近幾年，隨著社會和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對推土機(jī)的適應(yīng)工況要求越來越高，如垃圾填埋、搶險救援、軍事排雷、核能、建筑拆除、水泥生產(chǎn)以及冶金等特殊工況作業(yè)環(huán)境惡劣，對人身體健康和安全威脅較大，不適合作業(yè)人員在現(xiàn)場直接操作推土機(jī)施工作業(yè)，為此開發(fā)適應(yīng)惡劣環(huán)境的遙控型推土機(jī)，已經(jīng)成為提高產(chǎn)品市場競爭力的一個重要途徑。

一、液壓系統(tǒng)組成與原理

推土機(jī)在正常使用中，作業(yè)動作分為行走動作和工作裝置調(diào)整動作，其中行走動作包括主機(jī)的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和制動，工作裝置調(diào)整動作包括鏟刀的上升、下降、浮動、左傾斜和右傾斜，這兩部分的動作分別依靠行走系統(tǒng)和工作裝置液壓系統(tǒng)完成。無線遠(yuǎn)程控制采用電磁波來傳遞控制信號，與機(jī)械裝置相比，液壓系統(tǒng)與電氣控制系統(tǒng)具有更好的結(jié)合性，為了實(shí)現(xiàn)對推土機(jī)無線遠(yuǎn)程控制，并實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能，遙控推土機(jī)行走系統(tǒng)、工作裝置一般采用液壓系統(tǒng)驅(qū)動。

行走液壓系統(tǒng)

無線遙控推土機(jī)采用閉式雙回路靜液壓驅(qū)動，其中包括行走系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)兩部分，在實(shí)現(xiàn)推土機(jī)基礎(chǔ)行走動作的同時具有無級調(diào)速功能，某型無線遙控推土機(jī)行走液壓系統(tǒng)原理如圖1所示。

行走系統(tǒng)

行走系統(tǒng)為閉式雙回路結(jié)構(gòu)形式，包括左行走系統(tǒng)和右行走系統(tǒng)。左行走系統(tǒng)由集成泵III、集成馬達(dá)IV、控制閥組II和管路組成。右行走系統(tǒng)由集成泵VI、集成馬達(dá)VII、控制閥組V和管路組成，左、右行走系統(tǒng)原理相同，下面以左行走系統(tǒng)為例進(jìn)行說明。

行走泵13和行走馬達(dá)19進(jìn)、出油口兩兩相連，構(gòu)成行走系統(tǒng)主油路，且泵和馬達(dá)都為雙向運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)推土機(jī)的前進(jìn)、后退動作。過載補(bǔ)油閥6和7分別由1個溢流閥和1個單向閥組成，用于對主油路壓油側(cè)進(jìn)行過載保護(hù)和對吸油側(cè)進(jìn)行補(bǔ)油。溢流閥5為調(diào)壓閥，用于調(diào)定進(jìn)入集成泵III補(bǔ)油壓力和控制閥組II控制壓力。對中閥芯10與三位換向閥11閥芯剛性連接，三位換向閥11閥體、對中閥芯12以及行走泵13調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)三者剛性連接，并通過閥芯機(jī)能和彈簧力作用，形成了一個變量調(diào)節(jié)負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。

電比例減壓閥8、9為線性比例控制閥，通過改變控制電流大小可實(shí)現(xiàn)輸出油液壓力大小控制。給定電比例減壓閥8一定大小的控制電流時，其輸出一定值的壓力油，推動對中閥芯10左移，并通過負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)行走泵13正向排量大小的調(diào)節(jié)。同理給定電比例減壓閥9一定大小的控制電流，可以實(shí)現(xiàn)行走泵13反向排量的調(diào)節(jié)，即通過控制電比例減壓閥8和9輸入電流的大小，即可控制行走泵13的正、反向排量大小調(diào)節(jié)，排量調(diào)節(jié)范圍0.1%。

電比例換向閥21和變量調(diào)節(jié)缸20組成行走馬達(dá)19的排量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)電比例換向閥21輸入電流控制變量調(diào)節(jié)缸20位移，從而實(shí)現(xiàn)馬達(dá)排量的調(diào)節(jié)。排量調(diào)節(jié)為線性必例調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍30.1%。沖洗閥18和節(jié)流閥19用于將泵吸油側(cè)一定流量的熱油導(dǎo)流到馬達(dá)殼體，通過殼體回油冷卻和補(bǔ)油泵補(bǔ)油保證主油路工作溫度符合要求。溢流閥16為1個回油背壓閥。

