沙土壓實中液壓全驅(qū)單鋼輪振動壓路機滑轉(zhuǎn)研究

黃杰+趙新民

摘 要：針對沙土壓實中液壓全驅(qū)單鋼輪振動壓路機的打滑問題，在分析行走驅(qū)動系統(tǒng)特性和打滑原因的基礎(chǔ)上，提出了改變前后輪驅(qū)動馬達排量比以調(diào)整牽引力的防滑轉(zhuǎn)控制策略，開展了沙土壓實作業(yè)電子抗滑轉(zhuǎn)試驗研究。結(jié)果表明：在驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)率超限時，通過電子防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)前后輪馬達排量比可充分利用地面附著條件，避免打滑。

關(guān)鍵詞：防滑轉(zhuǎn)；液壓全驅(qū)；振動壓路機；牽引力

中圖分類號：U415.52 文獻標志碼：B

0 引 言

由于沙漠地區(qū)公路建設(shè)材料的缺乏及對工程造價的考慮，公路路基的填筑必然要大量采用風積沙。風積沙的粒徑組成主要分布在0.075～0.5 mm范圍內(nèi)，具有顆粒細、無粘性、內(nèi)摩擦力小、壓縮性小、天然含水量小、保水性差等特性，使得沙土的抗剪強度較低，同時沙土在載荷作用下易變形產(chǎn)生塑性流動[1]，在外力作用下易推移、涌動，不易形成整體結(jié)構(gòu)。沙土在振動壓實作用下易被液化，這對壓實是有利的，但是對壓實機械的牽引性能是非常不利的。大量試驗結(jié)果表明，驅(qū)動輪在松軟土壤上的下陷量是隨著滑轉(zhuǎn)率的增加而增大的，并且常常由于動態(tài)下陷量過大而最終使車輛喪失通過能力[23]。因此，壓路機在壓實沙土時易打滑，牽引性能無法正常發(fā)揮，從而影響行駛或作業(yè)進程。

即使牽引性能良好的液壓全驅(qū)單鋼輪振動壓路機在沙土地區(qū)進行壓實作業(yè)時，由于前后輪結(jié)構(gòu)形式、附著系數(shù)、驅(qū)動條件以及機重在前后輪重量分配比例的差異，某個輪子也會因附著條件較差而出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)，無法正常壓實。在高滑轉(zhuǎn)率時，壓路機常常還會產(chǎn)生一種較強烈的自激振動，即振動輪跳躍現(xiàn)象，輪下土壤沿縱向發(fā)生剪切流動破壞，鋪層材料將被振松，降低了壓實質(zhì)量。本文在分析液壓全驅(qū)單鋼輪振動壓路機驅(qū)動性能的基礎(chǔ)上，針對前后輪均采用變量馬達的壓路機在沙土壓實過程中的打滑問題，給出了前后輪滑轉(zhuǎn)率控制范圍，建立了電子抗滑轉(zhuǎn)方案并進行試驗驗證，通過電子防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)前后輪驅(qū)動馬達排量比，有效避免打滑現(xiàn)象。

1 液壓全驅(qū)振動壓路機驅(qū)動系統(tǒng)分析

1.1 液壓全驅(qū)單鋼輪振動壓路機驅(qū)動機制

壓路機驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)的實質(zhì)是輸出的牽引力大于地面所能提供的附著力。當前后輪采用定量馬達驅(qū)動的壓路機一個驅(qū)動輪發(fā)生打滑時，系統(tǒng)流量會全部流到打滑的驅(qū)動輪上，使壓路機喪失驅(qū)動能力，不能滿足復雜多變的工況需求。因此進一步提高壓路機牽引性能避免打滑還需采用變量馬達。

1.2 液壓全驅(qū)單鋼輪振動壓路機附著力

牽引力所能達到的最大值由行走液壓系統(tǒng)的輸出特性決定。車輪能否產(chǎn)生驅(qū)動力或產(chǎn)生多大的驅(qū)動力取決于附著力。

2 電子自動防滑控制策略

在驅(qū)動力矩的作用下，驅(qū)動輪在地面上滾動時，車輪與地面的接觸面上會產(chǎn)生微小滑轉(zhuǎn)，相應(yīng)的地面上也會產(chǎn)生抗滑轉(zhuǎn)反力，這些抗滑轉(zhuǎn)反力的水平合力就是切線牽引力 PK（即牽引力）。輪式車輛

壓路機為保證壓實均勻性，碾壓速度和振動頻率必須恒定，因此壓路機的滑轉(zhuǎn)率控制是以最大程度利用地面附著條件，調(diào)整前后輪牽引力輸出來避免打滑。

