機械式平地機防滑管控體系的運用

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目前，國產平地機分為全液壓驅動和液力機械式驅動方式，這兩種驅動方式在自動換擋、操作簡易性和負載自適應方面具有一定的優(yōu)勢，而機械式平地機由動力換擋變速器驅動，其優(yōu)點在于可充分利用發(fā)動機功率，機械傳動效率較高（功率損耗在10%以內）。無論采用哪種傳動方式，平地機生產商在整機性能方面的追求都是一樣的：盡可能地發(fā)揮所選傳動方式的優(yōu)勢，以追求最佳的動力性、燃油經濟性及操縱性能。目前，動力換擋變速器技術被以卡特彼勒為代表的國外企業(yè)壟斷，在此背景下，三一重工自主研發(fā)了前進8擋、后退6擋的SMG200型機械式平地機。

1機械式平地機防滑控制系統(tǒng)

在平地機上裝配防滑控制系統(tǒng)是為了保證平地機在低附著路面上保持良好的牽引性能。機械式平地機的動力由柴油機輸出，經動力換擋變速器調速，電子差速鎖差速，通過后橋、平衡箱傳遞到驅動輪。平地機在日常工作中工況復雜，負載變化大且路面附著情況無法預見,同時由于驅動輪需要差速，當發(fā)動機提供的驅動力超過地面提供給輪胎的附著力時便造成驅動輪打滑而使牽引力迅速減小。平地機防滑策略可借鑒汽車驅動防滑控制技術，即通過使用和控制電子差速鎖、調節(jié)發(fā)動機轉矩輸出和控制離合器半滑磨等方法，使平地機迅速獲得有效牽引力，從而防止打滑。圖1是SMG200型平地機防滑控制系統(tǒng)的基本組成，防滑控制系統(tǒng)使能開關、差速鎖控制開關均位于駕駛室內，由駕駛員控制。在防滑控制程序未激活狀態(tài)下，駕駛員仍能通過操作差速鎖控制開關來控制電子差速鎖動作。測速傳感器測量變速器輸出軸轉速，變速器與后驅動輪為剛性連接，通過傳動比換算得出計算輪速。測速雷達用于測試實時車速,這些信號均輸入控制器。控制器與發(fā)動機控制單元ECM和虛擬儀表系統(tǒng)采用CAN總線通信。

2控制方法

2.1電子差速鎖控制

電子差速鎖裝配于平地機后橋內，連接半軸。圖2是電子差速鎖的結構圖，這種結構是在差速器軸輸出端安裝多片離合器，當控制器判斷出平地機的滑轉率大于設定最小滑轉率時，控制器輸出高電平有效信號驅動電磁閥，利用電控液壓變化控制離合器摩擦片接合，將差速鎖鎖止，保持所有的驅動輪同步，使附著力利用率較高一側的驅動輪發(fā)揮更大的牽引力。

2.2控制發(fā)動機噴油量

SMG200型平地機配備康明斯直列6缸QSC8.3-C205型電噴發(fā)動機,功率153kW，最大輸出轉矩1010N•m。當控制器在接收到各傳感器傳來的信號并判斷出平地機的滑轉率大于設定最大滑轉率時，發(fā)動機控制單元ECU會按照控制器傳送來的期望轉速減小噴油量，從而減小驅動力的輸出，防止驅動輪過度滑轉。

3控制策略

圖3是防滑控制系統(tǒng)的控制流程。測速傳感器、測速雷達、防滑控制系統(tǒng)使能開關信號、發(fā)動機轉速和差速鎖狀態(tài)等信號輸入控制器?？刂破饔涗洰斍?0個周期的輪速和車速，并通過平均輪速和平均車速計算當前滑轉率，利用此方法排除瞬時沖擊造成的誤判斷。當控制器判斷當前滑轉率小于滑轉率控制門限SKIDmin時，平地機未打滑，此時防滑控制系統(tǒng)不動作。當控制器判斷當前滑轉率大于滑轉率控制門限SKIDmin時，判定平地機處于打滑工況，此時開啟計時器計時，當計時到達門限值t1時，啟動控制電子差速鎖，使4個驅動輪同步，以輸出相同的轉矩。當控制器判斷滑轉率大于最大滑轉率控制門限值SKIDmax時，判定平地機打滑趨勢劇烈，計時器開啟，當計時到達門限值t1時，控制器控制電子差速鎖鎖止，同時按控制算法調節(jié)發(fā)動機轉速，從而使平地機獲得有效牽引力，控制平地機打滑趨勢，減小功率損耗。

4工地試驗

基于上述控制方法與控制策略，針對平地機日常工作的主要工況，測試不同附著系數(shù)路面、不同擋位下平地機的最大牽引力，并根據(jù)最大牽引力范圍內的輪速和車速通過下列公式計算滑轉率，以確定各擋位最佳滑轉率的區(qū)間。

S=（VL-VC）/VL式中：S———滑轉率，（%）；VL———車輪轉速，km/h；VC———平地機行駛速度，km/h。然后通過試驗測試對計時門限和最佳滑轉率區(qū)間等參數(shù)進行標定，并對控制程序、流程，以及發(fā)動機轉速調節(jié)算法等進行優(yōu)化。通過控制算法將平地機的滑轉率控制在最佳滑轉率區(qū)間之內，以控制平地機在低附著路面上保持較大的牽引力。

圖4是平地機在黃土路面上的試驗情況，試驗時用牽引繩串聯(lián)拉力計，將負載車輛拖掛在測試車的后方，測試車以Ⅰ擋或Ⅱ擋速度行駛，待行駛平穩(wěn)后，負載車制動，模擬大負載工況，使測試車滑轉，分別按有防滑控制程序與無防滑控制程序兩種工況記錄拉力計讀數(shù)、車輪轉速與實際行駛車速。對比測試平地機在滑轉時，發(fā)動機轉速、滑轉率變化與牽引力大小的變化情況。

圖5和圖6是在黃土路面上測試車以Ⅱ擋速度行駛時，防滑控制程序未介入和介入情況下牽引力對比試驗測試數(shù)據(jù)。由圖5可見，無防滑控制程序時，當負載車剎車踩死，測試車單側驅動輪完全滑轉，即滑轉率達到100%，差速鎖未啟動且發(fā)動機轉速持續(xù)上升至額定轉速，牽引力下降且造成功率損耗、輪胎磨損非常劇烈的情況。由圖6可見，防滑控制程序介入后，當負載車剎車踩死時，測試車單側驅動輪開始劇烈滑轉，差速鎖迅速自動啟動，此時，兩側車輪同時滑轉，發(fā)動機轉速按設定算法明顯下降，牽引力持續(xù)上升，滑轉率在8%～19%之間變化，發(fā)動機提供的牽引力控制在86kN左右。表1所示為防滑控制程序介入前后平地機的牽引力變化情況。

5結論

對比測試數(shù)據(jù)可知，當平地機增加防滑控制系統(tǒng)后，在遇到大負載工況時可有效抑制驅動輪打滑，減少發(fā)動機功率損耗。將滑轉率控制在最佳滑轉率區(qū)間以內，提高平地機在低附著系數(shù)路面上的牽引力，為平地機節(jié)能、高效提供了保障。