向 亮 ， 高會(huì)鮮 ， 張仕吉

（1.武昌工學(xué)院智能制造學(xué)院，湖北 武漢 430065；2.武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430050）

0 引言

壓實(shí)機(jī)械是各類壓路機(jī)和夯實(shí)機(jī)械的統(tǒng)稱。根據(jù)作業(yè)時(shí)壓實(shí)原理的不同，壓路機(jī)由靜作用式壓路機(jī)、振動(dòng)壓路機(jī)和沖擊壓路機(jī)三大系列組成。振動(dòng)壓路機(jī)是在靜作用式壓路機(jī)的滾輪軸上安裝激振機(jī)構(gòu)，從而產(chǎn)生激振力，發(fā)出的振動(dòng)載荷使土壤顆粒處于高頻振動(dòng)狀態(tài)，使顆粒間喪失內(nèi)摩擦力；同時(shí)，由于壓路機(jī)自身重力的作用，會(huì)對土壤產(chǎn)生剪切力和壓實(shí)力，導(dǎo)致土壤顆粒重新排列，使被作用土壤受到振動(dòng)輪的靜作用力和激振力的共同作用，有利于提高壓實(shí)效果。振動(dòng)壓路機(jī)由于具有壓實(shí)效果好、生產(chǎn)效率高、適應(yīng)能力強(qiáng)、使用范圍廣等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種非黏性土壤、黏性土壤、碎石以及碎石混合料、水泥混合土和瀝青混凝土等的壓實(shí)工作中[1-7]。雙鋼輪壓路機(jī)是一種主要用于壓實(shí)瀝青混凝土路面的壓實(shí)機(jī)械，如圖1所示。

圖1 雙鋼輪壓路機(jī)

近年來，由于液壓技術(shù)的發(fā)展以及液壓零部件成本的降低，越來越多的雙鋼輪壓路機(jī)開始使用雙排量的液壓馬達(dá)來驅(qū)動(dòng)壓路機(jī)行走，大、小排量的選用，就顯得尤為關(guān)鍵。

1 行駛速度情況

與以往的定量馬達(dá)相比，雙排量馬達(dá)在使用大排量時(shí)可以提供較大的驅(qū)動(dòng)扭矩，但車速較低；在使用小排量時(shí)可以提供較高的車速，但驅(qū)動(dòng)扭矩小。使用雙速馬達(dá)以后通常可以設(shè)置兩擋車速，即高速擋與低速擋，高速擋時(shí)兩個(gè)馬達(dá)都是小排量，用于行走及短距離轉(zhuǎn)運(yùn)。按照國家標(biāo)準(zhǔn)的要求并考慮安全性因素，雙鋼輪壓路機(jī)的最高車速一般在10 km/h左右，也就是高速擋的最大車速，由于雙速馬達(dá)的小排量一般為大排量的一半，所以低速擋的最大車速在5 km/h左右。而一般也可以分出三擋車速，即高速擋、中速擋與低速擋，中速擋時(shí)一個(gè)馬達(dá)為大排量，另一個(gè)馬達(dá)為小排量，中速擋的最大車速在7.5 km/h左右[5,7-10]。對于車速的控制，使用兩擋或三擋電氣開關(guān)控制，中速擋為后輪大排量，正向爬坡時(shí)可提高爬坡能力。

由于坡道行車并不一定都是后輪處于坡道下方，當(dāng)前輪處于坡道下方時(shí)，重心在前輪上。而前輪的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)為小排量，驅(qū)動(dòng)力不足，需手動(dòng)進(jìn)行擋位變換，在使用高速擋行走時(shí)，如遇泥濘路段，驅(qū)動(dòng)力不足時(shí)，同樣也需要手動(dòng)進(jìn)行擋位變換。本文研究一種可以根據(jù)當(dāng)前路況自動(dòng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)力分配的方法，無需人工干預(yù)，使得雙鋼輪壓路機(jī)操作更簡單方便，同時(shí)雙鋼輪壓路機(jī)在行駛過程中動(dòng)態(tài)地分配驅(qū)動(dòng)力，避免因驅(qū)動(dòng)力不足而產(chǎn)生的停車以及滑坡現(xiàn)象，提高壓路機(jī)的行駛安全性，并提高施工質(zhì)量。

2 動(dòng)態(tài)分配驅(qū)動(dòng)力的方法

2.1 行駛方向后方的輪子、雙鋼輪壓路機(jī)處于坡道下方的輪子的定義

由于雙鋼輪壓路機(jī)既可以前進(jìn)也可以后退，所以沿著雙鋼輪壓路機(jī)行駛的方向，后面的那個(gè)輪子，被稱之為行駛方向后方的輪子。如圖2所示，行駛方向水平向右，此時(shí)行駛方向后方的輪子指的就是雙鋼輪壓路機(jī)的前輪。當(dāng)然，如果此時(shí)的行駛方向是水平向左，那行駛方向后方的輪子指的就是雙鋼輪壓路機(jī)的后輪。

