全液压推土机的关键控制技术

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土石方机械与施工技术
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控制器根据操作指令及设定好的匹配参数计算出变量
推土机的转向是通过左右两边履带差速来实现
本文着重探讨主要控制功能— 行走控制 中的
关键技术， 关于通信、 监测及故障诊断部分另有文章
撰述［ ４ ］ ０
２ 行走控制的关键技术
本控制系统实验样机为双变量泵和双变量马达组
成的行驶驱动系统， 整个行走的方向与速度控制由一 个十字型手柄完成。该手柄上附设有档位选择按钮， 驾驶员通过手柄及档位按钮向 控制器发出操作指令，
范围一般可设为手柄单向行程的３ 左右。 ％ （ 普通转向 控制 ２ ）
图３ 手柄输出的离散化处理
２ 速度档位划分 ． ２
根据推土机的不同使用工况， 将速度范围 划分为４ 个档位， 每个档位泵与马达的排量范围和车速范围如
下所示。
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前进左转、 前进右转、 后退左转、 后退右转、 原地左转及 原地右转。
式中： Ｓ２ Ｓ Ｐ 只， 分别为手柄纵向电位计与横向电位计位
置信号。
十字型手柄由纵、 个电位计构成， 横２ 如图１ 所示。
控制器根据２ 个电位计的当前值判断出正确的方向状
（ 原地转向 控制 ３ ） 左右两边履带运动速度相同， 运动方向 相反， 即可
０ 引言
经过多年的 探索和实践， 作为前沿技术的全液压 推土机的一些难点问 逐步获得解决， 题已 在中国的 研 制开发取得了令人瞩目 的成果； 并且积累了 第一手的 理论研究资料和现场实验数据， 有关技术由 部分企业
与研究机构所掌握［１ １０ － ３ 合理的参数匹配与控制是全液压推土机充分发挥
生产率， 减轻操作人员的劳动强度， 这是推土机控制系 统所要实现的目 标。为此， 控制系统在实现基本控制 功能的前提下， 还必须在设计和实现上完全体现正确 的参数匹配， 并保证快速运算和响应。 本控制系统选用Ｒｘ ｔ的专用控制器及配套监 ｅｏ ｒｈ 视器件为开发平台， 对关键环节的控制算法进行了设 计实现。 以某厂生产的Ｄ ８型全液压推土机为试验样 Ｈ６ 机， 对控制系统进行了反复试验和优化， 除保证可靠而 高效地完成基本控制功能外， 在监测、 通信及故障诊断 方面也体现出先进性和智能化。
（ ３ 泵的排量比 ０ －０％ 马达排量比为 ３档 ） 为３％－ ０ ， １ ４％ １ ％ 此档为工作档， ０ －０ 。 ０ 主要用于轻载作业， 如平地、 松土等， 作业速度范围 更宽。 （ ４ 泵的排量比为１ ％， ４ 档 ） ０ 马达排量比３％ ０ ０－ ４％ ０ 。此档为行驶档， 主要用于快速、 无负荷行走。 在控制算法研究实验过程中， 初期将档位划分为 １ 但实验中发现各工作档位载荷自 ０ 档， 适应范围太窄， 发动机功率得不到充分发挥， 作业效率低， 易熄火。后 将档位划分为４ 载荷适应能力明显提高， 档， 效果较好。
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算法将手柄综合位置折算成给左右两侧单独的手柄指
令， 采用以 下公式进行折算
快速侧 Ｓ， Ｐ
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（ １ ）
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车状态， 个方向状态分别是： 这８ 直线前进、 直线后退、
泵、 变量马达的排量， 并输出相应的 Ｗ 控制信号， ＰＭ 从 而实现对推土机行走方向 和速度的控制。此外， 控制
系统还要求能够根据载荷的变化情况自 动调整行驶速 度， 使机器具有较强的载荷适应能力。 ２ 行走方向与速度控制 ． １ 将推土机的方向控制分为８ 个方向状态及一个停
的。 在手柄处于某一位置Ｍ 如图１ ， 时（ 所示） 可按照一定
在不失控制精度的前提下将手柄的每一单向行程分为 ｎ 个区间， 在某一区间内变化时取此区间的中心值作为
图１ 操作 手柄
手柄当前值。 ３ 如图 所示， 例如， 当前手柄处于ｂ 位置时， 取手柄输出值为ｘ 其下一时刻在正负乙 ６ ， 范围内变化 时， 输出均取作ｘ ｂ 。为防止在２ 个区间交界处手柄少量 抖动而使得输出值振荡， 可对这一算法作进一步改进。 在控制程序中增加防抖动处理算法， 即将每一时刻的 手柄当前值作为当前区间的“ 中心”在此“ ， 中心” 两侧 △ 范围内变化时输出均为一固定值， 这样就避免了抖
