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推土机单手柄转向、制动电液比例控制系统 吉林大学 刘昕晖 穆慧秋 宫文斌 摘要 本文采用单手柄控制电液比例控制系统，对TY230推土机转向、制动系统进行改造，提高了转向、制动系统的操作性能，减轻了驾驶员的劳动强度 关键词：推土机 转向 制动系统 单手柄 电液比例控制  1 引言 推土机工作环境恶劣，劳动强度大，驾驶中需要频繁调整行进的方向，同时还要进行档位调节及工作装置调节。目前，大多数推土机的转向、制动操纵方式主要是手动，即采用一定杠杆比的操纵杆，通过钢丝软轴或刚性拉杆直接连到滑阀端来操纵转向、制动离合器的分离、结合。从目前的结构上看主要存在的问题有：（1）操纵杆件多。控制转向、制动有四根控制杆。推土机是循环作业机械，作业工况比较复杂，在作业过程中，驾驶员需不断调整工作装置的位置，经常变换推土机的行进速度和方向。频繁的变换操纵不同的操纵杆既分散驾驶员的注意力，影响作业质量和生产率，又增加驾驶员的劳动强度。（2）操纵杆布置困难。驾驶室的空间狭小，而且操纵杆多，在布置时很难保证各操纵杆在驾驶员最合理的操纵位置。（3）操纵杆刚性连接。操纵杆距离控制目标远。采用刚性杆连接，结构复杂，需要许多变换机构，安装调整不方便。鉴于目前推土机在操纵上的诸多缺点，从人机工程学出发合理布置操纵杆位置，减小操纵力和行程，提出转向制动操纵的单手柄集中控制方案。该方案采用电液比例控制，将左右转向、制动操作集中在一个控制手柄上，简化控制动作，减小操纵力、减少操纵杆及控制连杆的数量，使驾驶员的操纵方式和工作空间更加合理。 2 单手柄操纵机构国、内外研究简述 小松D65E系列推土机采用了变速、转向操纵的单手柄集中控制。该系列推土机的集中控制系统有二种方式：一是集中操纵连杆机构，该系统是通过操纵单手柄控制装置中的连杆机构，通过连杆控制软轴操纵转向制动阀和变速箱控制阀，该方式虽然实现了转向制动变速等操作的集中控制，但它的连杆机构很复杂，空间布置也不方便；二是采用液压先导与连杆操纵相结合的控制机构，该方式控制变速、换向仍采用软轴控制，而转向制动采用了液压先导控制，但该机型的转向制动系统与传统的离合器控制方式有很大的差别。（不再采用传统式的转向离合器，而采用差速行星转向机构，由转向马达产生的运动和变速器输出轴经中央伞齿轮传向两端的运动进行叠加或相减，使推土机两侧驱动轮产生转速差从而实现推土机转向。该系列推土机的转向控制实际是控制马达的旋转方向，使马达产生不同方向的旋转来达到使推土机转向的目的。） 卡特彼勒公司D10R推土机转向系统使用标准电子离合器/制动操纵系统（ECB）。其转向系统有两个小手柄，将控制信号传给转向阀。位于驾驶员左侧的手指控制器（FTC）可利用单手操作，控制机器的转向、前进、后退及换档。 从国内的推土机生产厂家的情况看，目前尚无单手柄集中控制系统。 3 电液比例控制单手柄转向制动操纵系统技术方案 鉴于对国外控制方案的分析及对比，我们认为采用电液比例控制方案较为合适。该技术已成功应用于国家“863”计划“ZL50G机器人化装载机”项目中，该项目的控制功能与推土机转向制动控制有许多共同之处。 电液比例控制技术是近年来在工程机械产品中应用越来越广泛的成熟技术。电液比例控制最显著的特点是抗污染能力强，工作可靠，使用维护与一般液压件相同，容易推广应用。电液比例控制能够按比例的控制液流的压力和流量，从而对执行元件的力、速度和位移进行连续控制，并能按输入信号的极性改变液流的方向，且在力、速度和位移变换时，能避免冲击现象；可以简化油路设计，节省元件数量，节能效果也十分明显。是目前在工程机械中日益流行的控制方法。 该方案采用电——液控制方式，驾驶室内的控制手柄通过线束与安放在底盘上的电液比例控制阀组相连，比例阀通过油管与控制油缸相连，所有的连接均为柔性连接，使驾驶室的布置设计变得非常简单。同时手柄的操纵力小（3N），因此这种控制方式又称为“指尖控制”，这大大减轻了驾驶员的劳动强度。转向制动控制过程受计算机控制，因此可方便的改变控制程序来改变其控制特性。由于采用计算机控制，可以完全消除传统机械方案中由于连杆的间隙所造成的控制死区，提高了控制精度和控制灵敏度。目前国产机型尚无应用计算机控制方案，该项目的实施对于提高产品的科技含量、提高产品的市场占有率无疑具有很大帮助。 4 单手柄电液比例控制系统组成及工作原理 该系统由手柄、控制器、电液比例减压阀、三位四通换向阀、关节轴承、油缸等组成。 用于推土机转向制动控制的原理是：单手柄根据手柄的角度大小及方向，发出与角度成比例的电信号（PWM信号），单片机接受该信号，并进行运算、放大及逻辑判断，从而控制电液比例阀的压力信号，最终控制执行机构。控制原理如图1所示。4.1 转向制动液压控制系统介绍 该系统由主系