全驅(qū)單鋼輪振動壓路機在行駛或者壓實工況下，地面特征、爬坡角、滾動阻力系數(shù)與附著系數(shù)都是隨機變化的，要使牽引力隨行駛條件的變化不出現(xiàn)打滑并且保證前后輪行駛速度不變，最有效的途徑就是以控制驅(qū)動輪的滑轉(zhuǎn)率。當某個驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)率超限后，在給定牽引力變化梯度下，電子防滑系統(tǒng)計算出調(diào)節(jié)值，減小牽引力輸出，同時計算出前后輪驅(qū)動馬達排量比加大附著條件好的驅(qū)動輪馬達排量，使前后輪牽引力與地面附著力相匹配，避免打滑，并確保壓路機行駛速度穩(wěn)定不變。大量經(jīng)驗數(shù)據(jù)及試驗均表明，輪胎與地面滑轉(zhuǎn)率超過20%后，牽引力的小幅增大都將導致滑轉(zhuǎn)率的急劇增大。綜合考慮，滑轉(zhuǎn)率控制的上限值可選為20%

3 電子防滑轉(zhuǎn)的試驗研究

試驗地面為松散沙土，坡度為10%，壓路機為18 t液壓全驅(qū)單鋼輪振動壓路機，后輪為驅(qū)動橋傳動。碾壓過程中，在未開啟防滑轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)情況下振動輪發(fā)生打滑；在開啟電子防滑轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)后，打滑現(xiàn)象得到有效控制。電子防滑轉(zhuǎn)控制過程中發(fā)動機轉(zhuǎn)速、液壓系統(tǒng)壓力、振動輪理論速度和實際速度、前后驅(qū)動輪馬達排量比變化曲線。

4 結(jié) 語

參考文獻：

[1] 陳 雯.約束沙土流動提高車輛沙地牽引通過性研究[J].汽車研究與開發(fā)，1996（6）：2224.

[2] 楊士敏，何 波，邵建波.沙漠土壤壓實關(guān)鍵技術(shù)及壓實設(shè)備[J].筑路機械與施工機械化，2006，23（5）：5557.

[3] 方傳流，莊繼德，王慶年.剛性驅(qū)動輪在沙土上的滑轉(zhuǎn)[J].古林工業(yè)大學學報，1990，20（1）：4147.

[4] 吳小豐，宋鵬飛.液壓全驅(qū)單鋼輪壓路機沙土作業(yè)的打滑分析[J].筑路機械與施工機械化，2013（12）：6669.

[5] 易小剛，焦生杰，劉正富，等.全液壓推土機關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)研究[J].中國公路學報，2004（2）：120123.

[6] 楊人鳳，曾家勇，林 冬.風積沙壓實機理及壓實性[J].長安大學學報：自然科學版，2011，31（4）：2226，33.

[7] 林 濤，王 欣，焦生杰，等.平地機變動率節(jié)能控制技術(shù)研究[J].中國公路學報，2012，25（6）：154158.

[責任編輯：杜敏浩]endprint

摘 要：針對沙土壓實中液壓全驅(qū)單鋼輪振動壓路機的打滑問題，在分析行走驅(qū)動系統(tǒng)特性和打滑原因的基礎(chǔ)上，提出了改變前后輪驅(qū)動馬達排量比以調(diào)整牽引力的防滑轉(zhuǎn)控制策略，開展了沙土壓實作業(yè)電子抗滑轉(zhuǎn)試驗研究。結(jié)果表明：在驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)率超限時，通過電子防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)前后輪馬達排量比可充分利用地面附著條件，避免打滑。

關(guān)鍵詞：防滑轉(zhuǎn)；液壓全驅(qū)；振動壓路機；牽引力

中圖分類號：U415.52 文獻標志碼：B

0 引 言

由于沙漠地區(qū)公路建設(shè)材料的缺乏及對工程造價的考慮，公路路基的填筑必然要大量采用風積沙。風積沙的粒徑組成主要分布在0.075～0.5 mm范圍內(nèi)，具有顆粒細、無粘性、內(nèi)摩擦力小、壓縮性小、天然含水量小、保水性差等特性，使得沙土的抗剪強度較低，同時沙土在載荷作用下易變形產(chǎn)生塑性流動[1]，在外力作用下易推移、涌動，不易形成整體結(jié)構(gòu)。沙土在振動壓實作用下易被液化，這對壓實是有利的，但是對壓實機械的牽引性能是非常不利的。大量試驗結(jié)果表明，驅(qū)動輪在松軟土壤上的下陷量是隨著滑轉(zhuǎn)率的增加而增大的，并且常常由于動態(tài)下陷量過大而最終使車輛喪失通過能力[23]。因此，壓路機在壓實沙土時易打滑，牽引性能無法正常發(fā)揮，從而影響行駛或作業(yè)進程。

