遥控履带式推平夯实一体机的研制与应用

遥控履带式推平夯实一体机的研制与应用

白常轩  ,许发文  ,张新生 ,索斌斌  ,李宁

博爱沁河河务局  河南 博爱  454450

摘  要：近年来，随着黄河流域生态保护和高质量发展的提出，黄河标准化堤防河南段全部建成，沿黄堤防堤平坡顺已初具规模。随着“精细化、标准化、信息化、现代化”四化的提出，黄河堤防工程在传统防洪功能的基础上,其景观性也是黄河标准化堤防要求的一部分,特别2021年秋汛雨季造成堤坡水沟浪窝，平垫、夯实修整已成为维修养护重要的一项工作。“遥控履带式推平夯实一体机”是博爱沁河河务局为有效解决一线职工在黄河堤防工程维修养护工作中存在的雨季水沟浪窝平垫、夯实人工送土难、效率低、耗能高且质量差等问题研制而成。该机集推平装置和夯实装置于一体，实现推土、夯实遥控操作，为水利工程维修养护提供了便捷高效的服务，是较为理想的维修养护机械，具有较高的创新价值和广阔的示范应用前景。

关键词：遥控；履带式；推平；夯实

1 项目研究背景

在黄河堤防工程维修养护工作中，雨季水沟浪窝平垫、夯实是一项极为繁重的日常工作，不仅工作量大而且夯不实将会再次受到雨水冲刷。多年来黄（沁）河维修养护职工主要靠着人工用铁锨送土，手硪夯实，劳动强度高且存在一定的安全风险，以人力为主的维修养护方式已不适应现代维修养护的需要，提高维修养护的机械化程度势在必行。

遥控履带式推平夯实一体机的研制起源于遥控履带式割草机。当看到遥控履带式割草机能够在黄（沁）河堤坡上行走自如，如果将割草机机头换成推板，在平垫雨季水沟浪窝时，将三轮车倾倒的土方利用遥控履带式推平机进行送土、推平，能极大减轻一线职工的劳动强度。因此，博爱河务局组织创新团队技术人员多方考察研究，按照推土机液压升降模式，利用割草机头升降液压装置，加装推平板，经过多次实验完成平推功能(推土、雪、垃圾)研制。遥控履带式推平机研制成功后，如何解决水沟平垫后的压实度？对压实度机械选择，考虑有蛙式打夯机、震动式打夯机和自重式打夯机，通过对比选择自重式打夯机。

博爱局组织技术人员多方考察研究，结合黄（沁）河堤坡的实际状况，针对工程管理水沟浪窝平垫、夯实过程中养护职工劳动强度大、工作效率低、安全风险高等问题，在原有遥控割草机的基础上，研制了一款具有强劲动力、适应性强、高效节能、安全环保的“遥控履带式推平夯实一体机”。

图1  研制成功的遥控履带式推平夯实一体机

2 设备装置功能描述、工作原理及技术方案比选

2.1设备装置功能描述

该设备装置由以下四部分组成：①设备移动动力装置：整机操控形式为遥控操作，人机分离；自走式机械动力功能选择柴油机；为满足野外作业爬坡能力、安全可靠方面考虑，采用橡胶履带式行走装置。②推平装置：包括匚形架、推平板、角度可调节旋钮铰接座、连接杆、液压升降杆等。③夯实装置：包括底盘架、轨道架、夯实锤、从动齿轮、提升链条、提升挂耳、汽油机、减速机等；④遥控装置：控制元素为11项指令通道:前进、倒退、停车、左转向、右转向、推平板上升、推平板下降、油门增加、油门减小、夯实作业、夯实停止。

2.2 设备装置工作原理

2.2.1遥控履带式推平装置工作原理

遥控履带式推平装置采用前置角度可调节推平板，两边安装可调节连接杆连接推平板。推平系统的匚形架与履带行走车的车架连接，推平板中部通过转向轴与匚形架铰接，车架上安装有驱动推平板升降的升降动力系统利用液压升降杆控制推平板的升降。推平行走装置采用遥控控制，控制推平机的前进、倒退、停车、左转向、右转向、推平板上升、推平板下降、油门增加、油门减小、推平作业、推平停止。

