外文翻译原文（一）

Article ID: 1006- 8014( 2003) - 02- 0156- 05

Advance of Study on Design Methods of Hydraulic System of Radio Remote Control of Construction Machinery

FENG Kai-lin, YAN G Wei-min, CHEN kang-ning

( Xi an Jiao tong University, Xi an, 710049, PRC)

Abstract:The working principle of radio remote controlling of construction machinery should be that signals of the radio wave from the transmitter obtained in the receiver we are controlled and then changed into electronic analog or digital signals which can be used to drive different actuators and mechanisms of the vehicle. The vehicle could be acted by following the controlling in structions sent by the operator. The best operation mode of const- ruction machinery is suitable no t only to manual operating but also to remote cont rolling in the same vehicle. The design methods o f the hydraulic system used for the radio remote controlling of construction machinery are discussed. Th e design methods of hydraulic circuits for the actuators controlled by solenoid on-off type valves, hydro electronic multi-way proportional valves, closed loop proportional servo driver or three way proportional reducing valves are discussed in detail ( with r ea l example) . The design methods of the power shift transmission of electro-hydraulic controlling , the devices of braking and the directional streering are discussed in this pa per.

　Key words: radio remote control ling; construction machinery; proportional controlling; three-way proportional pressure reducing control。

1.Introduction

Radio remote controlling of construction machinery can be used widely in dirty , dangerous and harmful places, such as demolishing dangerous building , cleaning waste and rubbish, resisting flood and relieving disaster etc. The working principle can be illustrated as Fig. 1. On the side of transmitter the operation instruction was encoded and carrier wave was modulated and amplified, then w ere sent by transmit ted antenna. Synchronously , on the side of receiver the radio wave was carrier demodulated and decoded into control signal〔1〕and then was amplified. The hydraulic valves and electronic motors were controlled by these signals and then made the actuators to work according to the instruction.

Normally , the construction machinery was operated manually. Many of their hydraulic systems were designed for this purpose. The ordinary construction machinery operated manually will be changed into radio remote cont rolled. The relationship between the mechanical actuators and the electronic signals will be established first. Based on this point , the electronic cont rolling problems of actuator working , gear shifting,braking and steering relating to the radio remote controlling of construction machinery will be discussed in this paper.

Fig. 1　Working principle of radio remote controlled construction machinery

2　Design method for working actuators of hydraulic system

The control of working device is the most important part of the radio remote control of construction machinery. The working speed could be adjustable. The design method should be as follows.

2.1As to switch controlling the hydro-electronic proportional valves were replaced by solenoid on-off type valves based on the idea of time adjusting

The solenoid on-off type valves with adjusting valves of flow -rate can be used to the radio remote controlling of hydraulic circuit of construction machinery to replace hydro-electronic proportional valves in this method. In order to adjust the speed of actuators ( i. e. The time of the actuators action) , the flow -rate to

the actuators beforehand could be adjusted. The advantage of this method is low cost and can be parallel linked to the previous manual circuit easily , but its disadvantage is that it can not be regulated in time.

2. 2　The analog controlling is used to hydro-electronic multi-way proportional valves controlling of actuators

The advantage of this design method is that the valves are occupied little space and regulated easily. It could be operated manually also. Itrsquo;s disadvantage is higher cost. The working principle of multi-way proportional valve controlling of actuators of a bulldozer was showed in Fig. 2〔2, 3〕This design method is more direct and popular.

2. 3　The analog controlling is used to closed loop proportional servo driver to operate the manual multi-way valves spools to control the actuators〔3〕

Up to now , the closed loop proportional servo driver special used for construction machinery have been developed and come to be used by several companies in the world. It could be used to drive the manual multi-way valves spools directly and the whole devices working as one set o f proportional valve. The working

principle o f proportional servo driver was illustrated in Fig. 3. The piston was controlled by two of the three-way proportional pressure reducing valves. Its position was picked up by LVDT ( position sensor) as feedback signal. The errors between input and output were made to be lessen by the controller, so the spool of manual multi-way valve could be working according to input signals. The advantage of this method is that the previous manual operate circuit will not be changed. This system can be rebuilt easily. Its disadvantage is that the driver needs some space to be placed.

