装载机变速箱自动控制系统的设计与开发.pdf

2 0 1 2年 9月 第 4 O卷 第 1 7期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAUL I CS S e p 2 0 1 2 Vo 1 4 0 No 1 7 D O I 1 0 3 9 6 9 j is s n 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 1 7 0 2 4 装载机变速箱自动控制系统的设计与开发 胡玉军 王际成 程伟 1 淮安天工传动科技有 限公 司 江苏淮安 2 2 3 0 0 2 2 淮阴工学院 江苏淮安 2 2 3 0 0 3 摘要 介绍了一种 自动控制的装载机变速箱 利用微型计算机和功率驱动模块 以及相关辅助电路组成 自动控制器 该 控制器分别连接前进 后退的液力换挡系统和高低速液力换挡系统 构成一种 自动控制的装载机变速箱 可以满足装载机 的各种操控工作的要求 关键词 装载机 变速箱 自动控制器 液力变矩器 中图分类号 T H1 3 7 3 3 2 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 1 7 0 8 2 2 De s ig n a n d De ve l o p me nt o n Au t o ma t ic Co nt r o l S y s t e m o f Lo a d e r Ge a r bo x HU Y u j u n WA N G J i ch e n g C HE N G We i 1 Hu a ia n T ia n g o n g T r a n s m is s i o n T e ch n o l o g y C o L t d H u a ia n J ia n g s u 2 2 3 0 0 2 C h in a 2 H u a i y in I n s t it u t e o f T e ch n o l o g y H u a ia n J ia n g s u 2 2 3 0 0 3 C h in a Ab s t r a ct An a u t o ma t ic co n t r o l s y s t e m o f l o a d e r g e a r b o x wa s d e s cr ib e d T h e micr o co mp u t e r p o we r mo d u l e a n d t h e a s s o cia t e d a u x il ia r y cir cu it s we r e u t il iz e d t o co n n e ct t h e a u t o ma t ic co n t r o l l e r I t wa s co n n e ct e d s e p a r a t e l y t o f o r wa r d b a ck w a r d h y d r a u l ic s h ift s y s t e m a n d h ig h l o w s p e e d h y d r a u l ic s h ift s y s t e m t o g e t h e r t o co n s t it u t e a n a u t o ma ti c co n t r o l s y s t e m o f l o a d e r g e arb o x T h e n e e d s o f a v a r ie t y o f co n t r o l w o r k i n l o a d e r ca n b e me t b y t h e s y s t e m Ke y wo r d s L o a d e r Ge a r b o x Au t o co n t r o l l e r Hy d r a u l i c t o r q u e co n v e r t e r 装载机是工程施工中普遍采用的机种 其需要实 现的作业工况主要有铲掘 行走运输 重载牵引等 工作特点是速度 负载变化大 操纵频繁 工作环境 复杂多变 采用多挡位变速传动结构 当装载机循环 作业时 需频繁换挡操作 机械操纵方式不仅操纵费 力 而且难以做到快速改变控制模式 不能做到半 自 动乃至全 自动变速换挡 据统计 功率 1 5 0 k W 以上 的装载机 铲装作业约占整个作业内容的 5 0 