CN108561234B - 一种带扭矩限制保护的机械驱动压路机控制***及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带扭矩限制保护的机械驱动压路机控制***及其控制方法，A、当控制器检测到压路机开启振动时，电子控制单元ECU控制喷油泵的喷油量，调整发动机输出额定扭矩和额定功率；B、当控制器检测到压路机没有开启振动且以一档速度行驶时，电子控制单元ECU控制喷油泵的喷油量，调整发动机输出扭矩λ1和功率ξ1；C、当控制器检测到压路机没有开启振动且以二档速度行驶时，电子控制单元ECU控制喷油泵的喷油量，调整发动机输出扭矩λ2和功率ξ2；D、当控制器检测到压路机没有开启振动且以三档速度行驶时，电子控制单元ECU控制喷油泵的喷油量，调整发动机输出扭矩λ3和功率ξ3；其中，λ1＜λ2＜λ3＜额定扭矩，ξ1＜ξ2＜ξ3＜额定功率。

Description

一种带扭矩限制保护的机械驱动压路机控制***及其控制 方法
技术领域
本发明涉及一种带扭矩限制保护的机械驱动压路机控制***及其控制方法，属于压路机控制技术领域。
背景技术
振动压路机主要包括行走和振动功能，且振动时所需要输出的扭矩和功率比较大，压路机现在使用的是电控发动机，在平地上的正常振动作业时，测定消耗的扭矩仅为发动机标定扭矩的50％左右，不振动时所需的发动机输出扭矩更小。所以压路机在不开振动情况下行驶时，发动机的扭矩储备和功率储备太大了，一旦遇到恶劣工况(陡坡或是坑洞)，后轮被卡死后，由于发动机的输出扭矩过大，其扭矩超过传动***部件的最大允许扭矩，容易将机械驱动压路机的传动***部件憋坏，经常导致传动***中零部件的损坏(尤其是驱动桥的主减)。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种带扭矩限制保护的机械驱动压路机控制***及其控制方法，可根据压路机的使用工况，调整发动机的扭矩和功率，在不同工况时，使发动机具备不同的扭矩输出，既可以保护压路机的传动***，又可以使发动机始终保持最佳燃油消耗率，达到节能减排的目的。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种带扭矩限制保护的机械驱动压路机控制***，包括电子控制单元ECU，以及分别与电子控制单元ECU相连的控制器和喷油泵，所述控制器与用于检测压路机是否开启振动功能的振动开关相连，所述控制器分别通过触发开关与各档位相连：
A、当控制器检测到压路机开启振动时，电子控制单元ECU控制喷油泵的喷油量，调整发动机输出额定扭矩和额定功率；
B、当控制器检测到压路机没有开启振动且以一档速度行驶时，电子控制单元ECU控制喷油泵的喷油量，调整发动机输出扭矩λ1和功率ξ1；
C、当控制器检测到压路机没有开启振动且以二档速度行驶时，电子控制单元ECU控制喷油泵的喷油量，调整发动机输出扭矩λ2和功率ξ2；
D、当控制器检测到压路机没有开启振动且以三档速度行驶时，电子控制单元ECU控制喷油泵的喷油量，调整发动机输出扭矩λ3和功率ξ3；
其中，λ1＜λ2＜λ3＜额定扭矩，ξ1＜ξ2＜ξ3＜额定功率。
优选，所述各触发开关均设置在变速箱里。
优选：
扭矩λ1依据压路机的驱动桥最大输入扭矩以及传动***的传动比来计算；
扭矩λ2以二档速度爬的11％坡度以及传动***的传动比来计算；
扭矩λ3以三档速度爬的11％坡度以及传动***的传动比来计算。
优选，扭矩λ1、λ2和λ3通过实验测定。
一种带扭矩限制保护的机械驱动压路机控制方法：
A、当控制器检测到压路机开启振动时，电子控制单元ECU控制喷油泵的喷油量，调整发动机输出额定扭矩和额定功率；
B、当控制器检测到压路机没有开启振动且以一档速度行驶时，电子控制单元ECU控制喷油泵的喷油量，调整发动机输出扭矩λ1和功率ξ1；
C、当控制器检测到压路机没有开启振动且以二档速度行驶时，电子控制单元ECU控制喷油泵的喷油量，调整发动机输出扭矩λ2和功率ξ2；
D、当控制器检测到压路机没有开启振动且以三档速度行驶时，电子控制单元ECU控制喷油泵的喷油量，调整发动机输出扭矩λ3和功率ξ3；
其中，λ1＜λ2＜λ3＜额定扭矩，ξ1＜ξ2＜ξ3＜额定功率。
优选：
扭矩λ1依据压路机的极限爬坡能力以及传动***的传动比来计算；
