麦斯特湿喷台车混凝土泵送单元工作原理和故障分析

董兆南　许俊超

摘要：文章基于在长期运行管理和维修混凝土湿喷台车而积累的实践经验，介绍了麦斯特湿喷台车工作特点和与其他品牌湿喷台车相比较的优势，分析了麦斯特湿喷台车混凝土泵送单元的工作方式、组成部分、混凝土打料缸及液压系统的基本工作原理和典型故障，同时也为此类型设备的实际运行管理提供了参考依据。

关键词：湿喷台车；混凝土泵送单元；混凝土打料缸；液压系统；典型故障 文献标识码：A

中图分类号：TU646 文章编号：1009-2374（2016）26-0102-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.26.049

1 概述

混凝土湿喷台车在地下工程施工支护过程中发挥着极其重要的作用，是大断面洞室开挖锚喷支护过程中必不可少的施工设备，特别是在地质围岩差的洞室安全支护过程中更能发挥出湿喷台车的优势和特点。然而在众多湿喷台车的品牌选择过程中，麦斯特湿喷台车相对简单的结构设计和工作原理在施工生产中设备维护保养方面显示出一定的优势。由于在施工生产过程中湿喷台车的工作环境和作业条件相对较差，洞内施工空气潮湿、粉尘较多和施工电压不稳等多种因素导致湿喷台车在电器、液压和底盘行走方面故障频发。由于湿喷台车的泵送单元是整个设备的重要工作装置，同时也是整个工作系统的核心部分，其结构相对复杂，涵盖电器、液压和结构原件，在施工过程中故障率比较高，多数故障很难分析和判断，所以本文主要对麦斯特湿喷台车泵送单元结构及原理进行分析。

2 混凝土泵送单元的组成部分

2.1 动力单元

一个55kW的电动机和三联泵是整个混凝土泵送液压系统的动力单元，其中混凝土泵送由一台电液流量联合控制的柱塞式变量泵驱动，其液压回路为闭式回路。工作液压通过一空气冷却的油冷却器返回到油箱中，最大泵送压力设置为245bar。由放大器控制的电磁阀作为主油泵的泵送压力调节控制单元。它控制主油泵的配油盘角度和方向，从而决定泵送压力油的流量和方向。

2.2 电气控制系统

（1）可编程控制器（PLC）控制和检测混凝土泵、驱动单元的一部分也受PLC的监控；（2）位于转台控制盘下的显示器：它作为操作员和机器之间的交互界面，操作员输入配方并决定运行参数，显示器给出运行参数和错误信息；（3）位于右侧门上的功率放大器：它的作用是把可编程控制器（PLC）的微弱信号电流放大成控制主液压泵斜盘角度和方向比例电磁阀Y492的驱动电流；（4）信息储存卡、开关元件、过载保护装置和电磁阀电器元件。

2.3 机械和液压元件

往复运动的两支液压油缸和与其相连的打料缸、S摆管及控制S摆管运动的液压油缸和控制阀组、混凝土输送管和喷头等。

3 混凝土泵送单元的工作原理

当混凝土泵启动之前，首先要按下混凝土泵的加载开关，电磁阀Y467动作使混凝土供油泵伺服活塞独立供油，同时电磁阀Y465动作使三联泵的控制油泵（尾泵）加载到190bar，此时蓄能器压力从最低约130bar增加到最大压力190bar。当蓄能器蓄压时，压力控制阀会相应地调整液压泵配流盘。

