推土機工作裝置自動控制研究

姜友山

（山推工程機械股份有限公司，山東 濟寧 272023）

推土機作業(yè)工況復雜，所受作業(yè)載荷不斷變化，若負載較大，超過了推土機的附著力，推土機的履帶將會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，通常履帶打滑要求不超過12%，履帶打滑程度過大，不但不利于推土，而且會對履帶造成很大損傷。此時操作者會適量提升工作裝置（鏟刀或松土器）切土深度，來降低負載，以保證推土機正常作業(yè)。若負載較小，無法保證鏟刀滿鏟或松土器滿載荷時，整機作業(yè)生產(chǎn)率降低，此時操作者會下降工作裝置切土深度，來增加負載，以保證推土機滿負荷推土。在復雜的作業(yè)條件下，操作者需不斷地調(diào)整工作裝置的切土深度，增加了勞動強度，并且不同的操作者，由于操作水平的差異，對推土質(zhì)量影響很大。因此，非常有必要對工作裝置進行自動控制。

1 工作裝置自動控制原理

推土機工作裝置通常是基于滑轉(zhuǎn)率來進行自動控制的，但此種方法不能保證整機作業(yè)生產(chǎn)率始終位于高效區(qū)。故本文以變矩器傳動比作為控制目標，在變矩器處于高效區(qū)基礎上，實現(xiàn)工作裝置的自動控制。

液力機械式推土機配置的液力變矩器的效率曲線示意圖如圖1 所示。橫坐標為液力變矩器的傳動比，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，最高效率時對應一個固定的傳動比，在最高效率附近取較高效率范圍（接近于最高效率點），則會對應一個固定的變矩器傳動比范圍（i1～i2）。若將控制目標設定為i1～i2之間，那么變矩器在控制目標范圍內(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的輸出功率，若變矩器始終處于高效區(qū)，則會提升整機作業(yè)生產(chǎn)率。

圖1 變矩器效率曲線

2 推土機工作裝置自動控制策略

圖2為推土機工作裝置自動控制系統(tǒng)示意圖。

圖2 推土機工作裝置自動控制系統(tǒng)示意圖

發(fā)動機通過萬向節(jié)等機械結(jié)構(gòu)與變矩器相連，變矩器渦輪通過變速箱等傳動機構(gòu)將功率傳遞至驅(qū)動輪。對于電控發(fā)動機，發(fā)動機轉(zhuǎn)速可以通過終端直接讀出，對于一般發(fā)動機，其轉(zhuǎn)速可以通過對發(fā)電機脈沖數(shù)進行檢測而獲得。發(fā)動機轉(zhuǎn)速乘以機械部分傳動比，就得到變矩器泵輪轉(zhuǎn)速。利用安裝在傳動系統(tǒng)輸出軸上的轉(zhuǎn)速傳感器，可以檢測到變矩器渦輪轉(zhuǎn)速。推土機工作時，復雜多變的外負載，會影響變矩器渦輪轉(zhuǎn)速。負載增大，渦輪轉(zhuǎn)速降低，變矩器輸出扭矩增大；負載減小，渦輪轉(zhuǎn)速較高，變矩器輸出扭矩減小。

作業(yè)時，實時采集變矩器泵輪和渦輪轉(zhuǎn)速，并將所測得的轉(zhuǎn)速輸入到控制器，控制器將進行如下計算

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

2.1 作業(yè)時負載增大

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

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

3 結(jié)語

推土機工作裝置自動控制時，以變矩器高效區(qū)對應傳動比作為控制目標，若變矩器傳動比i不在i1～i2范圍時，控制器將發(fā)出相應指令，控制三位四通電磁閥相應側(cè)電流的通斷，使得驅(qū)動工作裝置的油缸自動伸縮調(diào)節(jié)，實現(xiàn)自動控制，最終使得變矩器傳動比恢復到控制目標范圍內(nèi)，保證變矩器效率始終在最高效率附近。