车辆电液控制理论及应用6-2

3.3 全液压推土机发动机动力储备性能 发动机作为工程机械的动力，综合评价 其整机性能及与工程机械匹配的合理性 时，要考虑多方面因素 ：
基本参数 动力性能指标 经济性能指标 排放性能指标 ………………

扭矩适应性系数与转速适应性系数
扭矩适应性系数
M e max Km M eb
发动机外特性拟合曲线
平均阻力矩M=515.8Nm,发动机转速n=1936.2rpm
扭矩下限M=150Nm，发动机转速n=2022.8rpm
0 1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
发动机转速（rpm）
2400
4 全液压推土机控制系统
工程机械常用控制方式包括电控、液控和电液复 合控制等： 液控是通过液动比例控制泵和液动比例控制马达，采 用液动比例控制方式调节其排量，从而调节系统流量， 进而调节马达的输出功率和输出扭矩，多应用在中小 型，对行驶速度、操作性能和行驶平稳性要求不高的 机械中； 电控主要是通过电动比例变量泵与电动比例变量马达 实现液压系统流量控制，适用于对行驶速度和平稳性 有一定要求的大型行驶机械上； 电液复合控制方式实际指的是泵采用液电控制，马达 采用电控的控制方式。
扭矩下限M=69.4Nm，发动机转速n=2042.4rpm 0 1000 1200 1400 1600 1800
2000
2200
发动机转速（rpm）
2400
900 800 700 600 500 400 300 200 100
发动机扭矩（Nm）
扭矩上限M=787.1Nm，发动机转速n=1570.4rpm
DA控制
EP控制
DI2/10 显示器 CAN总线
主控制器RC6-9
从控制器RC6-9
速 度 斜 坡 控 制
N iOutVal=iOutValMIN((-iDelta) ,iStep)
开始 记录输入指令iInVal 取得当前输出iOutVal 取得给定的斜坡步长 iStep 计算输入与输出的差值 iDelta=iInVal-iOutVal
1050 1000 950 900 850 800 750 700 1.1 1.3 康明斯NT855(1900) 迪尔6081(2200) 1.5 1.7 1.9 道依次BF6M1013ECP(2300) 潍柴WD61568GA-1(1800) 2.1 2.3 发动机转速 （×1000r/min）
扭矩/
返回
功 率 自 适 应 控 制
NΒιβλιοθήκη Baidu
开始 取得发动机当前实际 转速iActualSpeed 根据油门位置计算发动机 指令转速 iTargetSpeed 计算指令转速和实际转速 的差值iDiffSpeed
iActualSpeed >= 起调转速？ Y iDiffSpeed< DiffGrade_1? Y N iDiffSpeed< DiffGrade_2? N iDiffSpeed< DiffGrade_3? N iDiffSpeed< DiffGrade_4? Y Y
iDelta=0? N iDelta>0? Y iOutVal=iOutVal + MIN(iDelta,iStep) Y
控制器每一扫描 周期，根据指令 与实际输出的差 值，增加（或减 少）一定的步长， 经多个周期后， 输出可跟随至指 令值。调整步长， 或根据不同情况 给定不同的步长， 则可实现不同的 斜坡时间 。
动力储备面积
转速/
全液压推土机行驶液压系统匹配
测试仪器记录界面
900 800 700 600 500 400 300 200 100
发动机扭矩（Nm）
发动机外特性拟合曲线
扭矩上限M=298.8Nm，发动机转速n=1986.7rpm
平均阻力矩M=144.8Nm，发动机转速n=2022.4rpm
2 全液压推土机的研究方法
理论分析

