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摘要:平地机是一种以铲刀为主,配以其它多种可换作业装置,进行土地平整和整形作业的施工机械。主要用于道路、机场、农田水利等大面积平整作业以及刮坡、挖沟、推土、松土、清除路面冰雪等方面的施工作业,是国防工程、交通、矿山、水利等基本建设施工中的重要设备之一。
关键词:平地机行走系统 技术分析
1.国内外平地机发展概况
平地机最早于19世纪末由英国人发明,是马拉的拖式平地机。20世纪20年代出现了自行式平地机。20世纪80年代后期,平地机开始采用机电液一体化技术,并逐步向自动化、智能化方向发展。
中国的平地机生产始于20世纪60年代,由天津鼎盛天工(原天津工程机械厂)参照前苏联样机试制成功第一台机械式平地机。随着国家重大工程的增多和城市建设规模的不断扩大,国内平地机的需求量也在不断增加,而且工程对平地机的技术性能、质量和经济性也提出了更高的要求。正因为如此,国内大多数平地机生产厂家开始通过技术引进、并消化吸收,逐步实现了平地机的自主研发。
虽然中国的平地机经过20世纪末和21世纪初的快速发展,部分技术已经取得一定的成果,但是,中国的平地机产品核心技术主要来源于国外,国内企业总体上缺乏对关键技术的研发能力,因此,国产平地机和国外知名品牌在技术性能等方面还存在一定的差距。
2 全液压平地机行走系统的特点
全液压平地机行走系统特点为:
(1).行驶液压系统为单泵双马达组成的闭式系统。其换向平稳、特别适应负荷变化剧烈的情形。
(2).具有手动档和自动档功能。自动档可以根据外负荷、车速、发动机转速以及输出功率的变化自动换档,实现无级变速,充分利用发动机功率,使机器在行驶和作业的每一时刻都能发挥其最大效率,提高了作业效率和作业精度。
(3).采用液压驱动,后退速度和前进速度相同,作业时回程时间短,作业效率高。
(4).液压传动路线短、结构简单、故障点少、结构布置合理,超载时能自我保护。
3 全液压平地机行走控制的关键技术
行走系统作为平地机的主要组成部分之一,其控制性能的好坏直接影响到平地机的作业性能,甚至影响到整机的性能。全液压平地机行走控制系统的关键技术主要包括以下几个方面:
3.1电比例控制技术
以前的全液压平地机行走系统控制方式为液电复合控制,行驶泵采用DA泵,行驶马达采用EP马达。
这种控制方式的优点是控制系统实现简单,行驶DA泵为液压控制,泵的排量调节方法仅与发动机转速有关,泵具有一定的载荷自适应能力。
同时,这种方法也有其缺点:在功率利用、档位划分等方面还不是很合理,与电比例马达配合进行殊功特能的调节时,还不是很完善。另外,这种方法虽然也有一定的功率-载荷自适应能力,但是其控制不够灵活方便。
由于液电复合控制方式存在以上缺点,可以采用电比例控制方法。与液电复合控制方式相比,将行驶泵的控制方式由DA控制改变为电比例控制。
采用电比例控制方式的优点是:控制方式适应能力强,其硬件设施通用性强,设计使用方便,另外,通过电信号进行控制,控制精度比较高。
电比例控制在控制方式上作以改变,比液电复合控制更为灵活方便,且不受液压元件供应商的专有技术的限制,是一种比较理想的控制方式,本设计就是采用电比例控制方式。
3.2速度档位的划分与控制
档位的一般设计原则为:
(1). 应使发动机在各转速状态下保持最佳的负荷率,尽量在额定功率附近工作,以求最大的动力性和经济性;
(2). 尽量使液压系统在高效区对应的压力范围和排量范围内工作;
(3). 尽量使马达在高效区的最高压力和最小排量处工作,泵在满排量下工作。
全液压平地机采用静液压传动技术,具有无级调速的优点。在档位设置上,设置了具有全程调速功能的"自动档",此档位可同时作为行驶档与作业档使用,且具有负载自适应功能。其速度档位可分为6个前进手动档,6个后退手动档,一个前进自动档,一个后退自动档。
设置的自动档还具有以下几个优点:
(1).能够根据不同工况下负载变化进行自动换档,充分发挥发动机的功率,提高机器效率,节约能量;
(2).可以提高作业效率;
(3).操作简单、方便,减轻了驾驶员的劳动强度。
3.3全液压平地机作业时打滑问题分析
对于传统的液力机械式平地机来说,在驱动桥上安装了差速锁定机构,可以使平地机在偏载作业时(如挖边沟、刮边坡等),或在左右两侧驱动轮地面附着条件不同时,两侧驱动轮能够实现同步驱动,从而充分发挥平地机的有效牵引力。
