（山推工程機械股份有限公司，山東 濟寧 272073）

1 應(yīng)用現(xiàn)狀

液力機械型推土機的變速箱為行星式變速箱，由五個擋位組成，即五個齒輪排，每個齒輪排代表一個擋位。下圖1（a）為某變速箱的結(jié)構(gòu)簡圖，在離合器不結(jié)合時，變速箱不輸出動力。在某一離合器結(jié)合時，該離合器連接的行星排參與動力傳遞。如圖1（b）所示，為該款變速箱掛前進二擋時的狀況，此時，前進擋離合器和二擋離合器被壓緊，變速箱按照前進二擋的傳動比將發(fā)動機輸入的動力輸出給后一級傳動系統(tǒng)。

因此，推土機的換擋操作需要將駕駛員的操作換擋連桿動作轉(zhuǎn)換成壓緊對應(yīng)擋位離合器的動作。

目前在市場中出現(xiàn)履帶式推土機的電控式換擋系統(tǒng)中，采用如下電控換擋機構(gòu)，通過控制器控制比例閥給擋位離合器充油，實現(xiàn)推土機的換擋控制。該技術(shù)方案存在以下3 個問題。

1）沒有駕駛員操作信息采集 推土機何時進行換擋操作，完全是由駕駛員的操作決定的，因此完整的換擋控制系統(tǒng)必須包含駕駛員操作信息采集的部分。

圖1 某推土機變速箱結(jié)構(gòu)

2）沒有當前擋位顯示 電子手柄進行操縱的時候，手柄本體上并沒有相關(guān)標示，必須借助別的方式來顯示當前車輛的擋位狀態(tài)。

3）沒有壓力反饋 在履帶式推土機電控換擋過程中，為了進一步換擋沖擊，電控比例閥控制的各擋位離合器內(nèi)的壓力按照圖2 所示變化。

圖2 離合器換擋過渡過程壓力變化

其中，在c～d 階段，為充油開始段，油液充滿從閥到離合器油缸體油腔的所有空間，包含各類油道。充滿了之后，才能進行后面的壓力調(diào)節(jié)。然而，c～d 階段究竟需要多長時間在不同轉(zhuǎn)速和負載狀態(tài)下是不一致的。假設(shè)在沒有壓力反饋的情況下，為了保證c～d 階段在給定的時間內(nèi)能充滿（通常會根據(jù)大量的實驗數(shù)據(jù)確定，該時間要大于實驗中最長的時間），則c～d 階段的時間會留得比較長，導(dǎo)致?lián)Q擋過渡過程時間過長。而通過引入壓力反饋，控制器就能通過壓力檢測能知道c～d階段是在什么時候結(jié)束的（即d點的位置）。從而盡快啟動后面的壓力調(diào)節(jié)過程，縮短換擋過渡過程，壓縮換擋時間，提高換擋品質(zhì)。

2 推土機電控換擋方案詳細闡述

本技術(shù)方案根據(jù)駕駛員的操作實現(xiàn)推土機變速箱的換擋控制以及擋位狀態(tài)檢測的方法進行說明。如圖3 所示，圖中F、R、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ分別表示推土機變速箱的前進擋離合器、后退擋離合器、三擋離合器、二擋離合器和一擋離合器。

圖3 推土機換擋控制與狀態(tài)檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

駕駛員對手柄1 的操作被讀入控制器3，控制器確定了當前處于哪個擋位后，將當前擋位信息通過通信線路發(fā)送給顯示器2，顯示器將當前擋位顯示給駕駛員。

當控制器檢測到駕駛員操作使當前擋位發(fā)生變化時，就需要給發(fā)生變化的相應(yīng)擋位的離合器油腔進行充油或泄油。圖4 中前進擋、后退擋、三擋、二擋、一擋5 個擋位離合器對應(yīng)的比例閥分別為4、6、8、10、12；5 個擋位離合器對應(yīng)的壓力傳感器分別為5、7、9、11、13，他們的壓力接口與離合器油腔接通，下面以從空擋換到前進一擋為例進行詳細說明。

