輪式液壓挖掘機（以下簡稱輪式挖掘機）是以輪胎作為行走部件的挖掘機械，具有行走速度快，不損壞路面，能遠距離自行轉場，機動、靈活、高效的鮮明特點，可以進行物料挖掘、吊裝、搬移等作業(yè)。在市政建設、公路交通建設及快速搶修等工程中得到了廣泛應用?；A設施建設，城鎮(zhèn)化建設擴大等決定了輪式挖掘機在我國具有廣闊的市場前景。

國外輪式挖掘機生產(chǎn)企業(yè)較多且機型齊全，如日立、小松、利勃海爾、卡特彼勒、沃爾沃、JCB、斗山、現(xiàn)代等均生產(chǎn)輪式挖掘機。這些公司的產(chǎn)品基本體現(xiàn)了當今世界輪式挖掘機技術發(fā)展的最高水平，且很多公司都擁有其專有關鍵技術及元器件。近年來，國產(chǎn)輪式挖掘機在產(chǎn)量、機型和技術水平等方面都有了一定的發(fā)展，比如貴州詹陽動力生產(chǎn)的高速輪式挖掘機GJW111行走速度達到了50km/h，填補了國產(chǎn)空白，實現(xiàn)了行駛速度的重大突破。但其發(fā)展規(guī)模仍然很小，技術性能和工作可靠性還不能滿足國內(nèi)市場的需要，嚴重缺乏關鍵技術。速度大于50km/h的高速行走輪式挖掘機目前還是空白，與國外的技術水平差距較大，其發(fā)展任重而道遠。

1 系統(tǒng)整體設計

高速輪式液壓挖掘機由閉式行走系統(tǒng)、工作系統(tǒng)、制動與轉向系統(tǒng)和獨立散熱系統(tǒng)四部分組成(如圖1）。其中柴油發(fā)動機作為動力源，提供動力輸出，發(fā)動機通過分動箱和兩個閉式泵、補油泵、開式泵、制動轉向泵及散熱泵進行機械連接。

圖1 系統(tǒng)整體結構框圖

閉式行走系統(tǒng)包含2個閉式泵，1個補油泵，4個高速行走馬達，1個變速箱，其中2個閉式泵采用的是可以雙向調(diào)節(jié)，流量可為零的電控泵，4個行走馬達在變速箱前后各裝兩個，提供動力輸出，通過調(diào)節(jié)行走馬達的排量可以實現(xiàn)馬達轉速的調(diào)節(jié)，變速箱通過傳動軸與前后橋連接。通過閉式泵斜盤的雙向調(diào)可以實現(xiàn)整車的前進后退，通過發(fā)動機轉速和閉式泵與行走馬達的排量匹配，實現(xiàn)車速的調(diào)節(jié)。

上車工作裝置和回轉部分采用的是負載敏感系統(tǒng)，增加了操作的舒適性。制動與轉向采用一個泵，通過制動閥控制，可以實現(xiàn)電控調(diào)節(jié)前橋與后橋的制動比例分配，通過轉向器來實現(xiàn)前輪的轉向。散熱采用獨立散熱系統(tǒng)，由散熱泵控制散熱馬達，通過調(diào)節(jié)馬達排量控制風扇轉速，實現(xiàn)散熱，節(jié)能降噪，同時還可以通過換向閥，實現(xiàn)風扇的正反轉，實現(xiàn)除塵作用。

2 電控系統(tǒng)設計

輪式挖掘機要實現(xiàn)高速行走，達到流暢平滑的加速，需要發(fā)動機、泵和馬達的完美匹配。因此，電控系統(tǒng)至關重要（圖2）。其中主控制器通過CAN總線分別與監(jiān)控器和發(fā)動機ECM進行通信。主控制器采集的信號有閉式泵的前進壓力、后退壓力、工作泵的LS壓力、馬達的出口壓力、4個馬達的轉速、制動壓力、電子腳踏油門信號、油門旋鈕信號、行走方向開關信號、檔位信號、模式選擇開關信號、駐車開關、支腿開關、先導開關；需要控制器控制輸出的信號有工作泵調(diào)節(jié)電磁閥、閉式泵1前進電磁閥、后退電磁閥、閉式泵2前進電磁閥、后退電磁閥、4個行走馬達的調(diào)節(jié)電磁閥、駐車電磁閥、離合器電磁閥、風扇方向電磁閥，風扇比例電磁閥、支腿電磁閥、先導電磁閥、剎車燈的控制信號，倒車報警及倒車燈的控制信號。

圖2 控制系統(tǒng)示意圖

主控制器采集行走模式開關和檔位開關信號，判斷車輛的行走方向和行走的最高限速，采集油門信號并與發(fā)動機的轉速相匹配，控制器把轉速信號通過CAN總線傳輸給發(fā)動機ECM，ECM調(diào)整發(fā)動機轉速到設定位置，同時控制器會把轉速信號相匹配的電流信號控制閉式泵電磁閥，調(diào)整閉式泵到相對應的排量，控制器會控制4個行走馬達電磁閥電流到設定位置，得到相匹配的排量，實現(xiàn)馬達轉速的調(diào)節(jié)，控制器同時會采集馬達的出口壓力及轉速，閉式泵的壓力，ECM把發(fā)動機的轉速通過CAN實時傳給控制器，形成行走系統(tǒng)的閉環(huán)控制。

3 控制邏輯功能設計

輪式挖掘機主要的工作模式是行走系統(tǒng)的行駛模式，工作裝置的挖掘裝載作業(yè)。其中行駛模式時負載波動大，變化劇烈，行駛速度需要隨路況變化動態(tài)調(diào)節(jié)，行走控制策略如圖3所示。行走系統(tǒng)的變量參數(shù)包括發(fā)動機的轉速、變量泵與變量馬達的排量變化，如圖4所示?？梢园研凶吣Ｊ降目刂撇呗苑譃?個模塊，發(fā)動機油門和轉速控制、比例電磁閥斜坡控制、發(fā)動機-泵-行走馬達的功率匹配控制如圖5所示，馬達的功率匹配如圖6所示。

圖3 行走控制策略示意圖

圖4 行走控制流程圖

圖5 發(fā)動機與閉式泵的功率匹配圖

圖6 馬達的功率匹配圖

輪式挖掘機行走時，將模式選擇為行走模式，主控制器采集腳踏油門信號，并對其信號進行斜坡處理；根據(jù)踏板信號大小控制發(fā)動機轉速，閉式泵功率控制模塊計算出相應的電流控制比例閥，控制主泵排量，主泵功率控制模塊則采集發(fā)動機實際轉速、踏板油門信號，根據(jù)發(fā)動機實際轉速與油門信號輸出對應電流給主泵比例閥進行功率控制；在行駛過程中，根據(jù)路面狀況及坡度，系統(tǒng)會實時檢測主泵壓力，馬達功率控制模塊對馬達排量進行控制，同時，系統(tǒng)根據(jù)馬達壓力對主泵功率也會做相應調(diào)整，使兩者相匹配。

4 結語與展望

高速工程機械設備在國防工程建設中具有重要的作用，開發(fā)時速大于50km/h的高速輪式挖掘機具有重要的意義。高速輪式挖掘機的系統(tǒng)可以移植到相似的工程機械設備上。但是，控制系統(tǒng)和核心零部件都還要依賴于進口，對性能進一步提升受到很大的制約，因此，要加大控制系統(tǒng)和核心零部件研發(fā)的投入。隨著各家主機廠的重視、加大研發(fā)投入力度和新技術的應用，高速工程機械設備必將迎來高速發(fā)展。

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