其液压传动优势的关键所在。因 此， 在整机总体设计 合理的基础上， 进行良 控制系统设计， 好的 对保证全液 压推土机动力性、 经济性及作业效率有着重要的意义。 本文系统地介绍了全液压推土机的关键控制技术， 尤 其是行走控制中主要环节的控制策略和控制方法， 所 给出的算法都经过实际 应用的检验， 可为同 类工程机 械应用提供参考。 １ 控制系统的设计原则 推土机属循环作业的牵引式铲土运输机械， 其作 业环境恶劣， 作业过程中 载荷变化剧烈。因此， 使推土 机适应复杂的作业工况， 提高其动力性、 经济性和作业
算法。原理是： 控制器每一扫描周期， 速度快一侧的泵 排量减少一个小量，同时速度慢一侧的泵排量增加一 个小量， 借助于控制器的高速处理能力很短时间就可 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。 样机未作纠偏控制之前， 跑偏情况较为严重， 且每 一档位跑偏方向 不同。采用上述纠偏算法后， 经实验， 跑偏量每１０ ０ｍ 小于０ ｍ ． ｏ ５
０。 。
土石方机械与施工技术
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登 瑟 辐
全液压稚土机校制系洗共健技术研究
王 欣‘熊逸群２ ，
（长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室， 西 西安 ７０６； １ ． 陕 １ ４ ０ ２ 长沙 ４００） ． 三一重工股份有限公司， 湖南 １１０
是短时间使用， 且可以实现较低的 行驶速度， 此效率 因
问 题可以作为次要因素考虑。 （ ２ 泵排量ｔ为３％ １ ％， ２ 档 ） 匕 ０ －０ 马达排量比为 ０
１ ％ 此档为工作档， ０ 。 ０ 主要用于大负荷铲掘工况。 实现 低速大扭矩输出， 系统效率比 较高， 作业速度调节范围
也比较宽。
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动现象。
图２ 行走方 向控制流程图
（ 手柄的中位范围设定 １ ）
手柄置于中位表示停车指令。虽然产品下线时手
柄及其他传感器都要经过校准， 但仍然要设定足够宽 的“ 死区” 范围， 手柄位于此“ 当 死区” 范围时， 都认为是 中 以 位， 避免由 于轻微触动造成的 误行车。 中位“ 死区”
摘 要： 介绍了全液压推土机行走控制的关键技术， 重点给出了 行走方向与速度控制及功率自 适应控制 等主要环节的控制策略和控制方法。给出的算法经实际应用检验证明可行， 控制性能良 可为同 好， 类工 程机械控制提供参考。 关键词： 全液压推土机； 行走控制； 功率自 适应； 控制 转向 中图分类号：４５ １ Ｕ １． ２ ５ 文献标识码： Ｂ 文章编号： ０－３Ｘ２０） －０７０ １ ００３ （ ６ ００４－３ ０ ０ １
２ 斜坡控制 ． ３
图４ 斜坡处理流程图
认可为每１０ ０ｍ 小于１ ｍ ｏ
本系统采用了一种简单有效的小量逼近纠偏控制
为避免直接施加控制量对液压系统造成的冲击， 通常要求机器起步与停车是逐渐变化的 过程， 为此， 需
要对输出的Ｐ Ｍ Ｗ 控制信号进行斜坡处理。 传统的做法 是： 先给定所需的斜坡起止时间， 再在这一时间段内 完 成对控制量的递增或递减。当需要进行斜坡处理的控 制量较多时， 这种方法无论从设计还是调试来说都显 得较为麻烦。 本系统采用了另一种简单实用的斜坡处理方法：
０。 。
土石方机械与施工技术
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（ １ 泵排量比为３％ 马达排量比为１ ％ 此 １档 ） ０， ０ 。 ０
档主要用于启动、上平板车及危险作业场地转移等。 虽然低排量时泵的效率较低， 但由 于这一档位通常只
实现推土机原地转向。原地转向时手柄指令可用以下
公式计算
态， 结合当前档位信息， 通过一定的算法计算出 左右两 边泵、 马达的控制电流， 实现８ 个方向的速度控制。控 制流程如图 所示， ２ 关键点如下。
Ｓ， ａ ］十ｍ ｘ
快速侧 Ｓ， Ｐ
Ｊ速侧 一Ｐ 漫 Ｓ，
（） ２
Ｓ， Ｐ＋ｍａ ｘ
Ｓ， ｘ Ｐ－ｍａ
岁， －ｍａ ｘ
（ 手柄输出的离散化处理与防抖动处理 ４ ） 手柄位置是连续的变化量， 如果总是根据当 前实 际值实时计算给泵和马达的Ｐ Ｍ Ｗ 控制信号并输出， 那 么泵和马达将总是处在不停地调节当中 （ 因为严格说 来， 手柄随时都处在轻微变化中， 不能理想静止） 。 为减少不必要调节， 同时减少控制器处理时间， 可