工程机械遥控改造与超视距控制

1、无线遥控技术概述

在工程机械用户使用需求多样化发展的趋势下，需要让工程机械能够进入高温、高危环境下开展连续作业，而操作人员可以远离作业点控制设备；或实现操作人员在作业点就近对设备进行操作，而无需通过对讲机来指挥远在驾驶室内的操作人员。基于这些市场需求，工程机械无线遥控技术便应运而生，并有着良好的发展前景。目前国内外的混凝土泵车、登高车、随车式起重机等都有无线遥控技术的应用实例。

在工程机械遥控应用中，遥控接收装置将接收到的无线电信号转换为控制电液比例阀的比例信号、控制电液开关阀的开关信号，以及控制其它装置的相应信号，使得原来手动操作的各个元件都能接受遥控电信号的指令并进行相应动作，这就是工程机械实现遥控操作的基本原理。

用遥控系统可以实现在驾驶室相同的操作功能，如工程机械的行走、转向、制动、发动机起动和停止、发动机转速控制、工作装置操作、声光控制等。要在工程机械上成功的加装可靠的无线遥控装置，必须对以下几个方面开展详细的研究与分析：

（1）无线遥控信号传输系统，它包括信号发射器和信号接收器。

（2）工程机械发动机油门控制系统

（3）工程机械行走变速换挡控制系统、转向控制系统、制动控制系统

（4）电液比例先导控制技术应用

2、无线遥控信号传输系统

无线遥控信号传输系统是开展遥控技术的平台，其信号传输性能直接影响到工程机械设备的可操控性。其选择是在满足工程机械控制所需的各项操作功能的基础上，再考虑整个传输系统的稳定性、抗干扰能力、纠错能力、灵敏度、适应环境能力等特性。

整个信号传输系统的信号输出点数、模式和可调整范围等参数是至关重要的，只有足够的输出点数才能保证完全模拟在驾驶室内的操作。同时，现代工程机械大多采用先导比例控制技术，遥控传输系统必须能够提供足够数量的比例输出信号，且比例信号参数完全与比例电磁阀匹配。

3、工程机械发动机油门控制系统

发动机油门控制分电控和直接机械控制两种方式。

3.1电控发动机油门

对于电控发动机，遥控改造相对比较容易，在弄清载体发动机转速控制电路原理的基础上，自行设计转速遥控集成电路模块，并与遥控输出信号匹配，即可实现发动机油门遥控功能。

3.2机械控制油门

对于直接机械控制油门的发动机，如采用拉筋控制油门的形式，遥控改造时就要加装动作执行器，让执行器代替拉筋来控制油门。主要采用电子调速油门执行器（有电磁驱动、电机线性驱动等方式）和液压模拟执行器（有电液比例伺服驱动等方式）。其共同点是将发动机油门控制改为电控方式，以实现遥控功能，不同点是执行器的输出力来源，一种是电磁力，另一种是流体压力。

4、工程机械行走变速换挡控制系统

4.1静压传动行走系统

所谓静压传动技术，即将流体的压力能转变为机械能，用高压油直接传递动力。行走系统最终靠液压马达驱动。采用静压传动的工程机械主要有履带式行走机械，如履带式起重机、履带式挖掘机等，现在滑移式装载机也采用静压传动，普通的轮式装载机也有采用静压传动的趋势，沃尔沃、利勃海尔等制造商已经有这方面的产品。

传统的静压传动采用开式液压回路，主要元件有液压泵、换向阀、液压马达，通过比例换向阀控制进入液压马达的流量，或同时改变变量液压马达的排量，从而控制液压马达的输出转速和扭矩，达到控制行走速度的目的。

先进的静液压传动系统常采用液压闭式回路，其传动效率较高，根据排量控制方式，有定量泵——定量马达、定量泵——变量马达、变量泵——定量马达、变量泵——变量马达共四种系统组成方式。其中最常见的是比例变量泵和定量马达组成的闭式液压传动回路。

