摘 要：在推土機作業(yè)過程中，急劇變化的外部阻力常常會使發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降或者使機器滑轉(zhuǎn)率上升，進而導致工作狀況惡化。提出了一推土機極限荷載自動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以根據(jù)機器的工作狀態(tài)自動調(diào)整鏟刀的切削深度，從而保證推土機始終工作于生產(chǎn)率最高的狀態(tài)。
關鍵詞：極限載荷；經(jīng)濟轉(zhuǎn)速；滑轉(zhuǎn)率；推土機
中圖分類號：TU623.5 文獻標識碼：Ａ
１ 問題的理出
目前，在推土機設計過程中，發(fā)動機的匹配一般遵循下列原則：
（１）由發(fā)動機最大扭矩決定的最大有效牽引力Pｍａｘ 應大于由地面附著條件決定的最大有效牽引力Pφ，即Pｍａｘ＞Pφ；
（２）由發(fā)動機額定功率決定的有效牽引力PＮＨ 應等于由行走機構額定滑轉(zhuǎn)率決定的有效牽引力PηＨ，即PＮＨ＝PηＨ 。
從理論上講，由于這種設計方案既充分發(fā)揮了機器的功率，又能保證發(fā)動機不熄火，使機器能持續(xù)正常工作，因而在沒有載荷控制系統(tǒng)的條件下，這種設計方法無疑是正確的。但是，機器的實際工況是千變?nèi)f化的，而這種設計方法在實際設計過程中只能選一種典型工況進行。當機器實際作業(yè)工況與設計工況發(fā)生偏離時，推土機將不能充分發(fā)揮其作業(yè)能力。主要有以下幾種情況：
第一，當推土機工作場地的附著性能高于設計工況的附著性能時，如果機器的外部工作阻力大于發(fā)動機額定功率決定的有效牽引力，則發(fā)動機轉(zhuǎn)速將會顯著降低，引起功率下降、油耗上升、生產(chǎn)率降低。尤其是當機器使用到接近大修期限時，由于發(fā)動機的性能變差，這種現(xiàn)象將更加明顯。
第二，當推土機作業(yè)場地的附著性能低于設計工況的附著性能時，如果機器的外部工作阻力大于由行走機構額定滑轉(zhuǎn)率決定的牽引力時，機器的滑轉(zhuǎn)率將會急劇上升甚至全滑轉(zhuǎn)，此時機器的作業(yè)速度大為減小，生產(chǎn)率大大降低。這種情況在機器實際作業(yè)過程中頻繁出現(xiàn)，除了由于設計這一原因外，還有以下兩個原因：一是機器在作業(yè)過程中由于地面的不平整及履帶接地比壓的不均勻?qū)е聶C器的附著性能變差；二是機器要受到一個垂直向上的切土分力，鏟土過程中，這一分力使推土機實際附著重量減少，附著性能變差，滑轉(zhuǎn)率增大。
第三，在目前使用的推土機上，為了充分發(fā)揮機器的生產(chǎn)能力，操作人員經(jīng)常根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速和滑轉(zhuǎn)情況來升降鏟刀，以改變機器的工作狀況，提高生產(chǎn)率。但這種憑司機的感覺來調(diào)節(jié)機器工作狀態(tài)的方法不僅加大了司機的勞動強度，而且有很大的隨意性，因為人的直覺是不可能精確感知發(fā)動機轉(zhuǎn)速和機器滑轉(zhuǎn)率的，而且即使經(jīng)驗十分豐富的操作人員，也有一個反應過程。
２ 極限載荷自動控制系統(tǒng)工作原理
推土機極限載荷自動控制系統(tǒng)是一種安裝在推土機上的電液控制裝置，該裝置可根據(jù)所測的發(fā)動機轉(zhuǎn)速及行走機構滑轉(zhuǎn)率自動升降鏟刀進而控制機器的外部載荷，使其不超過由發(fā)動機最低經(jīng)濟轉(zhuǎn)速決定的或由行走機構允許滑轉(zhuǎn)率決定的最大載荷。本文為了敘述方便，將上述兩種最大載荷統(tǒng)稱為極限載荷。文中所提到的發(fā)動機最低經(jīng)濟轉(zhuǎn)速為本控制系統(tǒng)的一個設定參數(shù)，取值應根據(jù)推土機工作的另一個設計參數(shù)，其最佳取值應根據(jù)推土機工作現(xiàn)場的附著性能而定。
該系統(tǒng)僅在推土機原有的手動操縱系統(tǒng)的基礎上接入了兩只電磁閥和一個單向閥，其動作過程如下：在機器尚未超載時，系統(tǒng)的工作泵與未裝該系統(tǒng)時完全一樣；當液壓自由式鎖死于中位工作時，若系統(tǒng)超載，控制系統(tǒng)使封位閥換向，液壓缸上腔則通過封位閥向油箱回油，提升鏟刀。當鏟刀在下降過程中機器超載時，控制系統(tǒng)將下位閥換向，提升鏟刀?？紤]到電磁換向閥在自動控制過程中頻繁動作的要求，該電磁閥應以選用快速動作閥為宜。不難看出，該控制系統(tǒng)僅在機器超載時才起作用，在未超載時，推土機完全維持原有工作狀態(tài)。
