全液压平地机单边防滑转试验研究.pdf

R OAD CoNS TR UCT I ON AND M ACHI NE RY 文章编号 1 0 0 0 0 3 3 X 2 0 1 4 1 1 0 0 5 1 - 0 3 全液压平地机单边防滑转试验研究 邬红光 ， 李 波 ，杨宜坤 1 ． 三 一重工股份有 限公 司， 湖南 长沙4 1 0 1 0 0 ；2 ． 长安大学 工程机械学院 ， 陕西 西安 7 1 0 0 6 4 摘 要 针 对全 液压 平地 机偏 栽作 业 时 出现 轮 胎频繁 打 滑 的 问题 ， 从 同步 分流 阀 工作原 理和 防 滑控 制过程进行深入分析 ， 首次提 出采用 同步分流 阀开关控制和程序 自动控制相结合的策略 ， 并进行试 验研 究。试验结果表 明 提 出的方法切实可行 ， 有效解决 了平地机频繁打滑的问题， 提 升 了平地机 的作 业效 率及质 量 。 关 键词 全 液压 平地 机 ； 分 流 阀； 打滑 ； 同步 中图分 类号 U4 1 5 ． 5 1 文 献标 志码 B Ex pe r i me n t a l St u d y o n Un i l a t e r a l An t i - s l i p o f Fu l l Hy d r a u l i c M o t o r Gr a d e r W U H o ng gu a ng ，LI Bo 。YANG Yi kun 。 1 ．S ANY He a v y I n d u s t r y C o ．Lt d ． ，Ch a n g s h a 4 1 0 1 0 0，Hu n a n ，C h i n a ； 2 ．S c h o o l o f Co n s t r u c t i o n M a c h i n e r y，Ch a n g ’ a n Un i v e r s i t y，Xi ’ a n 7 1 0 0 6 4，S h a a n x i ，Ch i n a Abs t r a c t Ai me d a t t he pr o bl e m f r o m wor k s i t e t ha t t he f ul l hy d r a ul i c m o t o r gr a d e r ’ S o ne s i d e d whe e l s f r e q ue n t l y g o s l i p pi n g wh e n u nba l a nc e d l o a d i s a pp l i e d t o t h e ma c h i ne，a wa y o f f or c i ng t he f l o w di v i d i ng v a l v e i nt o wo r k by ma nu a l a n d a ut o ma t i c c on t r ol wa s pr o po s e d f o r t he f i r s t t i me ． Th e t e s t i n g r e s ul t s s h ow t ha t t h i s ma nn e r c an e f f e c t i v e l y s ol v e t h e pr o bl e m a b ov e a nd br i ng u p t h e wo r k e f f i c i e n c y a n d q u a l i t y ． Ke y wo r d sf u l l hy dr a u l i c m o t o r g r a de r；f l o w d i v i d i ng v a l v e；s l i pp i ng；s y n c hr o ni z a t i o n 0 引 言 平地机是一种 以铲刀为主、 配置多种可换辅助 作 业装 置 推 土板 、 松 土 器 等 进 行 土 地 平 整 和 整 形 的牵引式工程机械_ 1 ] 。