扒渣車行走控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改進(jìn)

顧華鵬，鐘偉添，戴啟鵬

（遼寧忠旺機(jī)械設(shè)備制造有限公司設(shè)計(jì)中心，遼寧 遼陽 111019）

為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能，提高扒渣車的操作性能，將設(shè)計(jì)重心轉(zhuǎn)移到整車行走控制系統(tǒng)，使發(fā)動(dòng)機(jī)的功率充分發(fā)揮。采用電控變量行走系統(tǒng)可以提高能量的轉(zhuǎn)化率。行走控制系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分進(jìn)行相互控制調(diào)節(jié)：發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓泵、行走驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)系統(tǒng)。本文基于變量泵跟隨系統(tǒng)壓力和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)變化的功率控制原理,分析了功率匹配的實(shí)現(xiàn)機(jī)理,是通過發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)變化和變量泵壓力變化實(shí)現(xiàn)的。以柴油機(jī)控制的S90變量泵、行走腳踏閥、反向制動(dòng)腳踏閥、行走驅(qū)動(dòng)總成、行走制動(dòng)器總成等為對(duì)象，在PLC電控系統(tǒng)的綜合調(diào)節(jié)和控制下，提出發(fā)動(dòng)機(jī)與變量泵的功率匹配控制方法,并在BZCZ-11000扒渣車上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證。

1 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)和功率匹配控制方法

將壓力傳感器和轉(zhuǎn)數(shù)傳感器與系統(tǒng)功率有機(jī)結(jié)合，通過行走系統(tǒng)壓力變化導(dǎo)致的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)變化，經(jīng)過PLC內(nèi)部算法與發(fā)動(dòng)機(jī)功率曲線進(jìn)行實(shí)時(shí)對(duì)比,并采用電控比例變量泵的在線控制調(diào)節(jié)技術(shù),使得變量泵的輸出功率始終小于發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率,來實(shí)現(xiàn)功率匹配的目的。即在當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)已設(shè)定的功率下,如果行走系統(tǒng)壓力增大，泵的輸出功率也會(huì)增大,這時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)會(huì)隨之下降,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)傳感器檢測(cè)到其轉(zhuǎn)數(shù)下降,就會(huì)根據(jù)PLC的內(nèi)部算法相應(yīng)降低變量泵排量，來保證泵和發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率相匹配;如果行走系統(tǒng)壓力減小,就會(huì)自動(dòng)增加變量泵的輸出功率，這樣就使得泵輸出的功率曲線始終在發(fā)動(dòng)機(jī)的功率曲線之下,因此提高了工作效率。采用這種控制方法同時(shí)滿足了高壓小流量（爬坡）和低壓大流量（轉(zhuǎn)廠）的工況，很好的匹配了行走系統(tǒng)，也匹配了變量泵和發(fā)動(dòng)機(jī)之間的功率關(guān)系。

2 S90變量泵的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)原理

采用丹佛斯S90電控變量泵實(shí)現(xiàn)負(fù)荷傳感控制，原理如圖1所示，變量泵的排量由比例閥控制線圈的電流大小決定，線圈的控制電流區(qū)間分別為（12-4mA/12-20mA），電流越趨近于后者，變量泵輸出的排量越大，越趨近于前者排量輸出越小。在泵的工作油口上裝有壓力傳感器，壓力和轉(zhuǎn)數(shù)信號(hào)通過PLC中央控制單元來計(jì)算和調(diào)節(jié)泵的排量，使變量泵和發(fā)動(dòng)機(jī)的功率匹配。

圖1 S90變量泵的負(fù)荷傳感控制原理

3 系統(tǒng)功率匹配極限功率控制

3.1 行走時(shí)的負(fù)載壓力變化特征

車輛在轉(zhuǎn)廠時(shí)需要較大的工作流量和較低工作壓力，以達(dá)到高速行駛。在有坡度的路面時(shí)需要較小的工作流量和較高的工作壓力，以達(dá)到爬坡力。所以行走系統(tǒng)變量泵的負(fù)載變化是在高速輕載和低速重載之間變化。