在工作過程中，自動控制系統(tǒng)將測得的發(fā)動機的轉(zhuǎn)速信號ｎ，與設定的發(fā)動機最低經(jīng)濟轉(zhuǎn)速信號ｎ０ 進行比較處理，得出機器的工作阻力是否使發(fā)動機超載；由測得的實際行駛速度信號Ｖ與理論行駛速度信號Ｖ０（由發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號換算而得）求滑轉(zhuǎn)率η，并與設定滑轉(zhuǎn)率η０ 比較，得出機器是否打滑。不論出現(xiàn)哪一種情況，控制系統(tǒng)均操縱相應的電磁閥，提升鏟刀，減輕機器負荷，提高生產(chǎn)率。當機器負荷減至極限值以下時，控制系統(tǒng)自動停止工作。
對于裝有極限超載荷自動控制系統(tǒng)的推土機，當需要推土機鏟由預定的地面形狀或由于其他原因需要自動控制系統(tǒng)停止工作時，只要關閉自動控制系統(tǒng)的電源，推土機即完全恢復為傳統(tǒng)的手動操作狀態(tài)。
３ 極限載荷自動控制系統(tǒng)的特點
（１）該系統(tǒng)可作為一個獨立的附加機構安裝于推土機上，在該系統(tǒng)失效或不用時，只要關閉電源，機器就可回復到原有的手動操作狀態(tài)。
（２）該系統(tǒng)僅需測取兩個機器狀態(tài)信號，結構簡單，便于實現(xiàn)。系統(tǒng)對由發(fā)動機最低經(jīng)濟轉(zhuǎn)速決定的極限載荷的控制在關系上是并列的，只要機器的外部工作阻力大于極限載荷都可實現(xiàn)自動控制。
（３）在作業(yè)過程中，司機仍按傳統(tǒng)推土機的使用方法進行操作，只有工作阻力大于極限載荷時，控制系統(tǒng)才會自動調(diào)節(jié)載荷。因而無需人工提升鏟刀，降低了司機的勞動強度。
（４）本系統(tǒng)可以保證機器在各種工況下均有一個比較良好的工作狀態(tài)，從而充分發(fā)揮機器的作業(yè)能力，提高機器的生產(chǎn)率，降低機器的燃油消耗量。
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第一作者簡介：王 棟，男，１９７３年１０月生，１９９５年畢業(yè)于西南交通大學機械電子工程專業(yè)，工程師，中鐵十二局集團有限公司，山西省太原市，０３００２４．
Probe into Bulldozer’s Ultimate Load Control System
WANG Dong
ABSTRACT: In the operation of the bulldozer, the rapid changed external resistances often make the rotational speed of the engine be reduced or make the trackslip rate of the machines be increased, and further make the working conditions worse. This paper puts forward a bulldozer’s ultimate load auto-control system, which can automatically adjust the cutting depth of the perching knife according to the working conditions of the machines, and guarantee the bulldozer works at the conditions of the highest productive rata from beginning to end.
KEY WORDS: ultimate load; economized rotational speed; trackslip rate; bulldozer
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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