目前国内外平地机行驶机构 的传 动方 式 主要 有 三种 机 械式 ， 液 力式 ， 全液 压式 。 全液压平 地机 采用 单泵 双 马 达组 成 的闭 式液 压 回路， 其动力传递路线为 发动机一液压泵一液压马 达一 平衡 箱一 驱动 轮 。相 比机械式 与液力 式 ， 全 液压 平地机省去了变速箱、 液力变矩器、 驱动桥等机械传 动部件 ， 在操作维护简便性、 无级调速、 载荷 自适应等 方面有一定的优势 ， 但存在同步性差等缺陷[ 2 _ 3 ] 。 1 全液压 平地机 同步 防滑控 制过程 对于机械式传动和液力式传动 ， 驱动桥 内有机 械差 速锁 机 构 ， 可 以保 证平 地机 两侧 车 轮 的同步 性 。 收稿 日期 2 0 1 4 0 2 2 8 基金项 目 湖南 省交通科 技项 目 2 0 0 9 2 8 而 全液压 平 地机无 差 速 锁 机 构 ， 目前 用 于 克 服 驱 动 轮单侧打滑的方法是在单泵双马达闭式液压系统 中 设 置 同步分 流 阀组 简 称 分 流 阀 ， 分 流 阀利 用 负 载 压 力反 馈 ， 使 两个 液 压 马 达 在 承受 不 同负 荷 时 依 旧 获得相等流量 ， 起到差速 的作用 。分 流阀的介入需 经过控制程序的判断 ， 需要输入的判 断参数 主要为 左右两侧马达的转速 、 压力 ， 在判断参数满足判断条 件后则输出同步阀控制信号， 使其开始进行 防滑控 制 。本 文将 马达 转 速 变 化 的 过程 划 分 为 三 个 阶段 ， 如图 1所示 。控制器采集并计算两侧马达的转速信 号 ， 当两侧马达转速 比值 a在 a ≤a ≤a 。 时为第 1阶 段 。当转速 比值 a ≤a ， 或 a ≥a 且持续一段时间为 第 Ⅱ阶段 ， 此时程序判断为平地机左驱动轮或右驱 动轮打滑 ， 控制器立 即发 出指令使同步分 流阀 自动 切换至分流状态。第 Ⅲ阶段则利用分流阀的分流功 能 ， 平 衡左 、 右 两侧 马 达 的 流 量 ， 实 现 两 侧 马达 基 本 5 1 R oAD C0NS TRUCT I ON AND MACHI NE RY 同步驱 动 ， 直 到 打滑 状态 结束 。 图 1分 流 恻 防 滑控 制 过 程 虽然分流阀基本可以解决全液压平地机的同步 问题 ， 但是 当平地机在 附着条件较 差 的场地 如湿 地 、 泥 地 、 坚 硬 的土 石 方 时 常 遇 到 大 石 块 及 树 根 等 或 铲刀 引伸 至外侧 进行 大 负荷单 边偏 载 ， 刮边坡 等工 况 下 ， 牵 引力 作用点 偏离机 器左 、 右 中心线 过大 时 ， 机器仍会频繁发生单侧滑转 ] ， 而当载荷时常突 变时， 还可能会 出现刨坑现象， 严重影响作业质量及 作业效率 ， 不但会使有效牵引功率下降， 且发动机的 大部分功率也会以滑转的形式损失掉l 5 ] 。 2单边 防滑转试验研究 2 ． 1 缩 短分 流 阀投入判 断时 间对 比试 验 原控 制程 序 中第 Ⅱ阶段 分流 阀投入 前 的判 断时 间设 置为 1 0 0 0 ms ， 现将 判 断时 间分 别 设置 为 5 0 0 、 1 0 0 ms 进行 偏载作 业对 比试 验， 试 验 结果 如表 1 所示 。 表 1 偏载作业对比 程序设置判 分流阀投入开始至左右轮 备 注 断时 问／ ms 基本 同步时间／ ms 1 0 O 0 1 3 1 3 原程序设 置值 5 O O 8 6 5 修改后 1 O O 5 O 9 修改后 由表 1可 以看 出 判 断 时 间越 短 ， 分 流 阀开 始 投 人 至左 右轮 基本 同 步 的 时 间就 越 短 ， 这 在 一 定 程度 上有利于减轻打滑， 但是在大负荷偏载作业时防滑 效果 不 是很 明显 。 2 ． 