車輛電液控制理論及應(yīng)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(jī)技術(shù)研究

1全液壓推土機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀與技術(shù)特點(diǎn)1.1全液壓推土機(jī)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

液壓技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，為液壓傳動(dòng)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(jī)、瀝青混凝土攤鋪機(jī)、混凝土攪拌運(yùn)送車、振動(dòng)壓路機(jī)與建筑機(jī)械靜液化方面應(yīng)用發(fā)展迅速。液壓傳動(dòng)技術(shù)的大量采用使得工程機(jī)械日益從制造裝備保障型向技術(shù)保障型邁進(jìn)。對于靜液壓推土機(jī)，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(jī)的重要生產(chǎn)和研究商，推出有PR系列全液壓推土機(jī)JohnDeere公司開發(fā)了建設(shè)、林業(yè)、園藝工程用H系列靜液壓推土機(jī)，取代了134kW以下的G系列履帶推土機(jī)NewHolland公司也是世界上靜液壓推土機(jī)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(jī)使用HMT（Hydro-MechanicalTransmission）液壓機(jī)械傳動(dòng)國內(nèi)傳統(tǒng)的機(jī)械式和液力機(jī)械式推土機(jī)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(jī)研究上，國內(nèi)研究起步較晚，與世界先進(jìn)水平相比還有較大差距。國內(nèi)有鞍山第一工程機(jī)械股份有限公司技術(shù)中心、宣化工程機(jī)械廠、黃河工程機(jī)械集團(tuán)技術(shù)中心、天津鼎盛工程機(jī)械有限公司和山推工程機(jī)械有限公司都曾進(jìn)行過相關(guān)技術(shù)研究，但由于種種原因，未能取得突破性進(jìn)展。三一重工經(jīng)過幾年的探索與實(shí)踐，終于有了實(shí)質(zhì)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(shù)，先后研制開發(fā)出TQ160、TQ230、TSQ160、TQ230H、DH86全液壓推土機(jī)，填補(bǔ)了國產(chǎn)推土機(jī)在這一領(lǐng)域的空白，代表了國內(nèi)全液壓推土機(jī)的發(fā)展水平。它也是國內(nèi)現(xiàn)階段唯一進(jìn)行批量生產(chǎn)和銷售全液壓推土機(jī)的廠家。

1.2全液壓推土機(jī)技術(shù)特點(diǎn)行走系統(tǒng)采用變量泵和馬達(dá)組成的靜壓回路。結(jié)構(gòu)簡單，維修與保養(yǎng)方便。具有發(fā)動(dòng)機(jī)極限負(fù)荷調(diào)節(jié)功能，負(fù)荷大小自動(dòng)調(diào)節(jié)擋位，自動(dòng)升速和降速。操作簡單，降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了作業(yè)效率。自動(dòng)化程度高，可實(shí)現(xiàn)智能化控制，可以高速倒車和原地轉(zhuǎn)向。全液壓推土機(jī)智能化研究包括：故障診斷技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)動(dòng)態(tài)顯示動(dòng)力電子控制／管理系統(tǒng)GPS定位與CAN通信負(fù)荷自適應(yīng)全電液控制方案操作更方便提高作業(yè)效率左右馬達(dá)相向旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向、提高轉(zhuǎn)向靈活性3.3系統(tǒng)匹配與評價(jià)體系技術(shù)性能牽引效率額定滑轉(zhuǎn)率液壓系統(tǒng)匹配生產(chǎn)率整機(jī)壽命工作可靠性操作性能經(jīng)濟(jì)性環(huán)境舒適性2全液壓推土機(jī)的研究方法理論分析輔助設(shè)計(jì)軟件

理論計(jì)算泵、馬達(dá)效率程序

牽引試驗(yàn)牽引性能壓力波動(dòng)臺架試驗(yàn)泵-馬達(dá)系統(tǒng)的動(dòng)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(dá)系統(tǒng)的效率

計(jì)算機(jī)仿真全液壓推土機(jī)野外試驗(yàn)液壓系統(tǒng)臺架實(shí)驗(yàn)3全液壓推土機(jī)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(dá)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有液壓差速轉(zhuǎn)向的單泵單馬達(dá)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)串并聯(lián)切換回路(在高低兩個(gè)速度范圍內(nèi)均能獲得高的驅(qū)動(dòng)效率)3.2關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)牽引比和比功率效率滑轉(zhuǎn)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(nèi)外著名廠家全液壓推土機(jī)牽引比和比功率統(tǒng)計(jì)牽引功率和生產(chǎn)率隨牽引力變化的函數(shù)關(guān)系

利用牽引特性評價(jià)參數(shù)匹配的合理性

變量泵的效率曲線

變量馬達(dá)的效率曲線

泵的變量范圍最好控制在=0.3～1范圍內(nèi)以使泵的總效率高于75%，馬達(dá)應(yīng)該控制在=0.4~1范圍內(nèi)工作；泵排量比泵的變量范圍最好控制在0.3~1范圍內(nèi)，以使泵的總效率高于75%；馬達(dá)應(yīng)該控制在0.4~1范圍內(nèi)；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(dá)系統(tǒng)的理論效率曲線