辅助设计软件 理论计算 泵、马达效率程序 牵引性能 压力波动 泵-马达系统的动静态特性
牵引试验

台架试验



控制算法的有效性
死区的控制 速度刚度 泵马达系统的效率
计算机仿真
全液压推土机野外试验
液压系统台架实验
3 全液压推土机行驶液压系统参数匹配
基于“小量逼近”原理的纠偏方 法
开始 取得左右马达当前转速 计算左右马达转速差Dnm 设定泵控电流的调节小量Di 左右泵排量同时降低一个预留量D
|Dnm|<允许误差e?
N N
左侧快？
Y
左泵控制电流增加Di 右泵控制电流减少Di
左泵控制电流减少Di 右泵控制电流增加Di
Y
控制器每一扫描周期，快速侧的泵排 量减少一个小量，同时慢速侧的泵排 量增加一个相同的小量，借助于控制 器的高速处理能力，短时间就可以达 到两侧速度的平衡，而且因为每次纠 偏量很小，所以不会产生过调与振荡。 如果调节量过大，调节过程中会出现 左右振荡的现象；如果调节量过小， 则受限于控制器有限的运行速度，会 因调节时间过长而发散。经过实验， 如果控制器的循环周期为10ms，将调 节“小量”折算为排量，可取为满排 量的0.05%～0.1%左右。
返 回
速度档位划分
1档：泵排量比30%，马达排量比100% 2档：泵排量比30％～100％，马达排量比100％ 3档：泵的排量比30％～100％，马达排量比100％ ~40％ 4档：泵的排量比100％，马达排量比40％~30％
5 基于AMESim的全液压推土机行驶液压系统仿真
牵引性能
三一重工经过几年的探索与实践，终于 有了实质性的突破，无论液压还是电控， 逐渐形成了自己特有的核心技术，先后 研 制 开 发 出 TQ160 、 TQ230 、 TSQ160 、 TQ230H 、 DH86 全液压推土机，填补了国 产推土机在这一领域的空白，代表了国 内全液压推土机的发展水平。它也是国 内现阶段唯一进行批量生产和销售全液 压推土机的厂家。
国内传统的机械式和液力机械式推土机 已形成一定生产研制水平，且有了长足 的发展，但在静液压推土机研究上，国 内研究起步较晚，与世界先进水平相比 还有较大差距。国内有鞍山第一工程机 械股份有限公司技术中心、宣化工程机 械厂、黄河工程机械集团技术中心、天 津鼎盛工程机械有限公司和山推工程机 械有限公司都曾进行过相关技术研究， 但由于种种原因，未能取得突破性进展。
Y Y
调节量＝
iDeltaVal_MAX
调节量＝
iDeltaVal_4
调节量＝
iDeltaVal_3
调节量＝
iDeltaVal_2
调节量＝
iDeltaVal_1
控制系统实时监测 发动机的实际转速 与指令转速（通过 油门位置计算得出） 的差异，在发生掉 速时，减少行走系 统的功率，即降低 车速（也即降低泵 排量），使发动机 维持在一个期望的 工作速度范围（通 常在发动机最大扭 矩转速以上）。
7 液压系统可靠性
在工作中，全液压推土机的行驶驱动系统全 部承受工作装置的变化剧烈、波动大的非平稳随 机负荷。研究在工作过程中液压系统的压力变化 情况，进一步研究液压系统对液压元件的冲击， 用于液压元件的寿命分析，对液压系统寿命影响 做出评价，提出压力波动应控制的范围。在全液 压推土机液压系统的设计和机器的可靠性设计方 面具有一定的参考意义。
变量泵的效率曲线
b
总效率
40MPa 30MPa 20MPa 10MPa a
c
速度(km/h)
变量泵—马达系统的理论效率曲线 （未考虑管路损失）
排量比
变量泵—马达系统的试验效率曲线 （未考虑管路损失）
滑转率

滑转率是履带式牵引车辆的重要参数之一， 它标示了车辆在作业过程中相对于地面的滑 转程度，滑转率的存在一定程度上可以改善 车辆的牵引性能。通过分析牵引效率和生产 率在滑转曲线上的配置，以及样机的实际试 验研究，确定全液压推土机的额定滑转率应 为12~15%。
第六章 典型车辆液压与控 制系统介绍
——全液压推土机技术研究
1 全液压推土机发展现状与技术特点
1.1 全液压推土机国内外发展现状
液压技术和计算机控制技术的不断发展进步，为 液压传动赋予了完美的特性与巨大的生命力。特别是 近十年来，在装载机、沥青混凝土摊铺机、混凝土搅 拌运送车、振动压路机与建筑机械静液化方面应用发 展迅速。液压传动技术的大量采用使得工程机械日益 从制造装备保障型向技术保障型迈进。对于静液压推 土机，国外主要研发商有 John Deere 、 Liebherr 、 New Holland、Caterpillar、日本小松等公司。

