張士聰，房翡翡，于中有

（山推工程機(jī)械股份有限公司，山東 濟(jì)寧 272000）

1 存在問題及解決

如今，工程機(jī)械操作人員對(duì)工程機(jī)械駕駛舒適性、可靠性以及設(shè)備壽命周期提出了更高的使用要求，如果推土機(jī)制動(dòng)不平穩(wěn)甚至產(chǎn)生劇烈震動(dòng)時(shí)，不僅會(huì)對(duì)推土機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)帶來較大沖擊，增加推土機(jī)各零部件損壞的可能性，而且會(huì)嚴(yán)重影響駕駛舒適性，增加操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。另一方面，對(duì)于靜壓驅(qū)動(dòng)的設(shè)備，電磁閥是最常用的控制執(zhí)行元件，而電磁閥的頻繁動(dòng)作也會(huì)帶來許多隱患，比如制動(dòng)電磁閥頻繁動(dòng)作時(shí)，線圈會(huì)發(fā)熱、加速老化等，最后出現(xiàn)卡閥現(xiàn)象，導(dǎo)致無法實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，因此，簡(jiǎn)單制動(dòng)控制模式對(duì)特定工況的適應(yīng)是不夠的。

隨著推土機(jī)電控技術(shù)和液壓技術(shù)的不斷發(fā)展，靜壓驅(qū)動(dòng)推土機(jī)已經(jīng)成為推土機(jī)發(fā)展的一種趨勢(shì)，目前國(guó)內(nèi)靜壓驅(qū)動(dòng)推土機(jī)控制系統(tǒng)，還處于研究起步階段，而專門針對(duì)制動(dòng)控制系統(tǒng)的研究更是少之又少，與世界先進(jìn)水平相比還有較大差距。

現(xiàn)有系統(tǒng)制動(dòng)控制方式多以手柄回中位或制動(dòng)踏板是否踩到底來直接判斷有無制動(dòng)需求，這種制動(dòng)方式的不足是：如果設(shè)置的制動(dòng)延時(shí)長(zhǎng)會(huì)造成坡道溜坡較長(zhǎng)，如果設(shè)置的制動(dòng)延時(shí)短會(huì)造成車速未降至零，導(dǎo)致制動(dòng)沖擊。

本文提出一種智能控制方法，能夠有效解決靜壓驅(qū)動(dòng)推土機(jī)現(xiàn)有制動(dòng)系統(tǒng)存在的制動(dòng)溜坡、制動(dòng)延時(shí)長(zhǎng)、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，并且可以減少制動(dòng)電磁閥因頻繁動(dòng)作帶來的發(fā)熱、磨損等影響使用壽命的問題，有效延長(zhǎng)制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行元件的使用壽命，在特定情況下還可以更迅速地響應(yīng)操作者的駕駛命令，駕駛操作更流暢。

2 智能安全制動(dòng)控制的三種情況

本文提出的制動(dòng)控制方式包括以下3種情況。

1）坡道制動(dòng) 當(dāng)推土機(jī)爬坡作業(yè)并有制動(dòng)需求時(shí)，由于推土機(jī)自身重力的原因會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與行駛方向相反的力，這個(gè)力會(huì)使推土機(jī)出現(xiàn)溜坡現(xiàn)象，這樣會(huì)對(duì)推土機(jī)本身及周邊產(chǎn)生安全隱患，因此溜坡現(xiàn)象是應(yīng)該避免的。本文提出了一種靜壓驅(qū)動(dòng)推土機(jī)坡道溜坡檢測(cè)及制動(dòng)的控制方法，當(dāng)操作者踩下制動(dòng)踏板直至最低或行走控制手柄回中位時(shí)，控制器會(huì)根據(jù)踩踏角度或者行走控制手柄位置計(jì)算出液壓泵和液壓馬達(dá)控制電流的控制值，推土機(jī)車速隨控制電流減小而降低，直至速度為零。而液壓泵和液壓馬達(dá)控制電流已經(jīng)減小到最小值，即說明操作者有制動(dòng)需求，此時(shí)如果控制器檢測(cè)到左右兩側(cè)馬達(dá)有速度，說明推土機(jī)有溜坡現(xiàn)象或有溜坡的趨勢(shì)，這樣制動(dòng)電磁閥會(huì)立即斷電，實(shí)現(xiàn)整車液壓制動(dòng)。

2）非坡道制動(dòng) 當(dāng)推土機(jī)在平地作業(yè)制動(dòng)或在不足以造成推土機(jī)溜坡的緩坡道上作業(yè)制動(dòng)時(shí)，控制器檢測(cè)不到左右兩側(cè)馬達(dá)速度值，此時(shí)控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)操作者采用的不同制動(dòng)操作采取不同的控制方式。如果操作者踩下制動(dòng)踏板直至最低制動(dòng)時(shí)，控制器會(huì)根據(jù)踩踏角度計(jì)算出液壓泵和液壓馬達(dá)的控制電流值，推土機(jī)車速隨控制電流減小而降低，直至速度為零?？刂葡到y(tǒng)認(rèn)為此時(shí)的操作是短時(shí)間制動(dòng)，為了使推土機(jī)可以快速響應(yīng)操作者接下來的駕駛意圖，控制系統(tǒng)僅將推土機(jī)速度降為零，而不會(huì)觸發(fā)制動(dòng)電磁閥動(dòng)作；當(dāng)操作者將行走控制手柄撥回中位制動(dòng)時(shí)，控制系統(tǒng)認(rèn)為此操作為非短時(shí)間制動(dòng)，液壓泵和液壓馬達(dá)控制電流值會(huì)降至最小值，推土機(jī)車速會(huì)逐漸降低至零。一定時(shí)間內(nèi)，如果控制系統(tǒng)檢測(cè)不到有其它駕駛操作，制動(dòng)電磁閥會(huì)被立即觸發(fā)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)整車液壓制動(dòng)。

