煤礦機械發(fā)動機恒轉(zhuǎn)速控制原則
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在煤礦機械的起步中，沖擊度可以直接評判起步質(zhì)量的好壞。在沖擊度過小的時候，起步速度太慢；沖擊度過大的時候，起步不穩(wěn)定，影響其安全性以及舒適性。所以在研究車輛起步中要對沖擊度把握好。沖擊度的影響因素主要跟機械的本身因素、離合器的具體參數(shù)以及離合器的結(jié)合速度有關(guān)系，其中機械離合器的參數(shù)以及本身特性是特定的，所以改變沖擊度就要改變離合器的接合速度。在決定滑磨功和沖擊度的大小時，電控單元主要根據(jù)對離合器和油門的調(diào)控來實現(xiàn)這種要求。通過計算出的滑磨功和沖擊度，可以將它們作為判別換擋動作時刻的合理性的依據(jù)?？梢酝ㄟ^Runge—Kutte法來計算離合器接合速度的方程，分析方程組的微分方程可以得到離合器在接合過程中任意時刻主、從動部分的轉(zhuǎn)速。
（1）與設(shè)定轉(zhuǎn)速相比之下的優(yōu)勢發(fā)動機設(shè)定轉(zhuǎn)速原則是指在機械啟動時，發(fā)動轉(zhuǎn)速判斷的閥值要根據(jù)發(fā)動機中油門開度的大小作為依據(jù)。在機械的運行中當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速的值比設(shè)定的值低的時候，離合器處于分開的狀態(tài)；當(dāng)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速值比設(shè)定的閥值高的時候，離合器處于接合的狀態(tài)。發(fā)動機轉(zhuǎn)速的控制原則根據(jù)離合器變化的速度不同有2種形式：①離合器定接合速度，其控制原則是指機械在運行中當(dāng)發(fā)動機達到設(shè)定的閥值時，離合器以固定的值進行接合。在控制離合器的接合時間的時候，可以根據(jù)發(fā)動的轉(zhuǎn)動慣量以及離合器從動盤轉(zhuǎn)速進行調(diào)控。加快離合器的從動盤的速度可以使離合器的接合時間變短，但是速度的增加必然會導(dǎo)致離合器滑磨功的增大；②離合器變接合速度控制原則，其控制原則是指當(dāng)機械在運行中發(fā)動機達到設(shè)定的閥值時，離合器用較快的速度進行接合。當(dāng)離合器達到接合控制點的一半時，接合速度開始變得緩慢。在離合器主、從動盤轉(zhuǎn)速差低于設(shè)定值的時候，在轉(zhuǎn)速中提升離合器的接合速度，這種控制原則是從快速到緩慢的接合控制過程。在實際運行中一般采用第2種接合方式，可以降低發(fā)動機轉(zhuǎn)度的判斷閥值，繼而減少離合器在主、從動盤上的轉(zhuǎn)速變化量，在運行的過程中產(chǎn)生較少的滑磨功。在發(fā)動機恒轉(zhuǎn)速控制原則上，要將轉(zhuǎn)速的判斷閥值設(shè)定在怠速附近，通過對最高轉(zhuǎn)速、離合器的結(jié)合量、結(jié)合速度以及發(fā)動機油門的開度調(diào)控實現(xiàn)發(fā)動機恒轉(zhuǎn)速的過程。這種方式的主要優(yōu)勢在于:在機械的啟動中由于起步緩慢，所以發(fā)動機處于一種低速穩(wěn)定的運行狀態(tài)，減少了由于沖擊度產(chǎn)生的滑磨功，同時低速的運行減少了元件之間的摩擦，延長了離合器的使用壽命；在發(fā)動機恒轉(zhuǎn)速的運行過程中，減少了污染物的排放以及噪聲的污染，起到了保護環(huán)境的作用。但是由于在機械恒轉(zhuǎn)速的運行中，轉(zhuǎn)動慣量所做的功沒有起到加速離合器接合的作用，可以忽略不計。同時由于在離合器主、從動盤中的轉(zhuǎn)速相同，在從動盤中的轉(zhuǎn)速明顯高于設(shè)定好的閥值，這就會使離合器的接合時間變長。所以在按照接合器時間長短的過程來劃分，離合器定接合速度要比恒轉(zhuǎn)度的控制原則消耗的時間短，但是產(chǎn)生的滑磨功最大。雖然恒轉(zhuǎn)速的控制原則時間最長，但是綜合起來考慮，恒轉(zhuǎn)速還是機械自動控制中研究的重點方向。
（2）目標轉(zhuǎn)速的確定發(fā)動機恒轉(zhuǎn)速的控制主體思路是:先將發(fā)動機轉(zhuǎn)速的閥值設(shè)定為怠速附近，目標轉(zhuǎn)速定為機械在運行狀態(tài)中油門開度下最大轉(zhuǎn)矩時的速度，然后通過對離合器的接合量、速度以及油門的開度將發(fā)動機的實際速度與目標轉(zhuǎn)速之間的偏差確定下來。如果離合器從動盤的轉(zhuǎn)速比設(shè)定的值大的時候，要在接合的時候加快速度，直到離合器主、從動盤的轉(zhuǎn)速相同為止。在對煤礦機械的發(fā)動機進行性能測試的時候，要將不同油門開度下發(fā)動機轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的變化關(guān)系表明出來，在確定目標轉(zhuǎn)速時要將油門開度最大時發(fā)動機的轉(zhuǎn)速作為依據(jù)，來決定離合器的接合量和接合速度。
