推土機極限載荷控制系統的探討

　　摘 要：在推土機作業(yè)過(guò)程中，急劇變化的外部阻力常常會(huì )使發(fā)動(dòng)機轉速下降或者使機器滑轉率上升，進(jìn)而導致工作狀況惡化。提出了一推土機極限荷載自動(dòng)控制系統，該系統可以根據機器的工作狀態(tài)自動(dòng)調整鏟刀的切削深度，從而保證推土機始終工作于生產(chǎn)率最高的狀態(tài)。
關(guān)鍵詞：極限載荷；經(jīng)濟轉速；滑轉率；推土機

　　中圖分類(lèi)號：TU623.5    文獻標識碼：Ａ

　?。?問(wèn)題的理出

　　目前，在推土機設計過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機的匹配一般遵循下列原則：
（１）由發(fā)動(dòng)機最大扭矩決定的最大有效牽引力Pｍａｘ 應大于由地面附著(zhù)條件決定的最大有效牽引力Pφ，即Pｍａｘ＞Pφ；
（２）由發(fā)動(dòng)機額定功率決定的有效牽引力PＮＨ 應等于由行走機構額定滑轉率決定的有效牽引力PηＨ，即PＮＨ＝PηＨ 。      

       從理論上講，由于這種設計方案既充分發(fā)揮了機器的功率，又能保證發(fā)動(dòng)機不熄火，使機器能持續正常工作，因而在沒(méi)有載荷控制系統的條件下，這種設計方法無(wú)疑是正確的。但是，機器的實(shí)際工況是千變萬(wàn)化的，而這種設計方法在實(shí)際設計過(guò)程中只能選一種典型工況進(jìn)行。當機器實(shí)際作業(yè)工況與設計工況發(fā)生偏離時(shí)，推土機將不能充分發(fā)揮其作業(yè)能力。主要有以下幾種情況：

       第一，當推土機工作場(chǎng)地的附著(zhù)性能高于設計工況的附著(zhù)性能時(shí)，如果機器的外部工作阻力大于發(fā)動(dòng)機額定功率決定的有效牽引力，則發(fā)動(dòng)機轉速將會(huì )顯著(zhù)降低，引起功率下降、油耗上升、生產(chǎn)率降低。尤其是當機器使用到接近大修期限時(shí)，由于發(fā)動(dòng)機的性能變差，這種現象將更加明顯。

       第二，當推土機作業(yè)場(chǎng)地的附著(zhù)性能低于設計工況的附著(zhù)性能時(shí)，如果機器的外部工作阻力大于由行走機構額定滑轉率決定的牽引力時(shí)，機器的滑轉率將會(huì )急劇上升甚至全滑轉，此時(shí)機器的作業(yè)速度大為減小，生產(chǎn)率大大降低。這種情況在機器實(shí)際作業(yè)過(guò)程中頻繁出現，除了由于設計這一原因外，還有以下兩個(gè)原因：一是機器在作業(yè)過(guò)程中由于地面的不平整及履帶接地比壓的不均勻將導致機器的附著(zhù)性能變差；二是機器要受到一個(gè)垂直向上的切土分力，鏟土過(guò)程中，這一分力使推土機實(shí)際附著(zhù)重量減少，附著(zhù)性能變差，滑轉率增大。

      第三，在目前使用的推土機上，為了充分發(fā)揮機器的生產(chǎn)能力，操作人員經(jīng)常根據發(fā)動(dòng)機轉速和滑轉情況來(lái)升降鏟刀，以改變機器的工作狀況，提高生產(chǎn)率。但這種憑司機的感覺(jué)來(lái)調節機器工作狀態(tài)的方法不僅加大了司機的勞動(dòng)強度，而且有很大的隨意性，因為人的直覺(jué)是不可能精確感知發(fā)動(dòng)機轉速和機器滑轉率的，而且即使經(jīng)驗十分豐富的操作人員，也有一個(gè)反應過(guò)程。