即使牽引性能良好的液壓全驅(qū)單鋼輪振動壓路機在沙土地區(qū)進行壓實作業(yè)時，由于前后輪結(jié)構(gòu)形式、附著系數(shù)、驅(qū)動條件以及機重在前后輪重量分配比例的差異，某個輪子也會因附著條件較差而出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)，無法正常壓實。在高滑轉(zhuǎn)率時，壓路機常常還會產(chǎn)生一種較強烈的自激振動，即振動輪跳躍現(xiàn)象，輪下土壤沿縱向發(fā)生剪切流動破壞，鋪層材料將被振松，降低了壓實質(zhì)量。本文在分析液壓全驅(qū)單鋼輪振動壓路機驅(qū)動性能的基礎(chǔ)上，針對前后輪均采用變量馬達的壓路機在沙土壓實過程中的打滑問題，給出了前后輪滑轉(zhuǎn)率控制范圍，建立了電子抗滑轉(zhuǎn)方案并進行試驗驗證，通過電子防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)前后輪驅(qū)動馬達排量比，有效避免打滑現(xiàn)象。

1 液壓全驅(qū)振動壓路機驅(qū)動系統(tǒng)分析

1.1 液壓全驅(qū)單鋼輪振動壓路機驅(qū)動機制

壓路機驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)的實質(zhì)是輸出的牽引力大于地面所能提供的附著力。當前后輪采用定量馬達驅(qū)動的壓路機一個驅(qū)動輪發(fā)生打滑時，系統(tǒng)流量會全部流到打滑的驅(qū)動輪上，使壓路機喪失驅(qū)動能力，不能滿足復雜多變的工況需求。因此進一步提高壓路機牽引性能避免打滑還需采用變量馬達。

1.2 液壓全驅(qū)單鋼輪振動壓路機附著力

牽引力所能達到的最大值由行走液壓系統(tǒng)的輸出特性決定。車輪能否產(chǎn)生驅(qū)動力或產(chǎn)生多大的驅(qū)動力取決于附著力。

2 電子自動防滑控制策略

在驅(qū)動力矩的作用下，驅(qū)動輪在地面上滾動時，車輪與地面的接觸面上會產(chǎn)生微小滑轉(zhuǎn)，相應(yīng)的地面上也會產(chǎn)生抗滑轉(zhuǎn)反力，這些抗滑轉(zhuǎn)反力的水平合力就是切線牽引力 PK（即牽引力）。輪式車輛

壓路機為保證壓實均勻性，碾壓速度和振動頻率必須恒定，因此壓路機的滑轉(zhuǎn)率控制是以最大程度利用地面附著條件，調(diào)整前后輪牽引力輸出來避免打滑。

全驅(qū)單鋼輪振動壓路機在行駛或者壓實工況下，地面特征、爬坡角、滾動阻力系數(shù)與附著系數(shù)都是隨機變化的，要使牽引力隨行駛條件的變化不出現(xiàn)打滑并且保證前后輪行駛速度不變，最有效的途徑就是以控制驅(qū)動輪的滑轉(zhuǎn)率。當某個驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)率超限后，在給定牽引力變化梯度下，電子防滑系統(tǒng)計算出調(diào)節(jié)值，減小牽引力輸出，同時計算出前后輪驅(qū)動馬達排量比加大附著條件好的驅(qū)動輪馬達排量，使前后輪牽引力與地面附著力相匹配，避免打滑，并確保壓路機行駛速度穩(wěn)定不變。大量經(jīng)驗數(shù)據(jù)及試驗均表明，輪胎與地面滑轉(zhuǎn)率超過20%后，牽引力的小幅增大都將導致滑轉(zhuǎn)率的急劇增大。綜合考慮，滑轉(zhuǎn)率控制的上限值可選為20%

3 電子防滑轉(zhuǎn)的試驗研究

試驗地面為松散沙土，坡度為10%，壓路機為18 t液壓全驅(qū)單鋼輪振動壓路機，后輪為驅(qū)動橋傳動。碾壓過程中，在未開啟防滑轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)情況下振動輪發(fā)生打滑；在開啟電子防滑轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)后，打滑現(xiàn)象得到有效控制。電子防滑轉(zhuǎn)控制過程中發(fā)動機轉(zhuǎn)速、液壓系統(tǒng)壓力、振動輪理論速度和實際速度、前后驅(qū)動輪馬達排量比變化曲線。

4 結(jié) 語

參考文獻：

[1] 陳 雯.約束沙土流動提高車輛沙地牽引通過性研究[J].汽車研究與開發(fā)，1996（6）：2224.