（3）離合器接合過程離合器的接合過程可以分為快、慢、快3個階段。在機械的開始運行期間，離合器首先進行快速結(jié)合，元件之間的摩擦量變小，消除了主、從動盤之間的摩擦間隙。然后離合器的結(jié)合速度逐步減緩，確保機械平穩(wěn)、舒適的運行，這種狀態(tài)可以減少沖擊度的增加量。最后在離合器的主、從動盤之間的摩擦片同步運動以后，離合器的結(jié)合速度變快，增加了扭矩的變化量。在離合器接合的過程中要注意滑磨階段時產(chǎn)生的滑磨功對機械運行產(chǎn)生的影響。如果產(chǎn)生的傳遞扭矩較小，使離合器的主、從動盤的摩擦?xí)r間變長，所以產(chǎn)生的滑磨功就越大。如果在離合器接合過程中，在滑摩階段中以最短的時間內(nèi)使傳遞扭矩增加，雖然理論上的時間短了，產(chǎn)生的滑磨功就變小了，但是在機械的起步過程中使沖擊度以及動載荷變大，導(dǎo)致在啟動時容易出現(xiàn)熄火，產(chǎn)生較大的安全隱患。所以在離合器的接合過程中，在滑摩階段通過對離合器的控制，將發(fā)動機的轉(zhuǎn)度保持在設(shè)定的范圍之內(nèi)，減短時間的同時又要保證產(chǎn)生少量的滑磨功，避免出現(xiàn)熄火的現(xiàn)象。在離合器的滑磨階段，通過對離合器的結(jié)合速度調(diào)節(jié)離合器的狀態(tài)，同時離合器的結(jié)、接合位置需要根據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速進行反饋控制。當(dāng)發(fā)動的轉(zhuǎn)速超過設(shè)定轉(zhuǎn)速的最大閥值時，就要加快離合器的接合速度，使離合器的傳遞扭矩發(fā)生變化，逐漸地使其增加量變大；如果發(fā)動機的轉(zhuǎn)度低于設(shè)定的轉(zhuǎn)速閥值時，要保持離合器在這個狀態(tài)下的接合位置，防止扭矩不斷地增加，使轉(zhuǎn)速不斷地降低；如果發(fā)動機的轉(zhuǎn)度低于設(shè)定的最小閥值時，要迅速將離合器分開，防止發(fā)動機熄火的現(xiàn)象產(chǎn)生。在機械進行坡道運行時，油門踏板值在較大的情況下，如果發(fā)動機的轉(zhuǎn)速比設(shè)定的閥值轉(zhuǎn)速要低，不能分離離合器，防止發(fā)動機在轉(zhuǎn)度低的情況下，使機械向后運行，容易產(chǎn)生安全事故。
（4）離合器接合速度控制原則在機械的運行中一般分為起步、正常起步和急起步3種模式。通過對最小離合器起步油門的調(diào)控，根據(jù)變化量的不同產(chǎn)生的滑磨功也不同。在起步油門＜12%的時候，此種狀態(tài)為爬行起步，起步比較平穩(wěn)；當(dāng)起步油門＜30%的時候，屬于正常起步，既要滿足起步過程中平穩(wěn)的要求，又要盡量減少滑磨功的產(chǎn)生；當(dāng)起步油門＞30%的時候，屬于急起步的狀態(tài)，在駕駛員遇到緊急情況或者急剎車的時候，導(dǎo)致產(chǎn)生較大的沖擊度，使機械不能平穩(wěn)地起步。對離合器的從動盤的控制要根據(jù)恒轉(zhuǎn)速的控制原則，但是當(dāng)離合器的從動盤的轉(zhuǎn)速在達到某一設(shè)定值的時候，將脫離恒轉(zhuǎn)速的控制原則，所以在這種情況下只有加快離合器的接合速度，縮短接合時間，才能減少離合器的在運行中產(chǎn)生的滑磨功。離合器從動盤轉(zhuǎn)速的設(shè)定值不能隨便規(guī)定，是要根據(jù)發(fā)動機油門開度的變化而變化。在加快離合器的接合速度后，要符合沖擊度變化量的要求。
動力學(xué)仿真模型分析
在進行動力學(xué)仿真的時候要采用金屬帶無極自動變速機械傳動系統(tǒng)，主要系統(tǒng)構(gòu)成包括發(fā)動機、離合器、金屬帶無級變速裝置以及減速器等車體構(gòu)成。在機械的起步過程中離合器分為2個過程。包括主動盤和從動盤的控制。在離合器部分接合的狀態(tài)下，所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩沒有任何關(guān)系，是通過離合器膜片彈簧位移量的變化而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩變化。整個仿真過程實現(xiàn)了離合器的快、慢、快的控制原則?？梢酝ㄟ^對仿真模型的分析，當(dāng)發(fā)動機油門開度在20%左右時，在離合器的從動盤上最低轉(zhuǎn)速＜600r/min，就能實現(xiàn)接合過程的恒轉(zhuǎn)速起步控制原則。在這種狀態(tài)下發(fā)動機的變化范圍只能在1000~1600r/min，所以速度較為平穩(wěn)，能夠較好地改善發(fā)動機的工作條件，減少滑磨功的產(chǎn)生，延長了離合器的使用壽命。
結(jié)語
總而言之，通過對煤礦機械恒轉(zhuǎn)速的控制，使發(fā)動機的轉(zhuǎn)速變化范圍較小，可以有效地降低離合器在接合過程中產(chǎn)生的滑磨功，同時還能較少對環(huán)境產(chǎn)生的噪聲以及排放物的污染。在離合器的接合量控制中，主要是通過發(fā)動機油門開度、離合器主、從動盤轉(zhuǎn)速以及油門變化率來作為控制的依據(jù)，使機械在運行中產(chǎn)生的沖擊度和滑磨功能夠在不影響機械運行的情況下進行調(diào)控，延長了離合器的使用壽命，具有很高的實用性。
作者：韓翠英單位：內(nèi)蒙古機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院
