履带式全液压推土机行驶实时纠偏控制系统.pdf

压力控制单元所需的压力等。考虑到油脂集 中润滑 系统的工作条件会随季节的更换而变化 ， 且系统的 压力损失也难 以精确计算 ， 因此 ， 在确定系统的工 作压力时 ， 通常以不超过润滑脂泵额定工作压力的 8 5 ％为宜 。 3 结束语 集 中润滑在实际工作中 ，能起 到很明显的效 果 ， 能够减少机械设备停机的时间 ， 减少 由此带来 的生产损失。根据统计数据来看 ， 与手动润滑相 比， 集中润滑能够减少 4 0 ％以上的轴承失效。另外 ， 还 可以节省维修和零件成本 ， 并大大提高工人的工作 效率 ， 降低劳动强度 。总之 ， 集中润滑系统对提高机 械的使用寿命和性能具有重要的作用。 参考文献 【 1 ] 成大先． 机械设计手册 第 3卷 [ M】 ． 北京 化学工业出版 社 ， 2 0 0 2 ． [ 2 ]张桂荣． 汽车底盘全 自动集中加脂润滑系统[ J ] ． 汽车技 术 ， 1 9 9 7 1 1 4 8 5 0 ． 【 3 ] 盛奎川， 钱汀群 ， 宋慧芝． 车辆底盘自动集中润滑系统的 控制方法及技术【 J ] ． 农业机械学报， 2 0 0 5 8 3 1 - 3 3 ． [ 4 ]丁立燕底 盘集中润滑系统在重型汽车上的应用【 J 】 ． 重型 汽车 ， 1 9 9 9 5 1 0 1 5 ． [ 5 】 刘占峰． 公交车底盘集中润滑控制系统的研究【 J ] ． 内蒙古 公路与运输， 2 0 0 8 4 2 3 2 5 ． 通信地址 内蒙古 包头市青 山区厂前路包头北方专用机械 有 限责任公 司 0 1 4 0 3 3 收稿 日期 2 0 1 2 0 3 2 8 履带式全液压推土机行驶实B 寸 纠偏控制系统 张润利 ， 刘新福 ， 贺 杰 ， 谢观福 ， 薛玉峰 1 ． 河北工业大学； 2 ． 天津移山工程机械有限公司 摘 要 跑偏是履带推土机常见的故障现象。分析了其跑偏方式及原因， 设计了一种履带式全 液压推土机行驶实时纠偏控制系统。该系统采用三维数字罗盘姿态传感器 ， 信息送至控制器处理后 得到推土机的偏转方向及偏转量数值， 通过数字液压缸控制变量马达的排量 ， 进而改变变量马达转 速实现纠偏 ， 克服了现有推土机行驶纠偏装置的缺点。 关键词 全液压推土机； 行驶控制； 纠偏系统 推土机是采用履带式或轮胎式拖拉机牵引车 专用底盘等结构 ， 配 以悬式铲刀 有 的还配有松土 装置 的一种 自行式铲土运输机械。推土机在作业 时， 将铲刀切人土 中 ， 依靠行走驱动 系统提供前进 动力， 完成土壤的切削、 推运工作， 有时还可用作填 土、 平地、 松土等工作 ， 被广泛应用于建筑、 筑路、 采 矿、 农林业、 国防建设等领域。目前， 国外全液压推 土机技术 已较成熟 ， 但液压传动理论和控制技术处 于保密状态 。在行驶控制系统方面 ， 国内的研究很 少 ， 对深层次 的技术问题理解得不够深刻 。国内全 液压推土机总体性能难 以令人满意 ， 主要 问题是机 器跑偏 行走时直线性较差 、 作业效率偏低 、 油耗偏 高、 可靠性较差等。 一 42 1 履带式行走装置的特点 履带式与轮式行驶系统相 比有如下特点-一是 支承面积大 ， 接地 比压小 ， 适合在松软或泥泞场地 作业； 二是履带支承面有履齿， 不易打滑， 牵引附着 性 能好 ， 有 利于大功率牵引 ； 三是结构复杂 ， 质量 大 ， 运动惯性大， 缓冲性能差， “ 四轮一带” 磨损严 重 ， 造价高 ， 寿命短。因此 ， 履带车辆的行驶速度不 能太高 ， 机动性能也较差 。 2 履带推土机跑偏方式及原因 跑偏是履带推土机常见的故障现象。所谓跑偏 是履带推土机在行驶 中 自动偏离前进方向的现象。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 跑偏使推土机 的作业质量下降， 操作者劳动强度变 大， 行走系的零部件磨损加剧。推土机的直线跑偏 量， 是 由于左右履带和地面作用后， 平均速度存在 差异而造成的。跑偏量的大小反映了推土机行驶控 制系统的技术水平和控制精度。