王 剛，李民孝，閆步吉

（中交西安筑路機械有限公司，陜西 西安 710200）

目前大型攤鋪機驅動機構形式多為雙泵-雙馬達履帶式驅動，在施工時可適應各種復雜路況，因而被廣泛應用。履帶式攤鋪機行駛驅動系統(tǒng)大都采用全液壓驅動方案，動力傳遞由發(fā)動機通過分動箱驅動左、右電控變量泵，經(jīng)左、右兩檔控制液壓馬達后傳遞至左、右輪邊減速裝置，減速裝置驅動左、右履帶實現(xiàn)整機前進、后退、轉向。

履帶攤鋪機傳統(tǒng)轉向控制由轉向電位器輸出百分比電壓給控制器，通過控制器控制變量泵排量實現(xiàn)轉向。工作中由于發(fā)動機速度、液壓系統(tǒng)效率、行走機構誤差和路面狀況等因素使轉向的變化與電位器的旋轉位置不能呈對應線性關系，而且電位器輸出百分值更不是攤鋪機的轉向半徑值，駕駛員操縱時只能依靠自身判斷來控制。當攤鋪機需要按要求的轉彎半徑轉向時，傳統(tǒng)的控制方式就不能滿足。為了實現(xiàn)履帶攤鋪機轉向性能參數(shù)的準確控制，現(xiàn)對攤鋪機履帶轉向機理進行轉向運動學分析，運用電氣數(shù)字控制方法實現(xiàn)控制，達到較精確的履帶轉向半徑控制，方便使用調(diào)整。

1 履帶式攤鋪機轉向機理分析

履帶式攤鋪機轉向時的各相關參數(shù)如圖1所示，圖中O、O1、O2、O3分別為履帶中心、外側履帶中心、內(nèi)側履帶中心和實際轉向中心；V1、V2分別為外側和內(nèi)側履帶速度；R為履帶理論轉向半徑；B為履帶中心距；ω為履帶轉向角速度。

圖1 履帶式攤鋪機轉向原理圖

圖2 原地轉向

由V1O1O3和V2O2O3組成2個相似三角形，得

由式（1）得出，理論轉向半徑僅與內(nèi)外側履帶的速度V2、V1和履帶中心距B有關。當內(nèi)測履帶速度V2為零時，轉向半徑R=B/2為最小轉向半徑；當V1近似為V2時，兩側履帶近似相同，即直線行走；當V1=-V2時，轉向半徑R為零，此狀態(tài)接近于攤鋪機原地轉向如圖2所示。原地轉向是攤鋪機的特殊功能，由單獨的開關控制，不做詳細分析。正常攤鋪機轉向時，V1、V2值均大于等于零。

2 履帶式攤鋪機轉向控制方法

2.1 轉向控制原理分析

履帶式攤鋪機液壓轉向系統(tǒng)為變量泵和變量馬達組成的雙泵雙馬達獨立驅動閉式液壓回路。通過變量泵比例電磁閥和變量機構調(diào)節(jié)泵流量的大小和方向，就可以改變液壓馬達輸出速度的大小和方向。兩邊根據(jù)輸入的預設速度和預設轉向，通過數(shù)字式控制器輸出相應電流給對應變量泵實現(xiàn)控制和驅動，達到整機相應速度的前進、后退及不同半徑的轉向。

攤鋪機的履帶速度是根據(jù)變量泵的排量來決定，變量泵排量是有限的。當以一定速度行駛需要轉向時，增大外側履帶速度獲得的轉向半徑范圍就被縮小。例如當攤鋪機以最大速度行駛，轉向需要增大外側履帶速度時，泵的排量就無法增加，所以在攤鋪機履帶轉向時采用減少內(nèi)側履帶速度來控制。

在式（1）中有R、V1、V23個組變量，R與V1和V2為非線性關系。為方便轉向電位器控制，設定R的變化為線性變化，外側履帶速度V1隨相應的變量泵電氣輸入變化也呈線性關系，如圖3所示，所以R的線性變化輸入能反映內(nèi)測履帶V2非線性速度變化關系。

圖3 變量泵排量比例控制曲線

則由式（1）得

在不考慮滑移、滑轉情況下對式（2）進行仿真分析，R最小為B/2，最大值設定1000m（接近直線行駛），得出V1、V2、R的關系，如圖4所示。

圖4 轉向半徑線性變化時V1、V2曲線圖

由圖4可見，R值從最小到最大的線性變化可以通過調(diào)整速度曲線V2的輸出即內(nèi)側履帶速度變化來控制；V2速度變化曲線是先急后緩無限接近V1速度；而且在各種外側履帶速度V2預選時都能通過一組固定的R線性變化來控制攤鋪機較為真實的轉向半徑，為電氣系統(tǒng)信號輸入提供了便利。

2.2 履帶攤鋪機數(shù)字式電氣轉向控制

攤鋪機履帶速度值是由驅動馬達內(nèi)置速度傳感器檢測馬達轉速來獲得，則V1、V2為

式中 n1——外側主動輪轉速；

N2——內(nèi)側主動輪轉速；

N1—— 單位時間內(nèi)外側履帶馬達傳感器記錄的脈沖信號數(shù)量；

N2—— 單位時間內(nèi)內(nèi)側履帶馬達傳感器記錄的脈沖信號數(shù)量；

z——馬達計數(shù)齒數(shù)量（內(nèi)外側相同）；

r—— 履帶主動輪工作半徑（內(nèi)外側相同）；

i——履帶減速機傳動比（內(nèi)外側相同）。將式（3）、（4）帶入（2），則內(nèi)外測履帶馬達速度與理論轉向半徑R的關系為

攤鋪機攤鋪狀態(tài)轉向電氣控制方式采用雙閉環(huán)控制（見圖5），現(xiàn)將轉向電位器從最小轉彎半徑Rmin到最大轉彎半徑Rmax范圍設定B/2-1000m，即預設轉向半徑范圍已確定?？刂七^程先由轉向電位器輸出預選的轉向半徑R和速度電位器預選的馬達速度N1（采用閉環(huán)控制實現(xiàn)速度穩(wěn)定），控制器通過式（5）計算出對應的內(nèi)測履帶馬達速度N2，并對內(nèi)側變量泵輸入與N2對應的電流值，再由內(nèi)側履帶馬達轉速傳感器檢測轉速反饋給數(shù)字式控制器，控制器將反饋轉速與計算轉速進行對比，如有差距，微調(diào)泵的輸入電流使內(nèi)側履帶馬達速度實現(xiàn)與計算速度一致，最終實現(xiàn)對應預選轉向的精準控制。

圖5 閉環(huán)速度控制

由于設定轉彎半徑B/2-1000m數(shù)值范圍很大，在轉向電位器指示區(qū)域很難清楚標記，可將電位器調(diào)節(jié)范圍百分比與轉彎半徑范圍對應，通過車載顯示器顯示以便監(jiān)控。

3 結束語

綜上所述，通過對攤鋪機履帶轉向原理進行分析，建立數(shù)學模型并進行建模分析，得出了一種能實現(xiàn)精準轉向控制的方法。此方法用一個線性轉向電位器通過控制器計算調(diào)節(jié)內(nèi)側履帶馬達速度對各種速度攤鋪機轉向進行精準控制，便于調(diào)整監(jiān)控。

［1］ 芮強，王紅巖，王欽龍，萬麗，蓋江濤，周廣明. 履帶車輛轉向性能參數(shù)分析與試驗研究［J］. 機械工程學報，2015，51（12）.