3.2 轉(zhuǎn)數(shù)和壓力傳感系統(tǒng)與功率匹配控制圖

其控制原理是：發(fā)動(dòng)機(jī)在不同路況下產(chǎn)生不同的工作壓力和轉(zhuǎn)數(shù),不同的壓力反饋信號(hào)通過PLC中央控制單元的計(jì)算，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)始終保持在發(fā)動(dòng)機(jī)功率曲線以下,實(shí)現(xiàn)使發(fā)動(dòng)機(jī)始終在一個(gè)比較節(jié)能的狀態(tài),而扒渣車在行走時(shí)會(huì)有較大范圍的工作壓力變化引起泵輸出功率的變化,這樣會(huì)產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)的降速,發(fā)動(dòng)機(jī)油耗隨之而增大。轉(zhuǎn)數(shù)和壓力傳感系統(tǒng)是利用發(fā)動(dòng)機(jī)壓力變化來對(duì)應(yīng)調(diào)節(jié)泵的功率，使泵的功率和發(fā)動(dòng)機(jī)的功率匹配,原理如圖2所示。泵的功率由泵壓力和排量決定。行走系統(tǒng)的負(fù)載決定了泵的壓力,當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)轉(zhuǎn)數(shù)變化后，經(jīng)過轉(zhuǎn)數(shù)傳感器反饋給PLC中央處理控制單元,通過預(yù)先設(shè)定的算法來調(diào)節(jié)比例方向控制閥，使比例方向控制閥的參數(shù)優(yōu)化，以此來調(diào)節(jié)變量泵的的輸出功率，使發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率達(dá)到最節(jié)能和最好的匹配關(guān)系。

圖2 功率匹配控制原理圖

3.3 轉(zhuǎn)數(shù)與壓力控制的實(shí)現(xiàn)方法

行走控制系統(tǒng)的電控變量泵在行走油門（電控）腳踏板的控制下，對(duì)泵的排量和發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)同時(shí)進(jìn)行線性正向比例控制，同時(shí)也具備一個(gè)制動(dòng)（電液雙控）腳踏板，它也可以反向控制電控變量泵的排量和發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)，正向控制制動(dòng)器的制動(dòng)扭矩，其控制級(jí)別高于行走油門腳踏板，系統(tǒng)還包括單路充液閥、制動(dòng)閥塊、制動(dòng)器和其他元件。其原理如圖3所示。行走驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的核心是PLC控制系統(tǒng)，它將行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的壓力信號(hào)和發(fā)動(dòng)機(jī)上的轉(zhuǎn)數(shù)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和計(jì)算，并與PLC內(nèi)部的發(fā)動(dòng)機(jī)功率曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，以此對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)——泵的排量進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，從而達(dá)到功率匹配和節(jié)能的目的。

圖3 行走制動(dòng)控制系統(tǒng)的原理

3.4 行走控制系統(tǒng)、泵與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配控制方案整體框圖（圖4）

圖4

圖4 表明了行走控制系統(tǒng)的功能與邏輯關(guān)系主要分為以下幾點(diǎn)。

（1）PLC中央控制運(yùn)算處理單元：控制和處理的核心，它既是信號(hào)的接收者又是信號(hào)指令的發(fā)出者，還具有特定的邏輯判斷關(guān)系。

（2）油門腳踏板：車速信號(hào)的控制元件，它決定了車輛的行駛狀態(tài)。

（3）制動(dòng)腳踏板：控制剎車力大小的控制元件，為了保證車輛安全，它的控制優(yōu)先級(jí)是高于油門腳踏板的。它們同時(shí)也控制發(fā)動(dòng)機(jī)油門的大小。

（4）發(fā)動(dòng)機(jī)、泵轉(zhuǎn)數(shù)傳感器：用于對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行時(shí)時(shí)監(jiān)控。

（5）行走馬達(dá)也裝有轉(zhuǎn)數(shù)傳感器，其作用是為了顯示車速、行車狀態(tài)以及故障判斷。

（6）壓力傳感器：將行走系統(tǒng)壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化給PLC控制單元。

（7）主泵比例電磁鐵：控制排量的元件，它決定了車輛的行駛速度和爬坡能力。

4 結(jié)語

行走控制系統(tǒng)按上述方法設(shè)計(jì)，經(jīng)過一段時(shí)間的使用測(cè)試和對(duì)比上一代產(chǎn)品的反饋來看，整車啟動(dòng)、加速性能和制動(dòng)性能更加平穩(wěn)迅速，操控精度也有了很大的提高，坡道轉(zhuǎn)換時(shí)更加流暢，而且整車的油耗有大幅度的下降。