而全液压平地机采用的是单泵双马达变量机构,没有差速锁定机构,因此,当平地机在附着条件较差的场地作业时,会出现由于两侧驱动轮附着情况不同而引起的单侧驱动轮打滑现象,在这种情况下,如果不采取防滑措施,压力油绝大部分就会流向滑转一侧,使系统的压力失去平衡,滑转侧压力油流量过大,工作压力升高,造成元器件的损坏,而未滑转侧失去流量转速为零,驱动轮停止转动,虽然该侧地面附着条件较好,也会使平地机的牵引力无法发挥,发动机的功率会以打滑的形式损失掉,最终平地机将无法脱离滑转区域发生"陷车"。
还有一种情况,当平地机进行偏载作业(如铲刀向侧边刮土、刮边坡等),当偏载载荷不大时,为了克服偏载压力,可以通过驱动轮向负载小的一侧偏转的方法来实现,这样就就会使发动机的一部分功率损失掉,用于克服偏载时驱动轮的转向阻力。当偏载的载荷较大时,也会发生单侧驱动轮打滑。
由于以上两类问题,所以全液压平地机必须采取防滑措施。
解决上述问题的方法有很多种。其中一种方法就是采用同步分流装置。但由于同步阀在分流状态时存在一定的节流损失,且成本相对较高,其技术还不够成熟,因此,目前在平地机的应用还处于研究状态。
另一种方法是采用电子防滑办法。即采取自动控制手段,通过对马达及泵排量的调节、使机器脱离单侧打滑状态,其具有自动判断、抗滑过程牵引力大、液压系统无冲击以及无硬件成本等优点,是解决单侧防滑与提高偏载作业性能的一种经济有效的方式。
结论
综上所述,随着国家大型基础设施建设规模的不断加大,以及平地机在施工过程中的特殊功用,平地机的重要性也将日益彰显出来,全液压平地机作为一种新型产品,其发展空间更是不言而喻。而且随着科技的不断进步,全液压平地机的技术性能、质量和经济性等也将不断得到提升。因此,全液压平地机的行走控制技术也将不断得以发展,同时也会出现新的控制方法。
参考文献:
[1] 宋建安,赵铁栓编著. 液压传动. 世界图书出版公司,2004.9
[2] 姚怀新编著. 行走机械液压传动与控制[M]. 人民交通出版社,2002
[3] 焦生杰,国内外平地机发展现状与新技术. 筑路机械与施工机械化,2008.3
[4] 王欣,易小刚. 全液压平地机的关键匹配与控制技术. 筑路机械与施工机械化2008.3
[5] Rexroth(Bosch Group). 行走机械用液压及电子控制元件产品样本(RC64017/12.02). 博士力士乐有限公司,2001
[6]王欣,易小刚,张超等. 全液压平地机电子抗滑转方法研究. 筑路机械与施工机械化,2007.24
作者简介:李星(1989-),男,长安大学工程机械学院机械电子工程07级本科生。
关键词:平地机行走系统 技术分析
1.国内外平地机发展概况
平地机最早于19世纪末由英国人发明,是马拉的拖式平地机。20世纪20年代出现了自行式平地机。20世纪80年代后期,平地机开始采用机电液一体化技术,并逐步向自动化、智能化方向发展。
中国的平地机生产始于20世纪60年代,由天津鼎盛天工(原天津工程机械厂)参照前苏联样机试制成功第一台机械式平地机。随着国家重大工程的增多和城市建设规模的不断扩大,国内平地机的需求量也在不断增加,而且工程对平地机的技术性能、质量和经济性也提出了更高的要求。正因为如此,国内大多数平地机生产厂家开始通过技术引进、并消化吸收,逐步实现了平地机的自主研发。
虽然中国的平地机经过20世纪末和21世纪初的快速发展,部分技术已经取得一定的成果,但是,中国的平地机产品核心技术主要来源于国外,国内企业总体上缺乏对关键技术的研发能力,因此,国产平地机和国外知名品牌在技术性能等方面还存在一定的差距。
2 全液压平地机行走系统的特点
全液压平地机行走系统特点为:
(1).行驶液压系统为单泵双马达组成的闭式系统。其换向平稳、特别适应负荷变化剧烈的情形。
(2).具有手动档和自动档功能。自动档可以根据外负荷、车速、发动机转速以及输出功率的变化自动换档,实现无级变速,充分利用发动机功率,使机器在行驶和作业的每一时刻都能发挥其最大效率,提高了作业效率和作业精度。
(3).采用液压驱动,后退速度和前进速度相同,作业时回程时间短,作业效率高。
(4).液压传动路线短、结构简单、故障点少、结构布置合理,超载时能自我保护。
3 全液压平地机行走控制的关键技术
行走系统作为平地机的主要组成部分之一,其控制性能的好坏直接影响到平地机的作业性能,甚至影响到整机的性能。全液压平地机行走控制系统的关键技术主要包括以下几个方面:
3.1电比例控制技术
以前的全液压平地机行走系统控制方式为液电复合控制,行驶泵采用DA泵,行驶马达采用EP马达。
这种控制方式的优点是控制系统实现简单,行驶DA泵为液压控制,泵的排量调节方法仅与发动机转速有关,泵具有一定的载荷自适应能力。