扭矩λ2以二档速度爬的11％坡度以及传动***的传动比来计算；
扭矩λ3以三档速度爬的11％坡度以及传动***的传动比来计算。
优选，扭矩λ1、λ2和λ3通过实验测定。
本发明的有益效果是：
本发明使得发动机根据施工工况输出多种扭矩和功率，在压路机不开振行驶时，发动机的输出扭矩随着档位的增加，依次增加，并且此发动机的输出扭矩传递到传动***各部件时，均小于各部件的最大输入扭矩。因此，可有效保护机械传动压路机的传动***，在遇到恶劣工况(后轮被卡死)时，防止传动***的部件被憋坏，并且可以提高发动机的负载率，有效降低发动机的油耗。
附图说明
图1是本发明一种带扭矩限制保护的机械驱动压路机控制***的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1所示，一种带扭矩限制保护的机械驱动压路机控制***，包括电子控制单元ECU，以及分别与电子控制单元ECU相连的控制器和喷油泵，所述控制器与用于检测压路机是否开启振动功能的振动开关相连，所述控制器分别通过触发开关与各档位相连。控制器与档位触发开关相连，判断整机的行驶档位，并根据振动信号和档位信号进行逻辑判断，控制发动机的输出扭矩：
A、当控制器检测到压路机开启振动时，电子控制单元ECU控制喷油泵的喷油量，调整发动机输出额定扭矩和额定功率；
B、当控制器检测到压路机没有开启振动且以一档速度行驶时，电子控制单元ECU控制喷油泵的喷油量，调整发动机输出扭矩λ1和功率ξ1；
C、当控制器检测到压路机没有开启振动且以二档速度行驶时，电子控制单元ECU控制喷油泵的喷油量，调整发动机输出扭矩λ2和功率ξ2；
D、当控制器检测到压路机没有开启振动且以三档速度行驶时，电子控制单元ECU控制喷油泵的喷油量，调整发动机输出扭矩λ3和功率ξ3；
其中，λ1＜λ2＜λ3＜额定扭矩，ξ1＜ξ2＜ξ3＜额定功率。
根据机械驱动振动压路机的施工情况，可以将压路机的行驶速度分为一档、二档、三档：压路机的一档速度最低，用于振动压实时以一档速度行驶，此时压路机所需的发动机扭矩最小；二档速度大于一档，压路机在短距离转场时用二档行驶，二档行驶所需的发动机扭矩大于一档；三档速度最大，压路机需要长距离转场时，用三档行驶，三档行驶时所需的发动机的扭矩最大。
在使用电控发动机的机械驱动振动压路机上，当压路机只是行走时，对压路机的行驶档位实行扭矩限制，不同行驶档位扭矩值的设定不同，具体的扭矩设定值根据传动系在不同档位时需要的最大输入扭矩设定(此数值小于传动***的部件的最大输入扭矩)；当振动功能开启时，扭矩和功率恢复至最大。具体实施是控制器通过读取压路机的振动信号、不同的档位信号，经过逻辑分析判断，确定发动机的输出扭矩。根据压路机的特殊工况，编制发动机ECU控制程序，让发动机具备输出多扭矩和多功率特性。在不同的档位，发动机输出不同的扭矩和功率。
优选，所述各档位触发开关设置在变速箱里，变速箱里集成各档位的触发开关(也可以采用其他的开关)，当档位接通后，每一个档位的触发开关就给控制器一个信号。压路机仪表箱上的振动开关和换挡操纵箱上的档位的触发开关一起通过控制器，控制发动机的输出扭矩和功率。
优选：
扭矩λ1依据压路机的驱动桥的最大输入扭矩以及传动***的传动比来计算；
扭矩λ2以二档速度爬的11％坡度以及传动***的传动比来计算；
扭矩λ3以三档速度爬的11％坡度以及传动***的传动比来计算。
或者，扭矩λ1、λ2和λ3通过实验测定。
对应的，一种带扭矩限制保护的机械驱动压路机控制方法：
A、当控制器检测到压路机开启振动时，电子控制单元ECU控制喷油泵的喷油量，调整发动机输出额定扭矩和额定功率；
B、当控制器检测到压路机没有开启振动且以一档速度行驶时，电子控制单元ECU控制喷油泵的喷油量，调整发动机输出扭矩λ1和功率ξ1；
C、当控制器检测到压路机没有开启振动且以二档速度行驶时，电子控制单元ECU控制喷油泵的喷油量，调整发动机输出扭矩λ2和功率ξ2；
D、当控制器检测到压路机没有开启振动且以三档速度行驶时，电子控制单元ECU控制喷油泵的喷油量，调整发动机输出扭矩λ3和功率ξ3；
其中，λ1＜λ2＜λ3＜额定扭矩，ξ1＜ξ2＜ξ3＜额定功率。即压路机不开振行驶时，发动机的各档输出扭矩和功率比较：一档的扭矩和功率＜二档的扭矩和功率＜三档的扭矩和功率＜额定扭矩和额定功率。
优选：
扭矩λ1依据压路机的极限爬坡能力以及传动***的传动比来计算；
