李逵还是李鬼 液压单驱压路机是一个什么样的存在?

2017/04/15 15:28徐工集团道路机械分公司微信

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三十年的时间,至今依然没有定论,二者孰优孰劣暂且不作辩论。这里主要针对市场上的另一类产品“液压单驱压路机”,从它的发展历程、市场现状,及与全液压双驱单钢轮、机械式单钢轮的性能对比等方面做一阐述,希望能够给用户在选购单钢轮机型时提供一点有价值的参考。

液压单驱压路机的发展历史

上个世纪八十年代,我国开始从国外引进振动压路机技术,其中徐工与瑞典DYNAPAC公司合作,开始生产CA25S液压单驱单钢轮振动压路机和CA25D液压双驱单钢轮振动压路机(全液压),两者吨位都是10吨级中小吨位机型。

随后,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,研制出了机械式驱动单钢轮振动压路机。自诞生之日开始,机械式单钢轮压路机的市场需求量就一路快速上升,迅速成为压实机械行业领域的主导机型,并引领了行业发展近三十年。期间不断适应中国国内市场需求,机械式单钢轮压路机已经发展出10~26吨级各种吨位机型。

同时,全液压单钢轮压路机在国内外也快速发展,其中国外需求机型以12吨左右中小机型为主,国内市场近年则有向更大吨位发展的趋势。以徐工为例,出口机型包括有8~16吨五个吨位系列产品,国内市场则有18~36吨六个吨位系列产品,其中36吨为目前国内最大吨位压路机。

但是,另类产品“液压单驱压路机”,包括戴纳派克宝马格维特根悍马和卡特彼勒等国际品牌在内的主流生产厂家,市面上均已不再能见到其液压单驱压路机的产品销售。不仅国际市场上较少有液压单驱压路机的需求,在国内市场上,液压单驱压路机也一直处在“小众化”状态。

液压单驱压路机与普遍认同的“全液压压路机”有区别

传统意义上,行业通常所讲的的全液压单钢轮压路机,指的是“全液压双驱动单钢轮振动压路机”。

可能有人会讲,液压单驱压路机与全液压压路机的差别,不就是少了一个前轮驱动吗?就像是汽车行业里“双驱”与“四驱”的差异?

图片

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其实远非这么简单!

压路机本身是依靠行走进行压实作业的,全液压单钢轮压路机的前轮驱动,不仅仅提高了其驱动行走性能,更重要的是提升了压实作业的性能。

下面以20吨级机型为例,对全液压压路机与液压单驱压路机的性能参数做一对比,见表1.

表一

表一

全液压单钢轮压路机增加的前轮驱动,将前轮由从动轮变为主动轮,在减轻了拥土现象的同时,压实材料表面也更为平整。

全液压单钢轮压路机增加的前轮驱动,可以为前轮分配更大的整机重量。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%,而液压单驱压路机呢?其前轮分配重量占整机重量的比值则只能设计为50%左右。前轮分配更大的整机重量,对于单钢轮振动压路机来讲就意味着更高的压实作业效率,此项液压单驱压路机与全液压压路机存在较大差距。

全液压压路机理论爬坡能力可以达到50%以上,液压单驱压路机则设计在30~35%左右。全液压压路机整机驱动能力更强,工况适应性更广泛,作业安全系数更高。

全液压压路机能够充分发挥其液压传动优势,工作速度可以设计为四挡速度,I挡用于正常压实作业,IV挡用于良好路况的转场行驶,II、III挡则用于特殊路况(当路况不好时,前、后轮可能出现滑转现象,使压路机不能正常行驶。此时,将出现滑转的轮子相应挡位设置为高速挡位,另一轮子设置为低速挡位。)四挡无级变速,确保在不同工况下以最适宜的速度进行作业。液压单驱压路机有的设计为两挡速度,有的仅设计有一挡速度,不仅满足不了特殊路况的施工要求,而且难以充分发挥液压传动的优势。

液压单驱压路机各项性能与机械驱动压路机相差也很大

目前,市场上液压单驱压路机与机械驱动压路机的价格基本相差无几,同时偶有听闻“关于液压单驱压路机的多项性能优势”的说法,果真如此吗?让我们逐一进行鉴别。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2。20吨级液压单驱压路机与机械驱动压路机作业效率对比

