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雙鋼輪振動壓路機柔性起步停車控制技術(shù)研究

壓路機在作業(yè)過程中，會循環(huán)經(jīng)歷“前進—停止—后退”這一過程。前進時的起步加速及停車減速，后退時的起步加速及停車減速等，加之雙鋼輪振動壓路機的質(zhì)量較大，使得壓路機的驅(qū)動系統(tǒng)受到頻繁的載荷沖擊，嚴重影響其作業(yè)質(zhì)量[1-2]。針對上述問題，本文研究了柔性起步停車控制技術(shù)，有效地提高了壓路機的作業(yè)質(zhì)量。

1 雙鋼輪振動壓路機行駛系統(tǒng)的控制方法研究

在控制方法研究過程中，根據(jù)控制器的工作原理以及功能要求的不同，設(shè)計相應的控制流程以及控制方法。

1.1 RC6-9控制器工作原理

本文所采用的RC6-9控制器的工作原理如圖1所示，程序的刷新采用循環(huán)模式，每20 ms為1個循環(huán)周期。

圖1 RC6-9控制器工作原理示意圖

1.2 行駛控制方法研究

1.2.1 行駛速度與方向控制

本文研究的樣機，采用單變量泵控雙馬達的行駛液壓系統(tǒng)，行駛方向控制是通過對變量泵流液方向的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)，行駛速度控制是通過變量泵的排量來調(diào)節(jié)[3-5]。

當需要改變壓路機的行駛方向及速度時，可以通過控制手柄給控制器發(fā)出相應的信號，控制行駛泵的電液比例閥來改變液壓泵的流液方向及其排量大小，實現(xiàn)控制功能。在控制過程中，將手柄的電壓值0.5～4.5 V線性換算成0%～100%，來表示手柄所處位置，其電壓與手柄的位置曲線如圖2所示。

圖2 電壓與手柄位置曲線

本文研究的樣機采用的是博世力士樂的A4CG變量泵，其行駛泵排量與電流關(guān)系曲線如圖3所示，泵排量與電流關(guān)系式見表1，具體控制流程如圖4所示。

圖3 行駛泵排量與電流關(guān)系曲線

圖4 行駛速度及方向控制流程

電壓/V控制電流起點i0/mA控制電流終點iF/mA排量與電流關(guān)系式24200600Vg=[Vgmax×(i±200)]/400

1.2.2 柔性起步停車控制

為了合理控制壓路機作業(yè)時頻繁的起步加速度和停車減速度對其驅(qū)動系統(tǒng)的沖擊，本文采用了柔性起步停車控制技術(shù)。該技術(shù)是一種基于PWM電流的斜坡控制技術(shù)，具體的控制方法是將控制手柄輸入的電流值與控制器輸出的電流值進行比較，根據(jù)二者之差增加或者減少步長，經(jīng)過多個循環(huán)周期后，使輸出的電流值逐步跟隨至控制電流[6-7]。其控制的原理圖如圖5所示，具體控制流程如圖6所示。

圖5 柔性起步停車控制原理圖

圖6 柔性起步停車控制流程

2 雙鋼輪振動壓路機的試驗研究

2.1 試驗目的

上機測試樣機行駛系統(tǒng)的控制功能。

2.2 傳感器布置

傳感器布置圖如圖7所示。

圖7 傳感器布置圖

2.3 試驗內(nèi)容及結(jié)果

2.3.1 起步加速試驗

在高速擋前進起步加速過程中，發(fā)動機轉(zhuǎn)速和行駛系統(tǒng)功率曲線如圖8所示，樣機加速度和行駛馬達轉(zhuǎn)速波動曲線如圖9所示，發(fā)動機和行駛馬達轉(zhuǎn)速波動曲線如圖10所示。在高速擋后退起步加速過程中，發(fā)動機轉(zhuǎn)速和行駛系統(tǒng)功率曲線如圖11所示，樣機加速度和行駛馬達轉(zhuǎn)速波動曲線如圖12所示，發(fā)動機和行駛馬達轉(zhuǎn)速波動曲線如圖13所示。

