王 剛，李民孝，閆步吉

（中交西安筑路機械有限公司，陜西 西安 710200）

目前大型攤鋪機驅(qū)動機構(gòu)形式多為雙泵-雙馬達履帶式驅(qū)動，在施工時可適應各種復雜路況，因而被廣泛應用。履帶式攤鋪機行駛驅(qū)動系統(tǒng)大都采用全液壓驅(qū)動方案，動力傳遞由發(fā)動機通過分動箱驅(qū)動左、右電控變量泵，經(jīng)左、右兩檔控制液壓馬達后傳遞至左、右輪邊減速裝置，減速裝置驅(qū)動左、右履帶實現(xiàn)整機前進、后退、轉(zhuǎn)向。

履帶攤鋪機傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向控制由轉(zhuǎn)向電位器輸出百分比電壓給控制器，通過控制器控制變量泵排量實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。工作中由于發(fā)動機速度、液壓系統(tǒng)效率、行走機構(gòu)誤差和路面狀況等因素使轉(zhuǎn)向的變化與電位器的旋轉(zhuǎn)位置不能呈對應線性關系，而且電位器輸出百分值更不是攤鋪機的轉(zhuǎn)向半徑值，駕駛員操縱時只能依靠自身判斷來控制。當攤鋪機需要按要求的轉(zhuǎn)彎半徑轉(zhuǎn)向時，傳統(tǒng)的控制方式就不能滿足。為了實現(xiàn)履帶攤鋪機轉(zhuǎn)向性能參數(shù)的準確控制，現(xiàn)對攤鋪機履帶轉(zhuǎn)向機理進行轉(zhuǎn)向運動學分析，運用電氣數(shù)字控制方法實現(xiàn)控制，達到較精確的履帶轉(zhuǎn)向半徑控制，方便使用調(diào)整。

1 履帶式攤鋪機轉(zhuǎn)向機理分析

履帶式攤鋪機轉(zhuǎn)向時的各相關參數(shù)如圖1所示，圖中O、O1、O2、O3分別為履帶中心、外側(cè)履帶中心、內(nèi)側(cè)履帶中心和實際轉(zhuǎn)向中心；V1、V2分別為外側(cè)和內(nèi)側(cè)履帶速度；R為履帶理論轉(zhuǎn)向半徑；B為履帶中心距；ω為履帶轉(zhuǎn)向角速度。

圖1 履帶式攤鋪機轉(zhuǎn)向原理圖

圖2 原地轉(zhuǎn)向

由V1O1O3和V2O2O3組成2個相似三角形，得

由式（1）得出，理論轉(zhuǎn)向半徑僅與內(nèi)外側(cè)履帶的速度V2、V1和履帶中心距B有關。當內(nèi)測履帶速度V2為零時，轉(zhuǎn)向半徑R=B/2為最小轉(zhuǎn)向半徑；當V1近似為V2時，兩側(cè)履帶近似相同，即直線行走；當V1=-V2時，轉(zhuǎn)向半徑R為零，此狀態(tài)接近于攤鋪機原地轉(zhuǎn)向如圖2所示。原地轉(zhuǎn)向是攤鋪機的特殊功能，由單獨的開關控制，不做詳細分析。正常攤鋪機轉(zhuǎn)向時，V1、V2值均大于等于零。

2 履帶式攤鋪機轉(zhuǎn)向控制方法

2.1 轉(zhuǎn)向控制原理分析

履帶式攤鋪機液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為變量泵和變量馬達組成的雙泵雙馬達獨立驅(qū)動閉式液壓回路。通過變量泵比例電磁閥和變量機構(gòu)調(diào)節(jié)泵流量的大小和方向，就可以改變液壓馬達輸出速度的大小和方向。兩邊根據(jù)輸入的預設速度和預設轉(zhuǎn)向，通過數(shù)字式控制器輸出相應電流給對應變量泵實現(xiàn)控制和驅(qū)動，達到整機相應速度的前進、后退及不同半徑的轉(zhuǎn)向。

攤鋪機的履帶速度是根據(jù)變量泵的排量來決定，變量泵排量是有限的。當以一定速度行駛需要轉(zhuǎn)向時，增大外側(cè)履帶速度獲得的轉(zhuǎn)向半徑范圍就被縮小。例如當攤鋪機以最大速度行駛，轉(zhuǎn)向需要增大外側(cè)履帶速度時，泵的排量就無法增加，所以在攤鋪機履帶轉(zhuǎn)向時采用減少內(nèi)側(cè)履帶速度來控制。

