DA控制技术在凿岩台车行走系统中的应用与研究

肖前龙

(中国铁建重工集团股份有限公司 湖南长沙 410100)

1 前言

闭式液压系统由于传动效率高，结构安装紧凑，具有无极调速功能，节能性和操控平稳性好等显著优点被广泛应用于工程机械行走控制[1-4]。工程机械行走系统负载变化剧烈，对发动机-液压驱动系统产生较大的载荷冲击，往往出现发动机转速波动，功率不匹配导致熄火等问题，因此需要进行发动机-液压系统的功率匹配控制，以自动调节行走速度与外界负荷变化相适应。

矿山巷道空间狭小，设备要求结构设计紧凑，因而凿岩台车行走系统一般采用静液压闭式驱动系统。闭式液压系统具有多种功率匹配控制方式，一种是通过检测系统压力和流量计算实际功率，并与发动机额定功率相比较进而对液压系统控制；一种是通过全液压式功率阀感应系统的负载压力，自动调节液压泵的先导控制油，实现流量、功率自适应匹配；还有的以发动机掉速比为控制目标，根据检测发动机实际转速和发动机指令转速计算掉速比，调节液压系统的流量实现功率匹配控制。这几种方式基本都是通过电控方法或者增加额外的功率控制阀组完成，成本较高，控制算法复杂。DA(Drive＆Anti stall control)控制即自动变速和防熄火控制，通过DA控制阀感应发动机转速自动调节静液压行走驱动系统，无需额外的传感器信号，控制功能完全集成在泵上，具有集成度高，成本低等优点，无需增加电控系统即能完成行走驱动系统的功率匹配控制，尤其在一些非电控比例控制系统里面应用具有优势[5-6]。

2 DA控制原理及在凿岩台车上的应用

DA控制是一种与发动机转速或自动行驶速度有关的控制系统，当负载变化时，液压泵的排量随发动机转速变化，使发动机负载扭矩与额定扭矩相匹配，以获得较高的动力性和经济性，系统具有以下两个特点[7-8]：

(1)自动(变速)驱动控制：与汽车的自动挡类似，车辆的速度只通过发动机的油门踏板来控制，具有较好的操作性和舒适性。

(2)防熄火控制：实现发动机的极限负载保护，与液压系统恒功率控制功能类似，车辆在工作时，为了满足牵引力的要求自动降低车辆的速度以防止发动机熄火。

2.1 DA控制原理

图1为DA控制原理及DA阀结构示意图，DA控制阀能够感知发动机速度，产生与发动机转速相关的变量泵控制压力PS，从而对变量泵排量进行无级控制，实现行驶的自动变速驱动控制。

闭式系统里的补油泵为齿轮泵，其转速与发动机转速直接相关，输出流量与发动机转速成比例关系。补油泵流量通过DA控制阀内部的节流孔，节流孔两端的压差与通过的流量大小和孔径有关，节流孔检测到补油泵流量的变化而产生不同的压差，从而产生与发动机转速相关的控制压力PS，推动闭式变量泵的斜盘，使泵的排量发生变化[9-12]。

图1 DA控制原理及DA阀结构示意

2.2 DA控制在凿岩台车行走系统中的应用

中深孔凿岩台车行走系统采用静液压驱动控制，图2为带DA控制阀的凿岩台车行走闭式液压系统原理，采用力士乐A4VG56变量柱塞泵和A6VM80变量柱塞马达，马达具有高低两档排量控制以实现高低速行驶控制。

图2 行走闭式液压系统原理

系统由变量泵、补油泵、变量缸、变量控制阀、DA阀、补油溢流阀、变量马达和冲洗阀等组成。凿岩台车发动机转速在2 200 r/min时功率为45 kW，爬坡能力要求大于30%，行驶速度要求大于8 km/h。

根据行驶要求和发动机功率扭矩曲线，计算出整机的行驶牵引力和速度关系曲线，如图3所示。

A-B段曲线马达工作在最大排量，液压泵的排量逐渐加大，行驶速度增大；B-C段液压泵工作在最大排量，马达排量逐渐加大，行驶速度增大。凿岩台车在A、B、C各工作点的工作参数如表1所示。

图3 行使牵引力-速度关系曲线

表1 凿岩台车关键工作点的计算参数

对DA控制功能进行配置，DA阀的Block-curve控制起点为转速1 200 r/min时对应压力50 bar，控制终点1 600 r/min时对应压力为320 bar，Q-curve控制起点为2 000 r/min时对应压力250 bar。

3 凿岩台车DA控制功能试验

图4所示为矿用中深孔凿岩台车样机实物，为验证液压系统DA控制功能，对行走系统进行了试验测试。测试时凿岩台车支腿伸出，轮胎离地，通过刹车制动模拟负载行驶，安装速度传感器，通过检测轮胎转速，计算凿岩台车的行驶速度。

图4 凿岩台车测试实物

图5为DA控制阀的Block-curve测试，Block曲线体现系统的压力增益，反映的是车辆的牵引力与发动机转速之间的关系。

图5 DA控制阀Block curve测试

试验过程踩死刹车，缓慢增大发动机油门，观察发动机转速对应的系统压力，液压泵斜盘摆角基本为零，仅输出很小的流量用来补充自身泄漏，随着泵转速的提高，控制压力也随着上升。测试的结果为转速1 180 r/min时候对应压力50 bar，1 600 r/min时对应压力320 bar，基本符合设计要求。

图6为DA控制阀的Q-curve测试曲线图，Q曲线反映了液压系统功率调节特性，当泵的负载功率超过发动机的输出功率时液压系统进行功率自适应调节。试验过程使发动机油门最大，缓慢踩刹车，当系统压力达到230 bar时，DA控制阀开始调节，泵输出流量减小，车辆的行驶速度下降，以满足系统功率匹配。

图6 DA控制阀Q-curve测试

4 总结与结论

(1)分析了液压系统DA控制的工作原理及特性，并介绍了其在凿岩台车行走闭式液压系统中的应用。

(2)以凿岩台车行走闭式液压系统为研究对象，对带DA控制阀的液压系统进行了试验测试，通过模拟工况测试，DA控制阀较好地实现液压系统的功率自调节功能，测试结果与设计参数要求基本吻合。