全液压与机械式单钢轮压路机的优劣之争,在中国已经持续了近30年,至今依然没有定论。二者孰优孰劣本无需辩论,但是近期市场上出现了另一类 “液压单驱压路机” 产品,这些产品打着“全液压单钢轮压路机”的旗号,以较低的价格推向市场,这就需要购买者擦亮眼睛,辨明优劣。
1 液压单驱压路机的发展历史
上世纪80年代,中国开始从国外引进振动压路机技术,其中徐工与瑞典戴纳派克公司合作,开始生产CA25S液压单驱压路机和CA25D液压双驱单钢轮压路机(全液压),两者都是12 t的中小吨位机型。
后来,由于受到关键零部件(液压泵、马达)的限制,徐工在CA25机型上采用机械式变速箱代替液压泵、马达,研制出机械式驱动振动压路机。自90年代开始,机械式单钢轮振动压路机市场需求量快速上升。为了适应中国市场需求,徐工陆续开发出14~26 t各种吨位的机型。
与此同时,全液压单钢轮压路机在国内外得到快速发展,但国外的需求以12 t左右的中小机型为主。
全液压产品替代了液压单驱的产品,包括戴纳派克、宝马格、维特根悍马和卡特彼勒等国际主流品牌生产厂家均不再生产液压单驱压路机。
2 液压单驱并非传统意义上的“全液压”
在传统意义上,行业内通常所讲的全液压单钢轮压路机指的是全液压“双”驱单钢轮振动压路机。
可能有人会讲,液压单驱与全液压单钢轮压路机的差别不就是少了一个前轮驱动吗?就像是汽车里双驱与四驱的差别?
其实远非这么简单!压路机本身就是在行进中进行压实作业的,全液压单钢轮压路机的前轮驱动不仅提高了驱动行走性能,更重要的是提升了压实作业的性能。
全液压单钢轮压路机增加前轮驱动后,将前轮由从动轮变为主动轮,在减轻拥土现象的同时,压实表面会更平整。
此外,增加了前轮驱动,可以为前轮分配更大的压实重量,通常全液压单钢轮压路机的前轮分配重量占到整机重量的60%~70%。而液压单驱压路机的前轮分配重量占整机重量的比值只有50%左右。所以,全液压与液压单驱压路机的压实作业效率是不同的,液压单驱压路机与全液压单钢轮压路机存在较大差距。
3 “液压单驱”各项性能与“机械式单钢轮压路机”相差也很大
在将“液压单驱”单钢轮压路机推向市场的同时,这款产品的优势吹得神乎其神,果真如此吗?让我们来逐一进行鉴别。
关于压实工作效率
先让我们来对比几个影响压实作业效率的参数,见表1。
B品牌的20 t级液压单驱压路机,其静载参数、振动参数与A品牌的机械式单钢轮基本无差异,工作速度选择还不恒定,振动轮直径偏小,发动机需要选择大马力、高油耗的型号,其压实作业效率与机械式单钢轮相比没有提高。
关于液压无级变速
众所周知,液压传动可以实现无级变速控制。比如高端双钢轮压路机,采用的就是行驶无级变速控制。
同时,高端双钢轮压路机安装有速频管理控制系统,该系统起到什么作用呢?原来,对于有无级调速需求的工况,其压实工作速度还是需要进行控制的,控制的原则就是速度要跟振频对应起来。
液压单驱压路机工作时,振动频率是恒定的,工作中变换速度起不到任何积极的作用,只会造成区域振动压实更加不稳定。
机械式单钢轮压路机将工作速度限定在3 km·h-1左右,符合行业路基连续压实标准规定,驾驶员只需固定一挡进行压实作业,操作简洁明了;液压单驱0~9 km·h-1的速度范围,既包括非压实作业时的行走速度,又涵盖压实作业时的工作速度,全仰赖操作手的手感控制,速度难以控制精准。
由于液压单驱压路机的速度时快时慢,会使压实均匀性难以保证,压实质量非但不高,反而要比机械式的差。
关于液压单驱压路机的可靠性
液压单驱压路机,采用液压泵+液压马达代替变速箱传递动力,其工况适应性存在问题。
单钢轮压路机至少应该有两挡速度,即压实作业速度与非压实作业行驶速度;最好设计为三挡速度,即根据不同的施工路段工况选择不同的行驶速度。
机械式单钢轮压路机设计为三挡速度,充分考虑了外在工况带来的负载变化,传动系统的匹配是合理的,整机的安全系数更高,当然可靠性也更高。
液压单驱压路机,有的设计为两挡速度,有的仅设计为一挡速度,这是由液压马达的结构所限制的。比如速度设定为一挡无级调节0~9 km·h-1,为了保证高速时的9 km·h-1,只能选择小排量马达,用小排量的马达配合小流量的泵送液压油来凑出3 km·h-1的压实工作速度,这将导致液压元器件的稳定性非常差。
根据行业统计,液压单驱压路机与机械式压路机相比,无论是在路基压实、大坝回填,还是垃圾掩埋等各类恶劣工况施工中,故障率不是降低了50%,而是升高了20%!
关于变频、变幅的调整
首先需要说明,根据已经出台的《铁路路基填筑工程连续控制技术规程》(TB 1010—2011),以及即将出台的公路路基与基层连续压实规范,建议固定单钢轮压路机的频率、振幅,不做调整,稳定工作状态下随意变换频率、振幅没有科学依据。
事实上,机械传动式与液压传动式压路机的区别,在于驱动行走方式的不同,与振动频率、振幅根本无关。
机械式单钢轮压路机,其振动系统采用的也是液压振动,与全液压单钢轮压路机的振动系统没有差异。
前面说了液压单驱的“伪好处”,接下来再看看它的致命缺陷!
液压单驱压路机传动效率低
(1)机械式单钢轮传动效率计算
ηR=ηxηj=0.95
式中:ηx——动力箱的传动效率,取0.96;
ηj——传动轴的传递效率,取
0.99。
(2)液压单驱单钢轮传动效率计算
ηk=ηpmηrmηpvηrvηg=0.83
式中: ηpm——驱动泵的机械效率,取0.96;
ηrm——驱动马达的机械效率,取0.96;
ηpv——驱动泵的容积效率,取0.96;
ηrv——驱动马达的容积效率,取0.96;
ηg——桥增加的一级减速传动效率,取0.98。
通过计算可知,在同等条件下,机械式单钢轮传动效率达到0.95,而液压单驱单钢轮传动效率仅为0.83。
这也就是为什么一些20 t级液压单驱压路机的发动机功率选择140 kW的原因,传动效率低,只能靠发动机的功率来补,但同时带来了高油耗、高排放的问题。
依然以20 t级单钢轮压路机为例。液压单驱压路机的功率消耗比机械式单钢轮压路机高出20%,按一个月施工计算,其燃油消耗比机械式多出1 300 L,燃油费用多出近万元。
当前市场需求情况
国内主流正规施工企业,如中铁、中铁建、中水电、中国建筑等,以及各大型的路桥公司,前些年的采购以18 t以上全液压单钢轮为主,近三年也陆续采购20 t以上机械式单钢轮。液压单驱压路机实则是被边缘化的一类产品。
行业内主流压路机生产厂家主要生产真正的全液压及机械式单钢轮,这是两种不同类型的产品。全液压单钢轮压路机的压实效率更高,可设计成30 t以上机型,压实超厚铺层效果佳;机械式单钢轮的振动系统也是液压传动,驱动采用变速箱换挡则是充分考虑了路基及基层压实的实际工况,与技术先进性无关。
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