履帶式平板運(yùn)輸車電氣系統(tǒng)

安玉忠，安欣（.中海油有限公司天津分公司，天津30045；.河北工業(yè)大學(xué)，天津30030）

履帶式平板運(yùn)輸車電氣系統(tǒng)

安玉忠1，安欣2
（1.中海油有限公司天津分公司，天津300452；2.河北工業(yè)大學(xué)，天津300130）

提出一種新型近海灘涂履帶式平板運(yùn)輸車，該運(yùn)輸車是近海灘涂地區(qū)專用的重載運(yùn)輸工具，采用全閉式液壓系統(tǒng)，電液控制方式，及差速轉(zhuǎn)向控制技術(shù)，對(duì)該車電氣控制系統(tǒng)組成、功能及控制技術(shù)等予以簡(jiǎn)要介紹。

水陸灘運(yùn)輸；履帶式平板運(yùn)輸車；差速轉(zhuǎn)向；電氣控制系統(tǒng)

0　前言

隨著國(guó)內(nèi)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，風(fēng)電設(shè)備吊裝所用起重機(jī)單機(jī)額定起重量也越來(lái)越大，同時(shí)對(duì)吊裝風(fēng)電設(shè)備用起重機(jī)的重載型運(yùn)輸工具需求也越來(lái)越大。但目前承擔(dān)灘涂運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)載工具仍以民用拖拉機(jī)為主，偶爾也有專業(yè)的運(yùn)載工具使用，如中國(guó)一拖集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的東方紅-120R履帶式運(yùn)輸車，但是該履帶式平板運(yùn)輸車并不是為風(fēng)電灘涂區(qū)域?qū)ｉT設(shè)計(jì)，而是一種灘涂、沙漠、低濕地等條件下通用的運(yùn)載工具，且該車控制為液壓控制方式，也嚴(yán)重不能滿足大型風(fēng)電設(shè)備運(yùn)輸?shù)囊?。因此，迫切需要專門設(shè)計(jì)一種新型的、適用于灘涂地區(qū)的重載運(yùn)輸工具。根據(jù)市場(chǎng)實(shí)際需求，本文提出一種新型履帶式運(yùn)輸車輛，采用全閉式液壓系統(tǒng)，利用電液控制方式，采用先進(jìn)控制理論，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降噪、環(huán)保的目的。本文將簡(jiǎn)要分析履帶式平板運(yùn)輸車的電氣控制系統(tǒng)。

1　運(yùn)輸車電氣系統(tǒng)構(gòu)成

履帶式平板運(yùn)輸車主要作業(yè)于近海潮間帶，用作近海系列風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)施工設(shè)備、安裝設(shè)備的運(yùn)輸。履帶式平板運(yùn)輸車電控系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)部分：動(dòng)力系統(tǒng)控制；液壓系統(tǒng)控制；人機(jī)界面（HMI）；輔助電器控制。上述四部分中動(dòng)力系統(tǒng)控制、液壓系統(tǒng)控制為電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。除去人機(jī)界面外，其余部分都由檢測(cè)元件、控制部件、指令輸入設(shè)備和最終執(zhí)行部件組成。系統(tǒng)經(jīng)由CAN總線進(jìn)行通信，如圖1所示。

在滿足設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，硬件連接線路越簡(jiǎn)單、控制器之間的通訊越少越好。這在客觀上要求線路中的接插件要合理布置，兼顧安裝和維修的方便性。因此，采用如圖2所示的分布式布置方式。所有控制器都放置于主駕駛室電氣柜內(nèi)，布置多個(gè)分線盒，實(shí)現(xiàn)了集中——分散——集中的分布方式，線路簡(jiǎn)單明了，便于布置。

圖1　履帶式平板運(yùn)輸車電氣控制系統(tǒng)

圖2　電氣系統(tǒng)的分布式布置

2　發(fā)動(dòng)機(jī)控制

發(fā)動(dòng)機(jī)與變量泵功率匹配控制控制包括2個(gè)基本方面：（1）負(fù)載適應(yīng)模式控制，其作用是根據(jù)作業(yè)工況負(fù)荷變化選擇發(fā)動(dòng)機(jī)功率模式，通過(guò)負(fù)荷感應(yīng)的智能化控制，使發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率按照負(fù)荷實(shí)際消耗功率匹配輸出；（2）發(fā)動(dòng)機(jī)極限功率模式控制，作用是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于極限功率時(shí)，智能調(diào)節(jié)泵的排量，改變外界負(fù)載使之適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，防止因外界負(fù)荷變化而改變發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使系統(tǒng)始終工作在最佳工作點(diǎn)附近，進(jìn)而穩(wěn)定發(fā)動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速，防止發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降過(guò)快而熄火，保證系統(tǒng)節(jié)能。

2.1負(fù)載適應(yīng)模式

所謂負(fù)載適應(yīng)模式，就是改變發(fā)動(dòng)機(jī)的功率來(lái)適應(yīng)外界負(fù)載的要求，滿足使用性能[1]。負(fù)載適應(yīng)模式是一種開(kāi)環(huán)控制方式，控制器將檢測(cè)到的負(fù)載信號(hào)發(fā)送給發(fā)動(dòng)機(jī)ECU，根據(jù)外界負(fù)載計(jì)算所需發(fā)動(dòng)機(jī)功率，進(jìn)而控制發(fā)動(dòng)機(jī)噴油調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，改變噴油量，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)外輸出功率的改變，適應(yīng)負(fù)載的需求，其原理如圖3所示。