在式（1）中有R、V1、V23個組變量，R與V1和V2為非線性關系。為方便轉(zhuǎn)向電位器控制，設定R的變化為線性變化，外側(cè)履帶速度V1隨相應的變量泵電氣輸入變化也呈線性關系，如圖3所示，所以R的線性變化輸入能反映內(nèi)測履帶V2非線性速度變化關系。

圖3 變量泵排量比例控制曲線

則由式（1）得

在不考慮滑移、滑轉(zhuǎn)情況下對式（2）進行仿真分析，R最小為B/2，最大值設定1000m（接近直線行駛），得出V1、V2、R的關系，如圖4所示。

圖4 轉(zhuǎn)向半徑線性變化時V1、V2曲線圖

由圖4可見，R值從最小到最大的線性變化可以通過調(diào)整速度曲線V2的輸出即內(nèi)側(cè)履帶速度變化來控制；V2速度變化曲線是先急后緩無限接近V1速度；而且在各種外側(cè)履帶速度V2預選時都能通過一組固定的R線性變化來控制攤鋪機較為真實的轉(zhuǎn)向半徑，為電氣系統(tǒng)信號輸入提供了便利。

2.2 履帶攤鋪機數(shù)字式電氣轉(zhuǎn)向控制

攤鋪機履帶速度值是由驅(qū)動馬達內(nèi)置速度傳感器檢測馬達轉(zhuǎn)速來獲得，則V1、V2為

式中 n1——外側(cè)主動輪轉(zhuǎn)速；

N2——內(nèi)側(cè)主動輪轉(zhuǎn)速；

N1—— 單位時間內(nèi)外側(cè)履帶馬達傳感器記錄的脈沖信號數(shù)量；

N2—— 單位時間內(nèi)內(nèi)側(cè)履帶馬達傳感器記錄的脈沖信號數(shù)量；

z——馬達計數(shù)齒數(shù)量（內(nèi)外側(cè)相同）；

r—— 履帶主動輪工作半徑（內(nèi)外側(cè)相同）；

i——履帶減速機傳動比（內(nèi)外側(cè)相同）。將式（3）、（4）帶入（2），則內(nèi)外測履帶馬達速度與理論轉(zhuǎn)向半徑R的關系為

攤鋪機攤鋪狀態(tài)轉(zhuǎn)向電氣控制方式采用雙閉環(huán)控制（見圖5），現(xiàn)將轉(zhuǎn)向電位器從最小轉(zhuǎn)彎半徑Rmin到最大轉(zhuǎn)彎半徑Rmax范圍設定B/2-1000m，即預設轉(zhuǎn)向半徑范圍已確定。控制過程先由轉(zhuǎn)向電位器輸出預選的轉(zhuǎn)向半徑R和速度電位器預選的馬達速度N1（采用閉環(huán)控制實現(xiàn)速度穩(wěn)定），控制器通過式（5）計算出對應的內(nèi)測履帶馬達速度N2，并對內(nèi)側(cè)變量泵輸入與N2對應的電流值，再由內(nèi)側(cè)履帶馬達轉(zhuǎn)速傳感器檢測轉(zhuǎn)速反饋給數(shù)字式控制器，控制器將反饋轉(zhuǎn)速與計算轉(zhuǎn)速進行對比，如有差距，微調(diào)泵的輸入電流使內(nèi)側(cè)履帶馬達速度實現(xiàn)與計算速度一致，最終實現(xiàn)對應預選轉(zhuǎn)向的精準控制。

圖5 閉環(huán)速度控制

由于設定轉(zhuǎn)彎半徑B/2-1000m數(shù)值范圍很大，在轉(zhuǎn)向電位器指示區(qū)域很難清楚標記，可將電位器調(diào)節(jié)范圍百分比與轉(zhuǎn)彎半徑范圍對應，通過車載顯示器顯示以便監(jiān)控。

3 結(jié)束語

綜上所述，通過對攤鋪機履帶轉(zhuǎn)向原理進行分析，建立數(shù)學模型并進行建模分析，得出了一種能實現(xiàn)精準轉(zhuǎn)向控制的方法。此方法用一個線性轉(zhuǎn)向電位器通過控制器計算調(diào)節(jié)內(nèi)側(cè)履帶馬達速度對各種速度攤鋪機轉(zhuǎn)向進行精準控制，便于調(diào)整監(jiān)控。

［1］ 芮強，王紅巖，王欽龍，萬麗，蓋江濤，周廣明. 履帶車輛轉(zhuǎn)向性能參數(shù)分析與試驗研究［J］. 機械工程學報，2015，51（12）.