機(jī)械式平地機(jī)防滑管控體系的運用

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目前，國產(chǎn)平地機(jī)分為全液壓驅(qū)動和液力機(jī)械式驅(qū)動方式，這兩種驅(qū)動方式在自動換擋、操作簡易性和負(fù)載自適應(yīng)方面具有一定的優(yōu)勢，而機(jī)械式平地機(jī)由動力換擋變速器驅(qū)動，其優(yōu)點在于可充分利用發(fā)動機(jī)功率，機(jī)械傳動效率較高（功率損耗在10%以內(nèi)）。無論采用哪種傳動方式，平地機(jī)生產(chǎn)商在整機(jī)性能方面的追求都是一樣的：盡可能地發(fā)揮所選傳動方式的優(yōu)勢，以追求最佳的動力性、燃油經(jīng)濟(jì)性及操縱性能。目前，動力換擋變速器技術(shù)被以卡特彼勒為代表的國外企業(yè)壟斷，在此背景下，三一重工自主研發(fā)了前進(jìn)8擋、后退6擋的SMG200型機(jī)械式平地機(jī)。

1機(jī)械式平地機(jī)防滑控制系統(tǒng)

在平地機(jī)上裝配防滑控制系統(tǒng)是為了保證平地機(jī)在低附著路面上保持良好的牽引性能。機(jī)械式平地機(jī)的動力由柴油機(jī)輸出，經(jīng)動力換擋變速器調(diào)速，電子差速鎖差速，通過后橋、平衡箱傳遞到驅(qū)動輪。平地機(jī)在日常工作中工況復(fù)雜，負(fù)載變化大且路面附著情況無法預(yù)見,同時由于驅(qū)動輪需要差速，當(dāng)發(fā)動機(jī)提供的驅(qū)動力超過地面提供給輪胎的附著力時便造成驅(qū)動輪打滑而使?fàn)恳ρ杆贉p小。平地機(jī)防滑策略可借鑒汽車驅(qū)動防滑控制技術(shù)，即通過使用和控制電子差速鎖、調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出和控制離合器半滑磨等方法，使平地機(jī)迅速獲得有效牽引力，從而防止打滑。圖1是SMG200型平地機(jī)防滑控制系統(tǒng)的基本組成，防滑控制系統(tǒng)使能開關(guān)、差速鎖控制開關(guān)均位于駕駛室內(nèi)，由駕駛員控制。在防滑控制程序未激活狀態(tài)下，駕駛員仍能通過操作差速鎖控制開關(guān)來控制電子差速鎖動作。測速傳感器測量變速器輸出軸轉(zhuǎn)速，變速器與后驅(qū)動輪為剛性連接，通過傳動比換算得出計算輪速。測速雷達(dá)用于測試實時車速,這些信號均輸入控制器。控制器與發(fā)動機(jī)控制單元ECM和虛擬儀表系統(tǒng)采用CAN總線通信。

2控制方法

2.1電子差速鎖控制

電子差速鎖裝配于平地機(jī)后橋內(nèi)，連接半軸。圖2是電子差速鎖的結(jié)構(gòu)圖，這種結(jié)構(gòu)是在差速器軸輸出端安裝多片離合器，當(dāng)控制器判斷出平地機(jī)的滑轉(zhuǎn)率大于設(shè)定最小滑轉(zhuǎn)率時，控制器輸出高電平有效信號驅(qū)動電磁閥，利用電控液壓變化控制離合器摩擦片接合，將差速鎖鎖止，保持所有的驅(qū)動輪同步，使附著力利用率較高一側(cè)的驅(qū)動輪發(fā)揮更大的牽引力。

2.2控制發(fā)動機(jī)噴油量

SMG200型平地機(jī)配備康明斯直列6缸QSC8.3-C205型電噴發(fā)動機(jī),功率153kW，最大輸出轉(zhuǎn)矩1010N•m。當(dāng)控制器在接收到各傳感器傳來的信號并判斷出平地機(jī)的滑轉(zhuǎn)率大于設(shè)定最大滑轉(zhuǎn)率時，發(fā)動機(jī)控制單元ECU會按照控制器傳送來的期望轉(zhuǎn)速減小噴油量，從而減小驅(qū)動力的輸出，防止驅(qū)動輪過度滑轉(zhuǎn)。

