扒渣车行走控制系统的设计改进

2018-11-19顾华鹏钟伟添戴启鹏

中国设备工程 2018年20期

顾华鹏，钟伟添，戴启鹏

（辽宁忠旺机械设备制造有限公司设计中心，辽宁辽阳 111019）

为了实现节能，提高扒渣车的操作性能，将设计重心转移到整车行走控制系统，使发动机的功率充分发挥。采用电控变量行走系统可以提高能量的转化率。行走控制系统主要由以下几个部分进行相互控制调节：发动机、液压泵、行走驱动和制动系统。本文基于变量泵跟随系统压力和发动机转数变化的功率控制原理,分析了功率匹配的实现机理,是通过发动机转数变化和变量泵压力变化实现的。以柴油机控制的S90变量泵、行走脚踏阀、反向制动脚踏阀、行走驱动总成、行走制动器总成等为对象，在PLC电控系统的综合调节和控制下，提出发动机与变量泵的功率匹配控制方法,并在BZCZ-11000扒渣车上进行了实验和验证。

1 发动机转数和功率匹配控制方法

将压力传感器和转数传感器与系统功率有机结合，通过行走系统压力变化导致的发动机转数变化，经过PLC内部算法与发动机功率曲线进行实时对比,并采用电控比例变量泵的在线控制调节技术,使得变量泵的输出功率始终小于发动机的输出功率,来实现功率匹配的目的。即在当前发动机已设定的功率下,如果行走系统压力增大，泵的输出功率也会增大,这时发动机的转数会随之下降,发动机转数传感器检测到其转数下降,就会根据PLC的内部算法相应降低变量泵排量，来保证泵和发动机输出功率相匹配;如果行走系统压力减小,就会自动增加变量泵的输出功率，这样就使得泵输出的功率曲线始终在发动机的功率曲线之下,因此提高了工作效率。采用这种控制方法同时满足了高压小流量（爬坡）和低压大流量（转厂）的工况，很好的匹配了行走系统，也匹配了变量泵和发动机之间的功率关系。

2 S90变量泵的动态调节原理

采用丹佛斯S90电控变量泵实现负荷传感控制，原理如图1所示，变量泵的排量由比例阀控制线圈的电流大小决定，线圈的控制电流区间分别为（12-4mA/12-20mA），电流越趋近于后者，变量泵输出的排量越大，越趋近于前者排量输出越小。在泵的工作油口上装有压力传感器，压力和转数信号通过PLC中央控制单元来计算和调节泵的排量，使变量泵和发动机的功率匹配。

图1 S90变量泵的负荷传感控制原理

3 系统功率匹配极限功率控制

3.1 行走时的负载压力变化特征

车辆在转厂时需要较大的工作流量和较低工作压力，以达到高速行驶。在有坡度的路面时需要较小的工作流量和较高的工作压力，以达到爬坡力。所以行走系统变量泵的负载变化是在高速轻载和低速重载之间变化。

3.2 转数和压力传感系统与功率匹配控制图

其控制原理是：发动机在不同路况下产生不同的工作压力和转数,不同的压力反馈信号通过PLC中央控制单元的计算，使发动机转数始终保持在发动机功率曲线以下,实现使发动机始终在一个比较节能的状态,而扒渣车在行走时会有较大范围的工作压力变化引起泵输出功率的变化,这样会产生发动机的降速,发动机油耗随之而增大。转数和压力传感系统是利用发动机压力变化来对应调节泵的功率，使泵的功率和发动机的功率匹配,原理如图2所示。泵的功率由泵压力和排量决定。行走系统的负载决定了泵的压力,当发动机出现转数变化后，经过转数传感器反馈给PLC中央处理控制单元,通过预先设定的算法来调节比例方向控制阀，使比例方向控制阀的参数优化，以此来调节变量泵的的输出功率，使发动机的输出功率达到最节能和最好的匹配关系。

图2 功率匹配控制原理图

3.3 转数与压力控制的实现方法

行走控制系统的电控变量泵在行走油门（电控）脚踏板的控制下，对泵的排量和发动机的转数同时进行线性正向比例控制，同时也具备一个制动（电液双控）脚踏板，它也可以反向控制电控变量泵的排量和发动机的转数，正向控制制动器的制动扭矩，其控制级别高于行走油门脚踏板，系统还包括单路充液阀、制动阀块、制动器和其他元件。其原理如图3所示。行走驱动控制系统的核心是PLC控制系统，它将行走驱动系统的压力信号和发动机上的转数信号进行实时采集和计算，并与PLC内部的发动机功率曲线数据进行对比，以此对发动机的转数——泵的排量进行动态控制，从而达到功率匹配和节能的目的。