以上 而 1 5 0 k W 以下的装载机则以回填作业为主 回填作 业约占整个作业 内容的4 0 它们在每一个作业循 环过程 中 绝 大部分装载机 的工作范 围都在 2 0 0 m以 内 而且每个作业循环都具有较复杂的作业过程 换 挡都相当频繁 绝大多数换挡次数为每分钟 1 4次 有时会更高 因此对变速箱换挡要轻便灵活 传动系 统的启动性能要好 牵引力的变化范围要宽 采用液 力变矩器加上动力换挡变速箱的结构 这种液力机械 传动方案具有铲装作业时的 自适应能力 能有效地提 高装载机的动力性和燃油经济性 减少排放污染 通 过由微型计算机和功率驱动模块以及相关辅助电路组 成的自动控制器分别连接前进 后退的液力换挡系统 和高低速液力换挡系统 构成一种 自动控制的装载机 变速箱 可以满足装载机的各种操控工作的需求 1 变速箱的结构组成 一 般装载机的离合操作及车体前进 后退的换挡 操作 均需要由装载机驾驶员分别操纵变速箱两组手 柄来完成 作者提出一种 自动控制的装载机变速箱设 计方案 它利用微型计算机控制技术和功率驱动模块 以及相关辅助电路组成 自动控制器 将装载机变速箱 的液力变矩器 液力换挡机构和机械换挡机构进行集 中控制 实现装载机在液力控制下的前进和后退以及 高低速的液力换挡 使得装载机操作者在频繁换挡时 能够轻便灵活地操作 变速箱的结构如图 1 所示 主要由液力变矩器 液力换挡机构 和机械换 挡机构 组成 图 1 a 为变 速箱外形结构图 图 1 b 为变速箱 内部结构 图 液力变矩器连接供油泵 液压换挡机构主要由液力离 合器 齿轮组 控制阀及手柄组成 机械换挡机构 主 要由齿轮组 啮合套及啮合齿座 换挡拨叉及手柄组 成 液力变矩器的涡轮轴与液力离合器的轴相连 液 力换挡机构和机械换挡机构通过齿轮接合 收稿 日期 2 0 1 1 0 7 2 2 基金项目 国家科技部科技型中小企业技术创新基金 0 9 C 2 6 2 1 3 2 0 3 7 8 6 江苏省企业博士集聚计划资助 作者简介 胡玉军 1 9 5 5 一 男 工程师 研究方向为机械设计与制造 E m a i l 1 3 9 5 2 3 2 7 0 5 2 1 6 3 co n 第 1 7期 胡玉军 等 装载机变速箱 自动控制系统的设计与开发 8 3 a 1变速 箱外 部 结构 图 b 变速 箱 内部 结构 图 l 一箱体 2 一液力变矩器壳体3 一液压控制阀及手柄 4 一 拨叉手柄5 一油罐6 一齿轮7 一液力离合器8 一输出轴 2 l 一 液 力 变矩 器2 2 一 供油 泵2 卜 飞轮6 0 6 1 6 1 1 6 1 2 6 1 3 6 2 6 3 6 4 6 5 6 6 6 7 6 8 6 9 一 齿轮 图 1 变速箱结构示意图 变速箱的 3 个组成部件既可以进行独立应用完成 连接啮合套 自动控制器 1 主要由微型计算机和功率 相应功能 又可相互合成完成变速箱整体功能 使用 驱动模块以及相关辅助电路组成 图中未表示 直 时只要利用控制阀手柄 即可实现装载机的前进或后 接连接控制系统中的各电磁阀 在换挡油缸活塞杆连 退 配合使用换挡拨叉手柄 又可满足装载机快 慢 接换档拨叉的一端设有回位弹簧 3 5 速 的前进 后退 转场 功能的需要 2 装载机变速箱 自动控制系统的设计与应用 上述变速箱的高匝 圃 低挡换挡操作需先将 前 后 挡 手 柄 置 于 空 挡 位 置 才 能 换 挡 操 作 烦 琐 不 能 进 行 自动 控 制 操 纵 因 此 在 装 载 机 变 速 箱 的 自动 高低速挡换 挡 电磁 阀 二二 二 I 抉挡油 缸l 二匕 推动 换挡 拨 叉 带动 啮合 套进 行换 挡 前进后退挡 换挡 电磁 阀 液力离合器 二j 分别接合前 后挡 齿 轮 控 制系统 中 采用微 图2 连接方式结构图 型计算机控制技术和功率驱动模块以及相关辅助电路 组 成 自动控制器 该控制器分别连接前进 后退的液 力 换挡系统和高低速液力换挡系统 连接方式结构如 图 2所示 图 3 为变速箱控制系统组件连接示意图 变速箱 的 自动控 制器 1同时控制前 进 后退 液力换挡 系统 2 和 高低速 液力换 挡系统 3 前进 后 退液力 换挡系 统 主要由前后换挡电磁阀 2 l 液力离合器 2 2 前后挡 齿轮组组成 前后挡换挡电磁阀分别连接液力离合器 油 缸 的活 塞组 其 中活塞 杆 A连 接前 进挡 齿 轮 2 3 活塞杆 B连接后退 挡齿 轮 2 4 高低 速液 力换 挡 系统 主要 由高低挡 换挡 电磁 阀 3 1 换挡 油缸 3 2 换挡 拨 