见表2.20吨级液压单驱压路机与机械驱动压路机作业效率对比

见表2.20吨级液压单驱压路机与机械驱动压路机作业效率对比

A为20吨级机械驱动压路机,B为20吨级液压单驱压路机,两者在静载参数、振动参数上基本无差异。故此,同等吨位液压单驱压路机压实工作效率仅与机械驱动压路机相当,低于全液压压路机。

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。比如高端双钢轮振动压路机,采用的就是行驶无级变速控制。同时,高端双钢轮振动压路机又安装有速频管理控制系统,这起到什么作用呢?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才行。

液压单驱压路机在施工作业时,由于其振动频率是保持恒定不变的,所以工作中变换行驶速度起不到任何积极的作用,只会造成区域振动压实的不均匀。

液压单驱压路机速度范围为0~9km/h,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,需要仰赖操作手的手感控制,速度难以精准。由于液压单驱压路机的工作速度会时快时慢,势必造成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。

机械驱动压路机将工作速度限定在3km/h左右,不仅符合行业路基连续压实标准的规定,而且驾驶员只需固定I挡进行压实作业,操作更加简洁明了。

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,其工况适应性方面存在不少的问题。

单钢轮振动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;最好设计为三挡或四挡速度,即根据施工路段工况不同选择不同的速度。

机械驱动压路机设计有三挡速度,就充分考虑了外在工况带来的负载的不同,其传动系统的匹配是比较合理的,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,有的仅设计有一挡速度,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0~9km/h,为了保证高速时的9km/h,马达只能选择为小排量。但是,当用小排量的马达配合小流量的泵送液压油来凑出3km/h左右的压实工作速度时,液压元器件的使用稳定性将会比较差。

事实胜于雄辩!根据我们统计,液压单驱压路机与机械驱动压路机相比,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,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《铁路路基连续压实规范》,以及即将出台的《公路路基与基层连续压实规范》,单钢轮振动压路机的振动频率、振幅需要固定不做调整,所以稳定工作状态下随意变换振动频率、振幅没有科学依据。

再来看上述命题。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、振幅根本就无关。

机械驱动压路机,其振动系统采用的也是液压振动系统,与全液压压路机振动系统不存在差异。前面说了液压单驱压路机的“伪优势”,接下来再看看它的“致命伤”,液压单驱压路机传动效率低。

公式

公式计算

通过计算可知,在同等条件下,机械驱动单钢轮压路机的传动效率可以达到0.95,而液压单驱压路机的传动效率仅为0.83。

这也就是为什么上表中B的20吨级液压单驱压路机的发动机功率需要选择140kW的原因所在:传动效率低,只能靠发动机的大功率来补。但同时带来的高油耗、高排放的问题也很突出。

以20吨级单钢轮振动压路机为例,液压单驱压路机的功率消耗比机械驱动压路机要高出20%,一个月折算下来,其燃油消耗多出机械式1300升,燃油消费多出近万元。

当前市场现状

根据我们在施工工地展开的调研,同一施工工程、同样压实遍数的情况下,同等吨位的液压单驱压路机,其压实效果反而要逊于机械驱动压路机。

国内主流正规施工企业,如中铁工、中铁建、中水电、中国建筑等,以及各大型的道路工程公司,前些年采购的以18吨以上全液压双驱压路机为主,近几年也陆续采购20吨及以上机械驱动压路机。

过去二十年来,国内单钢轮压路机市场主流产品就是:“全液压双驱振动压路机”和“机械式驱动液压振动压路机”两大类产品,概略地说,全液压双驱动振动压路机压实作业效率更高,可设计成30吨及以上更大吨位机型,压实超厚铺层效果佳;而机械式驱动液压振动单钢轮压路机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需求,与技术先进性无关。

液压单驱压路机,由于其传动效率低,性能参数匹配不合理,故障率高及使用工况受限等原因,无论在国内外市场,恐怕难改其被“小众化”的状况。

责任编辑:Yaodl

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