毕业设计冷再生设备行走液压控制系统的设计说明书 - 图文(4)

徐州师范大学本科生毕业设计 冷再生铣刨机行走液压控制系统的设计

发动机转速高于额定转速时，控制电流增大，行走泵排量增大以提高行走速度，直到发动机转速和额定转速相等为止，这种控制方式不仅适合于全液压铣刨机，也适合于铣刨毂为机械传动方式的铣刨机。这种控制方式只需要检测发动机转速，控制方便，而且为了提高传动效率。冷再生铣刨机行走就是采用这种控制方式。

铣刨作业的进行在不断的变化，铣刨厚度也不断的变化，只有铣刨宽度是确定的值。从上可看出，当铣刨阻力的变化导致发动机转速发生变化时，可以通过调节铣刨机的行走速度使发动机工作在额定转速。

在控制系统中，将发动机转速作为设定值，行走速度作为被控量。给定发动机转速n、在铣刨机进行作业中，当铣刨阻力变化时，发动机转速也会改变，将发动机转速反馈到控制器中，经过计算输出PWM控制比例阀从而使行走变量泵的斜盘摆角即排量发生变化，以调节行走速度，使得发动机工作始终工作在额定工况。其功率自动分配的原理框图如图3.1示。

铣刨功率给定发动机转速n控制器行走变量泵行走马达作业速度牵引功率+发动机转速+发动机功率辅助功率转速传感器

图3.1 功率自动分配的原理框图

当发动机与液压泵、马达组成一个传动系统后，该系统的综合性能参数不仅受发动机、液压泵、马达各元件参数的影响，而且还受各部件性能参数之间是否合理匹配的制约。具有可控性的液压传动系统，它的性能还特别要受到控制方式的制约和影响。

根据冷再生铣刨机的性能和要求，发动机与液压系统的匹配要求是无论液压系统压力如何变化，发动机均要工作在正常转速范围内，保持高功率输出，且不能出现熄火状况。这部分匹配关键是液压泵排量和发动机负荷的匹配。

冷再生铣刨机采用发动机恒功率输出控制装置，当外界负荷发生变化时，通过控制马达的转速即泵的排量使发动机的转速和负荷率始终保持不变。即不论外界扭矩负荷的大小如何变化，都要将发动机输出轴扭矩控制为一定值，即通过液压传动系统的变换作用，使发动机定值扭矩适应变化的负荷扭矩。发动机的负荷率取决于控制系统的目标值，因此，正确给定负荷率，使发动机—液压系统的机械性能达到最良好的状态歹使系统始终在这一工况下工作，则发动机性能不为外界负荷变化的影响、功率利用最好，动力性，经济性最好，液压传动装置的效率也能提高。

研究表明，发动机按12h标定功率计，取90%一100%负荷率作为最终控制目

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标值，既能满足燃料消耗率最小化的要求，又保证了较高的功率利用率，同时又符合铣刨机实际使用的负荷工况要求。

全液压行走驱动铣刨机液压系统参数的选择与匹配是否合理，对液压系统及整机性能的发挥起着重要的作用。只有合理选用与匹配液压参数，才能保证元件具有期望的工作寿命和可靠性，元件工作能力被充分利用而成本最低，同时有较大的传动效率;才能最大限度的满足及实现机器的设计要求，提高铣刨机的使用性能和工作可靠性，优化工作速度与发动机负荷的匹配，保证铣刨机有较高的生产率和良好的经济效益，为后续控制器的设计才有意义，因此，全液压驱动行走的铣刨机液压系统参数的设计是整机设计的重要环节。 3.2 铣刨机行走液压控制系统的设计 3.2.1 冷再生铣刨机行走液压系统设计

冷再生铣刨机行走系统采用四轮独立液压驱动，主要完成铣刨机的工作作业和转场时的速度控制。铣刨机行走液压系统由于高功率密度和前进、后退及行车制动等需要，采用闭式液压传动系统，其液压原理见附图 行走液压系统原理图。

