推土机静液压传动装置的参数匹配与控制

推土机静液压传动装置的参数匹配与控制

王永奇1,单新周2

(11长安大学工程机械学院,陕西西安710064;21湖南交通职业技术学院,湖南长沙410004)

[摘　要]研究了推土机静液压传动系统参数的匹配条件、原则和控制方法,分析了发动机、泵和马达组成的负荷驱动系统各环节的参数匹配和控制目标函数,并提出推土机行驶驱动液压系统的工作匹配压力、控

制原理、系统控制和配置方案,这对于其它静压驱动机型也有参考意义。

[关键词]全液压推土机;静液压传动;传动装置;合理匹配;控制原理

[中图分类号]TU62315 [文献标识码]A [文章编号]100121366(2003)1020034203

Parameter matching and controlling of static hydraulic driving device in bulldozers

WANG Y ong2qi1,SH AN X in2zhou2

(11Chang′an University,Xi′an710064,China;

21Hunan vocational and Technical College of Communication,Changsha410004,China)

Abstract:This paper describes the study of matching condition and principle and controlling method of static hydraulic driving device in bulldozers,and analysis of parameter matching and controlling object function in each tache of

load drive system composed by engine and pump and motor,and it puts forward work matching pressure,

controlling principle,system controlling and configure precept of steam drive hydraulic system in bulldozers,it

also makes a reference to other static hydraulic driving construction machinery.

K ey w ords:fully hydraulic bulldozers;static hydraulic drive;driving device;reasonable matching;controlling principle.

　①目前,静液压传动与智能控制技术在国外中小功率推土机传动系统中已得到应用和发展,而我国在推土机智能化方面的研究刚刚起步,理论研究基本处于空白状态。推土机智能化的核心技术是发动机、泵和马达组成的传动系统参数的合理匹配、控制方式和原理,该系统参数的合理匹配和微电子控制可提高推土机的生产率和降低燃油消耗,减轻司机操作强度。

1　静液压传动合理匹配条件

1)由发动机最大扭矩工况所决定的牵引力和液压系统最高匹配压力所对应的最大牵引力应小于等于由土壤附着条件决定的附着力。

2)发动机最小油耗工况和液压系统额定压力工况应与行走机构之间最大生产率工况相一致,即发动机最小油耗工况和液压系统额定压力所决定的牵引力应等于行走机构滑转率所决定的牵引力,以保证最大的作业生产率。

3)平均最大工作阻力应等于机器的额定有效牵引力。

2　匹配原则与方法

由于液压传动系统、发动机和外负载之间存在着相互影响、相互制约的关系,因此在进行泵和马达参数之间的匹配时,首先应结合发动机性能和外负载特性来考虑,即液压参数的匹配首先应保证发动机—液压系统—外负载有最佳的动力性、经济性和生产率;其次应保证各液压元件有满意的工作寿命和可靠性。影响液压元件工作寿命的不可靠因素主要有:负荷特性(可采用降额匹配和加蓄能器的方法来解决)、元件的使用参数即工作压力、转速及其负荷的匹配状态。

①[收稿日期]2003205222

[作者简介]王永奇(1969-),男,傣族,博士,研究方向工程机械机电一体化.

　设计研究

在压力匹配时,确定推土机的最大负荷压力和平均持续负载压力使其不超过元件的最高标定压力p m 和额定压力p H 。在实际中,推土机的载荷波动过大且高压频繁出现,应按载荷平均压力小于额定压力、最高压力作用时间不超过工作时间的1%～2%进行参数匹配,并将满铲时的平均载荷作为机械的额定载荷,

将其与发动机的额定功率相匹配以保证机械的动力性和经济性,即降额配置压力,实际匹配压力为p H =(0156～01625)p m 。

转速匹配对泵来说一般将全排量最高转速与发动机最高转速匹配,而对变量马达来说考虑小排量时最高转速。

3　发动机与变量泵的匹配和控制

发动机与液压传动装置匹配的原则是发动机的转速及其输出扭矩适应外负载的变化而连续变化,并将发动机的实际工作点匹配在相应转速下的最大功率输出点和最佳节能点附近。不考虑机械传动效率时发动机的匹配方程为p p (t )=p eo ,即

M p (t )=M eo (1)泵的吸收扭矩等于发动机最佳工作点的输出扭

矩M eo ,又M p (t )=p p (t )q p (t ),式中p p (t )取决于负载,当负载变化时引起p p (t )和M p (t )的变化,当M p (t )偏离最佳工作点时泵与发动机不匹配,通过调节泵的排量q p (t )以改变M p (t ),使得M p (t )始终近似满足式(1),这就实现了泵与发动机的匹配。

由匹配原则出发,将推土机的发动机———液压传动装置———负荷看作是一负荷驱动系统,提出最适合发动机和液压传动系统的控制方式。常用控制方式:①发动机恒功率控制,不论外界负荷扭矩的大小如何变化,都要将发动机输出轴扭矩控制为一定值,即通过液压传动系统的变换作用,使发动机定值扭矩适应变化的负荷的扭矩,若给定合适的负荷率,在这一工况下工作,则发动机性能不为外界负荷的变化所影响,功率利用情况最好;②发动机变功率控制,据外界负荷扭矩的变化来控制发动机的转速,保证发动机的功率和燃料经济性对于外负载始终处于最佳状态。

由于推土机的外负载为随机负荷,为了更好地适应外负载的变化、保证系统的高效率、保证发动机的最佳匹配动力性和经济性,一般将两种控制方

式结合使用,即当外负载变化时引起系统压力变化,改变泵的排量适应其变化,进行发动机的恒功率控制;同时根据系统的压力变化控制发动机转速的变化,使发动机的功率得以充分发挥,并且燃油经济性最好,从而实现发动机的变功率控制。其原理及实现过程如图1所示

。

图1　泵与发动机匹配控制方案框图

发动机与液压传动装置的性能参数进行良好的

匹配后,发动机合适的负荷率是其动力性、燃油性和液压系统效率最佳必要条件,可取90%～100%负荷率为最终控制目标值,既满足燃料消耗最小的要求,又保证了较高的功率利用率,同时又符合推土机实际使用条件下负荷工况的要求。

目标值负荷率的确定如图2所示,图中曲线1-2-3为理想的目标值负荷曲线,实际常用的目标值负荷曲线如图中1′-2-2′-3′所示。液压泵与发动机的合理匹配是通过调节泵的排量q p 来实现的,变量泵排量比越大,即泵的实时排量越大,其机械效率与总效率越高,因此应使泵尽量在大排量下工作

。

图2　发动机扭矩外特性与目标值负荷率

Me -发动机效扭矩;Mz -负荷扭矩

根据这个结论以及液压泵与发动机之间的关系

Δpnq p /60000ηpt =N eo (式中Δp 为负荷压差、n 为转速、q p 为泵的排量),为了使液压传动装置具有高效率,且使发动机具有好的动力性和燃料经济

设计研究