圖3　負(fù)載適應(yīng)模式的控制原理

通常而言，負(fù)載檢測(cè)可通過(guò)兩種途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)：一是檢測(cè)電控操作手柄的動(dòng)作，再根據(jù)手柄動(dòng)作識(shí)別負(fù)載的大?。欢菣z測(cè)液壓泵的出口壓力，進(jìn)而判斷出此時(shí)的負(fù)載情況。本文所提及的履帶運(yùn)輸車綜合應(yīng)用了上述兩種負(fù)載檢測(cè)方式。

2.2極限功率模式

極限功率模式控制是一種自動(dòng)調(diào)節(jié)變量泵排量的智能控制技術(shù)，其基本原理是：當(dāng)變量泵的吸收功率大于發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率時(shí)，控制器自動(dòng)降低變量泵的吸收功率，保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)不過(guò)載，使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在一個(gè)較好的工況下[2]。

極限功率控制主要由兩部分組成：

判斷泵的吸收功率PP是否大于發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率PE，即PP>PE是否成立；

當(dāng)PP>PE時(shí)，快速減小泵的排量，降低泵的吸收功率，使發(fā)動(dòng)機(jī)回到正常轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)。

極限功率控制模式中，若系統(tǒng)判斷出泵吸收功率PP大于發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率PE，需要進(jìn)行調(diào)節(jié)后，系統(tǒng)迅速做出響應(yīng)，降低變量泵的排量，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速回到允許的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。調(diào)節(jié)方式一般采用PID調(diào)節(jié)方式。

控制框圖如圖4所示。

3　液壓系統(tǒng)控制及差速轉(zhuǎn)向模式

與傳統(tǒng)的履帶式平板運(yùn)輸車輛轉(zhuǎn)向時(shí)利用后橋轉(zhuǎn)向離合器（制動(dòng)器），改變快慢側(cè)驅(qū)動(dòng)輪上的驅(qū)動(dòng)扭矩，使兩側(cè)履帶產(chǎn)生不同的驅(qū)動(dòng)力，從而形成轉(zhuǎn)向力矩來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的“差力轉(zhuǎn)向模式”相比，本文所提及的履帶式運(yùn)輸車采用了“差速”轉(zhuǎn)向模式。

圖4　極限功率PID控制原理

“差速”轉(zhuǎn)向的基本工作原理是：通過(guò)不同開(kāi)度的手柄，分別控制左右兩側(cè)履帶的速度，因左右兩側(cè)行走速度不同，形成相對(duì)速度差，與地面相對(duì)滑移過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)向的功能?？刂苾墒直牟煌_(kāi)度，理論上可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向半徑大小的無(wú)極改變。

4　結(jié)語(yǔ)

本文介紹了履帶式平板運(yùn)輸車電氣控制系統(tǒng)的組成、功能及相關(guān)控制方式；闡明了發(fā)動(dòng)機(jī)與變量泵的兩種匹配方式，提出了差速轉(zhuǎn)向控制模式，并在實(shí)際車輛中取得了良好的應(yīng)用效果。

發(fā)動(dòng)機(jī)采用了兩種控制模式：負(fù)載適應(yīng)控制模式和極限功率控制模式，使發(fā)動(dòng)機(jī)與液壓泵的匹配更為科學(xué)合理，同時(shí)，增加了可操作性，更好地保護(hù)了發(fā)動(dòng)機(jī)；

采用了差速轉(zhuǎn)向模式，增強(qiáng)了履帶運(yùn)輸車的機(jī)動(dòng)性和合理性。

更經(jīng)濟(jì)、更節(jié)能。由于采用功率極限控制作用，減小了發(fā)動(dòng)機(jī)功率儲(chǔ)備，降低了履帶運(yùn)輸車的制造成本。

［1］陳欠根，李延偉，郝鵬.液壓挖掘機(jī)負(fù)載自適應(yīng)全局功率匹配控制系統(tǒng)［J］.工程機(jī)械，2007（38）：21-24.

［2］史金鐘，徐玉梅，劉華，等.東方紅-120R履帶式運(yùn)輸車靜液壓傳動(dòng)系設(shè)計(jì)［J］.液壓與氣動(dòng)，2005（05）：19-21.

(編輯：向飛)

Electric System for Crawler Flat-Bed-Transporter

AN Yu-zhong1，AN Xin2
（1.CNOOCChina Limited，Tianjin Branch Company，Tianjin300452，China；2.HebeiUniversity of Technology，Tianjin300130，China）

In this report a new crawler flat-bed-transporter on the offshore beach is proposed.Such a transporter is used specifically for heavy-load transportation in offshore area with mudflats.It adopts a fully closed hydraulic system，electro-hydraulic control and differential steering control technique.Brief introduction of the composition，function and control technique of the electric control system are given in the paper.

land and water bank transportation；crawler flat-bed-transporter；differentialsteering；electric controlsystem

U469.694

A

1009－9492(2015)06－0082－02

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.06.020

2015－02－04

安玉忠，男，1968年生，河北人，大學(xué)本科，工程師。研究領(lǐng)域：機(jī)械設(shè)備。已發(fā)表論文1篇。