單斗液壓挖掘機(jī)分工況節(jié)能控制系統(tǒng)

1、單斗液壓挖掘機(jī)分工況節(jié)能控制系統(tǒng)20093116:37:41國(guó)際工程機(jī)械網(wǎng)摘要：為了有效地控制單斗液壓挖掘機(jī)在工作過(guò)程中的能量損失、減少液壓系統(tǒng)的發(fā)熱、改善工作性能，設(shè)計(jì)了一種單斗液壓挖掘機(jī)分工況節(jié)能控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)采用負(fù)荷傳感，由微機(jī)判斷挖掘機(jī)的工作狀態(tài)，并據(jù)此控制發(fā)動(dòng)機(jī)而達(dá)到節(jié)能的目的。該系統(tǒng)具有工況控制、短期超載控制、自動(dòng)怠速控制、溢流控制等功能。單斗液壓挖掘機(jī)是重要的工程機(jī)械，具有作業(yè)靈活方便、適應(yīng)范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。但由于單斗液

2、壓挖掘機(jī)作業(yè)工況復(fù)雜、作業(yè)過(guò)程中負(fù)荷變化頻繁、變化范圍大，因而存在著不少環(huán)節(jié)的能量損失，其中主要有：發(fā)動(dòng)機(jī)—變量泵系統(tǒng)的非經(jīng)濟(jì)性匹配運(yùn)行產(chǎn)生的損失、液壓系統(tǒng)壓力油的流量損失和壓力損失。這些損失不僅浪費(fèi)了能量，而且引起液壓系統(tǒng)發(fā)熱，工作性能惡化。為此，節(jié)能控制已經(jīng)成為液壓挖掘機(jī)的重點(diǎn)發(fā)展方向之一。隨著電子技術(shù)及微型計(jì)算機(jī)（單片機(jī)）技術(shù)在控制領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，將液壓挖掘機(jī)與電子技術(shù)、信號(hào)處理、預(yù)警技術(shù)及微型計(jì)算機(jī)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，對(duì)液壓挖掘機(jī)

3、實(shí)現(xiàn)在線工況檢測(cè)、自動(dòng)控制、故障診斷，可以達(dá)到節(jié)能和減輕司機(jī)勞動(dòng)強(qiáng)度、提高工作效率的目的。目前國(guó)外各大公司的挖掘機(jī)產(chǎn)品均不同程度地配備了電子節(jié)能控制系統(tǒng)，，如德國(guó)O&K公司的PMS系統(tǒng)、LinkBelt的CAPS系統(tǒng)；美國(guó)卡特皮勒的EPC系統(tǒng)；日本日立的OHS系統(tǒng)、粘松的OLSS系統(tǒng)、加藤的APC系統(tǒng)、神鋼的ITCS系統(tǒng)；韓國(guó)大宇的EPOS系統(tǒng)等。筆者針對(duì)上述挖掘機(jī)能量損失情況，采用單片機(jī)，以液壓系統(tǒng)的壓力為判斷信號(hào)，來(lái)判斷液壓挖掘機(jī)的

4、工作狀態(tài)，進(jìn)而由步進(jìn)電機(jī)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的油門，從而使油門的開度始終處于適應(yīng)負(fù)載的合適值上，達(dá)到節(jié)能的目的。1系統(tǒng)的組成系統(tǒng)是在不改變液壓系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的前提下進(jìn)行的，其硬件框圖如圖1所示。本節(jié)能控制系統(tǒng)采用了負(fù)荷傳感，即以液壓系統(tǒng)壓力為判斷信號(hào)，判斷挖掘機(jī)的工作狀態(tài)，由微機(jī)根據(jù)挖掘機(jī)所處的不同狀態(tài)，通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)的輸入出，進(jìn)而控制發(fā)動(dòng)機(jī)油門，使發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定在要求的轉(zhuǎn)速附近，以達(dá)到節(jié)能和實(shí)現(xiàn)其它功能的目的。由硬件框圖可知，控制系統(tǒng)硬件的

