沥青硷摊铺机恒速控制液压系统分析

按行走系统，沥青硷摊铺机可分为轮胎式摊铺机、履带式摊铺机以及轮胎一履带组合式摊铺机3种。由于履带式摊铺机牵引力大，接地比压小，不易产生打滑现象，对路面不平整度的敏感性低，可提高摊铺的平整度，因此，越来越受到广大施工单位的欢迎。本文分析的沥青硅摊铺机行走方式均为履带式。一般采用左右履带独立的全液压驱动和电控驱动方式，动力传递路线为发动机一液压泵~液压马达‘减速器‘驱动轮。多采用变量泵与高、低速两挡变量马达相匹配的传动方式:变量泵与高速挡变量马达匹配时为行驶速度，通过变量泵的操作可获得无级调速;变量泵与低速挡变量马达匹配时为摊铺速度，同样操作可获得无级调速。
       现代沥青摊铺机普遍采用双泵双马达驱动、履带行走的液压系统，该系统由一个以微电脑为核心的电子恒速系统控制，消除了因摊铺机行驶推进系统的负载变化、送料的不均匀性、发动机降速等诸多因素造成的行驶速度变化，确保摊铺速度恒定，从而使摊铺平整度、密实度指标得到大幅度提高。行驶控制技术是摊铺机控制技术的核心，其单机集成化操作与智能控制技术、智能监控、检测、预报、远程故障与维护诊断技术的逐步应用，使摊铺机日益走向集成化、智能化。本文针对几种沥青摊铺机行走驱动回路进行分析和总结。
       1 手动控制的变t泵与定，马达系统
       早期的摊铺机行驶控制采用的是手动操作，即利用手动控制阀控制变量泵和变量马达，达到控制行驶速度、改变行驶方向的目的。为使生产时摊铺机速度平稳，进而提高路面的平整度，只有靠操作者人为调整发动机的油门，使摊铺机的工作速度大体一致。其方法:在一定的摊铺宽度和厚度下，将发动机的油门定到同一刻度，使发动机输出的转速基本稳定，即通过输出转速间接控制摊铺速度。目前采用此控制方法的摊铺机在国内仍有应用。下面以我国生产的LTU4沥青硷摊铺机行走液压系统(见图1）为例进行分析。
      
       该沥青硷摊铺机是我国自行研制的斗容量为4t的全液压沥青硷摊铺机，其液压系统为开式多泵的阀控系统，行走回路采用变量泵系统，履带行走装置全部为液压传动。液压行走回路是由2个变量轴向柱塞泵带2个辅助泵和2个并联的定向轴向柱塞马达组成的开式回路。该回路中的三位六通手动阀可操纵整机，实现整机的前进、后退、换向和停车;驱动泵安装在两侧，分别由发动机带动。在驱动泵上装有过载滋流阀，起安全保护和限定工作压力的作用。本机还装有2个合流换向阀，可有效增加行走转移速度。爬坡时，若柱塞泵吸油不足，可打开位置较高的小油箱开关，补充供油。
       本系统的特点:控制阀采用手动操作、弹簧复位，液压冲击大;补油系统采用独立的定量补油泵，保证驱动马达有足够油液，满足工况要求;泵的变量输出通过发动机转速变化间接实现，驱动泵无专有的变量偏心控制机构。恒速控制通过自动控制发动机转速来实现。
        2 手动液压伺服控制偏心的变，泵与定盆马达系统
       以TITAN411沥青硷摊铺机液压驱动行走系统(见图2)为例，其液压系统是一个多泵多回路系统的泵控系统，行走液压回路采用双向变量泵、双向定量马达闭式回路。行走回路变量机构主要由变量泵、手动伺服阀、伺服油缸等组成。定量泵(作辅助泵用)通过单向阀给闭式回路补油的同时，也给控制马达斜盘倾角变化的手动伺服控制阀及伺服油缸提供控制液压用油。
       变量恒速控制原理:操作手动伺服控制阀，使伺服油缸的上腔或下腔进油，改变变量泵斜盘的倾角，从而使变量泵的流量和流向都可变，实现定量液压马达的转速和转向的变化，使摊铺机行驶速度和行驶方向可变，以校正速差，实现恒速控制。
       
