履帶式推土機(jī)電控?fù)Q擋及智能檢測(cè)系統(tǒng)研究

（山推工程機(jī)械股份有限公司，山東 濟(jì)寧 272073）

1 應(yīng)用現(xiàn)狀

液力機(jī)械型推土機(jī)的變速箱為行星式變速箱，由五個(gè)擋位組成，即五個(gè)齒輪排，每個(gè)齒輪排代表一個(gè)擋位。下圖1（a）為某變速箱的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，在離合器不結(jié)合時(shí)，變速箱不輸出動(dòng)力。在某一離合器結(jié)合時(shí)，該離合器連接的行星排參與動(dòng)力傳遞。如圖1（b）所示，為該款變速箱掛前進(jìn)二擋時(shí)的狀況，此時(shí)，前進(jìn)擋離合器和二擋離合器被壓緊，變速箱按照前進(jìn)二擋的傳動(dòng)比將發(fā)動(dòng)機(jī)輸入的動(dòng)力輸出給后一級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)。

因此，推土機(jī)的換擋操作需要將駕駛員的操作換擋連桿動(dòng)作轉(zhuǎn)換成壓緊對(duì)應(yīng)擋位離合器的動(dòng)作。

目前在市場(chǎng)中出現(xiàn)履帶式推土機(jī)的電控式換擋系統(tǒng)中，采用如下電控?fù)Q擋機(jī)構(gòu)，通過(guò)控制器控制比例閥給擋位離合器充油，實(shí)現(xiàn)推土機(jī)的換擋控制。該技術(shù)方案存在以下3 個(gè)問(wèn)題。

1）沒(méi)有駕駛員操作信息采集 推土機(jī)何時(shí)進(jìn)行換擋操作，完全是由駕駛員的操作決定的，因此完整的換擋控制系統(tǒng)必須包含駕駛員操作信息采集的部分。

圖1 某推土機(jī)變速箱結(jié)構(gòu)

2）沒(méi)有當(dāng)前擋位顯示 電子手柄進(jìn)行操縱的時(shí)候，手柄本體上并沒(méi)有相關(guān)標(biāo)示，必須借助別的方式來(lái)顯示當(dāng)前車(chē)輛的擋位狀態(tài)。

3）沒(méi)有壓力反饋 在履帶式推土機(jī)電控?fù)Q擋過(guò)程中，為了進(jìn)一步換擋沖擊，電控比例閥控制的各擋位離合器內(nèi)的壓力按照?qǐng)D2 所示變化。

圖2 離合器換擋過(guò)渡過(guò)程壓力變化

其中，在c～d 階段，為充油開(kāi)始段，油液充滿(mǎn)從閥到離合器油缸體油腔的所有空間，包含各類(lèi)油道。充滿(mǎn)了之后，才能進(jìn)行后面的壓力調(diào)節(jié)。然而，c～d 階段究竟需要多長(zhǎng)時(shí)間在不同轉(zhuǎn)速和負(fù)載狀態(tài)下是不一致的。假設(shè)在沒(méi)有壓力反饋的情況下，為了保證c～d 階段在給定的時(shí)間內(nèi)能充滿(mǎn)（通常會(huì)根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定，該時(shí)間要大于實(shí)驗(yàn)中最長(zhǎng)的時(shí)間），則c～d 階段的時(shí)間會(huì)留得比較長(zhǎng)，導(dǎo)致?lián)Q擋過(guò)渡過(guò)程時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。而通過(guò)引入壓力反饋，控制器就能通過(guò)壓力檢測(cè)能知道c～d階段是在什么時(shí)候結(jié)束的（即d點(diǎn)的位置）。從而盡快啟動(dòng)后面的壓力調(diào)節(jié)過(guò)程，縮短換擋過(guò)渡過(guò)程，壓縮換擋時(shí)間，提高換擋品質(zhì)。

2 推土機(jī)電控?fù)Q擋方案詳細(xì)闡述

本技術(shù)方案根據(jù)駕駛員的操作實(shí)現(xiàn)推土機(jī)變速箱的換擋控制以及擋位狀態(tài)檢測(cè)的方法進(jìn)行說(shuō)明。如圖3 所示，圖中F、R、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ分別表示推土機(jī)變速箱的前進(jìn)擋離合器、后退擋離合器、三擋離合器、二擋離合器和一擋離合器。

圖3 推土機(jī)換擋控制與狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

駕駛員對(duì)手柄1 的操作被讀入控制器3，控制器確定了當(dāng)前處于哪個(gè)擋位后，將當(dāng)前擋位信息通過(guò)通信線(xiàn)路發(fā)送給顯示器2，顯示器將當(dāng)前擋位顯示給駕駛員。

當(dāng)控制器檢測(cè)到駕駛員操作使當(dāng)前擋位發(fā)生變化時(shí)，就需要給發(fā)生變化的相應(yīng)擋位的離合器油腔進(jìn)行充油或泄油。圖4 中前進(jìn)擋、后退擋、三擋、二擋、一擋5 個(gè)擋位離合器對(duì)應(yīng)的比例閥分別為4、6、8、10、12；5 個(gè)擋位離合器對(duì)應(yīng)的壓力傳感器分別為5、7、9、11、13，他們的壓力接口與離合器油腔接通，下面以從空擋換到前進(jìn)一擋為例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

