姜友山

（山推工程機(jī)械股份有限公司，山東 濟(jì)寧 272023）

推土機(jī)作業(yè)工況復(fù)雜，所受作業(yè)載荷不斷變化，若負(fù)載較大，超過(guò)了推土機(jī)的附著力，推土機(jī)的履帶將會(huì)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，通常履帶打滑要求不超過(guò)12%，履帶打滑程度過(guò)大，不但不利于推土，而且會(huì)對(duì)履帶造成很大損傷。此時(shí)操作者會(huì)適量提升工作裝置（鏟刀或松土器）切土深度，來(lái)降低負(fù)載，以保證推土機(jī)正常作業(yè)。若負(fù)載較小，無(wú)法保證鏟刀滿鏟或松土器滿載荷時(shí)，整機(jī)作業(yè)生產(chǎn)率降低，此時(shí)操作者會(huì)下降工作裝置切土深度，來(lái)增加負(fù)載，以保證推土機(jī)滿負(fù)荷推土。在復(fù)雜的作業(yè)條件下，操作者需不斷地調(diào)整工作裝置的切土深度，增加了勞動(dòng)強(qiáng)度，并且不同的操作者，由于操作水平的差異，對(duì)推土質(zhì)量影響很大。因此，非常有必要對(duì)工作裝置進(jìn)行自動(dòng)控制。

1 工作裝置自動(dòng)控制原理

推土機(jī)工作裝置通常是基于滑轉(zhuǎn)率來(lái)進(jìn)行自動(dòng)控制的，但此種方法不能保證整機(jī)作業(yè)生產(chǎn)率始終位于高效區(qū)。故本文以變矩器傳動(dòng)比作為控制目標(biāo)，在變矩器處于高效區(qū)基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)工作裝置的自動(dòng)控制。

液力機(jī)械式推土機(jī)配置的液力變矩器的效率曲線示意圖如圖1 所示。橫坐標(biāo)為液力變矩器的傳動(dòng)比，其大小為變矩器的渦輪轉(zhuǎn)速與泵輪轉(zhuǎn)速之商；縱坐標(biāo)為液力變矩器效率。由圖1 可以看出，變矩器的效率曲線近似于拋物線，最高效率時(shí)對(duì)應(yīng)一個(gè)固定的傳動(dòng)比，在最高效率附近取較高效率范圍（接近于最高效率點(diǎn)），則會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)固定的變矩器傳動(dòng)比范圍（i1～i2）。若將控制目標(biāo)設(shè)定為i1～i2之間，那么變矩器在控制目標(biāo)范圍內(nèi)的效率必處于高效區(qū)（最高效率附近）。而液力變矩器的效率決定了整機(jī)的輸出功率，若變矩器始終處于高效區(qū)，則會(huì)提升整機(jī)作業(yè)生產(chǎn)率。

圖1 變矩器效率曲線

2 推土機(jī)工作裝置自動(dòng)控制策略

圖2為推土機(jī)工作裝置自動(dòng)控制系統(tǒng)示意圖。

圖2 推土機(jī)工作裝置自動(dòng)控制系統(tǒng)示意圖

發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)萬(wàn)向節(jié)等機(jī)械結(jié)構(gòu)與變矩器相連，變矩器渦輪通過(guò)變速箱等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將功率傳遞至驅(qū)動(dòng)輪。對(duì)于電控發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可以通過(guò)終端直接讀出，對(duì)于一般發(fā)動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)速可以通過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)脈沖數(shù)進(jìn)行檢測(cè)而獲得。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速乘以機(jī)械部分傳動(dòng)比，就得到變矩器泵輪轉(zhuǎn)速。利用安裝在傳動(dòng)系統(tǒng)輸出軸上的轉(zhuǎn)速傳感器，可以檢測(cè)到變矩器渦輪轉(zhuǎn)速。推土機(jī)工作時(shí)，復(fù)雜多變的外負(fù)載，會(huì)影響變矩器渦輪轉(zhuǎn)速。負(fù)載增大，渦輪轉(zhuǎn)速降低，變矩器輸出扭矩增大；負(fù)載減小，渦輪轉(zhuǎn)速較高，變矩器輸出扭矩減小。

作業(yè)時(shí)，實(shí)時(shí)采集變矩器泵輪和渦輪轉(zhuǎn)速，并將所測(cè)得的轉(zhuǎn)速輸入到控制器，控制器將進(jìn)行如下計(jì)算

i為變矩器的傳動(dòng)比；nw為變矩器泵輪轉(zhuǎn)速；nb為渦輪轉(zhuǎn)速。

2.1 作業(yè)時(shí)負(fù)載增大

若作業(yè)時(shí)負(fù)載增大，整機(jī)輸出扭矩增大，液力變矩器渦輪轉(zhuǎn)速降低，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變的情況下，變矩器傳動(dòng)比i將減小，變矩器傳動(dòng)比i＜i1時(shí)，控制器將發(fā)出指令，圖2 中上部電磁閥通電，驅(qū)動(dòng)工作裝置油缸的有桿腔充油，工作裝置切土深度減小，外負(fù)載減小，變矩器渦輪轉(zhuǎn)速就會(huì)增加，從而使變矩器傳動(dòng)比增加，直至變矩器傳動(dòng)比i重新升至i1～i2范圍內(nèi)，圖2 上部電磁閥斷電，驅(qū)動(dòng)工作裝置油缸的有桿腔停止充油，工作裝置切土深度停止減小。

2.2 作業(yè)時(shí)負(fù)載減小

若作業(yè)時(shí)負(fù)載減小，整機(jī)輸出扭矩減小，液力變矩器渦輪轉(zhuǎn)速增加，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變的情況下，變矩器的傳動(dòng)比i將增加，變矩器傳動(dòng)比i＞i2時(shí)，控制器將發(fā)出指令，圖2 中下部電磁閥通電，驅(qū)動(dòng)工作裝置油缸的無(wú)桿腔充油，工作裝置切土深度增加，外負(fù)載增大，變矩器渦輪轉(zhuǎn)速就會(huì)降低，從而使變矩器傳動(dòng)比減小。直至變矩器傳動(dòng)比i重新降至i1～i2范圍內(nèi)，圖2 中下部電磁閥斷電，驅(qū)動(dòng)工作裝置油缸的無(wú)桿腔停止充油，工作裝置切土深度停止增加。

3 結(jié)語(yǔ)

推土機(jī)工作裝置自動(dòng)控制時(shí)，以變矩器高效區(qū)對(duì)應(yīng)傳動(dòng)比作為控制目標(biāo)，若變矩器傳動(dòng)比i不在i1～i2范圍時(shí)，控制器將發(fā)出相應(yīng)指令，控制三位四通電磁閥相應(yīng)側(cè)電流的通斷，使得驅(qū)動(dòng)工作裝置的油缸自動(dòng)伸縮調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，最終使得變矩器傳動(dòng)比恢復(fù)到控制目標(biāo)范圍內(nèi)，保證變矩器效率始終在最高效率附近。