行走泵和行走馬達(dá)(排量為線性比例調(diào)節(jié))均為變量元件，在其組成的容積調(diào)速回路中，可實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)和恒功率調(diào)節(jié)，以此適應(yīng)各種工況下的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)推土機(jī)的無級調(diào)速功能。同時通過控制行走泵和馬達(dá)的排量，可使左、右行走系統(tǒng)產(chǎn)生速度差，實(shí)現(xiàn)推土機(jī)的左、右轉(zhuǎn)向。當(dāng)其中一側(cè)行走系統(tǒng)靜止、另一側(cè)運(yùn)動時，即可實(shí)現(xiàn)推土機(jī)原地轉(zhuǎn)向。

左、右行走系統(tǒng)的泵和馬達(dá)均為電比例控制，控制方式分為數(shù)字量控制和模擬量控制，數(shù)字量控制采用脈寬調(diào)制信號PWM形式，矩形波占空比在范圍內(nèi)可調(diào)。模擬量控制采用直流電疊加或不疊加顫振信號形式，很好地與電氣控制系統(tǒng)相結(jié)合。在推土機(jī)主機(jī)駕駛室和遙控室中分別設(shè)置電控手柄，可分別實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)駕駛室操作模式與遙控模式。

輔助系統(tǒng)

輔助系統(tǒng)分為供油系統(tǒng)、制動系統(tǒng)和回油冷卻系統(tǒng)3部分組成，在供油系統(tǒng)中，輔助泵2經(jīng)粗濾1從液壓油箱40中吸油，再經(jīng)過濾器I過濾后，分別為主油路補(bǔ)油、控制閥組控制、行走馬達(dá)控制和制動器控制提供壓力油，定差溢流閥4可在精濾3堵塞達(dá)到壓差設(shè)定值后，使油液直接進(jìn)入系統(tǒng);在制動系統(tǒng)中，通過控制電磁換向閥22的通斷控制制動器23和24，在推土機(jī)需要制動時，控制行走泵的電比例減壓閥全部失電，使行走泵排量降為零，切斷了行走主油路的壓力油。同時電磁換向閥22失電切斷制動器壓力油，制動器中油液回油箱，依靠彈簧復(fù)位后的壓緊力實(shí)現(xiàn)制動。在回油冷卻系統(tǒng)中，行走泵、控制閥組和行走馬達(dá)的殼體中的油經(jīng)冷卻器14流回油箱，單向閥15可在冷卻器堵塞或回油量過大時，使油液直接流回液壓油箱，保護(hù)過濾器。

工作裝置液壓系統(tǒng)

工作裝置液壓系統(tǒng)由工作系統(tǒng)和控制系統(tǒng)2部分組成，控制系統(tǒng)采用電控和液控并存的結(jié)構(gòu)形式，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控操作和駕駛室直接操作雙模式并存。電控結(jié)構(gòu)可與電氣控制系統(tǒng)良好結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)無線遙控功能。液控結(jié)構(gòu)采用液壓先導(dǎo)控制，具有良好的可靠性，在遙控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，依然可以在駕駛室中正常操作推土機(jī)工作，工作裝置液壓系統(tǒng)原理如圖2所示。

工作系統(tǒng)

雙聯(lián)泵19大泵經(jīng)粗濾器吸油向工作系統(tǒng)供油，溢流閥18限定工作油路最高壓力和起安全保護(hù)的作用。三位換向閥15通過切換傾斜缸進(jìn)回油方向，實(shí)現(xiàn)鏟刀左傾、右傾調(diào)整動作。同理四位換向閥14用于實(shí)現(xiàn)鏟刀提升、下降動作，當(dāng)四位換向閥14在最右端閥位工作時，2個鏟刀升降缸進(jìn)、回油路相通，升降缸2腔同時進(jìn)入失壓狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)鏟刀浮動動作。兩換向閥采用串并聯(lián)結(jié)構(gòu)，同一時間只能允許鏟刀實(shí)現(xiàn)單一調(diào)整動作，鏟刀動作所需供油量充分，鏟刀動作調(diào)整響應(yīng)迅速。

傾斜缸動作所需流量小于升降缸流量，在設(shè)計傾斜管路時，可讓傾斜管路直徑小于升降管路直徑，即通過管路節(jié)流來使鏟刀傾斜缸獲得所需的流量。鏟刀升降油路和傾斜油路共接有4個過載補(bǔ)油閥，在推土鏟受到?jīng)_擊時，液壓缸壓力油腔通過過載補(bǔ)油閥中的溢流閥對系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，同時液壓缸無壓腔通過過載補(bǔ)油閥單向閥進(jìn)行補(bǔ)油，避免液壓缸無壓腔吸空。