3）駐車開關(guān)急停制動(dòng) 當(dāng)操作者拉起駐車?yán)瓧U時(shí)，控制器輸出端口供電被切斷，控制器所有控制輸出便會(huì)被切斷，制動(dòng)電磁閥立即處于制動(dòng)狀態(tài)。

以上三種情況在實(shí)現(xiàn)制動(dòng)的同時(shí)，控制器還會(huì)通過CAN總線將制動(dòng)電磁閥狀態(tài)信號(hào)發(fā)送至顯示屏顯示，操作者可以直觀地了解到設(shè)備當(dāng)前的制動(dòng)狀態(tài)。

3 智能安全制動(dòng)原理

本文提到的靜壓驅(qū)動(dòng)推土機(jī)采用電控發(fā)動(dòng)機(jī)，變量液壓泵、變量液壓馬達(dá)、電子制動(dòng)踏板，電子控制手柄、整機(jī)智能控制器。如圖1所示，控制器接收制動(dòng)踏板的制動(dòng)信號(hào)及控制手柄的操作信號(hào)，并對(duì)當(dāng)前液壓泵和液壓馬達(dá)的控制電流狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)判斷，通過計(jì)算后輸出液壓泵和液壓馬達(dá)的降速曲線、制動(dòng)信號(hào)。

圖1 智能安全制動(dòng)控制原理圖

4 智能安全制動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)

1）坡道制動(dòng) 當(dāng)操作者踩下制動(dòng)踏板超過90%的行程或行走控制手柄回中位時(shí)，控制器會(huì)根據(jù)踩踏角度或者行走控制手柄位置計(jì)算出液壓泵和液壓馬達(dá)控制電流的控制值，為了保證降速制動(dòng)平穩(wěn)，先將馬達(dá)控制電流降至零，再將泵控制電流降至零。推土機(jī)車速隨控制電流減小而降低，直至速度為零。此時(shí)控制器通過左右馬達(dá)上的速度傳感器檢測(cè)馬達(dá)是否有速度，如果檢測(cè)到左右兩側(cè)的頻率值之和大于N（N越小越靈敏），控制系統(tǒng)判定推土機(jī)有溜坡現(xiàn)象或有溜坡的趨勢(shì)，這樣控制器輸出制動(dòng)信號(hào)，制動(dòng)電磁閥會(huì)立即斷電，實(shí)現(xiàn)整車液壓制動(dòng)（圖2）。

圖2 坡道制動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

2）非坡道制動(dòng) 當(dāng)推土機(jī)在平地作業(yè)制動(dòng)或在不足以造成推土機(jī)溜坡的緩坡道上作業(yè)制動(dòng)時(shí)，控制器檢測(cè)不到左右兩側(cè)馬達(dá)速度值，此時(shí)控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)操作者采用的不同制動(dòng)操作，采取不同的控制方式?？刂破鲗?shí)時(shí)檢測(cè)行走控制手柄位置、油門踏板踩踏行程，如果操作者踩下制動(dòng)踏板直至超過90%行程制動(dòng)時(shí)，控制器會(huì)根據(jù)踩踏角度計(jì)算出液壓泵和液壓馬達(dá)的控制電流值，推土機(jī)車速隨控制電流減小而降低，直至速度為零。參見圖3?？刂葡到y(tǒng)認(rèn)為此時(shí)的操作是短時(shí)間制動(dòng)，為了使推土機(jī)可以快速響應(yīng)操作者接下來的駕駛意圖，控制系統(tǒng)僅將推土機(jī)速度降為零，而不會(huì)觸發(fā)制動(dòng)電磁閥動(dòng)作；當(dāng)操作者將行走控制手柄撥回中位制動(dòng)時(shí)，控制系統(tǒng)認(rèn)為此操作為非短時(shí)間制動(dòng)，液壓泵和液壓馬達(dá)控制電流值會(huì)降至最小值，推土機(jī)車速會(huì)逐漸降低至零。在T（T大于泵馬達(dá)控制電流降至最小值所用時(shí)間）時(shí)間內(nèi)，如果控制系統(tǒng)檢測(cè)不到有其它駕駛操作，制動(dòng)電磁閥會(huì)被立即觸發(fā)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)整車液壓制動(dòng)。

圖3 非坡道制動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

3）急停制動(dòng) 當(dāng)操作者遇到緊急情況或者需要維修檢查等特殊情況，而發(fā)動(dòng)機(jī)又不能停轉(zhuǎn)，這時(shí)必須使推土機(jī)絕對(duì)制動(dòng)，以保證維修人員及周邊的安全。為此，我們配置了整車駐車?yán)瓧U，需要時(shí)拉起駐車?yán)瓧U，控制器所有控制輸出會(huì)被切斷，這樣制動(dòng)電磁閥立即處于制動(dòng)狀態(tài)，整車進(jìn)入急停狀態(tài)，無論行走控制手柄或電子油門如何動(dòng)作，整車都不會(huì)響應(yīng)，達(dá)到雙重保護(hù)的效果。參見圖4。

圖4 駐車?yán)瓧U開關(guān)制動(dòng)結(jié)構(gòu)原理圖

5 結(jié) 論

本文提出了一種推土機(jī)智能安全制動(dòng)控制方法，可以提高推土機(jī)制動(dòng)時(shí)的可靠性及實(shí)效性，對(duì)制動(dòng)裝置產(chǎn)生的較大沖擊得到有效緩解并且可以有效延長(zhǎng)其使用壽命，降低故障率；開發(fā)的溜坡自動(dòng)檢測(cè)功能，提高了推土機(jī)制動(dòng)控制的安全性和可靠性。