2.2.2遥控履带式夯实装置工作原理

遥控履带式夯实装置采用后置式，安装自重式夯实机，带动平面夯实、斜面夯实以及沟槽凹坑夯实。夯实装置的轨道架竖直固接在车架上，夯实锤活动设置在轨道架上，提升链条外侧固设有随之上下循环运动的提升绊钉，夯实锤靠近提升链条的一侧固设有提升挂耳。工作时利用汽油机、减速机控制夯实机的提升作业和停止作业以及速度的快慢，夯实锤在提升绊钉运动中通过提升挂耳被反复提起再自重掉落，夯实地面，形成自重动力冲击，将土压实。车架上的控制箱内部设有遥控接收器，控制箱外部配合设有遥控发射器，行走采用遥控控制夯实机的前进、倒退、停车、左转向、右转向。

2.3 技术方案比选

2.3.1 设备移动动力装置选择及技术规格关键参数

遥控履带式推平夯实一体机利用摇控控制，实现在一定范围内，通过远程操作控制推平、夯实，按要求完成黄（沁）河水沟浪窝的推平、夯实作业。其功能构成见下图:

图2  遥控履带式推平夯实一体机功能构成图

2.3.1.1 操纵系统

因作业环境恶劣，堤坡坡度大，从安全防护和降低劳动强度出发，整机启动方式为电启动，过程操纵采用遥控控制。控制元素为11项指令通道:前进、倒退、停车、左转向、右转向、推平板上升、推平板下降、油门增加、油门减小、夯实作业、夯实停止。考虑新增加远程控制夯实作业系统，对夯实装置的电路研究与改造，扩展中央控制器遥控作业，解决了自重式夯实机的提升和停止作业可以通过遥控远程操作。

2.3.1.2 总布置和主要部件结构概述

遥控履带式推平夯实一体机结构形式采用全架式，推平装置采用前置式，夯实装置采用后置式。遥控接收机、液压油箱、电瓶布置在发动机中间位置，无驾驶室。

整机操控形式为遥控操作，包含人机分离自走式，机械在动力方面选择柴油机；传动系统为液压无级变速器（HST）传动；行走系统为橡胶履带式行走装置；系统动力采用液压传动。

2.3.2 整机设备技术规格及结构参数

依据先进的设计理念及特定的设计目标，确保设备的适用性，在充分利用现有先进技术的同时，特别强调了适用于爬坡、遥控、节能、高效的特点。该设备的主要技术参数见下表1：

表1整机设备主要技术参数表

2.3.3  推平装置结构及技术规格关键参数

2.3.3.1 推平装置结构：包括匚形架、推平板、角度可调节旋钮铰接座、连接杆、液压升降杆等组成。

在推平装置匚形架开口侧两端分别与车架可转动连接，匚形架前侧中间固设有铰接座，推平板中部通过纵向设置的转向轴与铰接座相铰接，车架上安装有升降动力机构，升降动力机构的作用端与匚形架的前部相连接，匚形架两侧分别铰连接有一个伸缩调节杆，伸缩调节杆的伸缩端分别与推平板的两端部铰连接。

2.3.3.2 推平装置技术规格及结构参数：

表2推平装置技术规格及结构参数

2.3.4 夯实装置结构、动力选择及技术规格关键参数

2.3.4.1夯实装置结构：包括底盘架、轨道架、夯实锤、从动齿轮、提升链条、提升挂耳、汽油机、减速机等组成。

夯实装置包括轨道架和夯实锤。轨道架通过底盘架竖直固接在所述车架的后方，夯实锤活动设置在轨道架上，底盘架上设置有减速机，减速机的侧方设置有提升动力机构，提升动力机构与减速机的输入端传动连接，减速机的上方架设有提升轴，减速机的输出端设置有主动齿轮，提升轴上设置有从动齿轮，主、从动齿轮之间连接有提升链条，提升链条外侧固设有随之上下循环运动的提升绊钉，夯实锤靠近所述提升链条的一侧固设有提升挂耳，提升挂耳的前端与提升绊钉间歇性地抵触连接，夯实锤在提升绊钉运动的过程中通过提升挂耳被反复提起再自重掉落，车架上设置有控制履带行走车、推平机构和夯实机构的控制箱，控制箱内部设置有遥控接收器，控制箱外部配合设置有遥控发射器。

2.3.4.2 夯实装置动力选择：夯实设备系统的设计主要利用汽油机、减速机、起动链条和提升绊钉，控制夯实锤的启动与快慢。夯实锤在提升绊钉运动的过程中通过提升挂耳被反复提起再自重掉落，形成自重冲击，将土体均匀压实。

2.3.4.3 夯实装置技术规格及结构参数：

表3夯实装置技术规格及结构参数

3  项目创新点

3.1通过增设前置角度可调节推平板，采用压力、转速、车速传感器，实现了平推作业负载变化时自动调整车速，保证行进速度与平推作业负载相匹配，提高了平推作业质量与效率。

