推土机工作装置自动控制研究

2020-03-09姜友山

建筑机械化 2020年11期

姜友山

（山推工程机械股份有限公司，山东济宁 272023）

推土机作业工况复杂，所受作业载荷不断变化，若负载较大，超过了推土机的附着力，推土机的履带将会出现打滑现象，通常履带打滑要求不超过12%，履带打滑程度过大，不但不利于推土，而且会对履带造成很大损伤。此时操作者会适量提升工作装置（铲刀或松土器）切土深度，来降低负载，以保证推土机正常作业。若负载较小，无法保证铲刀满铲或松土器满载荷时，整机作业生产率降低，此时操作者会下降工作装置切土深度，来增加负载，以保证推土机满负荷推土。在复杂的作业条件下，操作者需不断地调整工作装置的切土深度，增加了劳动强度，并且不同的操作者，由于操作水平的差异，对推土质量影响很大。因此，非常有必要对工作装置进行自动控制。

1 工作装置自动控制原理

推土机工作装置通常是基于滑转率来进行自动控制的，但此种方法不能保证整机作业生产率始终位于高效区。故本文以变矩器传动比作为控制目标，在变矩器处于高效区基础上，实现工作装置的自动控制。

液力机械式推土机配置的液力变矩器的效率曲线示意图如图1 所示。横坐标为液力变矩器的传动比，其大小为变矩器的涡轮转速与泵轮转速之商；纵坐标为液力变矩器效率。由图1 可以看出，变矩器的效率曲线近似于抛物线，最高效率时对应一个固定的传动比，在最高效率附近取较高效率范围（接近于最高效率点），则会对应一个固定的变矩器传动比范围（i1～i2）。若将控制目标设定为i1～i2之间，那么变矩器在控制目标范围内的效率必处于高效区（最高效率附近）。而液力变矩器的效率决定了整机的输出功率，若变矩器始终处于高效区，则会提升整机作业生产率。

图1 变矩器效率曲线

2 推土机工作装置自动控制策略

图2为推土机工作装置自动控制系统示意图。

图2 推土机工作装置自动控制系统示意图

发动机通过万向节等机械结构与变矩器相连，变矩器涡轮通过变速箱等传动机构将功率传递至驱动轮。对于电控发动机，发动机转速可以通过终端直接读出，对于一般发动机，其转速可以通过对发电机脉冲数进行检测而获得。发动机转速乘以机械部分传动比，就得到变矩器泵轮转速。利用安装在传动系统输出轴上的转速传感器，可以检测到变矩器涡轮转速。推土机工作时，复杂多变的外负载，会影响变矩器涡轮转速。负载增大，涡轮转速降低，变矩器输出扭矩增大；负载减小，涡轮转速较高，变矩器输出扭矩减小。

作业时，实时采集变矩器泵轮和涡轮转速，并将所测得的转速输入到控制器，控制器将进行如下计算

i为变矩器的传动比；nw为变矩器泵轮转速；nb为涡轮转速。

2.1 作业时负载增大

若作业时负载增大，整机输出扭矩增大，液力变矩器涡轮转速降低，在发动机转速不变的情况下，变矩器传动比i将减小，变矩器传动比i＜i1时，控制器将发出指令，图2 中上部电磁阀通电，驱动工作装置油缸的有杆腔充油，工作装置切土深度减小，外负载减小，变矩器涡轮转速就会增加，从而使变矩器传动比增加，直至变矩器传动比i重新升至i1～i2范围内，图2 上部电磁阀断电，驱动工作装置油缸的有杆腔停止充油，工作装置切土深度停止减小。

2.2 作业时负载减小

若作业时负载减小，整机输出扭矩减小，液力变矩器涡轮转速增加，在发动机转速不变的情况下，变矩器的传动比i将增加，变矩器传动比i＞i2时，控制器将发出指令，图2 中下部电磁阀通电，驱动工作装置油缸的无杆腔充油，工作装置切土深度增加，外负载增大，变矩器涡轮转速就会降低，从而使变矩器传动比减小。直至变矩器传动比i重新降至i1～i2范围内，图2 中下部电磁阀断电，驱动工作装置油缸的无杆腔停止充油，工作装置切土深度停止增加。