同时,这种方法也有其缺点:在功率利用、档位划分等方面还不是很合理,与电比例马达配合进行殊功特能的调节时,还不是很完善。另外,这种方法虽然也有一定的功率-载荷自适应能力,但是其控制不够灵活方便。
由于液电复合控制方式存在以上缺点,可以采用电比例控制方法。与液电复合控制方式相比,将行驶泵的控制方式由DA控制改变为电比例控制。
采用电比例控制方式的优点是:控制方式适应能力强,其硬件设施通用性强,设计使用方便,另外,通过电信号进行控制,控制精度比较高。
电比例控制在控制方式上作以改变,比液电复合控制更为灵活方便,且不受液压元件供应商的专有技术的限制,是一种比较理想的控制方式,本设计就是采用电比例控制方式。
3.2速度档位的划分与控制
档位的一般设计原则为:
(1). 应使发动机在各转速状态下保持最佳的负荷率,尽量在额定功率附近工作,以求最大的动力性和经济性;
(2). 尽量使液压系统在高效区对应的压力范围和排量范围内工作;
(3). 尽量使马达在高效区的最高压力和最小排量处工作,泵在满排量下工作。
全液压平地机采用静液压传动技术,具有无级调速的优点。在档位设置上,设置了具有全程调速功能的"自动档",此档位可同时作为行驶档与作业档使用,且具有负载自适应功能。其速度档位可分为6个前进手动档,6个后退手动档,一个前进自动档,一个后退自动档。
设置的自动档还具有以下几个优点:
(1).能够根据不同工况下负载变化进行自动换档,充分发挥发动机的功率,提高机器效率,节约能量;
(2).可以提高作业效率;
(3).操作简单、方便,减轻了驾驶员的劳动强度。
3.3全液压平地机作业时打滑问题分析
对于传统的液力机械式平地机来说,在驱动桥上安装了差速锁定机构,可以使平地机在偏载作业时(如挖边沟、刮边坡等),或在左右两侧驱动轮地面附着条件不同时,两侧驱动轮能够实现同步驱动,从而充分发挥平地机的有效牵引力。
而全液压平地机采用的是单泵双马达变量机构,没有差速锁定机构,因此,当平地机在附着条件较差的场地作业时,会出现由于两侧驱动轮附着情况不同而引起的单侧驱动轮打滑现象,在这种情况下,如果不采取防滑措施,压力油绝大部分就会流向滑转一侧,使系统的压力失去平衡,滑转侧压力油流量过大,工作压力升高,造成元器件的损坏,而未滑转侧失去流量转速为零,驱动轮停止转动,虽然该侧地面附着条件较好,也会使平地机的牵引力无法发挥,发动机的功率会以打滑的形式损失掉,最终平地机将无法脱离滑转区域发生"陷车"。
还有一种情况,当平地机进行偏载作业(如铲刀向侧边刮土、刮边坡等),当偏载载荷不大时,为了克服偏载压力,可以通过驱动轮向负载小的一侧偏转的方法来实现,这样就就会使发动机的一部分功率损失掉,用于克服偏载时驱动轮的转向阻力。当偏载的载荷较大时,也会发生单侧驱动轮打滑。
由于以上两类问题,所以全液压平地机必须采取防滑措施。
解决上述问题的方法有很多种。其中一种方法就是采用同步分流装置。但由于同步阀在分流状态时存在一定的节流损失,且成本相对较高,其技术还不够成熟,因此,目前在平地机的应用还处于研究状态。
另一种方法是采用电子防滑办法。即采取自动控制手段,通过对马达及泵排量的调节、使机器脱离单侧打滑状态,其具有自动判断、抗滑过程牵引力大、液压系统无冲击以及无硬件成本等优点,是解决单侧防滑与提高偏载作业性能的一种经济有效的方式。
结论
综上所述,随着国家大型基础设施建设规模的不断加大,以及平地机在施工过程中的特殊功用,平地机的重要性也将日益彰显出来,全液压平地机作为一种新型产品,其发展空间更是不言而喻。而且随着科技的不断进步,全液压平地机的技术性能、质量和经济性等也将不断得到提升。因此,全液压平地机的行走控制技术也将不断得以发展,同时也会出现新的控制方法。
参考文献:
[1] 宋建安,赵铁栓编著. 液压传动. 世界图书出版公司,2004.9
[2] 姚怀新编著. 行走机械液压传动与控制[M]. 人民交通出版社,2002
[3] 焦生杰,国内外平地机发展现状与新技术. 筑路机械与施工机械化,2008.3
[4] 王欣,易小刚. 全液压平地机的关键匹配与控制技术. 筑路机械与施工机械化2008.3
[5] Rexroth(Bosch Group). 行走机械用液压及电子控制元件产品样本(RC64017/12.02). 博士力士乐有限公司,2001
[6]王欣,易小刚,张超等. 全液压平地机电子抗滑转方法研究. 筑路机械与施工机械化,2007.24
作者简介:李星(1989-),男,长安大学工程机械学院机械电子工程07级本科生。