        3 电液二位换向偏心控制的变t泵与变t马达系统
        美国BARBER一GREEN公司生产的SA125沥青硅摊铺机行走液压回路采用双向变量泵、双向变量马达控制摊铺机行走方向和速度。图3为其单侧行走液压系统原理图。由图3可见，该行走液压系统是闭式多泵变量回路，工作原理为行走变量泵的压力油直接驱动行走液压马达，使其旋转，驱动摊铺机行走。此时行走泵出口的压力油使液控换向阀在高压油侧位工作。定量泵(作辅助泵用)通过单向阀给闭式回路补油的同时，给控制马达斜盘倾角和常闭式制动器提供控制液压油，以及通过单向阀推动履带张紧油缸，使履带张紧。
      
        由上述分析可知变量泵恒速控制原理:操纵电磁换向阀可控制行走马达斜盘的倾角，使其在18。
或7o倾角位置工作(不同的挡位可实现无级调速)，满足不同工况的要求，以适应不同的调速范围;并且双向变量泵与双向变量马达连接，最终实现马达的输出功率恒定，速度可无级调节，扭矩可以随着载荷的变化而变化;又因在行走马达斜盘伺服油缸油路上设节流口，使变量马达斜盘倾角缓慢变化，从而使摊铺机行驶速度变化不剧烈，恒速控制得以实现。
       4 电液伺服偏心控制的变且泵与变，马达系统
       随着机、电、液一体化技术的发展，出现了摊铺机行驶电控技术，即以电液伺服阀或比例阀代替原来的手动操纵阀，也就是利用电子技术和测试技术设计一套系统，实现对伺服阀或比例阀的控制，最终控制摊铺机的行驶速度。其基本原理:电控变量液压泵通过电流的变化改变液压泵的输出排量，达到控制行走速度的目的。电液伺服阀(也称随动阀)包括电磁部分和掖压部分，它们把输人的电信号转变为力或力矩，而伺服阀起到力或功率放大的作用。美国TITAN422沥青矽摊铺机就采用了电液闭环系统来解决外负载变化时速度变化的控制问题，

        图4为其液压驱动行走系统原理图。
       该沥青摊铺机行走液压系统是一个多泵多回路系统的泵控系统，由电液闭环控制系统稳定行驶速度。在该控制中，两个左右独立的电控变量柱塞泵分别驱动两个两位变量柱塞马达，推动整机行进。在摊铺过程中，由于外界负载的变化，发动日毛的转速和液压系统容积效率发生变化，造成摊铺速度的变化。为了稳定摊铺机速度，在马达的输出轴上增加PPU传感器，随时检测马达的转速，并与设定值比较。再通过控制器PID调节，输出偏差调节信号，对电液比例伺服控制阀进行调节，随时改变变量泵的液压排量，从而补偿马达速度的变化，使摊铺机保持在设定的速度值上工作。该闭环系统不仅能控制行驶速度，还能控制左右履带的一致性，保证行驶系统的同步性，基本实行恒速。
       变量行走泵的恒速控制方式:主要通过PPU传感器、PID控制器的输出偏差调节电信号，经过电液比例伺服阀转变为控制液压来控制伺服油缸而实现偏心变量，使速度偏差得以补偿，实现恒速的智能控制。现代摊铺机已发展成为集机、电、液为一体的先进设备，左右独立驱动的行走调速液压回路，依靠电控实现摊铺速度预选、恒速摊铺、直线行驶、圆滑转向及前后行驶等功能。
        5  结论
       通过对以上4种沥青硷摊铺机液压行走系统的分析，可以得出如下结论:
       l)恒速行驶控制技术经历了由手动控制向电液伺服控制方向发展的过程，而且摊铺机行驶控制技术的发展得益于机、电、液一体化技术的发展，电磁比例、电液伺服技术、单片机、测控技术的广泛应用为行走控制技术的应用奠定了良好基础，这也使摊铺机的发展走向集成化、智能化。
       2)任何一种沥青硅摊铺机液压行走系统大致是由变量泵、马达和控制阀组组成的回路，由早期的开式回路发展为闭式容积调速回路，行驶恒速控制经历了机械手动、手动液压伺服、电液二位控制和电液伺服控制等几个阶段。闭式回路系统结构紧凑，与空气接触少，故传动的平稳性好。
       3)沥青硷摊铺机的液压行走系统一般采用双马达并联系统，其特点是变量泵的流量按动作选取，流量与外负荷匹配，克服外负荷的能力增强。