[2] 楊士敏，何 波，邵建波.沙漠土壤壓實關(guān)鍵技術(shù)及壓實設(shè)備[J].筑路機械與施工機械化，2006，23（5）：5557.

[3] 方傳流，莊繼德，王慶年.剛性驅(qū)動輪在沙土上的滑轉(zhuǎn)[J].古林工業(yè)大學學報，1990，20（1）：4147.

[4] 吳小豐，宋鵬飛.液壓全驅(qū)單鋼輪壓路機沙土作業(yè)的打滑分析[J].筑路機械與施工機械化，2013（12）：6669.

[5] 易小剛，焦生杰，劉正富，等.全液壓推土機關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)研究[J].中國公路學報，2004（2）：120123.

[6] 楊人鳳，曾家勇，林 冬.風積沙壓實機理及壓實性[J].長安大學學報：自然科學版，2011，31（4）：2226，33.

[7] 林 濤，王 欣，焦生杰，等.平地機變動率節(jié)能控制技術(shù)研究[J].中國公路學報，2012，25（6）：154158.

[責任編輯：杜敏浩]endprint

摘 要：針對沙土壓實中液壓全驅(qū)單鋼輪振動壓路機的打滑問題，在分析行走驅(qū)動系統(tǒng)特性和打滑原因的基礎(chǔ)上，提出了改變前后輪驅(qū)動馬達排量比以調(diào)整牽引力的防滑轉(zhuǎn)控制策略，開展了沙土壓實作業(yè)電子抗滑轉(zhuǎn)試驗研究。結(jié)果表明：在驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)率超限時，通過電子防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)前后輪馬達排量比可充分利用地面附著條件，避免打滑。

關(guān)鍵詞：防滑轉(zhuǎn)；液壓全驅(qū)；振動壓路機；牽引力

中圖分類號：U415.52 文獻標志碼：B

0 引 言

由于沙漠地區(qū)公路建設(shè)材料的缺乏及對工程造價的考慮，公路路基的填筑必然要大量采用風積沙。風積沙的粒徑組成主要分布在0.075～0.5 mm范圍內(nèi)，具有顆粒細、無粘性、內(nèi)摩擦力小、壓縮性小、天然含水量小、保水性差等特性，使得沙土的抗剪強度較低，同時沙土在載荷作用下易變形產(chǎn)生塑性流動[1]，在外力作用下易推移、涌動，不易形成整體結(jié)構(gòu)。沙土在振動壓實作用下易被液化，這對壓實是有利的，但是對壓實機械的牽引性能是非常不利的。大量試驗結(jié)果表明，驅(qū)動輪在松軟土壤上的下陷量是隨著滑轉(zhuǎn)率的增加而增大的，并且常常由于動態(tài)下陷量過大而最終使車輛喪失通過能力[23]。因此，壓路機在壓實沙土時易打滑，牽引性能無法正常發(fā)揮，從而影響行駛或作業(yè)進程。

即使牽引性能良好的液壓全驅(qū)單鋼輪振動壓路機在沙土地區(qū)進行壓實作業(yè)時，由于前后輪結(jié)構(gòu)形式、附著系數(shù)、驅(qū)動條件以及機重在前后輪重量分配比例的差異，某個輪子也會因附著條件較差而出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)，無法正常壓實。在高滑轉(zhuǎn)率時，壓路機常常還會產(chǎn)生一種較強烈的自激振動，即振動輪跳躍現(xiàn)象，輪下土壤沿縱向發(fā)生剪切流動破壞，鋪層材料將被振松，降低了壓實質(zhì)量。本文在分析液壓全驅(qū)單鋼輪振動壓路機驅(qū)動性能的基礎(chǔ)上，針對前后輪均采用變量馬達的壓路機在沙土壓實過程中的打滑問題，給出了前后輪滑轉(zhuǎn)率控制范圍，建立了電子抗滑轉(zhuǎn)方案并進行試驗驗證，通過電子防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)前后輪驅(qū)動馬達排量比，有效避免打滑現(xiàn)象。