叉 3 3及啮合套 3 4组成 高低挡换挡电磁阀分别连接 换挡油缸 换挡油缸活塞杆连接换挡拨又 换挡拨叉 l 一自动控制器 2 前进 后退液 力换挡系统 卜 高低速液力 换挡系统 4 液压动力系统 2 l 一前后换挡 2 2 电磁阀 2 2 液力离合器 2 卜 前进挡齿轮 2 退挡齿轮 3 l 一高低挡换挡 电磁 阀 3 2 换 挡油缸 3 3 换挡拨叉 3 4 一 啮合套 3 5 回位弹簧 3 6 3 7 一齿轮 图3 变速箱控制系统组件连接示意图 在装载机工作时 变速箱 自动控制器中的微型计 算机采集驾驶员的换挡手柄信号 经逻辑运算后将换 挡执行指令输入给功率放大模块 功率放大模块将指 下转第 8 7页 第 1 7期 沈娣丽 等 简易数控编织机远程监控系统的设计及实现 8 7 4服务 器端 服务器端软件与客户控制端进行通信的部分采用 c 编写 采用 A S P N e t 体系架构 该部分软件包括 登录 状态查询 运行控制 参数设置以及操作指南 等界面 采用 A D O N e t 技 术访 问 O r a cl e 9 i数 据库 或 者简易数控编织机运行状态和下发控制命令 服务器 端通过 H rr I 1P的 G e t 和 P o s t 方法为智 能手 机 的客户 控 制端提供远程服务 1 采用数据库连接池 考虑到数据的安全性 实时性 采用大 型数据 库 O r a cl e 9 i 在 应 用开 发 中 数据库连接池是必须要考虑 的 因为在基 于数据库 的 应用软件中 建立数据库连接是最需要时间的操作之 一 在该系统的设计中 由于实时数据库作为服务器 两个软件互相通信的中介 数据库操作十分频繁 采 用优化后的开源第三方数据库连接池技术 可提高数 据库和应用系统 的性能 2 采用数据缓存技术 在服务器查询机床状 态时 如果客户端很多 在很多情况下是重复查询数 据库相关表 因此 对于这一类使用频繁 的表 可 以 通过数据缓存技术减少数据库操作次数 数据缓存需 要使用 S y s t e m We b C a ch in g C a ch e 这个类 通过 A d d 方法 可将指定的常用的表对象添加到 C a ch e 对 象 集合 中 超过一定时 间后 通过 回调 函数重新查询 数 据库 更新表对象 5结论 结合项 目实际情况 提出一种基于互联网的简易 数控编织机远程监控系统 该系统设计简单 可靠性 好 易于安装 以及经济 实用 在 同一个平 台上 可运 行多个客户控制端 不仅可以运行 P c 客户端 还可 运行智能手机客户端 拓展了系统的适应环境 极大 地方便了监控人员的操作 测试和实验结果表明 该 系统能有效地实现对简易数控编织机的远程监控 具 有较高的实用价值 参考文献 1 王娜 张运才 李国平 基于串口服务器的变频器远程控 制系统 J 组合机床与自动化加工技术 2 0 0 6 4 3 5 43 48 2 张文雷 杨世锡 黄超胜 一种基于 G P R S 无线通讯的分 布式设备远程监控系统终端的研制 J 机床与液压 2 0 0 9 3 7 4 8 2 8 5 3 陈光伟 徐达丽 董本志 数控机床远程监控系统的实现 与优化 J 机床与液压 2 0 0 9 3 7 1 1 1 4 8 1 5 0 4 谌鹏 基于 Win d o w s M o b i l e的切削用量计算软件的开 发 J 机床与液压 2 0 1 1 3 9 2 5 9 6 1 5 徐鑫 曹其英 基于 L w l P协议栈的 U D P 协议分析与优 化 J 计算机应用与软件 2 0 1 1 3 2 4 6 2 4 9 6 明五一 刘武发 基于A R M点到点通讯协议的设计及实 现 J 才智 2 0 0 9 2 1 2 4 3 2 4 4 7 张友生 远程控制编程技术 M 北京 电子工业出版 社 2 0 0 2 上接 第 8 3页 令信号放大驱动电磁阀作动进行 自动控制操作换挡 变换高低挡时先自动断开前后挡液力离合器 待离合 器彻底分离后再自动使高低挡电磁阀通电或断电来控 制换挡啮合套与高挡齿轮接合或与低挡齿轮接合 其 中 变速箱前后 挡换挡采 用前后 换 挡 电磁 阀 2 1 控 制 液力离合器 高低挡换挡采用高低换挡电磁阀 3 1控 制换挡油缸来操纵换挡拨又拨动啮合套进行换挡 当从低挡换到高挡 时 高低挡 电磁 阀通电 液压系 统模 块 4中油泵 的压 力油 与换 挡 油缸 接 通 推 动换 挡拨叉 带动 啮合套 与高挡齿 轮啮合 得 到高 速 挡 当从高挡到低挡 高低挡电磁 阀断电 油泵的 压力 油与换 挡油