雙鋼輪壓路機(jī)處于坡道下方的輪子，指的是無論雙鋼輪壓路機(jī)是前進(jìn)還是后退，只要是處于坡道低位的那個(gè)輪子，就稱之為雙鋼輪壓路機(jī)處于坡道下方的輪子。如圖3所示，雙鋼輪壓路機(jī)處于坡道下方的輪子指的就是前輪，而如圖4所示，雙鋼輪壓路機(jī)處于坡道下方的輪子指的就是后輪。

圖3 處于坡道下方的輪子為壓路機(jī)前輪

圖4 處于坡道下方的輪子為壓路機(jī)后輪

2.2 動(dòng)態(tài)分配驅(qū)動(dòng)力的控制方法

在前車架和后車架鉸接的地方安裝傾角傳感器，用以判斷車架是否處于前后傾斜狀態(tài)。

由于壓路機(jī)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的壓力與驅(qū)動(dòng)扭矩成正比關(guān)系，故利用壓路機(jī)液壓系統(tǒng)的壓力值，以及安裝在車身上的傾角傳感器，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)分配雙鋼輪壓路機(jī)驅(qū)動(dòng)力的功能。

由于低速擋行駛時(shí)或施工工況下，前后兩輪的馬達(dá)都處于大排量工況下，均是最大驅(qū)動(dòng)力狀態(tài)，無需進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，所以僅有中速擋和高速擋才需要對驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配。

中速擋時(shí)，兩輪子中一個(gè)馬達(dá)是大排量，一個(gè)馬達(dá)是小排量，如果車架處于水平狀態(tài)（傾斜角度小于5°時(shí)，坡度比較小，故將其視為水平狀態(tài)），則將處于行駛方向上后方的輪子置于大排量（另一個(gè)輪子置于小排量），以提供更好的驅(qū)動(dòng)力；如果車架處于前后傾斜狀態(tài)，且傾斜角度大于5°時(shí)，則將處于坡道下方的輪子置于大排量，同時(shí)開始監(jiān)控液壓系統(tǒng)壓力，如果超出壓力預(yù)設(shè)的閾值并持續(xù)3 s，則將兩個(gè)行走馬達(dá)同時(shí)置于大排量，使前后兩輪均處于最大驅(qū)動(dòng)力狀態(tài)。

高速擋時(shí)，兩輪子的馬達(dá)都是小排量，如果液壓系統(tǒng)壓力超出閾值并持續(xù)3 s，且車架處于水平狀態(tài)，則將處于行駛方向上后方的輪子置于大排量，以提供更大的驅(qū)動(dòng)力；如果車架處于前后傾斜狀態(tài)，且傾斜角度大于5°時(shí)，則將處于坡道下方的輪子置于大排量，以提供更大的驅(qū)動(dòng)力；如果經(jīng)過以上調(diào)節(jié)控制，系統(tǒng)壓力仍然超過閾值并持續(xù)3 s，則將兩個(gè)行走馬達(dá)同時(shí)置于大排量，使前后兩輪均處于最大驅(qū)動(dòng)力狀態(tài)。

中速擋、高速擋的詳細(xì)動(dòng)態(tài)分配控制的流程圖如圖5所示。

圖5 驅(qū)動(dòng)力動(dòng)態(tài)分配控制的流程圖

3 結(jié)語

當(dāng)壓路機(jī)在行駛時(shí)，非壓實(shí)工作工況下，可以根據(jù)當(dāng)前的路況自動(dòng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)力分配，無需人工干預(yù)，使得雙鋼輪壓路機(jī)的操作更簡單方便，同時(shí)也很好地避免了由于驅(qū)動(dòng)力不足而產(chǎn)生的停車以及滑坡現(xiàn)象，提高了壓路機(jī)的行駛安全性，并提高了施工質(zhì)量。

自動(dòng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)力分配的具體控制方法總結(jié)如下。

1）雙鋼輪壓路機(jī)在使用低速擋行駛或施工時(shí)，前后兩輪都是采用的大排量馬達(dá)，此時(shí)兩個(gè)輪子均處于最大驅(qū)動(dòng)力狀態(tài)，不參與控制。

2）在使用中速擋行駛時(shí)，如果車架處于水平狀態(tài)，則將處于行駛方向上后方的輪子置于大排量；如果車架處于前后傾斜狀態(tài)，則將處于坡道下方的輪子置于大排量，同時(shí)開始監(jiān)控液壓系統(tǒng)壓力，如果壓力超出閾值并持續(xù)3 s，則將兩個(gè)行走馬達(dá)同時(shí)置于大排量，使前后兩輪均處于最大驅(qū)動(dòng)力狀態(tài)。

3）在使用高速擋行駛時(shí)，開始監(jiān)控液壓系統(tǒng)壓力，如果超出閾值并持續(xù)3 s，且車架處于水平狀態(tài)，則將處于行駛方向上后方的輪子置于大排量；如果車架處于前后傾斜狀態(tài)，則將處于坡道下方的輪子置于大排量；如果系統(tǒng)壓力仍然超過閾值并持續(xù)3 s，則將兩個(gè)行走馬達(dá)同時(shí)置于大排量，使前后兩輪均處于最大驅(qū)動(dòng)力狀態(tài)。