國內(nèi)外全輪驅(qū)動(dòng)平地機(jī)統(tǒng)計(jì)及有關(guān)技術(shù)研究

張淼 溫雪兵 高翔

【摘要】：本文簡要介紹了平地機(jī)全輪驅(qū)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，并對(duì)國內(nèi)外平地機(jī)應(yīng)用全輪驅(qū)動(dòng)技術(shù)的狀況做以統(tǒng)計(jì)，提出目前平地機(jī)全輪驅(qū)動(dòng)技術(shù)中的幾項(xiàng)關(guān)技術(shù)及解決方案。

【關(guān)鍵字】：平地機(jī)，全輪驅(qū)動(dòng)，發(fā)展，關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號(hào)：TU623.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

引言

平地機(jī)作為平整地(路)面的一種專用工程機(jī)械，在農(nóng)田建設(shè)、公路建設(shè)、機(jī)場和廣場建設(shè)項(xiàng)目中起著不可替代的作用。由于普通后四輪驅(qū)動(dòng)平地機(jī)在農(nóng)田改造、北方冬季除雪等特殊環(huán)境下容易產(chǎn)生打滑現(xiàn)象，不能發(fā)揮出全部驅(qū)動(dòng)力；在精細(xì)平整作業(yè)中，由于普通后四輪驅(qū)動(dòng)平地機(jī)會(huì)對(duì)刮平面造成一定程度的破壞，因而滿足不了精細(xì)作業(yè)要求。因此，平地機(jī)的全輪驅(qū)動(dòng)技術(shù)受到越來越多的關(guān)注。

實(shí)現(xiàn)平地機(jī)的全輪驅(qū)動(dòng)，可以提高整機(jī)的牽引力和附著力，改善其牽引性能，擴(kuò)展平地機(jī)的使用范圍。同時(shí)單獨(dú)使用純前輪模式，以“爬行模式”進(jìn)行蠕動(dòng)作業(yè)，可實(shí)現(xiàn)精細(xì)平地作業(yè)，提高平整作業(yè)精度。

一、 國外平地機(jī)發(fā)展概況及全輪驅(qū)動(dòng)技術(shù)應(yīng)用統(tǒng)計(jì)

國外平地機(jī)已有一百多年的發(fā)展歷史，最早是于19世紀(jì)后期在英國出現(xiàn)的拖式平地機(jī)。20世紀(jì)20年代出現(xiàn)了自行式平地機(jī)，20世紀(jì)80年代后期，一些平地機(jī)廠家開始采用機(jī)電液一體化技術(shù)，逐步實(shí)現(xiàn)平地機(jī)的現(xiàn)代化、自動(dòng)化和節(jié)能化。國外平地機(jī)技術(shù)的發(fā)展大多融合了其他領(lǐng)域的先進(jìn)成果，如全輪驅(qū)動(dòng)技術(shù)、自動(dòng)找平裝置、電子監(jiān)控系統(tǒng)、液壓負(fù)荷傳感系統(tǒng)等，使平地機(jī)的利用率及應(yīng)用范圍都得到一定程度的提高。

現(xiàn)今，國外著名的平地機(jī)生產(chǎn)商主要有Caterpillar（卡特彼勒）、Volvo（沃爾沃）、John Deere（約翰.迪爾）、CASE（凱斯）、New Holland（紐荷蘭）、Komatsu（小松）等。表1為國外主要廠家全輪驅(qū)動(dòng)平地機(jī)的功率、傳動(dòng)方式、橋荷比等相關(guān)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)情況。

表1

注（表2同）：P=Powershift ，動(dòng)力換擋直接傳動(dòng)； H=Hydrostatic ，靜液壓傳動(dòng)；P/TC=Powershift/Torque Converter ，變速箱+變矩器。

二、 國內(nèi)平地機(jī)發(fā)展概況及全輪驅(qū)動(dòng)技術(shù)應(yīng)用統(tǒng)計(jì)

國內(nèi)平地機(jī)起步較晚，始于20世紀(jì)60年代，主要以技術(shù)引進(jìn)為主。隨著高新技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)著產(chǎn)品的更新?lián)Q代，國內(nèi)平地機(jī)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)也由技術(shù)引進(jìn)轉(zhuǎn)向自主研發(fā)。由于我國平地機(jī)的制造工藝與國外相差較大、控制技術(shù)落后、功能單一等種種因素的制約，使得國產(chǎn)平地機(jī)的可靠性、功能性等與國外平地機(jī)相比仍存在明顯缺陷。。

現(xiàn)國內(nèi)平地機(jī)生產(chǎn)廠商主要有：天津鼎盛天工、哈爾濱四海工程機(jī)械公司、常林股份公司、徐工集團(tuán)、三一重工、黃河工程、成都工程、沈陽山河等。表2為國產(chǎn)全輪驅(qū)動(dòng)平地機(jī)的功率、傳動(dòng)方式、橋荷比等相關(guān)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)情況。