由控制油泵输出的190bar的液压油经40bar减压阀减压后输送到混凝土供油泵作为控制主油泵斜盘角度和方向的控制油路。当混凝土泵开关启动后电磁阀Y466打开，此时从S形摆管和搅拌器液压回路来的少量液压油供给到混凝土泵液压缸。这避免了打料缸行程的缩短，否则会导致不正确的输送率。同时由可编程控制器（PLC）输出微弱的信号电流经信号放大器后变成驱动电磁阀Y492动作的脉冲电路，然后电磁阀Y492按信号比例改变供油口的方向和大小，使40bar压力油按要求输送到混凝土泵的伺服活塞，改变主油泵的斜盘的角度和方向，使主油泵液压油输送到混凝土液压油缸，推动打料缸活塞前行使混凝土经过S摆管输送出去，在混凝土泵一侧的液压油缸推进的同时，另外一侧的油缸活塞杆缩回把混凝土吸进打料缸桶内。当混凝土液压油缸活塞前行到缸筒端盖附近时，会感应到安装在液压缸筒上的接近开关B642，然后B642就会把感应到的微弱信号电流传到可编程控制器（PLC），然后PLC就会转换成PLC可识别的信息，然后与储存卡的信息进行比较分析后，向信号放大器发动微弱的控制信号，转变成可驱动混凝土泵控制阀Y492的脉冲电流，然后电磁阀动作改变主油泵伺服活塞的角度和方向，从而改变混凝土输送油缸的供油方向，使两支混凝土输送油缸的运动方向改变，当另一只油缸向前移动，活塞感应到接近开关B641时，重复以上控制方式，使输送油缸的运动方向改变。这样经过两支油缸的往复直线运动，反复感应装在油缸上的接近开关，使两油缸不间断地伸出和缩回，打料缸不间断地从料斗中吸入混凝土和排除混凝土，从而达到泵送混凝土的目的。

在混凝土输送油缸做往复直线运动的同时，S摆管必须同步运动切换混凝土泵的运动方向，使S摆管始终对准混凝土打料缸的输出端。通过麦斯特湿喷台车混凝土泵工作的原理图可以看出，通过两个传感器（液压缸的前段）的接近开关脉冲可偏转S形摆管4/2路电磁阀，这时“闪电速度”蓄能器通过该方式排气（如柱塞气缸的快速向前冲程发生时会造成S摆管的快速切换），位于混凝土泵液压缸前段的两个接近开关的脉冲信号可使S形摆管的4/2电磁阀动作，使蓄能器泄压，切换S形摆管动作。

通过对混凝土泵送单元液压系统和电路系统的分析，我们了解到混凝土泵送单元在工作过程中，当切换S形摆管时，输送管内会出现物料间隙，因此会发生脉冲现象。因为麦斯特混凝土泵装有电子控制的液压补偿系统，即当两个打料缸切换时，使泵的配油盘偏转，增加主泵流量，因此可将在切换过程中的泵送短缺降至最低，该过程是PLC程序控制中的自动调节。由于泵送系统的材料流动的脉冲被降至最低，因此在喷嘴处几乎感觉不到喷射的间断性。

在混凝土泵送单元工作过程中由于混凝土制作过程中的配比变化、水分和水泥减少、骨料增多，导致混凝土的流动性下降，在泵送过程中会出现堵管等现象，当压力达到245bar时，就会接通混凝土泵上压力开关B632，此时混凝土泵反抽控制程序启动，混凝土泵开始反抽输料管内的混凝土，从而减少混凝土熟料管的压力，反抽进行一个循环之后会自动停止混凝土泵送单元的运行，待混凝土输送管路清理完堵塞后，重启混凝土泵。

4 麦斯特湿喷台车混凝土泵送单元故障分析

在实际生产过程中，由于其复杂的工作环境、超负荷运转，再加上维修操作管理不够规范，使得设备故障频发，维修成本增加和生产进度耽搁。及时分析设备故障原因并排除故障，保证设备的完好率是设备技术人员的本质工作，然而作为技术人员了解设备的基本结构和工作原理只是排除设备故障的基础，只有对设备的结构和工作原理有充分的认识，再加上平时工作经验的积累和总结，才能称职地做好此项工作，保证设备的完好率。