故障诊断技术 关键技术参数动态显示 动力电子控制／管理系统 GPS定位与CAN通信 负荷自适应
全电液控制方案
操作更方便提高作业效率
左右马达相向旋转实现原 地转向、提高转向灵活性
3.3 系统匹配与评价体系



技术性能 牵引效率 额定滑转率 液压系统匹配 生产率 整机寿命 工作可靠性 操作性能 经济性 环境舒适性
3.1液压系统的组成
电子控制的双泵双马达液压驱动系统
泵具 单有 马液 达压 液差 压速 驱转 动向 系的 统单
串并联切换回路
(在高低两个速度范围内均能获得高的驱动效率)
3.2 关键技术参数
牵引比和比功率
效率
滑转率
参数 牵引比 最小值 1.13 最大值 1.75 平均值 1.48 离差系数 0.197
载荷冲击
速度刚度
dM K dn
载荷上升梯度对液压系统的影响
6 牵引效率
牵引效率是全液压推土机的评价指标之一。 根据机械式和液力机械式传动的推土机的国家 标准：牵引效率大于 71%为优；牵引效率 67%为 合格产品。对于全液压推土机牵引效率尚未有 相应的国家标准，由于液压系统的特性，全液 压推土机牵引效率稍低，但在作业效率方面， 全液压推土机以其灵活机动性，将会超越机械 式和液力机械式传动的推土机。
结 束
基于PID调节的纠偏方法
开始 取得左右马达当前转速 计算左右马达转速差 Dnm=nleft-nright
|Dnm|<允许误差e? N PID调节器 计算出当前泵控电流的调节量Di
N
Dnm>0? Y Y
右泵控制电流减少|Di|
左泵控制电流减少|Di|
返 回
PID调节器输出的 调节量作用到快速 一侧，在快速侧的 当前排量上减去这 一调节量（绝对 值）。 因为PID调节器输 出的控制量是根据 当前的马达转速差 实时计算出的，不 能人工干预，如果 调节量的数值超过 泵满排量的限制， 则直接影响算法的 效果甚至收敛性。
德国Liebherr是世界上静液压推土机的重要生 产和研究商，推出有PR系列全液压推土机 John Deere公司开发了建设、林业、园艺工程 用H系列静液压推土机，取代了134kW以下的 G系列履带推土机 New Holland公司也是世界上静液压推土机的 重要生产和研究商，产品装备长履带，低重心 日本小松首次在小松D155AX-3推土机使用 HMT（Hydro-Mechanical Transmission）液 压机械传动
转速适应性系数 nb Kn nm
扭矩 ( 2
1 3
0
扭矩适应系数和转速 适应系数作为发动机 动力储备性能的两个 评价指标，存在着一 定的不全面性。发动 机动力储备性能的好 坏还取决于发动机外 特性曲线上最大扭矩 点与额定扭矩点之间 那段非调速曲线的形 状。
转速(
1200 1150 1100
发动机扭矩（Nm）
比功率
5.83
8.05
7.2
0.562
国内外著名厂家全液压推土机牵引比和比功率统计
牵引功率和生产率随 牵引力变化的函数关系
利用牵引特性 评价参数匹配的合理性
泵的变量范围最好控制在 =0.3～1范围内以使泵的总效率高于75%，马达应该控制在 =0.4~1范围内工作；泵排量比
变量马达的效率曲线 泵的变量范围最好控制在0.3~1范围内，以使泵的总效率高 于 75% ；马达应该控制在 0.4~1 范围内；泵排量比 0.25~0.5 的范围(总效率为0.6~0.75)仅用于车辆要求的特殊的低速工 作，而在0.25以下的区域仅作为起步、加速的过渡过程而 不用于正常作业。
1.2 全液压推土机技术特点
行走系统采用变量泵和马达组成的静压回路。 结构简单，维修与保养方便。 具有发动机极限负荷调节功能，负荷大小自动调节挡位，自动升 速和降速。 操作简单，降低了操作人员的劳动强度，提高了作业效率。 自动化程度高，可实现智能化控制，可以高速倒车和原地转向。 全液压推土机智能化研究包括：