该液压系统由变量柱塞泵和双速变量柱塞马达组成的容积调速回路，主要由变量泵1、变量马达3.5.8.10、分流阀2、电磁阀6.7.9、及油箱等组成。此系统中泵和马达为轴向柱塞式，结构紧凑，工作转速和压力高，系统传动总效率较高可达80%以上。这种调速方式的优点是: (1)变量可连续，并且调速范围大；

(2)泵的工作压力取决于马达的负载大小，零流量时，几乎无功率损失; (3)泵有安全阀，可限制输出的扭矩值; (4)换向操作简单易行。

可采用电子控制，有比例电磁铁控制液压泵的斜盘的角度，系统流量随着变化，即可实现车辆可进行无级调速。

这个闭式系统中，变量泵1既是液压能源又是控制元件，通过电磁比例阀和变量机构调节泵流量的大小和方向，就可以改变液压马达输出速度的大小和方向。行走马达选用双速变量马达中的高速马达，以提高闭式液压回路的工作效率。变量柱塞泵向四个履带驱动马达提供压力油，通过安装在液压马达上的行星齿轮减速器驱动四个行走履带。当分流阀2处于左位时，变量泵的油流经同步阀流向四个驱动马达，能够保证四个马达同步;当分流阀处于右位时，变量泵的油流经分流阀流向四个马达，机器可自由差速，实现各种转向动作，减少液压系统的发热损失。电磁阀9控制高、低两个速度档位:铣刨工作时采用低速档，转场行驶时采用高速档。系统的最大工作压力由溢流阀限定，为了保护泵，防止过载，泵带有压力切断功能。

为了保证工作回路中液压油的使用寿命，系统中在泵的A、B口两端设有冲洗阀;为了防止闭式回路中液压油温过高，此系统设有回油过滤后的油液流经冷却器(液压原 理图中省略)。

液压行走系统的还装有液压释放制动机构，通过电磁阀7的断电可自动地实施制动。铣刨机的刹车与行走控制手柄处于联动，即手柄回中时，刹车自动施加，推动控制手柄，刹车自动解除。因此手柄回中位时，速度要慢。

冷再生铣刨机的控制系统采用数字和模拟相结合的分散控制系统，在主驾驶处设有两个操纵台，可在机器上主驾驶位置操纵机器，实现各种要求的动作。在铣刨机的前后左右四角也布置有操作单元，以方便在地面对铣刨机的操作和调

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整，如一级皮带、转子后门、浮动板、前后升降支腿和急停按钮等。

冷再生铣刨机行走泵是力士乐电控变量泵A4VG，通过控制器控制泵的排量。负载控制处于自动时，控制器起作用;当负载控制处于手动时，控制器不起作用。当控制器起作用时，控制器能够检测发动机转速，当发动机转速低于1800转/分时，控制器使变量泵的斜盘倾角处于零位。当发动机转速大于1800转/分时，至2100转/分时，控制器能够根据负载的变化情况，自动调节行走速度，使外界阻力正好与发动机输出功率匹配。若外界阻力发生变化(增大)，使发动机转速下降时，行走变量泵的转速随之下降，控制器自动减少行走泵配油盘的摆角，行走泵排量自然减少(即行走机构驱动功率自动减少，而转子驱动功率自动增加)，从而实现功率的自动分配。若外界阻力变回到负荷时，该系统可自动回到原工况状态。

铣刨机的行走马达是电液控制，有大小两个排量，通过高低速电磁阀的通断电，可使铣刨机实现工作档和行走两档，在不同档位上可以通过控制变量泵无级调节来控制行驶速度的无级变化。在左右操纵台上，还设有速度预选电位计确定其最大行驶速度，根据手柄的角度确定其行走速度。