3.2通过研制的后置土方夯实设备，加装汽油机、减速机、起动链条和提升绊钉，可控制夯实锤的启动与快慢，适应堤顶和堤坡夯实作业，提高了压实质量与功效。

3.3通过对设备电路研究与改造，实现了推土、夯实与割草遥控操作和作业人员安全，从而极大减轻作业人员劳动强度，改善了作业环境。

3.4利用该机具体积小、适应多地形的特性，实现了在多变地形条件下设备平稳高效推平夯实作业，解决了因作业面小、大型机械受限无法操作等难题。

4  推广应用及效益

4.1  推广应用情况

遥控履带式推平夯实一体机在博爱沁河河务局研制并应用成功后，先后在焦作黄（沁）河孟州局、武陟一局、沁阳局、焦作黄河水利工程维修养护有限公司等多处工程中得到推广应用，极大改善了维修养护职工平垫水沟浪窝的工作环境、减轻了劳动强度、提高了生产效率，受到维修养护职工的一致好评。

4.2 社会、经济和环境等效益分析

4.2.1 社会效益

 遥控履带式推平夯实一体机应用成功后，实现维修养护工作机械化、专业化、规范化，提高了维修养护工作效率，减轻一线职工劳动强度，降低劳动成本，改善工作条件，对实现工程维修养护机械化具有十分重要的意义。

4.2.2 经济效益分析

遥控履带式推平夯实一体机研制应用成功后，通过与原有人工铁锨送土、手硪夯实方式进行对比分析，具体经济效益分析如下：2020年在博爱局沁河左堤K35+050-35+450段堤坡同样的水沟浪窝50m3推平夯实进行了实验，效益分析情况如下：

遥控履带式推平夯实一体机与人工推平夯实50m3水沟浪窝比较，人工推平夯实50m3水沟浪窝需要10个人工，100元/工日，投资1000元。遥控履带式推平夯实一体机只需要0.5个人工，100元/工日，投资50元；汽油消耗5升/50m3；10元/升，投资60元；柴油消耗15升/50m3，5.6元/升，投资84元，共计194元。遥控履带式推平夯实一体机与人工推平夯实水沟浪窝比较每50m3节约费用806元，效率提高5.2倍。

4.2.3 环境效益分析

遥控履带式推平夯实一体机采用多项措施降低生产过程中出现的环境污染：

a该设备采用橡胶履带式行走机构，接地比压小，减少对植被根系、排水沟、路面的损害；噪音小，操纵方便。

b该设备采用土方卸车后直接推平夯实功能，有效防止土方干燥起灰，引起灰尘污染，改善和保护生态环境，环境效益显著，对黄（沁）河生态保护起到不可估量的推动作用。

4.3  推广应用前景

遥控履带式推平夯实一体机研制成功，能够为水利工程维修养护推平作业、土方平垫夯实提供一站式全方位，及时便捷高效的服务，使维修养护工作逐步达到机械化、专业化、规范化、精细化，为积极推进“安澜黄河”建设提供现代化科技支撑和保障，促进了黄河生态保护和高质量发展，受到了黄（沁）河基层单位一线职工的一致好评，具有较高的创新价值和广阔的推广应用前景。

5、进一步深入研究的方向

根据在实际使用情况中的反馈意见，并考虑今后市场需要，我们将会继续对产品进行持续开发改进，进一步提高产品的适应性及功能品质，使其更符合市场的要求。开发改进将针对两方面进行：

一是提高产品智能化管理功能，主要进行GPS定位开发、自动避障功能等，通过完善产品功能，提高产品的地域适应性，满足更多功能需求。

二是继续完善产品功能，实现一机多能。持续研发运输、装载、发电等配套机械；进行液压系统改进，实现多功能动力平台输出的配套开发。

参考文献：

[1] 李怀志，邢天明2017年《人民黄河》---《MCT-130全液压遥控割草机的研制与应用》p407

[2] 袁进南,高顶,王仿,程羽《电磁振动夯实机的设计研究》[J].建筑机械,2009,(03):81-83

[3] 程小亮,邓展伟《匹配路基边坡的斜坡式多功能夯实一体化设备》[P],CN114293531A.2022-04-08

作者简介：许发文（1969.9.19）、男、河南沁阳人，博爱沁河河务局、副局长、高级工程师，主要研究方向：水利水电工程（防汛抢险、工程管理与维修养护），联系地址：博爱县滨河路西段博爱沁河河务局，手机号：13839199759，电子信箱：951880924@qq.com等。