摘 要：在推土機(jī)作業(yè)過程中，急劇變化的外部阻力常常會使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降或者使機(jī)器滑轉(zhuǎn)率上升，進(jìn)而導(dǎo)致工作狀況惡化。提出了一推土機(jī)極限荷載自動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以根據(jù)機(jī)器的工作狀態(tài)自動(dòng)調(diào)整鏟刀的切削深度，從而保證推土機(jī)始終工作于生產(chǎn)率最高的狀態(tài)。
關(guān)鍵詞：極限載荷；經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速；滑轉(zhuǎn)率；推土機(jī)
中圖分類號：TU623.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Ａ
１ 問題的理出
目前，在推土機(jī)設(shè)計(jì)過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配一般遵循下列原則：
（１）由發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩決定的最大有效牽引力Pｍａｘ 應(yīng)大于由地面附著條件決定的最大有效牽引力Pφ，即Pｍａｘ＞Pφ；
（２）由發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率決定的有效牽引力PＮＨ 應(yīng)等于由行走機(jī)構(gòu)額定滑轉(zhuǎn)率決定的有效牽引力PηＨ，即PＮＨ＝PηＨ 。
從理論上講，由于這種設(shè)計(jì)方案既充分發(fā)揮了機(jī)器的功率，又能保證發(fā)動(dòng)機(jī)不熄火，使機(jī)器能持續(xù)正常工作，因而在沒有載荷控制系統(tǒng)的條件下，這種設(shè)計(jì)方法無疑是正確的。但是，機(jī)器的實(shí)際工況是千變?nèi)f化的，而這種設(shè)計(jì)方法在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中只能選一種典型工況進(jìn)行。當(dāng)機(jī)器實(shí)際作業(yè)工況與設(shè)計(jì)工況發(fā)生偏離時(shí)，推土機(jī)將不能充分發(fā)揮其作業(yè)能力。主要有以下幾種情況：
第一，當(dāng)推土機(jī)工作場地的附著性能高于設(shè)計(jì)工況的附著性能時(shí)，如果機(jī)器的外部工作阻力大于發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率決定的有效牽引力，則發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速將會顯著降低，引起功率下降、油耗上升、生產(chǎn)率降低。尤其是當(dāng)機(jī)器使用到接近大修期限時(shí)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)的性能變差，這種現(xiàn)象將更加明顯。
第二，當(dāng)推土機(jī)作業(yè)場地的附著性能低于設(shè)計(jì)工況的附著性能時(shí)，如果機(jī)器的外部工作阻力大于由行走機(jī)構(gòu)額定滑轉(zhuǎn)率決定的牽引力時(shí)，機(jī)器的滑轉(zhuǎn)率將會急劇上升甚至全滑轉(zhuǎn)，此時(shí)機(jī)器的作業(yè)速度大為減小，生產(chǎn)率大大降低。這種情況在機(jī)器實(shí)際作業(yè)過程中頻繁出現(xiàn)，除了由于設(shè)計(jì)這一原因外，還有以下兩個(gè)原因：一是機(jī)器在作業(yè)過程中由于地面的不平整及履帶接地比壓的不均勻?qū)?dǎo)致機(jī)器的附著性能變差；二是機(jī)器要受到一個(gè)垂直向上的切土分力，鏟土過程中，這一分力使推土機(jī)實(shí)際附著重量減少，附著性能變差，滑轉(zhuǎn)率增大。
第三，在目前使用的推土機(jī)上，為了充分發(fā)揮機(jī)器的生產(chǎn)能力，操作人員經(jīng)常根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和滑轉(zhuǎn)情況來升降鏟刀，以改變機(jī)器的工作狀況，提高生產(chǎn)率。但這種憑司機(jī)的感覺來調(diào)節(jié)機(jī)器工作狀態(tài)的方法不僅加大了司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且有很大的隨意性，因?yàn)槿说闹庇X是不可能精確感知發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和機(jī)器滑轉(zhuǎn)率的，而且即使經(jīng)驗(yàn)十分豐富的操作人員，也有一個(gè)反應(yīng)過程。
２ 極限載荷自動(dòng)控制系統(tǒng)工作原理
推土機(jī)極限載荷自動(dòng)控制系統(tǒng)是一種安裝在推土機(jī)上的電液控制裝置，該裝置可根據(jù)所測的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及行走機(jī)構(gòu)滑轉(zhuǎn)率自動(dòng)升降鏟刀進(jìn)而控制機(jī)器的外部載荷，使其不超過由發(fā)動(dòng)機(jī)最低經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速決定的或由行走機(jī)構(gòu)允許滑轉(zhuǎn)率決定的最大載荷。本文為了敘述方便，將上述兩種最大載荷統(tǒng)稱為極限載荷。文中所提到的發(fā)動(dòng)機(jī)最低經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速為本控制系統(tǒng)的一個(gè)設(shè)定參數(shù)，取值應(yīng)根據(jù)推土機(jī)工作的另一個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)，其最佳取值應(yīng)根據(jù)推土機(jī)工作現(xiàn)場的附著性能而定。