若比例换向阀或比例变量泵采用电控方式，则只需遥控传输系统提供相应点数的比例输出信号，即可实现遥控变速功能。若比例换向阀或比例变量泵采用液压油先导控制方式，则必须加装一套比例先导油路，并使其与原有油路并联成逻辑“或”的关系，再通过遥控比例信号控制这套先导油路。

4.2液力传动行走系统

液力传动行走系统，其发动机功率通过液力变矩器传递到变速箱，再由传动轴将动力传递到前后驱动桥上。通过控制变速箱的换挡，即可实现行走变速。

电控换挡的变速箱，实际上是通过对四个档位电磁阀的组合控制，从而控制四个档位离合器的动作，实现前进与后退各档变换。

机械换挡的变速箱，通常采用拉筋来控制档位阀的换向。实施遥控改造时，就要加装动作执行器，让执行器代替拉筋来控制档位。

5、工程机械转向控制系统

5.1静压传动行走系统的转向控制

对于静压传动行走系统，只要左右行走马达的转速不一样，就会出现行走跑偏的现象。根据这一原理，静压传动行走系统的转向控制就变得十分容易解决。左行走马达正转，右行走马达不转或反转，可以实现左转或原地左转。右行走马达正转，左行走马达不转或反转，可以实现右转或原地右转。在实施遥控改造时，利用原有的遥控行走控制回路，就能实现遥控转向功能。

5.2液力传动行走系统的转向控制

对于液力传动行走系统的转向，一般都采用全液压转向器，由转向器控制转向油缸来助力转向。现以普通轮式装载机的转向器为例来进行说明，主要有摆线转阀式全液压转向器和同轴流量放大转向器两种。

5.2.1摆线转阀式全液压转向器

摆线转阀式全液压转向器必须与流量放大阀配合使用，它相当于液控先导阀的作用，由它来控制流量放大阀的阀芯开度，进而控制压力油进入转向油缸的流量，从而控制转向角度与快慢。

5.2.2同轴流量放大转向器

同轴流量放大转向器通常与优先阀、双向缓冲补油阀等元件组成负荷传感液压转向系统。同轴流量转向器直接控制主油路压力油进入转向油缸的流量从而控制转向角度与快慢。

6、工程机械制动控制系统

制动分行车制动和驻车制动两种。

对于靠静压传动的行走系统，其行车制动和驻车制动均靠对液压马达的制动进行，当有压力油进入液压马达时，压力油的也进入制动油缸内部，顶开制动弹簧，解除制动；当没有压力油进入液压马达时，制动弹簧又顶紧刹车片，对液压马达实施制动。因此控制液压马达行走动作的同时，就控制了整车的制动。

对于靠液力传动的行走系统，多为轮胎式行走机械，如装载机都是采用双管路气推油钳盘式制动形式，操作形式为脚踏式。遥控改造行车制动时，可以采用两种方式：一种是直接采用液压模拟执行器来驱动脚踏机构，实现行车控制；另一种是在制动气路增加电控气阀组来实施行车制动。由于气体压缩量大，后经过实践检验，前一种方案更易于操作实施，在遥控操作中的路感更强，可靠性也更高。而其驻车制动遥控改造，则可以在驻车制动气路上并联一个两位三通电磁换向气阀，就可实现驻车制动遥控功能。

7、电液比例先导控制技术应用

电液比例先导控制技术为工业遥控装置和工程机械之间提供了一个可靠的接口。在遥控改造中，多采用螺旋插装式三通电磁比例减压阀，遥控接收装置将接收到的无线电信号转换为控制三通电磁比例减压阀的比例信号，再由比例减压阀提供控制多路液动换向阀或液压泵、液压马达变量机构的比例先导压力。螺旋插装式比例阀是通过螺纹将电磁比例插装件固定在油路集成块上的元件，螺旋插装阀具有应用灵活、节省管路和空间等特点，特别适合无线遥控改造用。

电液比例阀的选择主要是参考工程机械先导液压系统的参数以及控制精度要求，以及遥控传输系统的输出信号参数等来实施，如先导系统工作压力、总流量以及各液压动作先导阀所分配的流量、遥控输出信号的调节范围等。