機械式平地機防滑管控體系的運用論文
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勢，而機械式平地機由動力換擋變速器驅動，其優點在於可充分利用發動機功率，機械傳動效率較高（功率損耗在10%以內）。無論採用哪種傳動方式，平地機生產商在整機效能方面的追求都是一樣的：儘可能地發揮所選傳動方式的優勢，以追求最佳的動力性、燃油經濟性及操縱效能。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壟斷，在此背景下，三一重工自主研發了前進8擋、後退6擋的SMG200型機械式平地機。
1機械式平地機防滑控制系統
在平地機上裝配防滑控制系統是為了保證平地機在低附著路面上保持良好的牽引效能。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，通過後橋、平衡箱傳遞到驅動輪。平地機在日常工作中工況複雜，負載變化大且路面附著情況無法預見,同時由於驅動輪需要差速，當發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鑑汽車驅動防滑控制技術，即透過使用和控制電子差速鎖、調節發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的基本組成，防滑控制系統使能開關、差速鎖控制開關均位於駕駛室內，由駕駛員控制。在防滑控制程式未啟用狀態下，駕駛員仍能透過操作差速鎖控制開關來控制電子差速鎖動作。測速感測器測量變速器輸出軸轉速，變速器與後驅動輪為剛性連線，透過傳動比換算得出計算輪速。測速雷達用於測試實時車速,這些訊號均輸入控制器。控制器與發動機控制單元ECM和虛擬儀表系統採用CAN匯流排通訊。
2控制方法
2.1電子差速鎖控制
電子差速鎖裝配於平地機後橋內，連線半軸。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於設定最小滑轉率時，控制器輸出高電平有效訊號驅動電磁閥，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揮更大的牽引力。
2.2控制發動機噴油量
SMG200型平地機配備康明斯直列6缸QSC8.3-C205型電噴發動機,功率153kW，最大輸出轉矩1010Nm。當控制器在接收到各感測器傳來的訊號並判斷出平地機的滑轉率大於設定最大滑轉率時，發動機控制單元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是防滑控制系統的控制流程。測速感測器、測速雷達、防滑控制系統使能開關訊號、發動機轉速和差速鎖狀態等訊號輸入控制器。控制器記錄當前10個週期的輪速和車速，並透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衝擊造成的誤判斷。當控制器判斷當前滑轉率小於滑轉率控制門限SKIDmin時，平地機未打滑，此時防滑控制系統不動作。當控制器判斷當前滑轉率大於滑轉率控制門限SKIDmin時，判定平地機處於打滑工況，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於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，同時按控制演算法調節發動機轉速，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
基於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，測試不同附著係數路面、不同擋位下平地機的最大牽引力，並根據最大牽引力範圍內的輪速和車速透過下列公式計算滑轉率，以確定各擋位最佳滑轉率的區間。
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。然後透過試驗測試對計時門限和最佳滑轉率區間等引數進行標定，並對控制程式、流程，以及發動機轉速調節演算法等進行最佳化。透過控制演算法將平地機的滑轉率控制在最佳滑轉率區間之內，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拉力計，將負載車輛拖掛在測試車的後方，測試車以Ⅰ擋或Ⅱ擋速度行駛，待行駛平穩後，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式與無防滑控制程式兩種工況記錄拉力計讀數、車輪轉速與實際行駛車速。對比測試平地機在滑轉時，發動機轉速、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，防滑控制程式未介入和介入情況下牽引力對比試驗測試資料。由圖5可見，無防滑控制程式時，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%，差速鎖未啟動且發動機轉速持續上升至額定轉速，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，防滑控制程式介入後，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，發動機轉速按設定演算法明顯下降，牽引力持續上升，滑轉率在8%～19%之間變化，發動機提供的牽引力控制在86kN左右。表1所示為防滑控制程式介入前後平地機的牽引力變化情況。
5結論
對比測試資料可知，當平地機增加防滑控制系統後，在遇到大負載工況時可有效抑制驅動輪打滑，減少發動機功率損耗。將滑轉率控制在最佳滑轉率區間以內，提高平地機在低附著係數路面上的牽引力，為平地機節能、高效提供了保障。
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