4.1 麦斯特湿喷台车在混凝土泵送单元所出现的常见

故障

（1）在泵送过程中，电机主油泵在换向过程中出现异响，S摆管压力下降，控制S摆管摆动的油缸密封的使用寿命严重缩短；（2）在泵送过程中，混凝土输送液压油缸经常会出现活塞杆完全推出而无法缩回的现象，从而使主油泵不能换向而产生异响的声音；（3）在施工过程中，经常会出现S摆管和混凝土输送缸无法换向，使主油泵压力瞬间骤增而产生异响；（4）在施工过程中，打料缸油缸腔有混凝土，混凝土输送量下降；（5）打料缸静止，无动作，但显示屏“运行”，主油泵没有出现异响等压力过高现象；（6）打料缸顺序不正确或行程不够；（7）在施工过程中主泵压力达不到系统设定的压力，因伺服阀无法正常动作而产生憋泵现象。

4.2 麦斯特湿喷台车在混凝土泵送单元所出现的常见故障的分析

（1）在设备运转过程中，由于混凝土输送油缸的供油泵不能及时换向导致的压力升高而产生的异响，除了供给主泵伺服机构的40bar减压阀的压力调整不当之外，最常见的原因就是S摆管供油泵磨损内泄无法建立油压，从而使40bar压力阀压力无法调整到最佳位置，在泵送过程中也因为S摆管供油泵的内卸，使S摆管压力下降，动作缓慢而产生主油泵不能及时换向。作为控制油泵换向的接近开关B641或B642只有损坏才会导致主油泵不换向，如果接近开关接近距离调整不当未导致主泵动作缓慢或者接近开关的损坏。（2）泵送油缸活塞杆推出去无法缩回而不能进行吸料，一般是输送到有杆腔压力油100bar损坏或卡死而无法建立油压，电磁阀Y466损坏而无法打开，输送缸缸筒有划痕或者是活塞头密封老化等原因导致有杆腔无法建立油压。（3）S摆管和打料缸无法换向通常是控制主油泵换向的接近开关B641或B642损坏所导致。（4）打料缸活塞老化磨损或者是S摆管耐磨板和切割环磨损超限，无法密封所致。（5）检查主油泵伺服压力，一般是40bar减压阀阀芯卡死而导致压力无法建立，从而使主油泵和S摆管无法换向所致。（6）混凝土输送油缸活塞杆腔内的油流失所致。（7）主油泵内泄无法建立起油压所致，这样还会出现S摆管和主油泵不能换向，主油泵的憋泵压力很低通常在160bar以下，这样就需要更换主油泵。设备出现故障是检验维修人员排除故障和解决问题的能力，作为维修人员能否尽快排除故障现象跟平时积累的理论知识和实践经验密不可分。麦斯特湿喷台车的电路控制系统和液压系统在整台设备的工作过程中是紧密相连的，维修人员如果单纯地了解液压系统或者是电路系统是无法及时排除故障，甚至找不到故障的根源所在，综合了解设备的工作原理和操作原理是排除设备故障的基础。

5 结语

由于施工设备在工地上工作条件恶劣、操作和维护人员责任心不强、违章作业、违反操作规程等现象，造成设备频繁地出现故障。在更换液压油管、添加液压油时不按规定进行操作而导致灰尘和杂质进入系统；操作人员的野蛮操作等导致设备损坏的现象在工地经常发生。要保证施工设备安全可靠地运转，要加强操作人员对设备的日常检查和维护，发现故障要及时处理和排除，避免出现大的故障或者是事故；定期对设备进行保养和检修；加强操作和维修人员的综合素质，做好设备运行和保养记录，才能使设备的性能得到充分地发挥，保证生产的持续进行。

参考文献

[1] 李金朋，余志龙，徐儒村.Spraymec混凝土湿喷台车在隧道施工中的应用[J].工程机械与维修，2014，（7）.

作者简介：董兆南（1973-），男，安徽淮南人，中国水利水电第十四工程局有限公司工程师，研究方向：水利水电施工设备的管理。

（责任编辑：王 波）