该机设有同步，通过电磁阀6操纵可以实现铣刨机四履带的同步和非同步功能。电磁阀6通电，即在同步位时，机器的四个履带以相同的速度沿直线轨迹行驶，可确保在恶劣易打滑路面铣刨作业，铣刨机四履带可发挥同样的牵引力。机器高速行驶时，应使同步按钮处于非同步位置，这样可以减少液压系统的发热。在非同步位，机器履带可以自由差速，实现各种转向动作。同步行驶状态只在低速行驶时有效。

铣刨机制动系统为电磁阀7控制四个减速器的刹车控制系统。刹车控制压力油采用行走液压泵的补油压力，电磁阀7的控制与行走控制手柄联动，当推开手柄时，刹车自动解除;当手柄回中位时，刹车施加。

冷再生铣刨机的转向系统是辅助液压系统的一个组成部分，由辅助泵提供压力油，通过方向电磁阀来控制转向油缸的动作。前后各两个行驶履带，具有全电控、独立的转向功能，前后转向机构相同—通过两个刚性连接液压缸的伸缩来实现转向。前后履带转向系统通过前后转向动作组合可实现不同的转向模式:前轮转向、后轮转向、C形转向、蟹形等转向方式，如图3.2示，因而非常机动灵活。 （1） 前轮转向

前轮的左转与右转

图 3.2

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（2）后轮转向

后轮的左转与右转

图 3.3

（3） 前后轮C型转向

机器的顺转与逆转

图 3.4

（4） 前后轮蟹型转向

机器的左行与右行

图 3.5

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3.2.2 冷再生铣刨机行走控制系统设计 3.2.2.1 行走控制原理[24][28] 为方便操作，冷再生型路面铣刨机的控制系统设计成数字和模拟相结合的分散控制系统，设有三个操作台和四个地面控制盒，采用仪表显示机器工作状态。在发生故障时，通过报警灯和报警器对操作员以提示。该机的行走系统和自动找平系统采用了专用控制器的数字控制系统。冷再生型路面铣刨机的行走控制系统和输料带控制系统采用博世力士乐的数字控制器MC6如图3.6所示。通过该控制器实现了铣刨机行走、制动及输送机的集成控制，实现了发动机

行走马达行走开关行走驱动系统同步开关行走马达速度预测高低速继电器功率自动分配发动机转速传感器急停开关器刹车电磁阀停车制动器高低速电磁阀制分流电磁阀控比例电磁阀比例变量泵分流阀行走马达行走马达 图3.6 行走控制系统图 功率的自动分配控制。由于冷再生型路面铣刨机的行走液压系统的行走马达有两个排量，因此该机有两档行走速度（行走档和工作档）;通过左右操作台速度预选电位器确定其最大行驶速度，通过左右操作台的手柄确定其行走速度；通过同步开关控制铣刨机四个履带同步行走或非同步行走；通过转速传感器将发动机负载引入控制系统，当功率自动分配开关打开后实现发动机功率自动分配。除了数字控制器实现主要功能外，控制器外部电路实现其他一些逻辑控制。比如，当铣刨机在高速档时，通过高低速继电器控制开关使负载控制开关失效。对于输料带的控制，该系统可以控制输料带的皮带方向和运转速度。同时，该系统通过一些指示灯来显示系统的工作状态。

铣刨机行走速度控制采用两档即行走档和工作档，速度的变化靠手柄输入角度变化而加速或减速，速度的大小由手柄的角度决定。这种控制方式还需给定一个预速度做为机器行走的最大速度，控制操作不便。当铣刨机停机重新启动后，不能保证铣刨机以停机前的合理速度行走，不具备预存作业速度的功能。而且，有两个控制台的铣刨机采用这种方式控制铣刨机行走，左右手柄不能同时对铣刨机行走进行操作。通过前轮转向开关和后轮转向开关的组合使用，该机的转向系统可以实现四种转向模式:前轮转向、后轮转向、全轮转向以及蟹形转向。此外，该控制系统还设计了后轮自动回中开关，当该开关处于“自动”位时，后轮在转向开关松开后会自动回中。

3.2.2.2、功率自适应控制原理及参数匹配

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