Fig.2 The working executersrsquo; Hydraulic system in multi-way proportional valve controlled of one type bulldozer

Fig.3 Principle of proportional driver

1. Three way proportional pressure reducing valve

2. Controlling piston of the driver

3.LVDT type piston sensor

2. 4　By means of the three-way proportional reducing valves, the pressure-pilot type multi-way valves can be controlled and the actuators can be driven

As mentioned above, the three-way p

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建筑机械无线电遥控液压系统设计方法研究进展

冯启林，杨伟民，陈康宁

（西安交通大学，710049，中华人民共和国）

摘要：建设机械无线电遥控的工作原理应该是在接收端接收到的发射机的无线电波信号，然后将其转换成电子模拟或数字信号，可用于驱动不同的执行机构和机构。车辆可以在以下的控制由操作员发出指示。最佳运行模式等工程机械可不只有手动操作也在同一个车辆远程控制。论述了建设机械无线电遥控的液压系统设计方法。详细论述了电磁式启闭式阀、液电式比例阀、闭环比例伺服驱动装置或三路比例减压阀等执行器控制的液压回路的设计方法。对电液控制动力换档变速箱的设计方法、制动装置和定向进行了讨论。

关键词：无线电遥控；施工机械；比例控制；三路比例压力控制

1引言

无线电远程控制施工机械可广泛用于肮脏、危险和有害的地方，如拆除危房，清理废弃物和垃圾、抗洪救灾等。工作原理如图1所示。在发射机的操作指令，一边进行编码和载波调制和放大，然后通过天线发送到W的传送。同时，对接收机的无线电波侧载波解调和解码控制信号〔1〕然后放大。液压阀和电子马达由这些信号控制，然后由执行器根据指令工作。

一般情况下，施工机械手动操作，他们的许多液压系统都是为了这个目的而设计的。普通工程机械手动操作将转变成无线远程控制轧制。首先建立机械执行器与电子信号之间的关系。基于这一点，电子控制问题的驱动器工作，换档，制动和有关无线电远程控制施工机械转向将在本文中讨论的。

图1无线电遥控工程机械的工作原理

液压系统工作执行器的设计方法

工作装置的控制是施工机械无线电遥控工作中最重要的组成部分。工作速度应可调。设计方法应如下：

2.1在切换控制的基础上，以时间调节的思想为基础，采用电磁式启闭式阀来替代液压电子比例阀。

采用流量调节阀的电磁式启闭式阀，可用于工程机械液压回路的远程控制，在该方法中取代液压电子比例阀。为了调节执行器的速度（即执行器动作的时间），预先对执行器的流量进行调整。这种方法的优点是低成本，可以很容易地与以前的手动电路并联，但它的缺点是，它不能及时调节。

2.2模拟控制是用于液压电子多路比例阀控制的执行器

这种设计方法的优点是阀门占用空间小，易于调节。它可以手动操作也。它的缺点是成本较高。多路比例阀的执行器控制的推土机的工作原理图2。这种设计方法更直接、更受欢迎。

2.3模拟控制是用于闭环比例伺服驱动器操作手动多路阀阀芯来控制执行机构

到目前为止，已开发出的闭环比例伺服驱动程序的施工机械被广泛用于世界上的一些公司。它可以用来直接驱动手动多路阀阀芯与一套比例阀工作的整个装置。比例伺服驱动的工作原理如图3所示。活塞由三通比例减压阀控制，它的位置是由LVDT（位置传感器）作为反馈信号。输入和输出之间的误差是由控制器来减少的，所以手动多路阀的阀芯可以根据输入信号工作。这种方法的优点是，以前的手动操作电路将不会改变。这个系统可以很容易地重建。它的缺点是驱动程序需要一些空间来放置。

图2 多路比例阀控制在推土机液压系统工作中的实施

图3 比例驱动原理

三路比例减压阀

驱动控制活塞

LVDT型活塞式传感器

2.4通过三通比例减压阀，可以控制压力先导式多路阀，并可驱动执行器

如上所述，三通比例减压阀是一种专门设计的先导控制阀。它可以用于在许多需要压力控制的地方。它也可以用来控制压力先导多路阀的三个位置。图4显示，说明用压力先导式多路阀控制推土机铲的油缸。此阀是三通比例减压阀。其特点是类似于多方式比例阀。压力先导阀的设计方法可以通过电子信号或手动操作来控制。第四位（浮动位置）的实现在图4中所示。这种设计方法的优点是系统可以方便地重建和可靠地运行。

图4 三通比例减压阀的先导控制的多路阀操作的实施原则

图5 电子控制的功率传输原理

电控制变速器等执行机构

建筑机械设备远程遥控操作，完全由远程指令信号控制。许多设备必须是电气控制的。这些装置包括换档变速器离合器、制动装置（它可用于改变前进方向）、燃油节流装置执行器和发动机开关装置。