圖8 高速擋前進起步加速過程發(fā)動機轉(zhuǎn)速和

圖9 高速擋前進起步加速過程樣機加速度和

圖10 高速擋前進起步加速過程發(fā)動機和

圖11 高速擋后退起步加速過程發(fā)動機轉(zhuǎn)速和

圖12 高速擋后退起步加速過程樣機加速度和

圖13 高速擋后退起步加速過程發(fā)動機和

2.3.2 停車減速試驗

在低速擋前進停車減速過程中，發(fā)動機轉(zhuǎn)速和行駛系統(tǒng)功率曲線如圖14所示，樣機加速度和行駛馬達轉(zhuǎn)速波動曲線如圖15所示，發(fā)動機和行駛馬達轉(zhuǎn)速波動曲線如圖16所示。在低速擋后退停車減速過程中，發(fā)動機轉(zhuǎn)速和行駛系統(tǒng)功率曲線如圖17所示，樣機加速度和行駛馬達轉(zhuǎn)速波動曲線如圖18所示，發(fā)動機和行駛馬達轉(zhuǎn)速波動曲線如圖19所示。

圖14 低速擋前進停車減速過程發(fā)動機轉(zhuǎn)速和

圖15 低速擋前進停車減速過程樣機加速度和

圖16 低速擋前進停車減速過程發(fā)動機和

圖17 低速擋后退停車減速過程發(fā)動機轉(zhuǎn)速和

圖18 低速擋后退停車減速過程樣機加速度和

圖19 低速擋后退停車減速過程發(fā)動機和

2.4 試驗結(jié)論

1)在起步過程中，產(chǎn)生較小的最大加速度；同時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降≤50 r/min；在行駛作業(yè)過程中，液壓系統(tǒng)的最高壓力不超過設(shè)定壓力；增量斜坡的步長設(shè)置合理。

2)在停車過程中，發(fā)動機反拖轉(zhuǎn)速上升≤70 r/min；行駛系統(tǒng)的反拖峰值壓力小于設(shè)定壓力；減量斜坡的步長設(shè)置合理。

3 結(jié)語

本文對雙鋼輪振動壓路機行駛控制系統(tǒng)進行了研究，主要結(jié)論如下：1)確定了樣機行駛系統(tǒng)控制方案；2)提出了行駛速度與方向控制方法、柔性起步停車控制方法；3)對樣機進行了試驗研究，驗證了控制方法的合理性。

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責任編輯 鄭練

張 佩1，王 凱2

(1.西安鐵路職業(yè)技術(shù)學院，陜西 西安 710014；2.長安大學 道路施工技術(shù)與教育部重點實驗室，陜西 西安 710064)

雙鋼輪振動壓路機在作業(yè)時，會循環(huán)經(jīng)歷“前進—停止—后退”這一過程，導致起步過程出現(xiàn)功率疊加現(xiàn)象，以及經(jīng)受較大的壓力和沖擊等問題。為了有效解決上述問題，提高壓路機作業(yè)質(zhì)量，在對壓路機的工作原理和性能指標進行分析的基礎(chǔ)上，開發(fā)了基于工程機械專用控制器RC6-9的壓路機行駛控制系統(tǒng)，提出了柔性起步停車控制技術(shù)，并給出了其控制方法及流程，使行駛系統(tǒng)平穩(wěn)起步。通過對控制系統(tǒng)功能和性能進行了現(xiàn)場試驗研究，驗證了柔性起步停車控制技術(shù)的可行性與合理性。

雙鋼輪振動壓路機；柔性起步停車控制技術(shù)；RC6-9控制器

Study on the Flexible Starting and Stopping Control Technology of High Frequency Electric Tandem-drum Vibratory Roller

ZHANG Pei1, WANG Kai2

(1.Department of Mechanical and Electrical Engineering, Xi’an Railway Vocational & Technical Institute, Xi’an

710014, China; 2.Key Laboratory for Highway Construction Technology and Equipment of Ministry of Education,

Chang’an University, Xi’an 710064, China)

When the tandem-drum vibratory roller is in operation, it will cycle through the process of moving forward, stop and backward, which leads to the phenomenon of power overlapping in starting process and excessive impaction. In order to effectively solve the above problems, improve the quality of road roller, based on the working principles and property index of tandem-drum vibratory roller, while the driving control system is developed under the RC6-9 controller. The control algorithm and procedures of the technologies with respect to flexible starting control are developed and designed. By ways of field tests， the driving control system function is studied. The system function and performance of the machine is field tests studied. The results of simulation agree well with that of tests so the reasonability and credibility of the model is verified.

tandem-drum vibratory roller, flexible starting and stopping control technology, RC6-9 controller

張佩(1986-)，女，助教，碩士研究生，主要從事機械、控制等方面的研究。

2016-04-13

TD 422

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