DA控制技術在鑿巖臺車行走系統中的應用與研究

肖前龍

(中國鐵建重工集團股份有限公司 湖南長沙 410100)

1 前言

閉式液壓系統由于傳動效率高，結構安裝緊湊，具有無極調速功能，節能性和操控平穩性好等顯著優點被廣泛應用于工程機械行走控制[1-4]。工程機械行走系統負載變化劇烈，對發動機-液壓驅動系統產生較大的載荷沖擊，往往出現發動機轉速波動，功率不匹配導致熄火等問題，因此需要進行發動機-液壓系統的功率匹配控制，以自動調節行走速度與外界負荷變化相適應。

礦山巷道空間狹小，設備要求結構設計緊湊，因而鑿巖臺車行走系統一般采用靜液壓閉式驅動系統。閉式液壓系統具有多種功率匹配控制方式，一種是通過檢測系統壓力和流量計算實際功率，并與發動機額定功率相比較進而對液壓系統控制；一種是通過全液壓式功率閥感應系統的負載壓力，自動調節液壓泵的先導控制油，實現流量、功率自適應匹配；還有的以發動機掉速比為控制目標，根據檢測發動機實際轉速和發動機指令轉速計算掉速比，調節液壓系統的流量實現功率匹配控制。這幾種方式基本都是通過電控方法或者增加額外的功率控制閥組完成，成本較高，控制算法復雜。DA(Drive＆Anti stall control)控制即自動變速和防熄火控制，通過DA控制閥感應發動機轉速自動調節靜液壓行走驅動系統，無需額外的傳感器信號，控制功能完全集成在泵上，具有集成度高，成本低等優點，無需增加電控系統即能完成行走驅動系統的功率匹配控制，尤其在一些非電控比例控制系統里面應用具有優勢[5-6]。

2 DA控制原理及在鑿巖臺車上的應用

DA控制是一種與發動機轉速或自動行駛速度有關的控制系統，當負載變化時，液壓泵的排量隨發動機轉速變化，使發動機負載扭矩與額定扭矩相匹配，以獲得較高的動力性和經濟性，系統具有以下兩個特點[7-8]：

(1)自動(變速)驅動控制：與汽車的自動擋類似，車輛的速度只通過發動機的油門踏板來控制，具有較好的操作性和舒適性。

(2)防熄火控制：實現發動機的極限負載保護，與液壓系統恒功率控制功能類似，車輛在工作時，為了滿足牽引力的要求自動降低車輛的速度以防止發動機熄火。

2.1 DA控制原理

圖1為DA控制原理及DA閥結構示意圖，DA控制閥能夠感知發動機速度，產生與發動機轉速相關的變量泵控制壓力PS，從而對變量泵排量進行無級控制，實現行駛的自動變速驅動控制。

閉式系統里的補油泵為齒輪泵，其轉速與發動機轉速直接相關，輸出流量與發動機轉速成比例關系。補油泵流量通過DA控制閥內部的節流孔，節流孔兩端的壓差與通過的流量大小和孔徑有關，節流孔檢測到補油泵流量的變化而產生不同的壓差，從而產生與發動機轉速相關的控制壓力PS，推動閉式變量泵的斜盤，使泵的排量發生變化[9-12]。

圖1 DA控制原理及DA閥結構示意

2.2 DA控制在鑿巖臺車行走系統中的應用

中深孔鑿巖臺車行走系統采用靜液壓驅動控制，圖2為帶DA控制閥的鑿巖臺車行走閉式液壓系統原理，采用力士樂A4VG56變量柱塞泵和A6VM80變量柱塞馬達，馬達具有高低兩檔排量控制以實現高低速行駛控制。

圖2 行走閉式液壓系統原理

系統由變量泵、補油泵、變量缸、變量控制閥、DA閥、補油溢流閥、變量馬達和沖洗閥等組成。鑿巖臺車發動機轉速在2 200 r/min時功率為45 kW，爬坡能力要求大于30%，行駛速度要求大于8 km/h。

根據行駛要求和發動機功率扭矩曲線，計算出整機的行駛牽引力和速度關系曲線，如圖3所示。

A-B段曲線馬達工作在最大排量，液壓泵的排量逐漸加大，行駛速度增大；B-C段液壓泵工作在最大排量，馬達排量逐漸加大，行駛速度增大。鑿巖臺車在A、B、C各工作點的工作參數如表1所示。

圖3 行使牽引力-速度關系曲線

表1 鑿巖臺車關鍵工作點的計算參數

對DA控制功能進行配置，DA閥的Block-curve控制起點為轉速1 200 r/min時對應壓力50 bar，控制終點1 600 r/min時對應壓力為320 bar，Q-curve控制起點為2 000 r/min時對應壓力250 bar。

3 鑿巖臺車DA控制功能試驗

圖4所示為礦用中深孔鑿巖臺車樣機實物，為驗證液壓系統DA控制功能，對行走系統進行了試驗測試。測試時鑿巖臺車支腿伸出，輪胎離地，通過剎車制動模擬負載行駛，安裝速度傳感器，通過檢測輪胎轉速，計算鑿巖臺車的行駛速度。

圖4 鑿巖臺車測試實物

圖5為DA控制閥的Block-curve測試，Block曲線體現系統的壓力增益，反映的是車輛的牽引力與發動機轉速之間的關系。

圖5 DA控制閥Block curve測試

試驗過程踩死剎車，緩慢增大發動機油門，觀察發動機轉速對應的系統壓力，液壓泵斜盤擺角基本為零，僅輸出很小的流量用來補充自身泄漏，隨著泵轉速的提高，控制壓力也隨著上升。測試的結果為轉速1 180 r/min時候對應壓力50 bar，1 600 r/min時對應壓力320 bar，基本符合設計要求。

圖6為DA控制閥的Q-curve測試曲線圖，Q曲線反映了液壓系統功率調節特性，當泵的負載功率超過發動機的輸出功率時液壓系統進行功率自適應調節。試驗過程使發動機油門最大，緩慢踩剎車，當系統壓力達到230 bar時，DA控制閥開始調節，泵輸出流量減小，車輛的行駛速度下降，以滿足系統功率匹配。

圖6 DA控制閥Q-curve測試

4 總結與結論

(1)分析了液壓系統DA控制的工作原理及特性，并介紹了其在鑿巖臺車行走閉式液壓系統中的應用。

(2)以鑿巖臺車行走閉式液壓系統為研究對象，對帶DA控制閥的液壓系統進行了試驗測試，通過模擬工況測試，DA控制閥較好地實現液壓系統的功率自調節功能，測試結果與設計參數要求基本吻合。