3.1电控制换档变速器的设计方法

操作阀通常用于动力换档变速器。它必须被转变成以无线电遥控为目的的电控制。它也可以被降为2种方式来做。第一种是手动操作换档阀的阀芯可以通过比例驱动

伺服驱动器。这种方式被证明是可用的。通常是成本较高。需要足够的空间来放置驱动程序。第二种方法是在图5中显示。变速器离合器由电磁阀直接控制。变速器离合器由电磁阀直接控制。问题出现了，如何控制在变速器接合过程中的压力和变速率低到离合器，目的是使换档平顺和柔和。为了解决这个问题，利用比例减压阀。起初，压力是在一个时期内最大的。离合器的油流量约为90% - 80%的容量。然后在一瞬间设置一个较低的水平压力。最后压力是在一个调整的斜坡设置为最高。

图6 离合器接合或动力换档变速器

当上述方法的调整，调整的过程可使各离合器减少影响操作过程中获得满意的结果。

3.2 在无线电遥控装置的无线电遥控器中的其他设备和执行器应包括燃油节流调节装置、制动控制装置和转向装置。

它们中的大多数可以实现的液压致动器和电子马达的装置。例如，控制燃油节流和制动装置，可以实现通过调整比例伺服驱动器或电机。液压定向离合器、液压泵或电机静闭回路、采用差速换向系统，可由无线电遥控信号的信号来操作。

4结论

如以上所讨论，液压系统在工程机械无线电遥控的整个控制系统中起着重要的作用。高效工作和运动巧妙的机械无线遥控是通过液压系统的方法实现的。这些设计方法也将有助于工程机械电液控制系统的设计。

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液压助力转向系统

为了使司机转向更容易，自20世纪40年代以来助力转向系统已经出现在美国市场上，20世纪50年代以来出现在欧洲。驾驶者很赞同助力转向系统，以方便他们的转向，同时有一个良好的驾驶感觉，他们传达和他们的直接比例，与纯机械式转向系统相比，该系统可节省几乎全方向盘旋转锁。液压助力转向系统是齿条和小齿轮或液压转向滚珠螺母的组成。在这两种情况下，一个“转向泵”提供液压，而一个旋转的滑动阀控制油的分布。

液压齿轮齿条和小齿轮转向系统

液压齿条与小齿轮转向系统主要由传动机构组成，在这种情况下，驱动小齿轮和一个齿条。传动齿轮直接通过该扭力杆和旋转滑阀连接到方向盘。在其端部有渐开线齿型，这个齿轮齿轮型与齿条的齿型啮合。这使转向轮（和驱动小齿轮）的旋转运动被转换成一个侧面运动的机架，齿条行程。转向传动比取决于传动小齿轮和渐开线齿上的齿数在转向架的形式决定。它描述了方向盘和驱动小齿轮旋转到齿条行程的比例。这个行程传递到蜗杆，通过转向臂产生相应的车轮旋转。

液压系统的伺服系统是由转向泵、储油箱、液压缸缸和控制阀组成的。机架被引导通过动力缸，并依次连接到液压系统，系统内都充满液压油。转向架上的活塞位于动力缸（在方向盘的直方向）上，该活塞位于液压缸缸的中心位置。活塞将动力缸分为双室。为了协助使用液压系统的转向架的横向运动，油必须转向命令方向推动活塞。当方向盘顺时针方向旋转时，例如，转向架和活塞在前轮转向车辆的右侧。这个动作是由液压系统辅助的，在该液压油被导入左室和排出从右手腔室。当方向盘逆时针方向转动时，液压油则相应地分布，即进入右室和左室。

电控液压齿条式转向系统

如果采用电子控制的液压齿条和小齿轮转向系统，该系统的性能提高了甚至更多。这种组合的结果被称为“速度敏感的动力转向”，它调整操作转向系统当前行驶速度所需的必要力量。低转速下，可以容易地被方向盘转动。速度越高，必须使用更大的力量。在快速行驶时给司机一个良好的道路接触感觉，而且在机动和停车时还提供了一个高性能和舒适性。

