工程车辆电控机液复合传动试验台的设计与实现

　　0　前言

　　采用变量液压泵、变量马达和机械式变速箱复合传动,并通过电子控制器进行控制的传动方案在工程机械上是最近才采用的。这种传动方案将机械传动和液压传动的优点集于一身,又充分利用了电控的手段,非常易于实现各种传动控制策略。针对这种新颖的传动方案,我们组建了一个工程车辆传动试验台。该试验台可以模拟各种实际工况对一定控制策略下的传动特性进行试验研究,其试验过程非常易于监测和控制。

　　1　新颖复合传动方案介绍

　　单纯的机械传动不能实现无级调速,换挡操纵也比较麻烦。纯液压传动具有良好的低速负荷特性,易于实现其运动参数(流量)和动力参数(压力)的控制,也可以进行无级调速及功率限制,从而满足工程机械的工作要求。但是单一的液压传动在全功率下的传动变速范围比较窄,最大输出力和最大输出速度乘积与最大功率之比值较小。

　　机械液压复合传动方案可以结合两者优点,实现大范围的无级调速,变速能力强并能够充分地利用发动机功率,其牵引特性曲线更接近于理想特性曲线。相比常用的单变(如变量泵和定量马达)液压回路,该方案采用的双变(变量泵和变量马达)液压回路扩展了传动的变速范围。机液复合传动大大扩展了全功率下的传动变速范围。这种新颖的传动方案可以充分利用电控手段,方便地结合各种算法实现自动控制,融入各种传动控制策略。同时,还可以减少手动换档操纵,并使传动链获得很好的柔性。传动方案如图1所示。

　　通过对电子控制器编写相应的控制程序,可以实现调速、换档和功率限制等各种控制策略。在不改变发动机输出功率的情况下,方便地实现诸如恒速、恒功率等常用的控制工况。结合发动机油门开度的调节,还可以减少燃油的空耗实现节能。

　　对功率进行限制,通常可通过两种方法实现。当负载增大导致油泵出口压力升高到一定值时,控制器自动增大马达的排量,从而降低油泵的出口压力,使得发动机不出现功率超限。另一种方法是将主泵出口的压力信号和控制泵排量的电压信号在控制器中进行处理,当二者的乘积达到设定值时则立即限制泵的排量。

　　由于工程机械外负载常常变化剧烈,恒功率工况下,通过自适应地改变速度可以应对负载的改变。同样地,也可以实现恒速控制。换档时,通过对传动系统的运动学特性和加载后的动力学特性的试验研究,可得出换档时速度变化规律和液压系统的流量-压力变化规律。

　　2　试验台具体设计

　　为了试验工程车辆在一定传动控制策略下的传动特性,进而分析改进系统的传动控制算法,针对新颖的复合传动方案我们组建了一个工程车辆传动试验台。试验台控制台可以实施各种操纵动作及观测试验效果,安装的各种高精度压力、温度及速度传感器可以快捷准确地采集所需的各种试验数据。这些数据可以作为控制器闭环控制的反馈值也可以用于试验结果的分析。