跑偏方式及原因基 本有 以下几种 1 推土机 的履带传动速度可用公式 V Z t 表示 ； Z为驱动轮 的齿数 ， n为驱动轮 的转速 ， t 为履 带板的节距 。显然 ， 若左 右两条履带及两驱动轮 的 Z、 n 、 t 不相等 ，都将使两条履带 的传动速度不等而 跑偏【 ” 。 2 推土机行驶或作业时 ， 两侧履带板接触 的 土壤面积 、 松实度 、 干湿度不同 ， 造成两侧滑转率不 同 ， 也会使推土机跑偏 。推土铲两侧铲刀臂不平行 ， 一 边高 ， 一边低 ， 推土作业 时 ， 一侧 吃土多 ， 一侧 吃 土少 ， 使推土机一侧负荷大 ， 一侧负荷少 ， 负荷大 的 一 侧就要打滑而跑偏 。 3 推土机两条履带必须在两个确定 的平面 内传动， 这两个平面又必须平行。为此 ， 在工艺过 程 中已严格保证 ，从结构上保证 了两条履带 相平 行 。但是 ， 随着零部件 的磨损 、 变形及调整间隙变 大， 仍会使两条履带不再平行而跑偏。 4 左 、 右驱动泵产生严重 内泄 时 ， 其泄 漏量 会超过电气控制系统的调整量 ， 此时左右马达的供 油量不同， 从而造成跑偏 。左右驱动马达产生严重 内泄时 ，其泄漏量超过 电气控制系统的调整量 ， 也 会使左右马达的转速不 同 ， 从而造成跑偏 。如果左 右驱动马达的变量控制装置有 问题 ， 导致两侧 马达 排量不一致 ， 将使推土机严重跑偏。 3 实时纠偏控制系统构成 当前 ，推土机行驶纠偏装置主要是通过测量履 带驱动轮线速度来判断偏转方 向和程度 的，忽略了 驱动轮和履带 、 履带和地面之间的运动状况 ， 偏差较 大， 不能反映机器和地面作用后 的真实状况 ， 据此控 制执行元件改变排量 ， 改变转速去调整 ， 效果较差 。 本文提出的实时纠偏 控制系统能 自动监 测履 带偏转方向和偏转量数值 ，自动纠正推土机偏转， 克服了现有 的推土机行驶纠偏装置的缺点。该 系统 的方案框 图如图 1 所示 。 本系统 见 图 2 有两个完全相同的独立 的左右 两侧部分 ， 该左右两侧部分通过控制器和三维数字 图 1 全液压推土机行驶实时纠偏控制系统方案框 图 1 3 1 3 1 ． 控制器2 ． 变量泵3 ． 冷却器4 ． 补油泵5 ． 过滤器6 ． 补油溢流阀7 ． 补油单向阀8 ． 高压安全阀9 ． 数字液压缸 l 0 ． 变量马达1 1 ． 三维数字罗盘1 2 ． 主控单向阀1 3 ． 油箱 图2 全液压推土机行驶实时纠偏控制系统液压系统图 罗盘联系而构成全液压推土机行驶实 时纠偏控 制 装置总体。控制器与三维数字罗盘通过控制线连 接 ， 接 收三维数字罗盘姿态数字信息 ； 控制 器还分 别与左右两侧 的数字液压缸通过控制导线连接 ； 数 字液压缸与变量马达连接 ， 可控制变量马达改变排 量 ；变量泵和变量马达组成容积 闭式调速油路 ， 补 油泵通过补油单向阀与变量泵连接，实现双向补 油 ， 弥补系统泄漏并附有散热功能 ； 补油泵通过补 油溢流 阀与油箱连接 ， 限定补油泵压力 ； 冷却器分 别与变量泵和变量马达连接 ，用 以冷却液压油 ； 高 压安全 阀通过主控单 向阀限定最高工作压力 ， 主控 单 向阀实现双向限压 ， 过滤器能过滤掉液压油 中的 杂质。 其 中图中的“ 上” 对应实际的“ 左” ， 图中的“ 下” 对应实际的“ 右” 。 上述 全液压 推土机行 驶实 时纠偏 控制 系统 ， - 43-- 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 控制器可采用数字信号处理器 D s P ， 其采用哈佛 结构 ， 能对数据进 行并行处理 ， 具 有强大 、 高速 的 数学处理能力 ， 可 以进行实时信号处理 ； 三维数字 罗盘选用 长沙锋华 电子科技有 限公 司 的 C A N G1 0 数字罗盘 ，数字 液压缸可采用小型化外驱动式数 字液压缸 ，可将 活塞的位移量通过转换实现数字 化 ，克服 了模拟 系统抗干扰能力差和温度漂移等 缺点 ， 可以直接进行位移控制或力控制 ， 也可 以进 行应变控制 。 4 实时纠偏控制系统工作原理 本系统的工作过程是 ， 三维数字罗盘提供 推土 机姿态数字信息， 这些信息传送至控制器处理后得 到推土机的偏转方向及偏转量数值 ， 通过数字液压 缸控制变量马达 的排量 ， 进而改变变量马达转速实 现纠偏 。