車輛電液控制理論及應用6-2

第六章典型車輛液壓與控制系統(tǒng)介紹——全液壓推土機技術研究

1全液壓推土機發(fā)展現(xiàn)狀與技術特點1.1全液壓推土機國內外發(fā)展現(xiàn)狀

液壓技術和計算機控制技術的不斷發(fā)展進步，為液壓傳動賦予了完美的特性與巨大的生命力。特別是近十年來，在裝載機、瀝青混凝土攤鋪機、混凝土攪拌運送車、振動壓路機與建筑機械靜液化方面應用發(fā)展迅速。液壓傳動技術的大量采用使得工程機械日益從制造裝備保障型向技術保障型邁進。對于靜液壓推土機，國外主要研發(fā)商有JohnDeere、Liebherr、NewHolland、Caterpillar、日本小松等公司。德國Liebherr是世界上靜液壓推土機的重要生產(chǎn)和研究商，推出有PR系列全液壓推土機JohnDeere公司開發(fā)了建設、林業(yè)、園藝工程用H系列靜液壓推土機，取代了134kW以下的G系列履帶推土機NewHolland公司也是世界上靜液壓推土機的重要生產(chǎn)和研究商，產(chǎn)品裝備長履帶，低重心日本小松首次在小松D155AX-3推土機使用HMT（Hydro-MechanicalTransmission）液壓機械傳動國內傳統(tǒng)的機械式和液力機械式推土機已形成一定生產(chǎn)研制水平，且有了長足的發(fā)展，但在靜液壓推土機研究上，國內研究起步較晚，與世界先進水平相比還有較大差距。國內有鞍山第一工程機械股份有限公司技術中心、宣化工程機械廠、黃河工程機械集團技術中心、天津鼎盛工程機械有限公司和山推工程機械有限公司都曾進行過相關技術研究，但由于種種原因，未能取得突破性進展。三一重工經(jīng)過幾年的探索與實踐，終于有了實質性的突破，無論液壓還是電控，逐漸形成了自己特有的核心技術，先后研制開發(fā)出TQ160、TQ230、TSQ160、TQ230H、DH86全液壓推土機，填補了國產(chǎn)推土機在這一領域的空白，代表了國內全液壓推土機的發(fā)展水平。它也是國內現(xiàn)階段唯一進行批量生產(chǎn)和銷售全液壓推土機的廠家。

1.2全液壓推土機技術特點行走系統(tǒng)采用變量泵和馬達組成的靜壓回路。結構簡單，維修與保養(yǎng)方便。具有發(fā)動機極限負荷調節(jié)功能，負荷大小自動調節(jié)擋位，自動升速和降速。操作簡單，降低了操作人員的勞動強度，提高了作業(yè)效率。自動化程度高，可實現(xiàn)智能化控制，可以高速倒車和原地轉向。全液壓推土機智能化研究包括：故障診斷技術關鍵技術參數(shù)動態(tài)顯示動力電子控制／管理系統(tǒng)GPS定位與CAN通信負荷自適應全電液控制方案操作更方便提高作業(yè)效率左右馬達相向旋轉實現(xiàn)原地轉向、提高轉向靈活性3.3系統(tǒng)匹配與評價體系技術性能牽引效率額定滑轉率液壓系統(tǒng)匹配生產(chǎn)率整機壽命工作可靠性操作性能經(jīng)濟性環(huán)境舒適性2全液壓推土機的研究方法理論分析輔助設計軟件

理論計算泵、馬達效率程序

牽引試驗牽引性能壓力波動臺架試驗泵-馬達系統(tǒng)的動靜態(tài)特性控制算法的有效性死區(qū)的控制速度剛度泵馬達系統(tǒng)的效率

計算機仿真全液壓推土機野外試驗液壓系統(tǒng)臺架實驗3全液壓推土機行駛液壓系統(tǒng)參數(shù)匹配

3.1液壓系統(tǒng)的組成電子控制的雙泵雙馬達液壓驅動系統(tǒng)具有液壓差速轉向的單泵單馬達液壓驅動系統(tǒng)串并聯(lián)切換回路(在高低兩個速度范圍內均能獲得高的驅動效率)3.2關鍵技術參數(shù)牽引比和比功率效率滑轉率參數(shù)最小值最大值平均值離差系數(shù)牽引比1.131.751.480.197比功率5.838.057.20.562國內外著名廠家全液壓推土機牽引比和比功率統(tǒng)計牽引功率和生產(chǎn)率隨牽引力變化的函數(shù)關系

利用牽引特性評價參數(shù)匹配的合理性

變量泵的效率曲線

變量馬達的效率曲線

泵的變量范圍最好控制在=0.3～1范圍內以使泵的總效率高于75%，馬達應該控制在=0.4~1范圍內工作；泵排量比泵的變量范圍最好控制在0.3~1范圍內，以使泵的總效率高于75%；馬達應該控制在0.4~1范圍內；泵排量比0.25~0.5的范圍(總效率為0.6~0.75)僅用于車輛要求的特殊的低速工作，而在0.25以下的區(qū)域僅作為起步、加速的過渡過程而不用于正常作業(yè)。變量泵—馬達系統(tǒng)的理論效率曲線