1 液壓全驅(qū)振動壓路機驅(qū)動系統(tǒng)分析

1.1 液壓全驅(qū)單鋼輪振動壓路機驅(qū)動機制

壓路機驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)的實質(zhì)是輸出的牽引力大于地面所能提供的附著力。當前后輪采用定量馬達驅(qū)動的壓路機一個驅(qū)動輪發(fā)生打滑時，系統(tǒng)流量會全部流到打滑的驅(qū)動輪上，使壓路機喪失驅(qū)動能力，不能滿足復雜多變的工況需求。因此進一步提高壓路機牽引性能避免打滑還需采用變量馬達。

1.2 液壓全驅(qū)單鋼輪振動壓路機附著力

牽引力所能達到的最大值由行走液壓系統(tǒng)的輸出特性決定。車輪能否產(chǎn)生驅(qū)動力或產(chǎn)生多大的驅(qū)動力取決于附著力。

2 電子自動防滑控制策略

在驅(qū)動力矩的作用下，驅(qū)動輪在地面上滾動時，車輪與地面的接觸面上會產(chǎn)生微小滑轉(zhuǎn)，相應(yīng)的地面上也會產(chǎn)生抗滑轉(zhuǎn)反力，這些抗滑轉(zhuǎn)反力的水平合力就是切線牽引力 PK（即牽引力）。輪式車輛

壓路機為保證壓實均勻性，碾壓速度和振動頻率必須恒定，因此壓路機的滑轉(zhuǎn)率控制是以最大程度利用地面附著條件，調(diào)整前后輪牽引力輸出來避免打滑。

全驅(qū)單鋼輪振動壓路機在行駛或者壓實工況下，地面特征、爬坡角、滾動阻力系數(shù)與附著系數(shù)都是隨機變化的，要使牽引力隨行駛條件的變化不出現(xiàn)打滑并且保證前后輪行駛速度不變，最有效的途徑就是以控制驅(qū)動輪的滑轉(zhuǎn)率。當某個驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)率超限后，在給定牽引力變化梯度下，電子防滑系統(tǒng)計算出調(diào)節(jié)值，減小牽引力輸出，同時計算出前后輪驅(qū)動馬達排量比加大附著條件好的驅(qū)動輪馬達排量，使前后輪牽引力與地面附著力相匹配，避免打滑，并確保壓路機行駛速度穩(wěn)定不變。大量經(jīng)驗數(shù)據(jù)及試驗均表明，輪胎與地面滑轉(zhuǎn)率超過20%后，牽引力的小幅增大都將導致滑轉(zhuǎn)率的急劇增大。綜合考慮，滑轉(zhuǎn)率控制的上限值可選為20%

3 電子防滑轉(zhuǎn)的試驗研究

試驗地面為松散沙土，坡度為10%，壓路機為18 t液壓全驅(qū)單鋼輪振動壓路機，后輪為驅(qū)動橋傳動。碾壓過程中，在未開啟防滑轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)情況下振動輪發(fā)生打滑；在開啟電子防滑轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)后，打滑現(xiàn)象得到有效控制。電子防滑轉(zhuǎn)控制過程中發(fā)動機轉(zhuǎn)速、液壓系統(tǒng)壓力、振動輪理論速度和實際速度、前后驅(qū)動輪馬達排量比變化曲線。

4 結(jié) 語

參考文獻：

[1] 陳 雯.約束沙土流動提高車輛沙地牽引通過性研究[J].汽車研究與開發(fā)，1996（6）：2224.

[2] 楊士敏，何 波，邵建波.沙漠土壤壓實關(guān)鍵技術(shù)及壓實設(shè)備[J].筑路機械與施工機械化，2006，23（5）：5557.

[3] 方傳流，莊繼德，王慶年.剛性驅(qū)動輪在沙土上的滑轉(zhuǎn)[J].古林工業(yè)大學學報，1990，20（1）：4147.

[4] 吳小豐，宋鵬飛.液壓全驅(qū)單鋼輪壓路機沙土作業(yè)的打滑分析[J].筑路機械與施工機械化，2013（12）：6669.

[5] 易小剛，焦生杰，劉正富，等.全液壓推土機關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)研究[J].中國公路學報，2004（2）：120123.

[6] 楊人鳳，曾家勇，林 冬.風積沙壓實機理及壓實性[J].長安大學學報：自然科學版，2011，31（4）：2226，33.

[7] 林 濤，王 欣，焦生杰，等.平地機變動率節(jié)能控制技術(shù)研究[J].中國公路學報，2012，25（6）：154158.

[責任編輯：杜敏浩]endprint