扭矩λ2以二档速度爬的11％坡度以及传动***的传动比来计算；
扭矩λ3以三档速度爬的11％坡度以及传动***的传动比来计算。
或者，扭矩λ1、λ2和λ3通过实验测定。
根据机械传动压路机的施工工况，使发动机输出多种扭矩和功率：在不开振行走时，限制发动机的输出扭矩，使传递到压路机的各部件的扭矩小于各传动部件允许的最大输入扭矩，当压路机遇到恶劣工况(后轮卡死)时，保护机械传动压路机的传动***。
下面以徐工22吨机械单钢轮压路机XS223J为例，详细介绍一下扭矩和功率的具体计算方法：
一、一档时，发动机的输出扭矩计算：
一档时，为保护压路机的各传动***部件，其中经过传动比计算后，发现变速箱和传动轴的最大输入扭矩均小于其允许输入扭矩，仅驱动桥的输入扭矩在一档时大于其最大允许输入扭矩，所以驱动桥是整个传动***的薄弱环节。为保护驱动桥以及兼顾整机的爬坡性性能，取驱动桥的最大输入扭矩来计算发动机的输出扭矩(以此计算足够克服施工时的阻力)。
一档时，发动机的最大输出扭矩
Figure GDA0002367188500000061
Figure GDA0002367188500000062
式中：
Figure GDA0002367188500000063
——一档时发动机的最大输出扭矩；
T1——驱动桥的最大允许输入扭矩；
i1——变速箱一档时的传动比；
二、二档时，发动机的输出扭矩计算：
二档时，压路机主要以转场为主，因此，最大爬坡能力取国标的11％坡度，若是转场时大于此坡度，将改为一档爬坡，为保证整机的爬坡性及压实性能，取压路机在行驶时遇到的阻力来倒推计算出发动机的输出扭矩。
1、压路机运行阻力：
F行驶＝F1+F2+F3+F4
式中：F1——运行阻力；
F2——上坡阻力；
F3——惯性阻力；
F4——迎风阻力。
(1)
F1＝mgfcosα
式中：f——压路机滚动阻力系数，在很大程度上视被压实材料的种类、料层的厚度、压实程度及行驶速度等因素而定，计算时取f＝0.1；
m——压路机质量，G＝22000kg；
α——道路坡度，根据交通部《公路工程技术标准》JTG B01-2003第3.0.16条各种公路的纵坡最大可为11％，即6.28°。
(2)上坡阻力：
F2＝mgsinα
(3)惯性阻力：
Figure GDA0002367188500000071
式中：
δ0——对于轮胎驱动单钢轮压路机取δ0＝1.2～1.25
t——加速时间，压路机取t＝2～4s；
v2——压路机在二档的额定速度；
v1——压路机在一档的额定速度；
(4)迎风阻力：
Figure GDA0002367188500000072
式中：k0——风阻系数，取0.7；
f0——机器迎风面积；
v2———压路机在二档时的额定速度；
压路机在二档上坡工作时的行驶总阻力：
F行驶＝F1+F2+F3+F4
压路机在在二档上坡工作时的行驶的需要扭矩为：
Figure GDA0002367188500000081
式中：r——轮胎半径，取0.7m；
δ——驱动轮的滑转率，取δ＝0.05。
二档时，驱动桥的输入扭矩：
Figure GDA0002367188500000082
式中：i驱——驱动轮的传动比。
2、压路机转向阻力：
压路机在行驶过程中，由于车轮的滚动大大减少了侧向滑动，从而减低了转向阻力，所以铰接转向行驶的转向阻力矩可取原地转向的1/3。压路机行驶过程中的转向功率，除了与转向阻力矩有关之外，还与其转向角度和转向时间有关系。于是可得转向功率N转(kW)的计算公式为：
Figure GDA0002367188500000083
式中，M—原地转向阻力矩，N·m；
θ—压路机转向角，θ＝0.59rad；
A—倍数，铰接转向A＝3；
t1—完成一次转向时间，一般4～5s。
原地转向阻力矩为M：
Figure GDA0002367188500000084
式中，Ga—转向轮上的分布载荷为110000N；
b—转向轮宽度为2.13m；
μ—压轮对地面的摩擦阻力系数取0.25；
a—铰销中心到转向轮轴线的水平距离为1.5m。
则，发动机需要提供的扭矩
Figure GDA0002367188500000091
3、二档时，发动机的最大输出扭矩
Figure GDA0002367188500000092
Figure GDA0002367188500000093