2增 加 防滑 开关偏 载 作业对 比试 验 平 地机转 向时 两侧 马 达 存 在 一 个转 速 比 ， 为避 免转 向时分 流 阀介 入 ， 原 控 制 策 略 是 将第 工阶段 的 马达 转速 比设 定值 大 于转 向时 的 马 达 转 速 比 ， 但 这 会导 致 马达转 速 比判 断 时 间变 长 ， 往 往 当平 地机 开 始 出现 明显打 滑 的 时候 ， 分 流 阀才 开 始 介入 防滑 控 制。为解决此问题 ， 本文采用使分流阀强制介入 的 方法 ， 在 机器 操纵 台附 近增 加一 个开关 ， 利 用此 开关 5 2 可 以直 接控 制分 流 阀的状 态 ， 当作业 时 打开此 开关 ， 使分 流 阀一 直处 于介 入 状 态 ， 控 制器 不 需 要再 进 行 左右马达转速 比计算和程序响应判断 ， 即省掉第1 阶 段 的时间 。为验 证 同步 防滑效 果 ， 在 同一试 验场 地 ， 机器 挂前进 1挡在 分流 阀 自动 介入 和 开关 介入 下 进 行偏载作业对比， 得到的试验曲线如图 2 、 3 所示 。 星 星 l 甚 宣 * 量鲁罨善{ 簧 I 窭 鬈 董j j 0l r 码 i l l 1 4 4 99 I l l I，2，4 l 】 I Z ” i I P I 】 I 22 76 4 UI 25，I v 时f ij ／ s 图 3 右偏载作业分流阀开关介入时的试 验曲线 由 图 2可 以看 出 ， 在 分 流 阀 自动介 入 右 偏 载 作 业 工况 下 ， 铲刀 右侧 受载 ， 此 时牵 引力作 用 点偏 离机 器 右 中心线 ， 当载荷 突变 时 ， 液 压 油迅 速流 向左侧 马 达， 使左后驱动轮飞快空转 出现首次打滑 。程序判 断后分流阀自动介入 ， 左 、 右马达转速差缩小并很快 达到基本同步， 当左 、 右马达转速比小于程序设定值 时， 分流阀自动关 闭， 机器恢复到 自由轮的状态 ， 紧 接 着载 荷再 次 突变 ， 左 、 右 马达 转速 差再 次 变大直 至 打 滑 ， 分 流 阀再次 自动 介 入 起作 用 。在 短 短 的 1 4 s 内， 随载荷突变出现两次明显的打滑现象 ， 并且左 、 右 马达 压力 出现 较大 的波 动 。 由图 3可 以看 出 ， 在 分 流 阀手 动 开 关 介 入 右偏 载作 业 工况下 ， 由于分 流 阀一直 处于 开启 状态 ， 提前 实 现 同步分 流 ， 左 、 右 马达转 速差 被有 效地 控 制在一 定 范 围内 ， 驱 动轮 飞转 的现 象得 到 了遏制 ， 驱 动力也 始终 保持 在一 定 的 范 围 内 。 即使 载荷 突变 ， 左 右 马 达转 速变 化也 不 大 最 大 速 差 为 5 7 0 rmi n ， 没 有 出现 明显 的打 滑现 象 ， 且 马达 压 力 没 有 出现 明显 的波 动 。 因此 ， 在 负载基 本 相 同的情 况下 ， 分 流 阀手动 开 关控制比程序 自动控制时的两侧马达转速差峰值下 降了约 1 4 3 0 r mi n ～ ， 这极大地 防止 了平地机单 P d 乏 博 0 皿 姜 三 } } 0 o 0 一 目d ． J l， 即 0 【 l 1 nn 一 一 目目 _ J ， 辑教 0 R O A D C O N S T R U C T I O N A N D MA C H I N E R Y l 匦豳厦亘国团圈 边打 滑 的发 生 ， 同时 减 小 了 马 达 转 速波 动 和压 力 冲 击 。试 验过程 中发现 分 流 阀开关 防滑转 控 制会 导致 平地机转 向超 过某一角度 时内侧 驱动 马达出现憋 压、 外侧驱动马达出现 吸空 的现象 ， 为解决此 问题 ， 进一 步 进行 转 向试验 研 究 。 3 转 向试 验研 究 机 器在 分 流 阀开 关 介 入 模 式下 绕 圈 ， 缓慢 转 动 方 向盘 ， 当马达 出现 憋压 或 吸空 时停 止转 向 ， 采 用测 量前 轮 左 、 右转 向油 缸伸 缩量 的方 法 ， 获取 该转 向角 度对 应 的油 缸位 置 ， 试验 结果 如表 2 所 示 。 