若推 土机向左偏转 ， 说 明右履带和地 面的 相对速度快 ， 左履 带和地 面的相对速度慢 ， 数字液 压缸会控制变量马达 的排量 ，加大右变量马达排 量 ， 减小左变量马达排量 ， 使右履带 降速 ， 左履带增 速 ， 达到纠偏 的目的。若推土机向右偏转 ， 说明左履 带和地面的相对速度快 ， 右履带和地面的相对速度 慢 ， 数字液压缸会控制变量马达 的排量 ， 加大左变 量马达排量， 减小右变量马达排量， 使左履带降速， 右履带增速 ， 达到纠偏 的目的圈 。 三维数字罗盘 由三维磁场传感器 、 双轴倾角传 感器和 MC U构成 。三维磁场传感器用来测量地球 磁场，倾角传感器在磁力仪非水平状态时进行补 偿 ； MC U处理磁力仪和倾角传感器的信号以及数据 输出和软件 、 硬件补偿 。三维数字罗盘克服了平面 电子罗盘在使用 中的严格限制 ， 因为三维数字罗盘 在其内部加入了倾角传感器 ， 如果罗盘发生倾斜 时 可以对罗盘进行倾斜补偿，这样即使罗盘发生倾 斜 ， 航 向数据依然准确无误 。 车载三维数字罗盘的设计充 分考 虑了车辆 的 不平稳性 以及磁场干扰 ， 采用 了抗 干扰技术 ， 具 有 良好 的抗 冲击性 、 抗振动性 ， 能够对杂散磁场效 应 进行补偿 ， 实现高精度 的数字输出。随着微型机械 加工技术的日 趋成熟， 三维数字罗盘体积进一步缩 小 ， 质量进一步减轻 ， 稳定可靠性也得到进一步改 善 ， 其抗 冲击性可以达到 1 0 0 0 g ， 除传统 的航空航 天、 航海 、 钻井设备等领域外 ， 已应用到军事领域无 一 4 4一 人车辆的导航上 工作环境 比推土机恶劣许多 ， 工 作稳定可靠毋 卅。 由于本系统中的传感器是三维数字罗盘姿态 传感器， 能够及时准确地发现推土机偏转方向及偏 转量数值，反映了履带和地面作用后的真实状况， 据此控制执行元件改变排量 ，去调整 马达转速 纠 偏 ， 效果 良好。系统 中控制变量马达排量 的执行元 件为数字液压缸 ， 数字液压缸可以用数字信号直接 控制 ， 来完成直线运动 ， 比起现有控制排量变化 的 执行机构来说具有结构简单 、 控制精度高等特点闭 。 系统采取的具体 纠偏方式是对两侧变量 马达 同时 进行调节 ， 即在慢速侧变量马达排量减少一个调节 “ 小量” 的同时 ， 在快速侧变量马达排量增加 同样的 “ 小量” ， 两侧 变量马达 同时进行调节 ， 相对于单侧 调节的方式来说 ， 纠偏 的调整过程更快。“ 小量 ” 纠 偏方法 的优点是 每次纠偏量很小 ， 不会产生振荡 现象 ， 稳定有效而且实现简单。 5 结论 1 由于本系统 中的传感器是三维数字罗盘 姿态传感器， 能够及时准确地发现推土机偏转方向 及偏转量数值， 去调整马达转速纠偏 ， 效果 良好， 克 服了现有推土机行驶纠偏装置的缺点。 2 该系统能够 自动检测推土机偏转方向及 偏转量数值 ， 自动纠正偏移量 ； 通过控制 器可设 置 纠偏和非纠偏模式及条件 ， 用户可通过人机交互界 面选择模式及设定条件。 参考文献 【 1 】姚静， 赵国柱． 履带拖拉机跑偏的故障分析与排除[ J ] ． 农 业装备与车辆工程 ， 2 0 0 5 3 4 7 4 9 ． [ 2 ] 李西红， 程磊， 孙影． 履带起重机跑偏的处理 工程机械 与维修， 2 0 0 7 4 1 5 0 1 5 1 ． 【 3 ]朱荣华， 林新华 ， 孔德义， 等． 三维磁阻式电子罗盘的研 制[ J ] ． 传感器与微系统， 2 0 1 0 1 2 1 0 2 1 0 4 ． [4 ] 吴疆 ， 孙凌玉． 车用磁阻传感器式电子罗盘系统的开发 [ J ] _ 电子技术应用， 2 0 0 6 2 9 7 9 9 ． [ 5 】 李伟． 机电液集成数字液压缸的设计与研究【 D ] ． 长沙 湖 南师范大学， 2 0 1 0 ． 通信地址 天津市红桥区丁字沽一号路河北工业大 学北 院 机械学院 3 0 0 1 3 0 收稿日期 2 0 1 2 0 6 0 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m