２ 極限載荷自動(dòng)控制系統工作原理

      推土機極限載荷自動(dòng)控制系統是一種安裝在推土機上的電液控制裝置，該裝置可根據所測的發(fā)動(dòng)機轉速及行走機構滑轉率自動(dòng)升降鏟刀進(jìn)而控制機器的外部載荷，使其不超過(guò)由發(fā)動(dòng)機最低經(jīng)濟轉速決定的或由行走機構允許滑轉率決定的最大載荷。本文為了敘述方便，將上述兩種最大載荷統稱(chēng)為極限載荷。文中所提到的發(fā)動(dòng)機最低經(jīng)濟轉速為本控制系統的一個(gè)設定參數，取值應根據推土機工作的另一個(gè)設計參數，其最佳取值應根據推土機工作現場(chǎng)的附著(zhù)性能而定。

      該系統僅在推土機原有的手動(dòng)操縱系統的基礎上接入了兩只電磁閥和一個(gè)單向閥，其動(dòng)作過(guò)程如下：在機器尚未超載時(shí)，系統的工作泵與未裝該系統時(shí)完全一樣；當液壓自由式鎖死于中位工作時(shí)，若系統超載，控制系統使封位閥換向，液壓缸上腔則通過(guò)封位閥向油箱回油，提升鏟刀。當鏟刀在下降過(guò)程中機器超載時(shí)，控制系統將下位閥換向，提升鏟刀?？紤]到電磁換向閥在自動(dòng)控制過(guò)程中頻繁動(dòng)作的要求，該電磁閥應以選用快速動(dòng)作閥為宜。不難看出，該控制系統僅在機器超載時(shí)才起作用，在未超載時(shí)，推土機完全維持原有工作狀態(tài)。

      在工作過(guò)程中，自動(dòng)控制系統將測得的發(fā)動(dòng)機的轉速信號ｎ，與設定的發(fā)動(dòng)機最低經(jīng)濟轉速信號ｎ０ 進(jìn)行比較處理，得出機器的工作阻力是否使發(fā)動(dòng)機超載；由測得的實(shí)際行駛速度信號Ｖ與理論行駛速度信號Ｖ０（由發(fā)動(dòng)機轉速信號換算而得）求滑轉率η，并與設定滑轉率η０ 比較，得出機器是否打滑。不論出現哪一種情況，控制系統均操縱相應的電磁閥，提升鏟刀，減輕機器負荷，提高生產(chǎn)率。當機器負荷減至極限值以下時(shí)，控制系統自動(dòng)停止工作。

      對于裝有極限超載荷自動(dòng)控制系統的推土機，當需要推土機鏟由預定的地面形狀或由于其他原因需要自動(dòng)控制系統停止工作時(shí)，只要關(guān)閉自動(dòng)控制系統的電源，推土機即完全恢復為傳統的手動(dòng)操作狀態(tài)。

３ 極限載荷自動(dòng)控制系統的特點(diǎn)

（１）該系統可作為一個(gè)獨立的附加機構安裝于推土機上，在該系統失效或不用時(shí)，只要關(guān)閉電源，機器就可回復到原有的手動(dòng)操作狀態(tài)。

（２）該系統僅需測取兩個(gè)機器狀態(tài)信號，結構簡(jiǎn)單，便于實(shí)現。系統對由發(fā)動(dòng)機最低經(jīng)濟轉速決定的極限載荷的控制在關(guān)系上是并列的，只要機器的外部工作阻力大于極限載荷都可實(shí)現自動(dòng)控制。

（３）在作業(yè)過(guò)程中，司機仍按傳統推土機的使用方法進(jìn)行操作，只有工作阻力大于極限載荷時(shí)，控制系統才會(huì )自動(dòng)調節載荷。因而無(wú)需人工提升鏟刀，降低了司機的勞動(dòng)強度。

（４）本系統可以保證機器在各種工況下均有一個(gè)比較良好的工作狀態(tài)，從而充分發(fā)揮機器的作業(yè)能力，提高機器的生產(chǎn)率，降低機器的燃油消耗量。