（未考慮管路損失）變量泵—馬達(dá)系統(tǒng)的試驗(yàn)效率曲線

（未考慮管路損失）滑轉(zhuǎn)率滑轉(zhuǎn)率是履帶式牽引車輛的重要參數(shù)之一，它標(biāo)示了車輛在作業(yè)過程中相對于地面的滑轉(zhuǎn)程度，滑轉(zhuǎn)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(zhuǎn)曲線上的配置，以及樣機(jī)的實(shí)際試驗(yàn)研究，確定全液壓推土機(jī)的額定滑轉(zhuǎn)率應(yīng)為12~15%。3.3全液壓推土機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力儲備性能

發(fā)動(dòng)機(jī)作為工程機(jī)械的動(dòng)力，綜合評價(jià)其整機(jī)性能及與工程機(jī)械匹配的合理性時(shí)，要考慮多方面因素：基本參數(shù)動(dòng)力性能指標(biāo)經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)排放性能指標(biāo)………………扭矩適應(yīng)性系數(shù)與轉(zhuǎn)速適應(yīng)性系數(shù)扭矩適應(yīng)性系數(shù)轉(zhuǎn)速適應(yīng)性系數(shù)扭矩適應(yīng)系數(shù)和轉(zhuǎn)速適應(yīng)系數(shù)作為發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力儲備性能的兩個(gè)評價(jià)指標(biāo)，存在著一定的不全面性。發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力儲備性能的好壞還取決于發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線上最大扭矩點(diǎn)與額定扭矩點(diǎn)之間那段非調(diào)速曲線的形狀。動(dòng)力儲備面積全液壓推土機(jī)行駛液壓系統(tǒng)匹配測試儀器記錄界面4全液壓推土機(jī)控制系統(tǒng)工程機(jī)械常用控制方式包括電控、液控和電液復(fù)合控制等：液控是通過液動(dòng)比例控制泵和液動(dòng)比例控制馬達(dá)，采用液動(dòng)比例控制方式調(diào)節(jié)其排量，從而調(diào)節(jié)系統(tǒng)流量，進(jìn)而調(diào)節(jié)馬達(dá)的輸出功率和輸出扭矩，多應(yīng)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(jī)械中；電控主要是通過電動(dòng)比例變量泵與電動(dòng)比例變量馬達(dá)實(shí)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(jī)械上；電液復(fù)合控制方式實(shí)際指的是泵采用液電控制，馬達(dá)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(shí)際輸出的差值，增加（或減少）一定的步長，經(jīng)多個(gè)周期后，輸出可跟隨至指令值。調(diào)整步長，或根據(jù)不同情況給定不同的步長，則可實(shí)現(xiàn)不同的斜坡時(shí)間。功率自適應(yīng)控制控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速（通過油門位置計(jì)算得出）的差異，在發(fā)生掉速時(shí)，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(dòng)機(jī)維持在一個(gè)期望的工作速度范圍（通常在發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩轉(zhuǎn)速以上）。

基于PID調(diào)節(jié)的糾偏方法

PID調(diào)節(jié)器輸出的調(diào)節(jié)量作用到快速一側(cè)，在快速側(cè)的當(dāng)前排量上減去這一調(diào)節(jié)量（絕對值）。

因?yàn)镻ID調(diào)節(jié)器輸出的控制量是根據(jù)當(dāng)前的馬達(dá)轉(zhuǎn)速差實(shí)時(shí)計(jì)算出的，不能人工干預(yù)，如果調(diào)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(cè)的泵排量減少一個(gè)小量，同時(shí)慢速側(cè)的泵排量增加一個(gè)相同的小量，借助于控制器的高速處理能力，短時(shí)間就可以達(dá)到兩側(cè)速度的平衡，而且因?yàn)槊看渭m偏量很小，所以不會(huì)產(chǎn)生過調(diào)與振蕩。如果調(diào)節(jié)量過大，調(diào)節(jié)過程中會(huì)出現(xiàn)左右振蕩的現(xiàn)象；如果調(diào)節(jié)量過小，則受限于控制器有限的運(yùn)行速度，會(huì)因調(diào)節(jié)時(shí)間過長而發(fā)散。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，如果控制器的循環(huán)周期為10ms，將調(diào)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(dá)排量比100%2檔：泵排量比30％～100％，馬達(dá)排量比100％

3檔：泵的排量比30％～100％，馬達(dá)排量比100％~40％4檔：泵的排量比100％，馬達(dá)排量比40％~30％5基于AMESim的全液壓推土機(jī)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(jī)的評價(jià)指標(biāo)之一。根據(jù)機(jī)械式和液力機(jī)械式傳動(dòng)的推土機(jī)的國家標(biāo)準(zhǔn)：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(jī)牽引效率尚未有相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)，由于液壓系統(tǒng)的特性，全液壓推土機(jī)牽引效率稍低，但在作業(yè)效率方面，全液壓推土機(jī)以其靈活機(jī)動(dòng)性，將會(huì)超越機(jī)械式和液力機(jī)械式傳動(dòng)的推土機(jī)。

7液壓系統(tǒng)可靠性在工作中，全液壓推土機(jī)的行駛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)全部承受工作裝置的變化劇烈、波動(dòng)大的非平穩(wěn)隨機(jī)負(fù)荷。研究在工作過程中液壓系統(tǒng)的壓力變化情況，進(jìn)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(jià)，提出壓力波動(dòng)應(yīng)控制的范圍。在全液壓推土機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和機(jī)器的可靠性設(shè)計(jì)方面具有一定的參考意義。8結(jié)論

全液壓推土機(jī)是電液自動(dòng)化控制技術(shù)和信息技術(shù)在傳統(tǒng)的機(jī)械式和液力機(jī)械式推土機(jī)上的應(yīng)用，屬于一