控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)分為供油系統(tǒng)、液控系統(tǒng)和電控系統(tǒng)共3部分。雙聯(lián)小泵吸油后經(jīng)精濾器過濾后分別向液控系統(tǒng)、電控系統(tǒng)和蓄能器供油。溢流閥4作為調(diào)壓閥用于限定控制系統(tǒng)壓力，單向閥4用于因發(fā)動機(jī)熄火造成泵停止運(yùn)行后保持蓄能器壓力，蓄能器6用于在發(fā)動機(jī)熄火后繼續(xù)為控制系統(tǒng)提供壓力油，從而可以控制鏟刀自由降落至地面。在先導(dǎo)閥組和電控閥組出現(xiàn)故障時，將截止閥7關(guān)閉，使蓄能器中的壓力油鎖住，可避免拆卸管路時油液噴出，方便對控制閥組進(jìn)行檢修。

液控系統(tǒng)由先導(dǎo)閥組、閥組進(jìn)回油管路和控制管路組成。供油系統(tǒng)向先導(dǎo)閥組9提供一定壓力油液，壓力油通過閥組減壓后經(jīng)電控閥組梭閥對換向閥進(jìn)行位移控制，同時換向閥芯回油經(jīng)過梭閥流回油箱。該閥組為線性比例閥，可以根據(jù)閥組控制手柄位移大小輸出不同壓力的控制油。線性比例控制換向閥閥芯位移，實(shí)現(xiàn)不同流量的輸出，便可滿足駕駛員對鏟刀調(diào)整動作不同速度的需求。

電控系統(tǒng)由電控閥組、閥組進(jìn)回油管路和控制管路組成，電控閥組8由4個電比例壓閥和4個梭閥組成。電比例減壓閥為線性比例控制，可以根據(jù)輸入控制電流的大小，將供油系統(tǒng)提供的壓力油調(diào)節(jié)到所需壓力，經(jīng)梭閥對換向閥閥芯進(jìn)行位移控制，從而實(shí)現(xiàn)駕駛員對所需的油缸動作和不同的動作速度。換向閥芯回油也經(jīng)過梭閥流回油箱。

4個梭閥在系統(tǒng)中起到2個作用:一是實(shí)現(xiàn)電控系統(tǒng)和液控系統(tǒng)并存的結(jié)構(gòu)形式;二是在電控或液控某一系統(tǒng)執(zhí)行控制動作時，對另一系統(tǒng)進(jìn)行沖擊保護(hù)。4個電比例減壓閥為電信號控制，是實(shí)現(xiàn)工作裝置無線遙控動作的關(guān)鍵部分。

二、實(shí)際應(yīng)用結(jié)果

本系統(tǒng)已成功應(yīng)用于某型遙控推土機(jī)中，通過與電氣控制系統(tǒng)的良好結(jié)合性，實(shí)現(xiàn)了推土機(jī)的遙控功能，可使駕駛員在遙控室中快速準(zhǔn)確地控制堆土機(jī)行走動作和工作裝置動作。在實(shí)際應(yīng)用過程中，液壓系統(tǒng)元件壓力、流量等參數(shù)需根據(jù)不同功率大小的推土機(jī)具體要求進(jìn)行計算。本系統(tǒng)在創(chuàng)新的同時兼顧傳統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了推土機(jī)無線遙控駕駛模式和傳統(tǒng)駕駛模式并存的結(jié)構(gòu)形式，提高了推土機(jī)應(yīng)對各種工況的適應(yīng)性。

本系統(tǒng)在工作裝置動作控制過程中，傳統(tǒng)液控模式采用先導(dǎo)閥控制作業(yè)，無線遙控模式采用電信號控制遙控閥組來控制作業(yè)，2種模式都減小了駕駛員的勞動強(qiáng)度，且兩者都與蓄能器相結(jié)合，保證在發(fā)動機(jī)熄火后操作先導(dǎo)閥或者遙控閥組可以使鏟刀正常降落到地面。在進(jìn)行其中任何一種模式操作時，另一種模式液壓系統(tǒng)通過遙控閥組中的梭閥得到很好的沖擊保護(hù)，保證了系統(tǒng)的正常運(yùn)行和使用壽命。本系統(tǒng)充分發(fā)揮了推土機(jī)應(yīng)對各種特殊、復(fù)雜工況的作業(yè)優(yōu)勢，尤其在作業(yè)環(huán)境惡劣的工況中，有效保證了作業(yè)人員的健康和安全。