机械式平地机防滑管控体系的运用

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目前，国产平地机分为全液压驱动和液力机械式驱动方式，这两种驱动方式在自动换挡、操作简易性和负载自适应方面具有一定的优势，而机械式平地机由动力换挡变速器驱动，其优点在于可充分利用发动机功率，机械传动效率较高（功率损耗在10%以内）。无论采用哪种传动方式，平地机生产商在整机性能方面的追求都是一样的：尽可能地发挥所选传动方式的优势，以追求最佳的动力性、燃油经济性及操纵性能。目前，动力换挡变速器技术被以卡特彼勒为代表的国外企业垄断，在此背景下，三一重工自主研发了前进8挡、后退6挡的SMG200型机械式平地机。

1机械式平地机防滑控制系统

在平地机上装配防滑控制系统是为了保证平地机在低附着路面上保持良好的牵引性能。机械式平地机的动力由柴油机输出，经动力换挡变速器调速，电子差速锁差速，通过后桥、平衡箱传递到驱动轮。平地机在日常工作中工况复杂，负载变化大且路面附着情况无法预见,同时由于驱动轮需要差速，当发动机提供的驱动力超过地面提供给轮胎的附着力时便造成驱动轮打滑而使牵引力迅速减小。平地机防滑策略可借鉴汽车驱动防滑控制技术，即通过使用和控制电子差速锁、调节发动机转矩输出和控制离合器半滑磨等方法，使平地机迅速获得有效牵引力，从而防止打滑。图1是SMG200型平地机防滑控制系统的基本组成，防滑控制系统使能开关、差速锁控制开关均位于驾驶室内，由驾驶员控制。在防滑控制程序未激活状态下，驾驶员仍能通过操作差速锁控制开关来控制电子差速锁动作。测速传感器测量变速器输出轴转速，变速器与后驱动轮为刚性连接，通过传动比换算得出计算轮速。测速雷达用于测试实时车速,这些信号均输入控制器。控制器与发动机控制单元ECM和虚拟仪表系统采用CAN总线通信。

2控制方法

2.1电子差速锁控制

电子差速锁装配于平地机后桥内，连接半轴。图2是电子差速锁的结构图，这种结构是在差速器轴输出端安装多片离合器，当控制器判断出平地机的滑转率大于设定最小滑转率时，控制器输出高电平有效信号驱动电磁阀，利用电控液压变化控制离合器摩擦片接合，将差速锁锁止，保持所有的驱动轮同步，使附着力利用率较高一侧的驱动轮发挥更大的牵引力。

2.2控制发动机喷油量

SMG200型平地机配备康明斯直列6缸QSC8.3-C205型电喷发动机,功率153kW，最大输出转矩1010N•m。当控制器在接收到各传感器传来的信号并判断出平地机的滑转率大于设定最大滑转率时，发动机控制单元ECU会按照控制器传送来的期望转速减小喷油量，从而减小驱动力的输出，防止驱动轮过度滑转。

3控制策略

图3是防滑控制系统的控制流程。测速传感器、测速雷达、防滑控制系统使能开关信号、发动机转速和差速锁状态等信号输入控制器。控制器记录当前10个周期的轮速和车速，并通过平均轮速和平均车速计算当前滑转率，利用此方法排除瞬时冲击造成的误判断。当控制器判断当前滑转率小于滑转率控制门限SKIDmin时，平地机未打滑，此时防滑控制系统不动作。当控制器判断当前滑转率大于滑转率控制门限SKIDmin时，判定平地机处于打滑工况，此时开启计时器计时，当计时到达门限值t1时，启动控制电子差速锁，使4个驱动轮同步，以输出相同的转矩。当控制器判断滑转率大于最大滑转率控制门限值SKIDmax时，判定平地机打滑趋势剧烈，计时器开启，当计时到达门限值t1时，控制器控制电子差速锁锁止，同时按控制算法调节发动机转速，从而使平地机获得有效牵引力，控制平地机打滑趋势，减小功率损耗。

4工地试验

基于上述控制方法与控制策略，针对平地机日常工作的主要工况，测试不同附着系数路面、不同挡位下平地机的最大牵引力，并根据最大牵引力范围内的轮速和车速通过下列公式计算滑转率，以确定各挡位最佳滑转率的区间。

S=（VL-VC）/VL式中：S———滑转率，（%）；VL———车轮转速，km/h；VC———平地机行驶速度，km/h。然后通过试验测试对计时门限和最佳滑转率区间等参数进行标定，并对控制程序、流程，以及发动机转速调节算法等进行优化。通过控制算法将平地机的滑转率控制在最佳滑转率区间之内，以控制平地机在低附着路面上保持较大的牵引力。

图4是平地机在黄土路面上的试验情况，试验时用牵引绳串联拉力计，将负载车辆拖挂在测试车的后方，测试车以Ⅰ挡或Ⅱ挡速度行驶，待行驶平稳后，负载车制动，模拟大负载工况，使测试车滑转，分别按有防滑控制程序与无防滑控制程序两种工况记录拉力计读数、车轮转速与实际行驶车速。对比测试平地机在滑转时，发动机转速、滑转率变化与牵引力大小的变化情况。

图5和图6是在黄土路面上测试车以Ⅱ挡速度行驶时，防滑控制程序未介入和介入情况下牵引力对比试验测试数据。由图5可见，无防滑控制程序时，当负载车刹车踩死，测试车单侧驱动轮完全滑转，即滑转率达到100%，差速锁未启动且发动机转速持续上升至额定转速，牵引力下降且造成功率损耗、轮胎磨损非常剧烈的情况。由图6可见，防滑控制程序介入后，当负载车刹车踩死时，测试车单侧驱动轮开始剧烈滑转，差速锁迅速自动启动，此时，两侧车轮同时滑转，发动机转速按设定算法明显下降，牵引力持续上升，滑转率在8%～19%之间变化，发动机提供的牵引力控制在86kN左右。表1所示为防滑控制程序介入前后平地机的牵引力变化情况。

5结论

对比测试数据可知，当平地机增加防滑控制系统后，在遇到大负载工况时可有效抑制驱动轮打滑，减少发动机功率损耗。将滑转率控制在最佳滑转率区间以内，提高平地机在低附着系数路面上的牵引力，为平地机节能、高效提供了保障。