3控制策略

圖3是防滑控制系統(tǒng)的控制流程。測速傳感器、測速雷達(dá)、防滑控制系統(tǒng)使能開關(guān)信號、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和差速鎖狀態(tài)等信號輸入控制器?？刂破饔涗洰?dāng)前10個周期的輪速和車速，并通過平均輪速和平均車速計算當(dāng)前滑轉(zhuǎn)率，利用此方法排除瞬時沖擊造成的誤判斷。當(dāng)控制器判斷當(dāng)前滑轉(zhuǎn)率小于滑轉(zhuǎn)率控制門限SKIDmin時，平地機(jī)未打滑，此時防滑控制系統(tǒng)不動作。當(dāng)控制器判斷當(dāng)前滑轉(zhuǎn)率大于滑轉(zhuǎn)率控制門限SKIDmin時，判定平地機(jī)處于打滑工況，此時開啟計時器計時，當(dāng)計時到達(dá)門限值t1時，啟動控制電子差速鎖，使4個驅(qū)動輪同步，以輸出相同的轉(zhuǎn)矩。當(dāng)控制器判斷滑轉(zhuǎn)率大于最大滑轉(zhuǎn)率控制門限值SKIDmax時，判定平地機(jī)打滑趨勢劇烈，計時器開啟，當(dāng)計時到達(dá)門限值t1時，控制器控制電子差速鎖鎖止，同時按控制算法調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，從而使平地機(jī)獲得有效牽引力，控制平地機(jī)打滑趨勢，減小功率損耗。

4工地試驗

基于上述控制方法與控制策略，針對平地機(jī)日常工作的主要工況，測試不同附著系數(shù)路面、不同擋位下平地機(jī)的最大牽引力，并根據(jù)最大牽引力范圍內(nèi)的輪速和車速通過下列公式計算滑轉(zhuǎn)率，以確定各擋位最佳滑轉(zhuǎn)率的區(qū)間。

S=（VL-VC）/VL式中：S———滑轉(zhuǎn)率，（%）；VL———車輪轉(zhuǎn)速，km/h；VC———平地機(jī)行駛速度，km/h。然后通過試驗測試對計時門限和最佳滑轉(zhuǎn)率區(qū)間等參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，并對控制程序、流程，以及發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)算法等進(jìn)行優(yōu)化。通過控制算法將平地機(jī)的滑轉(zhuǎn)率控制在最佳滑轉(zhuǎn)率區(qū)間之內(nèi)，以控制平地機(jī)在低附著路面上保持較大的牽引力。

圖4是平地機(jī)在黃土路面上的試驗情況，試驗時用牽引繩串聯(lián)拉力計，將負(fù)載車輛拖掛在測試車的后方，測試車以Ⅰ擋或Ⅱ擋速度行駛，待行駛平穩(wěn)后，負(fù)載車制動，模擬大負(fù)載工況，使測試車滑轉(zhuǎn)，分別按有防滑控制程序與無防滑控制程序兩種工況記錄拉力計讀數(shù)、車輪轉(zhuǎn)速與實際行駛車速。對比測試平地機(jī)在滑轉(zhuǎn)時，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、滑轉(zhuǎn)率變化與牽引力大小的變化情況。

圖5和圖6是在黃土路面上測試車以Ⅱ擋速度行駛時，防滑控制程序未介入和介入情況下牽引力對比試驗測試數(shù)據(jù)。由圖5可見，無防滑控制程序時，當(dāng)負(fù)載車剎車踩死，測試車單側(cè)驅(qū)動輪完全滑轉(zhuǎn)，即滑轉(zhuǎn)率達(dá)到100%，差速鎖未啟動且發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速持續(xù)上升至額定轉(zhuǎn)速，牽引力下降且造成功率損耗、輪胎磨損非常劇烈的情況。由圖6可見，防滑控制程序介入后，當(dāng)負(fù)載車剎車踩死時，測試車單側(cè)驅(qū)動輪開始劇烈滑轉(zhuǎn)，差速鎖迅速自動啟動，此時，兩側(cè)車輪同時滑轉(zhuǎn)，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速按設(shè)定算法明顯下降，牽引力持續(xù)上升，滑轉(zhuǎn)率在8%～19%之間變化，發(fā)動機(jī)提供的牽引力控制在86kN左右。表1所示為防滑控制程序介入前后平地機(jī)的牽引力變化情況。

5結(jié)論

對比測試數(shù)據(jù)可知，當(dāng)平地機(jī)增加防滑控制系統(tǒng)后，在遇到大負(fù)載工況時可有效抑制驅(qū)動輪打滑，減少發(fā)動機(jī)功率損耗。將滑轉(zhuǎn)率控制在最佳滑轉(zhuǎn)率區(qū)間以內(nèi)，提高平地機(jī)在低附著系數(shù)路面上的牽引力，為平地機(jī)節(jié)能、高效提供了保障。