表2：

就全輪驅(qū)動(dòng)平地機(jī)而言，國產(chǎn)平地機(jī)的全輪驅(qū)動(dòng)技術(shù)還不成熟，應(yīng)用也相對(duì)較少，僅有鼎盛天工、徐工等廠家的部分機(jī)型采用全輪驅(qū)動(dòng)。而相比國外平地機(jī)，大多數(shù)廠家都已掌握全輪驅(qū)動(dòng)技術(shù)，并已投入使用，產(chǎn)品技術(shù)應(yīng)用也相對(duì)成熟。

三、 全輪驅(qū)動(dòng)平地機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)

（1） 參數(shù)匹配

全輪驅(qū)動(dòng)平地機(jī)多為混合傳動(dòng)，即后橋仍為液力傳動(dòng)，而前橋?yàn)橐簤簜鲃?dòng)。在牽引力上以后橋液力驅(qū)動(dòng)為主，而在車速上，前輪液壓驅(qū)動(dòng)則處于優(yōu)先驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。前橋在低速作業(yè)時(shí)，前輪的轉(zhuǎn)速要比中后輪快1.5%～2.0%，處于優(yōu)先驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，這樣可改善平地機(jī)的牽引和操縱性能。由于這兩種混合傳動(dòng)系的特性、性能等的不同，因此要想使各自傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮利用，需確定各傳動(dòng)系統(tǒng)的主參數(shù)能夠進(jìn)行合理的匹配，并配有正確的邏輯關(guān)系及合理的控制方法。

（2） 同步技術(shù)

平地機(jī)在進(jìn)行刮邊坡、挖邊溝等工況作業(yè)時(shí)，由于其牽引力作用點(diǎn)偏離車輛中心線而造成偏載現(xiàn)象；在各驅(qū)動(dòng)輪附著條件不同時(shí)，容易出現(xiàn)差速而跑偏，以及單側(cè)滑轉(zhuǎn)現(xiàn)象。因此，為提高產(chǎn)品整機(jī)性能，提高作業(yè)效率，需進(jìn)行平地機(jī)同步技術(shù)研究。

目前同步技術(shù)主要有同步泵方案、同步馬達(dá)方案、同步缸方案、分流集流閥方案、以及比例伺服系統(tǒng)方案。各方案都具有一定的優(yōu)缺點(diǎn)，因此要進(jìn)行方案對(duì)比從而設(shè)計(jì)出最合適的同步方案。

（3） 寄生功率

由于在平地機(jī)實(shí)際運(yùn)行過程中，各輪胎的氣壓不等、載荷不等、輪胎磨損程度不等、前后輪同時(shí)通過的路面狀況不同等原因，將導(dǎo)致前后輪的運(yùn)動(dòng)不協(xié)調(diào)，進(jìn)而引起前后輪的滑轉(zhuǎn)或滑移，導(dǎo)致寄生功率循環(huán)現(xiàn)象。寄生功率是一種無益的功率消耗，不僅會(huì)增加輪胎的磨損，使傳動(dòng)系過載，降低齒輪壽命，而且還會(huì)降低平地機(jī)的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性，這就在很大程度上增加了平地機(jī)的保養(yǎng)維護(hù)及作業(yè)的成本。因此必須對(duì)平地機(jī)不協(xié)調(diào)工況進(jìn)行全面分析，并采取一定的結(jié)構(gòu)措施，預(yù)防寄生功率的產(chǎn)生并減少寄生功率循環(huán)產(chǎn)生的不利影響。

但目前并沒有一種十分有效的措施能夠完全避免寄生功率循環(huán)現(xiàn)象的產(chǎn)生。一般為了防止功率循環(huán)，前橋驅(qū)動(dòng)應(yīng)能自動(dòng)脫開，即在不使用前輪驅(qū)動(dòng)時(shí)，可通過轉(zhuǎn)換控制開關(guān)，前輪馬達(dá)可實(shí)現(xiàn)自由輪工況。一般只在低速作業(yè)時(shí)（最高工作檔除外）才用全輪驅(qū)動(dòng)。

四、 總結(jié)

全輪驅(qū)動(dòng)平地機(jī)整合了兩種不同傳動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)。比如，在變矩器低速比工況下，可以發(fā)揮變矩器快速啟動(dòng)的優(yōu)勢(shì)；在高速比工況下，由于液壓的“柔性閉鎖”作用即可發(fā)揮液壓的高效傳動(dòng)優(yōu)勢(shì)。此外，全輪驅(qū)動(dòng)平地機(jī)可充分利用整機(jī)工作質(zhì)量，其牽引力比單獨(dú)后橋驅(qū)動(dòng)平地機(jī)可增加約25%～30%。正是由于這種混合傳動(dòng)帶來的革命性技術(shù)創(chuàng)新，使得平地機(jī)能更好的應(yīng)對(duì)雪地、泥濘路面、農(nóng)田等惡劣工作環(huán)境，拓寬了原有平地機(jī)的工作區(qū)域。因此，對(duì)全輪驅(qū)動(dòng)技術(shù)的研發(fā)及日臻完善已成為各廠家爭相關(guān)注的焦點(diǎn)。

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作者簡介：張淼（1988- ），女（漢族），吉林四平人，長安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院機(jī)電系研究生，主要從事工程機(jī)械機(jī)電液一體化研究。

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