式中：
Figure GDA0002367188500000094
——二档时发动机的最大输出扭矩；
T`发——二档时发动机的计算输出扭矩；
T驱——二档时驱动桥的输入扭矩；
i2——变速箱二档时的传动比；
Figure GDA0002367188500000095
式中：k——发动机动力储备系数，取1.1
三、三档时，发动机的输出扭矩计算
三档时，压路机只能转场，因此，最大爬坡能力取国标的11％坡度。为保证整机的爬坡性及压实性能，取压路机在行驶时遇到的阻力来倒推计算出发动机的输出扭矩。其计算过程同二档时的计算过程。
由于压路机发动机的额定转速是定值，各档位的额定转速都是1800r/min，所以各档位的发动机的输出功率计算公式为：
Figure GDA0002367188500000096
式中：T发——发动机的输出扭矩；
N发——发动机的输出功率；现有压路机的发动机仅仅只具备一个外特性曲线，所以在遇到两个或是多个工况时，压路机的发动机的外特性曲线不变，不能满足不同工况的要求，同时不能达到或接近比较节能的最佳油耗点。而本发明在压路机单纯行走时，限制发动机的输出扭矩和功率，使得发动机的最大输出扭矩经过传动***传递给各个部件后，均不超过传动系中个各部件的允许输入扭矩，从而保护传动系，提高传动系的可靠性，同时也可达到节能的目的。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种带扭矩限制保护的机械驱动压路机控制***，包括电子控制单元ECU，以及分别与电子控制单元ECU相连的控制器和喷油泵，所述控制器与用于检测压路机是否开启振动功能的振动开关相连，其特征在于，所述控制器分别通过触发开关与各档位相连：
A、当控制器检测到压路机开启振动时，电子控制单元ECU控制喷油泵的喷油量，调整发动机输出额定扭矩和额定功率；
B、当控制器检测到压路机没有开启振动且以一档速度行驶时，电子控制单元ECU控制喷油泵的喷油量，调整发动机输出扭矩λ1和功率ξ1；
C、当控制器检测到压路机没有开启振动且以二档速度行驶时，电子控制单元ECU控制喷油泵的喷油量，调整发动机输出扭矩λ2和功率ξ2；
D、当控制器检测到压路机没有开启振动且以三档速度行驶时，电子控制单元ECU控制喷油泵的喷油量，调整发动机输出扭矩λ3和功率ξ3；
其中，λ1＜λ2＜λ3＜额定扭矩，ξ1＜ξ2＜ξ3＜额定功率。
2.根据权利要求1所述的一种带扭矩限制保护的机械驱动压路机控制***，其特征在于，所述各触发开关均设置在变速箱里。
3.根据权利要求1所述的一种带扭矩限制保护的机械驱动压路机控制***，其特征在于：
扭矩λ1依据压路机的驱动桥的最大输入扭矩以及传动***的传动比来计算；
扭矩λ2以二档速度爬的11％坡度以及传动***的传动比来计算；
扭矩λ3以三档速度爬的11％坡度以及传动***的传动比来计算。
4.根据权利要求1所述的一种带扭矩限制保护的机械驱动压路机控制***，其特征在于，不同机型的扭矩λ1、λ2和λ3通过实验测定。
5.一种带扭矩限制保护的机械驱动压路机控制方法，其特征在于：
A、当控制器检测到压路机开启振动时，电子控制单元ECU控制喷油泵的喷油量，调整发动机输出额定扭矩和额定功率；
B、当控制器检测到压路机没有开启振动且以一档速度行驶时，电子控制单元ECU控制喷油泵的喷油量，调整发动机输出扭矩λ1和功率ξ1；
C、当控制器检测到压路机没有开启振动且以二档速度行驶时，电子控制单元ECU控制喷油泵的喷油量，调整发动机输出扭矩λ2和功率ξ2；
D、当控制器检测到压路机没有开启振动且以三档速度行驶时，电子控制单元ECU控制喷油泵的喷油量，调整发动机输出扭矩λ3和功率ξ3；
其中，λ1＜λ2＜λ3＜额定扭矩，ξ1＜ξ2＜ξ3＜额定功率。
6.根据权利要求5所述的一种带扭矩限制保护的机械驱动压路机控制方法，其特征在于：
扭矩λ1依据压路机的驱动桥的最大允许输入扭矩以及传动***的传动比来计算；
扭矩λ2以二档速度爬的11％坡度以及传动***的传动比来计算；
扭矩λ3以三档速度爬的11％坡度以及传动***的传动比来计算。
7.根据权利要求5所述的一种带扭矩限制保护的机械驱动压路机控制方法，其特征在于，扭矩λ1、λ2和λ3通过实验测定。
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