當手柄信號顯示駕駛員由空擋換到了前進一擋時，控制器驅(qū)動前進擋（即圖3 中的F）對應(yīng)的比例閥4 和一擋（即圖3 中的Ⅰ）對應(yīng)的比例閥12 按照圖2 所示的壓力變化規(guī)律將P 口的壓力油充入擋位離合器油腔?？刂破饕詨毫鞲衅?和壓力傳感器13 作為反饋，來確認前進擋和一擋分別完成圖3 所示的c～d 段充油過程，然后，控制器控制2 個擋位的壓力進入后面的壓力變化階段。

變速箱5 個擋位的壓力信息由各自的壓力傳感器5、7、9、11、13 轉(zhuǎn)換成電信號輸入給控制器3。控制器3 將各個擋位的壓力數(shù)值通過通訊線路傳送給顯示器2。在維修人員需要檢測擋位壓力來進行故障排查時，維修人員可以從顯示器2上調(diào)出壓力參數(shù)顯示界面，實時監(jiān)控各擋位離合器壓力的變化，從而方便故障排查，即時鎖定故障原因。

3 方案技術(shù)要求及系統(tǒng)搭建

實現(xiàn)本技術(shù)方案，各部件具體實施方式如下。

3.1 電氣連接

手柄、控制器、顯示器、比例閥、壓力傳感器之間的電氣連接關(guān)系如圖4 所示。

3.2 油路連接

比例閥控制充油的液壓結(jié)構(gòu)可以采用如圖5結(jié)構(gòu)。

圖中4 即為比例閥，作為先導(dǎo)級控制壓力的變化。2 為壓力傳感器作為壓力的反饋。2 所安裝的壓力檢測口的位置上，壓力油與離合器油腔是相通的。

每個擋位離合器配備一套這樣的結(jié)構(gòu)，即可完成本擋位的充油、泄油和壓力檢測。

圖4 系統(tǒng)電氣連接圖

圖5 比例閥與壓力傳感器的安裝位置

4 推土機電控換擋的實際應(yīng)用效果

推土機電控換擋利用控制器采集駕駛員的換擋操作信息，將換擋操作信息轉(zhuǎn)換成了推土機的變速箱對應(yīng)離合器的充油、泄油動作，完成了推土機的電控換擋過程。相比機械連桿式換擋操縱，電子手柄的操縱力小，操縱機構(gòu)連接為電線連接，柔性好，安裝和維護方便。

控制器將當前擋位信息通過通信發(fā)送給顯示器，如圖6（a）所示，可以準確地將當前擋位顯示給駕駛員。保證駕駛員對推土機的工作狀態(tài)有準確的把握，保證推土機作業(yè)的效率。

在各個擋位離合器上安裝的壓力傳感器可以給控制器提供壓力數(shù)據(jù)。控制器通過壓力數(shù)據(jù)可以精確控制擋位離合器接合的過程，縮短換擋的時間，保證推土機行走的連續(xù)性。同時，控制器讀取到的壓力數(shù)據(jù)可以通過通信發(fā)送給顯示器，如圖6（b）所示。維修人員在讀取擋位壓力信息時，可以不用外接壓力表的方式讀取擋位壓力，而是在顯示器上調(diào)出相關(guān)界面就可以直接讀取。

圖6 顯示器顯示信息

此外，控制器有了壓力數(shù)據(jù)和當前擋位信息，就可以監(jiān)控擋位離合器內(nèi)的壓力是否正常，在壓力過高過低時，就可以發(fā)送故障信息給顯示器。駕駛員讀到故障信息后，及時停止工作，進行故障排查，可以有效保護推土機、延長推土機的使用壽命使推土機更加智能化。

5 結(jié)語

通過將本技術(shù)方案成果應(yīng)用至某履帶式推土機上，通過實際推土測試，駕駛員的換擋信號能夠?qū)崟r在顯示器上顯示，同時換擋沖擊相較于機械連桿式的操縱省時省力，舒適性有了很大的提高，同時，各擋位離合器的壓力和電流數(shù)據(jù)也能夠?qū)崟r在顯示器上進行顯示，駕駛員可實時感知各離合器的數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)出現(xiàn)異常時，便于對系統(tǒng)故障預(yù)警和診斷，極大地提升了維修便捷性，通過引入電控換擋系統(tǒng)進一步提升了推土機的智能化水平，為智能化功能的開發(fā)奠定了良好基礎(chǔ)。