5、系統(tǒng)由單片機(jī)、IO接口電路、AD轉(zhuǎn)換電路、信號(hào)1.3輸出電路輸出電路的包括步進(jìn)電機(jī)、顯示器、工作指示燈與聲光報(bào)警等。其中，步進(jìn)電機(jī)控制發(fā)動(dòng)機(jī)油門的位置；顯示器顯示兩路液壓系統(tǒng)的壓力（3位，單位：MPa）與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（4位，單位：rpm）；工作指示燈指示司機(jī)當(dāng)前所選擇的動(dòng)力模式；聲光報(bào)警提示司機(jī)當(dāng)前液壓系統(tǒng)的負(fù)荷已經(jīng)超過(guò)所設(shè)定工作壓力，要求采取相應(yīng)的解決辦法。2系統(tǒng)的功能2.1分工況節(jié)能控制挖掘機(jī)是一種多功能的機(jī)械，進(jìn)行的作業(yè)內(nèi)容較多，如

6、挖掘、裝土、挖溝、填埋、裝修、搬運(yùn)、破碎和平地等；所遇到的作業(yè)對(duì)象——土質(zhì)變化較大，如軟性粘土、松砂質(zhì)土、緊密沙質(zhì)土、較緊密砂礫混合土、砂礫原石和軟巖等；另外，使用方式和要求也不同，有時(shí)強(qiáng)調(diào)燃料經(jīng)濟(jì)性，生產(chǎn)率要求不突出，進(jìn)行一般性的挖掘和裝土作業(yè)；有時(shí)則重視精度和安全，在狹小場(chǎng)地進(jìn)行操作，進(jìn)行精細(xì)工作和微調(diào)作業(yè)。為了適應(yīng)不同作業(yè)和使用工況，需要進(jìn)行分工況控制，根據(jù)作用工況和使用要求來(lái)選擇不同動(dòng)力模式。本系統(tǒng)按以下4種工況控制發(fā)動(dòng)機(jī)：（1

7、）H工況：重負(fù)荷情況，追求最大作業(yè)量，發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)置在最大轉(zhuǎn)速，進(jìn)行高速?gòu)?qiáng)力掘削、高速行走時(shí)使用。（2）S工況：一般作業(yè)情況，要求發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)揮88%最大功率，此時(shí)工作速率稍慢，此工況主要為了降低油耗和減少噪音。這也是常用工作檔，同時(shí)也是經(jīng)濟(jì)動(dòng)力模式檔，用該檔工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)液壓泵系統(tǒng)處理最經(jīng)濟(jì)的匹配工作狀態(tài)。（3）L工況：輕作業(yè)飛速，要求發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)揮50%～70%的最大功率，此工況主要用于提高作業(yè)精度、進(jìn)行微調(diào)控制和精細(xì)作用，在狹小場(chǎng)地工作時(shí)可保

8、證安全性，噪音進(jìn)一步降低。（4）I工況：此為低怠速工況，主要用于暫停作用。本系統(tǒng)通過(guò)動(dòng)力模式選擇開關(guān)，將選擇的工況輸入控制器，控制器控制發(fā)動(dòng)機(jī)，使其穩(wěn)定在相應(yīng)的動(dòng)力模式下。2.2短期超載控制這是為提高挖掘機(jī)的工作效率而設(shè)置的。挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)定的最高壓力有一定的余量，當(dāng)系統(tǒng)在短時(shí)間內(nèi)超載工作時(shí)，一般不會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生太大的影響，但不能長(zhǎng)時(shí)間地超載工作，否則有可能影響系統(tǒng)和其他無(wú)器件的壽命及產(chǎn)生不良的后果。當(dāng)液壓系統(tǒng)壓力超過(guò)設(shè)定的最高壓力幾M