該系統(tǒng)僅在推土機(jī)原有的手動(dòng)操縱系統(tǒng)的基礎(chǔ)上接入了兩只電磁閥和一個(gè)單向閥，其動(dòng)作過程如下：在機(jī)器尚未超載時(shí)，系統(tǒng)的工作泵與未裝該系統(tǒng)時(shí)完全一樣；當(dāng)液壓自由式鎖死于中位工作時(shí)，若系統(tǒng)超載，控制系統(tǒng)使封位閥換向，液壓缸上腔則通過封位閥向油箱回油，提升鏟刀。當(dāng)鏟刀在下降過程中機(jī)器超載時(shí)，控制系統(tǒng)將下位閥換向，提升鏟刀?？紤]到電磁換向閥在自動(dòng)控制過程中頻繁動(dòng)作的要求，該電磁閥應(yīng)以選用快速動(dòng)作閥為宜。不難看出，該控制系統(tǒng)僅在機(jī)器超載時(shí)才起作用，在未超載時(shí)，推土機(jī)完全維持原有工作狀態(tài)。
在工作過程中，自動(dòng)控制系統(tǒng)將測得的發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速信號ｎ，與設(shè)定的發(fā)動(dòng)機(jī)最低經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速信號ｎ０ 進(jìn)行比較處理，得出機(jī)器的工作阻力是否使發(fā)動(dòng)機(jī)超載；由測得的實(shí)際行駛速度信號Ｖ與理論行駛速度信號Ｖ０（由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號換算而得）求滑轉(zhuǎn)率η，并與設(shè)定滑轉(zhuǎn)率η０ 比較，得出機(jī)器是否打滑。不論出現(xiàn)哪一種情況，控制系統(tǒng)均操縱相應(yīng)的電磁閥，提升鏟刀，減輕機(jī)器負(fù)荷，提高生產(chǎn)率。當(dāng)機(jī)器負(fù)荷減至極限值以下時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)停止工作。
對于裝有極限超載荷自動(dòng)控制系統(tǒng)的推土機(jī)，當(dāng)需要推土機(jī)鏟由預(yù)定的地面形狀或由于其他原因需要自動(dòng)控制系統(tǒng)停止工作時(shí)，只要關(guān)閉自動(dòng)控制系統(tǒng)的電源，推土機(jī)即完全恢復(fù)為傳統(tǒng)的手動(dòng)操作狀態(tài)。
３ 極限載荷自動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)
（１）該系統(tǒng)可作為一個(gè)獨(dú)立的附加機(jī)構(gòu)安裝于推土機(jī)上，在該系統(tǒng)失效或不用時(shí)，只要關(guān)閉電源，機(jī)器就可回復(fù)到原有的手動(dòng)操作狀態(tài)。
（２）該系統(tǒng)僅需測取兩個(gè)機(jī)器狀態(tài)信號，結(jié)構(gòu)簡單，便于實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)對由發(fā)動(dòng)機(jī)最低經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速決定的極限載荷的控制在關(guān)系上是并列的，只要機(jī)器的外部工作阻力大于極限載荷都可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。
（３）在作業(yè)過程中，司機(jī)仍按傳統(tǒng)推土機(jī)的使用方法進(jìn)行操作，只有工作阻力大于極限載荷時(shí)，控制系統(tǒng)才會自動(dòng)調(diào)節(jié)載荷。因而無需人工提升鏟刀，降低了司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度。
（４）本系統(tǒng)可以保證機(jī)器在各種工況下均有一個(gè)比較良好的工作狀態(tài)，從而充分發(fā)揮機(jī)器的作業(yè)能力，提高機(jī)器的生產(chǎn)率，降低機(jī)器的燃油消耗量。
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第一作者簡介：王 棟，男，１９７３年１０月生，１９９５年畢業(yè)于西南交通大學(xué)機(jī)械電子工程專業(yè)，工程師，中鐵十二局集團(tuán)有限公司，山西省太原市，０３００２４．
Probe into Bulldozer’s Ultimate Load Control System
WANG Dong
ABSTRACT: In the operation of the bulldozer, the rapid changed external resistances often make the rotational speed of the engine be reduced or make the trackslip rate of the machines be increased, and further make the working conditions worse. This paper puts forward a bulldozer’s ultimate load auto-control system, which can automatically adjust the cutting depth of the perching knife according to the working conditions of the machines, and guarantee the bulldozer works at the conditions of the highest productive rata from beginning to end.
KEY WORDS: ultimate load; economized rotational speed; trackslip rate; bulldozer
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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