电子控制系统的液压系统由以下三部分组成：

·电子控制单元

·电液转换器

·带有反向动作装置的改进的转向阀

电子车速表也有必要测量车辆当前的速度并将其传递给速度感应式动力转向系统的控制单元。 该单元计算所提供的信息，并将其转换为一个匹配的控制电流，该控制电流控制电液转换器和相关联的转换器阀，低密度信号被转换成最大电流，从而使换流阀关闭。提高速度和因此增加的信号密度降低的控制电流的强度，导致转换器阀连续开。

该转换器、截止阀及与该反向动作装置相关联的截止阀均以低速关闭。这会导致反作用区的平衡压力水平和反应活塞没有压力。因此，速度敏感的齿条和小齿轮液压转向系统的工作方式与传统的液压支架和小齿轮转向系统在低速运行时完全一样：平稳和需要的力很小。随着驱动速度的增加，控制单元打开了换流阀，一个受控的供油装置被注入到反作用装置中，和水平转向力减少。在转向运动中，驱动转矩随转速的增加而增加。

液压球螺母转向系统

该系统是基于一个完全不同的转向原理。虽然在这里，转向轮的旋转运动转化为车轮的转动，液压滚珠螺母转向使用了从根本上不同的转向连杆机构设计。不像在齿轮齿条液压助力转向系统，转向盘没有转换成直线运动的拉杆，但转换成旋转 （在90度角对杆） 通过扇形轴到连杆臂，然后传递至转向臂。

这样做，方向盘的旋转运动转化为蜗杆旋转，它的螺旋是一个无尽的（循环）的球链。该蜗杆运动位于一个移动的活塞与球形内槽中。蜗杆旋转以这种方式转化为活塞运动，并且向上或向下取决于转向方向。活塞把这些运动传递到活塞的外部，也有相应的齿轮啮合，因而在旋转运动中移动。该扇形轴的运动发生在方向盘的初始转动方向和蜗杆的90角方向上，因此，通过安装在扇形轴摇臂，它可以用于车轮的旋转运动。

在滚珠螺母液压转向系统，得到了适当油压，活塞上下运动，还可以设置液压转向助力系统。为此，该系统还通过一种叶片泵实现，油贮存器和一个控制阀。在这里不需要额外的动力缸，因为活塞和缸体已形成2个压力室，外侧的活塞在该轴段的空间中，和内侧的蜗杆啮合活塞。

顺时针方向运动使控制阀的液压油进入外腔，同时打开内腔的回油槽。油压力从而作用于活塞从外部，促使其向上运动。在逆时针方向运动时，控制阀将使的液压油进入内室，并确保液压油可以从外腔回流。

转向泵与储油箱

顾名思义，液压油给液压助力转向系统提供了一个所需要的转向力。液压泵产生液压油的压力，它由一个皮带或直接由车辆的发动机驱动。

叶片泵

为了不断获得在任何驾驶情况下的最优的转向助力，转向泵必须始终产生由转向阀控制的油压，满足这个需求的理想选择是叶片泵。除了它们的大容量和高的效率，也特别是他们小巧，轻便的设计。

一个叶片泵产生液压油压力如下：核心是压力室，这是由一个端板组成，一个电路模块和一个椭圆形凸轮环。驱动轴，由皮带驱动，穿过中间的压力室。“转子”（圆柱形）位于压力室内部的驱动轴上。该转子具有径向布置的槽，该槽为可移动的叶片插入。整个系统充满液压油。

当驱动轴旋转时，离心力将叶片向外压向凸轮环。这将压力室分为单独的部分，即“吸油腔”（例如，有十个叶片，形成十个吸油腔）。由于凸轮环有一个椭圆形，而转子是圆柱形的，油腔内的油液体积不断变化，当它们进入椭圆凸轮环的最小半径范围时，它们的体积减小；当他们进入大椭圆半径的区域，它们的体积增大。因此过剩的压力或负压力形成在各个段中，创建即压力和吸入腔室。

由于端板和电路块的进、出油孔、槽的合适布置，叶片泵从吸油口吸中吸取液压油和并且把高压油排入出油口。此外，凸轮环的特殊结构保证了两个吸油、排油腔总是相互不连通的，一个油腔吸油，一个油腔排油。随着每一次传动轴的旋转，叶片泵从而产生两倍的排量，这也是为什么被称为“双作用叶片泵”的原因。这种排布的吸力和压力区也消除了影响转子的液压径向力。

叶片泵所需的的容积流量由节流阀或流量调节阀控制，而油液压力是由一个压力安全阀控制。压力安全阀（溢流阀）由外部控制，从而使泵产生的最大供油压力可以调节。这又使得以使其符合不同的车辆的

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