當(dāng)手柄信號(hào)顯示駕駛員由空擋換到了前進(jìn)一擋時(shí)，控制器驅(qū)動(dòng)前進(jìn)擋（即圖3 中的F）對(duì)應(yīng)的比例閥4 和一擋（即圖3 中的Ⅰ）對(duì)應(yīng)的比例閥12 按照?qǐng)D2 所示的壓力變化規(guī)律將P 口的壓力油充入擋位離合器油腔?？刂破饕詨毫鞲衅?和壓力傳感器13 作為反饋，來(lái)確認(rèn)前進(jìn)擋和一擋分別完成圖3 所示的c～d 段充油過(guò)程，然后，控制器控制2 個(gè)擋位的壓力進(jìn)入后面的壓力變化階段。

變速箱5 個(gè)擋位的壓力信息由各自的壓力傳感器5、7、9、11、13 轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸入給控制器3?？刂破? 將各個(gè)擋位的壓力數(shù)值通過(guò)通訊線(xiàn)路傳送給顯示器2。在維修人員需要檢測(cè)擋位壓力來(lái)進(jìn)行故障排查時(shí)，維修人員可以從顯示器2上調(diào)出壓力參數(shù)顯示界面，實(shí)時(shí)監(jiān)控各擋位離合器壓力的變化，從而方便故障排查，即時(shí)鎖定故障原因。

3 方案技術(shù)要求及系統(tǒng)搭建

實(shí)現(xiàn)本技術(shù)方案，各部件具體實(shí)施方式如下。

3.1 電氣連接

手柄、控制器、顯示器、比例閥、壓力傳感器之間的電氣連接關(guān)系如圖4 所示。

3.2 油路連接

比例閥控制充油的液壓結(jié)構(gòu)可以采用如圖5結(jié)構(gòu)。

圖中4 即為比例閥，作為先導(dǎo)級(jí)控制壓力的變化。2 為壓力傳感器作為壓力的反饋。2 所安裝的壓力檢測(cè)口的位置上，壓力油與離合器油腔是相通的。

每個(gè)擋位離合器配備一套這樣的結(jié)構(gòu)，即可完成本擋位的充油、泄油和壓力檢測(cè)。

圖4 系統(tǒng)電氣連接圖

圖5 比例閥與壓力傳感器的安裝位置

4 推土機(jī)電控?fù)Q擋的實(shí)際應(yīng)用效果

推土機(jī)電控?fù)Q擋利用控制器采集駕駛員的換擋操作信息，將換擋操作信息轉(zhuǎn)換成了推土機(jī)的變速箱對(duì)應(yīng)離合器的充油、泄油動(dòng)作，完成了推土機(jī)的電控?fù)Q擋過(guò)程。相比機(jī)械連桿式換擋操縱，電子手柄的操縱力小，操縱機(jī)構(gòu)連接為電線(xiàn)連接，柔性好，安裝和維護(hù)方便。

控制器將當(dāng)前擋位信息通過(guò)通信發(fā)送給顯示器，如圖6（a）所示，可以準(zhǔn)確地將當(dāng)前擋位顯示給駕駛員。保證駕駛員對(duì)推土機(jī)的工作狀態(tài)有準(zhǔn)確的把握，保證推土機(jī)作業(yè)的效率。

在各個(gè)擋位離合器上安裝的壓力傳感器可以給控制器提供壓力數(shù)據(jù)。控制器通過(guò)壓力數(shù)據(jù)可以精確控制擋位離合器接合的過(guò)程，縮短換擋的時(shí)間，保證推土機(jī)行走的連續(xù)性。同時(shí)，控制器讀取到的壓力數(shù)據(jù)可以通過(guò)通信發(fā)送給顯示器，如圖6（b）所示。維修人員在讀取擋位壓力信息時(shí)，可以不用外接壓力表的方式讀取擋位壓力，而是在顯示器上調(diào)出相關(guān)界面就可以直接讀取。

圖6 顯示器顯示信息

此外，控制器有了壓力數(shù)據(jù)和當(dāng)前擋位信息，就可以監(jiān)控?fù)跷浑x合器內(nèi)的壓力是否正常，在壓力過(guò)高過(guò)低時(shí)，就可以發(fā)送故障信息給顯示器。駕駛員讀到故障信息后，及時(shí)停止工作，進(jìn)行故障排查，可以有效保護(hù)推土機(jī)、延長(zhǎng)推土機(jī)的使用壽命使推土機(jī)更加智能化。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)將本技術(shù)方案成果應(yīng)用至某履帶式推土機(jī)上，通過(guò)實(shí)際推土測(cè)試，駕駛員的換擋信號(hào)能夠?qū)崟r(shí)在顯示器上顯示，同時(shí)換擋沖擊相較于機(jī)械連桿式的操縱省時(shí)省力，舒適性有了很大的提高，同時(shí)，各擋位離合器的壓力和電流數(shù)據(jù)也能夠?qū)崟r(shí)在顯示器上進(jìn)行顯示，駕駛員可實(shí)時(shí)感知各離合器的數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，便于對(duì)系統(tǒng)故障預(yù)警和診斷，極大地提升了維修便捷性，通過(guò)引入電控?fù)Q擋系統(tǒng)進(jìn)一步提升了推土機(jī)的智能化水平，為智能化功能的開(kāi)發(fā)奠定了良好基礎(chǔ)。