表 2 前轮左、 右转向油缸伸缩量 左油缸伸 右油缸伸 状态 转 向位置 是否憋压 、 吸空 缩 量 ／ ram 缩 量 ／ ram 静止 中位 l 6 0 1 5 O 否 静止 最大左转 5 7 2 5 5 否 静止 最大右转 2 6 2 5 7 否 转 向 左转 向 9 0 2 2 O 是 转 向 右转 向 2 2 0 9 0 是 由表 2可以看出， 当前轮左 右 转向， 左 右 油 缸伸缩量小于 9 0 mm时马达出现憋压或 吸空现象 ， 为此在前桥右端安装一个传感器检测转 向角度 ， 当 前轮转向至憋压吸空临界位置时传感器反馈信号至 控制器， 强制使分流阀由介入状态切换至关闭状态 ， 为此 进行 不 同工况 下 的试验 验证 ， 结 果如 表 3所示 。 表 3 转 向试验结果 车速／ 分流 阀是否 工 况 试 验 结 果 k m h 一 1 能 自动关 闭 F 2挡左转向 ， 角度 马达无憋压 、 8 ． 0 能 逐渐增至最大 吸空 F 2挡右转向 ， 角度逐 马达无憋压 、 8 ． 0 能 渐增 至最大 吸空 如 图 4所 示 ， 随 平 地 机 F 2挡 左 转 向 角度 逐 渐 增 大 ， 左 侧 马 达 出 现 憋 压 ， 压 力 由 3 MP a增 加 至 2 6 MP a ， 当转 向角度接近憋 压 吸空临界 位置 时 ， 分 流 阀强制 关 闭 ， 左 、 右 马 达 压 力 恢 复 正 常 ， 达 到 基 本 一 致 ， 因此在 前桥相应 位置上增 加传感 器可解 决分 流 阀 开关介入 时平地机 转 向带来 的憋压或 吸空 问题 。 t ” L ， ’ U3 l，耳 I J u，2u z ，4 03 2 3 l t 03 2 5 9 62 时间， s 图 4 左转 向试验 曲线 综 合 两次 试验 结果 可 知 在全 液 压平 地 机 上 采 用同步分流阀开关控制 ， 连续作业 时可 以明显防止 单侧打滑现象， 同时减小马达压力冲击 ， 使平地机有 效驱 动力 增 大 。 4 结 语 全液压平地机的单边防滑转重点在于利用同步 分流阀实现对驱动轮的控制 ， 经过试验研究得到以 下结 论 。 i 在 平地 机上 采用 分流 阀开关 介 入 的控 制模 式后 ， 单边打滑现象得到比较明显的遏制 ， 同时液压 系统 冲击 减小 、 有 效 牵 引力 增 大 。在行 驶 过程 中采 取 限 速 和 后 退 时 分 流 阀 自动 关 闭 的 功 能 ， 在 保 证 操 作安 全 性 的 同 时 ， 实 现 分 流 阀 开 关 控 制 和 程 序 自动控制相结 合 的控制策 略 ， 可 以满 足各 种工 况 要 求 。 2 采用转 向传感器可有效解决分流阀开关介 入 时平 地机 转 向时 出现憋 压 或吸空 的现象 。 3 经 多 次试 验验 证 ， 此 方 法 可行 ， 目前 已应 用 到全液 压平 地机 产 品上 。 参 考文 献 焦生杰． 国内外平地机发展现状 与新技术 [ J ] ． 筑路 机械与施 工机械化 ， 2 0 0 8 ， 2 5 3 1 0 1 7 ． 于庆达． 静液压传动平地机E J ] ． 工程机械 ， 2 0 0 6 ， 3 7 4 7 - 9 ． 王欣 ， 易小刚 ， 张超 ， 等． 全液压平地机电子抗 滑转方法研 究[ J ] ． 筑路机械与施工现代化 ， 2 0 0 7 ， 2 4 9 5 3 5 6 ． 林涛 ， 王欣 ， 贾剑锋． 同步分流 阀在全液 压平地 机上的试 验研究[ J ] ． 筑路机械与施工现代化 ， 2 0 0 8 ， 2 4 5 5 2 5 4 ． 李建科． 全液压平地机同步性 能研究 [ J ] ． 工程 机械 ， 2 0 1 1 ， 2 4 5 2 0 42 ． 李建科 。 林涛 ， 李迎春． 浅谈平 地机 同步技术 E J ] ． 筑路机 械 与施工机械化 ， 2 O 1 1 ， 2 8 2 3 9 4 1 ． [ 责任编辑 谭忠华] 5 3 0 茸R器 0 一 审 蚺墨 0 一 蕞 尊 亭 | 尊 一 辩婚 拳