时各回路流量不相互影响。保证动力强劲、稳定、可靠。2）低速行走系统。传动系统经过改造，定制10变速装置。最低速度可以控制在1.5m/h，满足一些模块养护作业时的超低速行走要求。3）前部接口。主要有前挂板和电、液、气的快插快换接口，前挂板和汽车底盘的大梁刚性连接，具有足够的强度、刚度和稳定性。前挂板上有标准孔位对应模块上的安装板。4）中部接口。主要是利用随车吊的吊臂和支腿做伸缩支撑。吊臂前端和支腿上均制作有安装模块的标准连接板。5）后部接口。这部分是多功能公路养护工程车主车设计的一个重点。在副梁上装部分设计快换平台。此平台可以承载更大体积、更大质量的养护功能模块。平台上设计有集装箱底锁，模块设计在安装有集装箱角件的底托支架上，底锁和角件可以实现简单便捷连接，安全可靠。6）电力和气路系统。由配电箱、空气压缩机、液压发电机、配气包、控制阀、管件管路、电磁阀、气缸、快换接头等部分组成。给养护功能模块提供可靠稳定的电力和气压。7）操控系统。针对不同的养护功能模块，采用可编程控制器智能控制。操作人员既可以在驾驶室内操作，又可图3前部接口结构图图2多功能公路养护工程车养护模块结构框图以在车下遥控操作养护模块作业。可保证作业动态过程平稳；执行响应动作快；信息跟踪反馈准确。

2养护功能模块的配置

公路养护功能模块是作业机械—若干经过改造的专业公路养护设备，主要是简化去除其原有的动力系统（动力改由主车提供），制作通用的连接平台和标准接口（可与主车进行快换）。多功能公路养护工程车主车与功能模块之间的连接接口是本设备的一个关键技术，这部分设计的优劣直接影响到功能模块的快换性能和作业性能。它包括前部接口（前悬挂）、中部接口（吊臂接口或支腿接口）、后部接口（上装快换作业平台）三个部分。可满足运输、吊运、高空作业、路灯抢修、标牌维护、流动动力源、高压水清洗、罐车、除雪、撒盐、牵引、除草、除冰、照明、抢险指挥、路面灌缝、注浆、路面坑槽修复、路面清扫、隧道清洗、护栏清洗、绿篱修剪等20余种公路养护模块作业，其结构框图如图2所示。2.1前部接口。前部接口由前挂板、上支架、下支架、调整拉杆等组成（见图3）。前挂板上有上下两组卡槽，和养护功能模块上的连接板一一对应。安装时，将模块调至前挂板前，连接板上边的两只固定的挂钉卡在前挂板上卡槽里。连接板下边的两个可以横向摆动（>90°）螺栓旋转后卡在前挂板下卡槽里，然后拧紧螺母完成机械连接。同时，前悬挂侧面有液压、电力、气动快换接口，方便对不同模块进行动力连接。前部接口可以快换安装诸如铲雪、除冰、清扫、护栏清理、洒水、除草等养护功能模块。这样只需一个人，可以边驾驶车辆边操作养护作业，同时还可以有效地观察作业情况。2.2中部接口。中部接口由主车液压支腿、悬挂连接架组成。主车液压支腿中竖向支腿的两侧分别设有上下分布的上悬挂销和下悬挂销，竖向支腿的前侧设有锁紧挡块（如图4）。悬挂连接架（如图5）包括相对的左侧板和右侧板及连接该左侧板和右侧板的上连接板和下连接板，左侧板和右侧板上分别设有与上悬挂销和下悬挂销相配的挂钩，耐磨套分别同轴安装在左侧板和右侧板的侧面，偏心旋转轴与偏心块通过固定销连接并安装于耐磨套上，该偏心块用于实现与锁紧挡块压紧配合，长臂把手的一端滑配于偏心旋转轴上并通过挡圈限位，通过转动长臂把手另一端以带动偏心旋转轴转动，长臂把手中下部设有与左侧板或右侧板上定位孔相配的定位销，用于实现锁紧状态下长臂把手的定位，养护功能模块固定于上连接板和下连接板上。每个养护功能模块均配备悬挂连接架，通过中部接口实现各自的功能。中部接口可以快换安装诸如绿篱修剪、隧道清洗、桥梁检测、高空作业、护栏打桩等养护功能模块。2.3后部接口。多功能公路养护工程车快换作业平台直接与模块的底托连接，连接时将模块移动到货箱平台上方，模块上的角件位置对中于平台上的扭锁位置。落下后，转动扭锁90°将角件固定下来。为使连接定位快速准确，还需要设计对中装置。对中装置分为前、后两部分，分别位于平台的前部和货箱的后部。可使得多功能公路养护工程车快速换装平台进行换装时能够快速、准确地对中、找正，提高使用的便捷性，且前、后对中找正喇叭槽的槽底设有耐磨层，提高前、后对中找正座的使用寿命。2.4液压系统配置。多功能公路养护工程车的液压系统可能需要实现前（中）与后部接口同时工作，且起重机的液压系统需单独控制。受各模块的工作功率不同，致使前（中）与后部接口的输出功率不同，因此需要通过设计液压系统结构，实现不等流量、不等压力控制。选定基于PVG32多路阀的功率图分配方案作为配料系统的设计方案。此方案利用PVG32多路阀与负载敏感泵相结合，实现功率分配和有效避免功率干涉，工作原理如图7所示。由图7可以得出，该系统各液压油路之间并联连接，系统采用闭芯液压泵模块，闭芯液压泵模块主要用于变量泵液压系统，闭芯液压泵模块的定差溢流阀两端压差一定，当液压泵出口压力超过设定的压力值时，溢流阀打开，油液回油箱，保护液压泵正常工作。采用该种系统时，无论是负载增加还是负载减小，液压变量泵的出口流量均能够满足系统的需求，多余的流量通过定压溢流阀溢流回油箱。

3结论

本文研究的重点是模块化多功能公路养护工程车的结构功能。其关键部分是为专用工程车的研发提供性能更好、功能更全、型谱更全、节能环保、研发成本更低的可用模块。本文借鉴国外在模块化工程车方面的研究成果，结合国内工程机械行业在模块化多功能公路养护工程车方面的需求，探索公路养护产品的模块化结构理论模型，缩小与国外模块化专用工程车技术之间的差距，为以后的大规模定制多功能公路养护工程车提供理论指导。

[参考文献]

[1]赵海燕.产品模块化设计方法在重型汽车设计中的应用[J].重型汽车,1998(2):13-15.

[2]武道,宋绪丁,李炜光.小型道路综合养护车的总体设计及功能分析[J].市政技术,2013,31(6):164-166,179

.[3]冯晋祥.专用汽车设计[M].北京:人民交通出版社,2007:201-231.

作者:刘廷国 李国征 郭丰 单位:河南省高远公路养护技术有限公司