（未考慮管路損失）變量泵—馬達系統(tǒng)的試驗效率曲線

（未考慮管路損失）滑轉率滑轉率是履帶式牽引車輛的重要參數(shù)之一，它標示了車輛在作業(yè)過程中相對于地面的滑轉程度，滑轉率的存在一定程度上可以改善車輛的牽引性能。通過分析牽引效率和生產(chǎn)率在滑轉曲線上的配置，以及樣機的實際試驗研究，確定全液壓推土機的額定滑轉率應為12~15%。3.3全液壓推土機發(fā)動機動力儲備性能

發(fā)動機作為工程機械的動力，綜合評價其整機性能及與工程機械匹配的合理性時，要考慮多方面因素：基本參數(shù)動力性能指標經(jīng)濟性能指標排放性能指標………………扭矩適應性系數(shù)與轉速適應性系數(shù)扭矩適應性系數(shù)轉速適應性系數(shù)扭矩適應系數(shù)和轉速適應系數(shù)作為發(fā)動機動力儲備性能的兩個評價指標，存在著一定的不全面性。發(fā)動機動力儲備性能的好壞還取決于發(fā)動機外特性曲線上最大扭矩點與額定扭矩點之間那段非調速曲線的形狀。動力儲備面積全液壓推土機行駛液壓系統(tǒng)匹配測試儀器記錄界面4全液壓推土機控制系統(tǒng)工程機械常用控制方式包括電控、液控和電液復合控制等：液控是通過液動比例控制泵和液動比例控制馬達，采用液動比例控制方式調節(jié)其排量，從而調節(jié)系統(tǒng)流量，進而調節(jié)馬達的輸出功率和輸出扭矩，多應用在中小型，對行駛速度、操作性能和行駛平穩(wěn)性要求不高的機械中；電控主要是通過電動比例變量泵與電動比例變量馬達實現(xiàn)液壓系統(tǒng)流量控制，適用于對行駛速度和平穩(wěn)性有一定要求的大型行駛機械上；電液復合控制方式實際指的是泵采用液電控制，馬達采用電控的控制方式。DA控制EP控制從控制器RC6-9DI2/10顯示器CAN總線主控制器RC6-9速度斜坡控制控制器每一掃描周期，根據(jù)指令與實際輸出的差值，增加（或減少）一定的步長，經(jīng)多個周期后，輸出可跟隨至指令值。調整步長，或根據(jù)不同情況給定不同的步長，則可實現(xiàn)不同的斜坡時間。功率自適應控制控制系統(tǒng)實時監(jiān)測發(fā)動機的實際轉速與指令轉速（通過油門位置計算得出）的差異，在發(fā)生掉速時，減少行走系統(tǒng)的功率，即降低車速（也即降低泵排量），使發(fā)動機維持在一個期望的工作速度范圍（通常在發(fā)動機最大扭矩轉速以上）。

基于PID調節(jié)的糾偏方法

PID調節(jié)器輸出的調節(jié)量作用到快速一側，在快速側的當前排量上減去這一調節(jié)量（絕對值）。

因為PID調節(jié)器輸出的控制量是根據(jù)當前的馬達轉速差實時計算出的，不能人工干預，如果調節(jié)量的數(shù)值超過泵滿排量的限制，則直接影響算法的效果甚至收斂性?；凇靶×勘平痹淼募m偏方法

控制器每一掃描周期，快速側的泵排量減少一個小量，同時慢速側的泵排量增加一個相同的小量，借助于控制器的高速處理能力，短時間就可以達到兩側速度的平衡，而且因為每次糾偏量很小，所以不會產(chǎn)生過調與振蕩。如果調節(jié)量過大，調節(jié)過程中會出現(xiàn)左右振蕩的現(xiàn)象；如果調節(jié)量過小，則受限于控制器有限的運行速度，會因調節(jié)時間過長而發(fā)散。經(jīng)過實驗，如果控制器的循環(huán)周期為10ms，將調節(jié)“小量”折算為排量，可取為滿排量的0.05%～0.1%左右。速度檔位劃分1檔：泵排量比30%，馬達排量比100%2檔：泵排量比30％～100％，馬達排量比100％

3檔：泵的排量比30％～100％，馬達排量比100％~40％4檔：泵的排量比100％，馬達排量比40％~30％5基于AMESim的全液壓推土機行駛液壓系統(tǒng)仿真牽引性能載荷沖擊速度剛度載荷上升梯度對液壓系統(tǒng)的影響6牽引效率牽引效率是全液壓推土機的評價指標之一。根據(jù)機械式和液力機械式傳動的推土機的國家標準：牽引效率大于71%為優(yōu)；牽引效率67%為合格產(chǎn)品。對于全液壓推土機牽引效率尚未有相應的國家標準，由于液壓系統(tǒng)的特性，全液壓推土機牽引效率稍低，但在作業(yè)效率方面，全液壓推土機以其靈活機動性，將會超越機械式和液力機械式傳動的推土機。

7液壓系統(tǒng)可靠性在工作中，全液壓推土機的行駛驅動系統(tǒng)全部承受工作裝置的變化劇烈、波動大的非平穩(wěn)隨機負荷。研究在工作過程中液壓系統(tǒng)的壓力變化情況，進一步研究液壓系統(tǒng)對液壓元件的沖擊，用于液壓元件的壽命分析，對液壓系統(tǒng)壽命影響做出評價，提出壓力波動應控制的范圍。在全液壓推土機液壓系統(tǒng)的設計和機器的可靠性設計方面具有一定的參考意義。8結論

全液壓推土機是電液自動化控制技術和信息技術在傳統(tǒng)的機械式和液力機械式推土機上的應用，屬于一