摘 要：在推土機作業過程中，急劇變化的外部阻力常常會使發動機轉速下降或者使機器滑轉率上升，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，該系統可以根據機器的工作狀態自動調整鏟刀的切削深度，從而保證推土機始終工作于生產率最高的狀態。
關鍵詞：極限載荷；經濟轉速；滑轉率；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，發動機的匹配一般遵循下列原則：
（１）由發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揮了機器的功率，又能保證發動機不熄火，使機器能持續正常工作，因而在沒有載荷控制系統的條件下，這種設計方法無疑是正確的。但是，機器的實際工況是千變萬化的，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。當機器實際作業工況與設計工況發生偏離時，推土機將不能充分發揮其作業能力。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動機額定功率決定的有效牽引力，則發動機轉速將會顯著降低，引起功率下降、油耗上升、生產率降低。尤其是當機器使用到接近大修期限時，由于發動機的性能變差，這種現象將更加明顯。
       第二，當推土機作業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率決定的牽引力時，機器的滑轉率將會急劇上升甚至全滑轉，此時機器的作業速度大為減小，生產率大大降低。這種情況在機器實際作業過程中頻繁出現，除了由于設計這一原因外，還有以下兩個原因：一是機器在作業過程中由于地面的不平整及履帶接地比壓的不均勻將導致機器的附著性能變差；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，滑轉率增大。
      第三，在目前使用的推土機上，為了充分發揮機器的生產能力，操作人員經常根據發動機轉速和滑轉情況來升降鏟刀，以改變機器的工作狀況，提高生產率。但這種憑司機的感覺來調節機器工作狀態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動機轉速和機器滑轉率的，而且即使經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工作原理
      推土機極限載荷自動控制系統是一種安裝在推土機上的電液控制裝置，該裝置可根據所測的發動機轉速及行走機構滑轉率自動升降鏟刀進而控制機器的外部載荷，使其不超過由發動機最低經濟轉速決定的或由行走機構允許滑轉率決定的最大載荷。本文為了敘述方便，將上述兩種最大載荷統稱為極限載荷。文中所提到的發動機最低經濟轉速為本控制系統的一個設定參數，取值應根據推土機工作的另一個設計參數，其最佳取值應根據推土機工作現場的附著性能而定。
      該系統僅在推土機原有的手動操縱系統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，系統的工作泵與未裝該系統時完全一樣；當液壓自由式鎖死于中位工作時，若系統超載，控制系統使封位閥換向，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，控制系統將下位閥換向，提升鏟刀。考慮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。
      在工作過程中，自動控制系統將測得的發動機的轉速信號ｎ，與設定的發動機最低經濟轉速信號ｎ０ 進行比較處理，得出機器的工作阻力是否使發動機超載；由測得的實際行駛速度信號Ｖ與理論行駛速度信號Ｖ０（由發動機轉速信號換算而得）求滑轉率η，并與設定滑轉率η０ 比較，得出機器是否打滑。不論出現哪一種情況，控制系統均操縱相應的電磁閥，提升鏟刀，減輕機器負荷，提高生產率。當機器負荷減至極限值以下時，控制系統自動停止工作。
      對于裝有極限超載荷自動控制系統的推土機，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停止工作時，只要關閉自動控制系統的電源，推土機即完全恢復為傳統的手動操作狀態。

３ 極限載荷自動控制系統的特點
（１）該系統可作為一個獨立的附加機構安裝于推土機上，在該系統失效或不用時，只要關閉電源，機器就可回復到原有的手動操作狀態。
（２）該系統僅需測取兩個機器狀態信號，結構簡單，便于實現。系統對由發動機最低經濟轉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自動控制。
（３）在作業過程中，司機仍按傳統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，控制系統才會自動調節載荷。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，從而充分發揮機器的作業能力，提高機器的生產率，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年畢業于西南交通大學機械電子工程專業，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