單斗液壓挖掘機分工況節(jié)能控制系統(tǒng)

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

2、壓挖掘機作業(yè)工況復雜、作業(yè)過程中負荷變化頻繁、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)動機—變量泵系統(tǒng)的非經(jīng)濟性匹配運行產(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)成為液壓挖掘機的重點發(fā)展方向之一。隨著電子技術(shù)及微型計算機（單片機）技術(shù)在控制領(lǐng)域中的廣泛應用，將液壓挖掘機與電子技術(shù)、信號處理、預警技術(shù)及微型計算機有機地結(jié)合起來，對液壓挖掘機

3、實現(xiàn)在線工況檢測、自動控制、故障診斷，可以達到節(jié)能和減輕司機勞動強度、提高工作效率的目的。目前國外各大公司的挖掘機產(chǎn)品均不同程度地配備了電子節(jié)能控制系統(tǒng)，，如德國O&K公司的PMS系統(tǒng)、LinkBelt的CAPS系統(tǒng)；美國卡特皮勒的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)；韓國大宇的EPOS系統(tǒng)等。筆者針對上述挖掘機能量損失情況，采用單片機，以液壓系統(tǒng)的壓力為判斷信號，來判斷液壓挖掘機的

4、工作狀態(tài)，進而由步進電機控制發(fā)動機的油門，從而使油門的開度始終處于適應負載的合適值上，達到節(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)動機內(nèi)部結(jié)構(gòu)的前提下進行的，其硬件框圖如圖1所示。本節(jié)能控制系統(tǒng)采用了負荷傳感，即以液壓系統(tǒng)壓力為判斷信號，判斷挖掘機的工作狀態(tài)，由微機根據(jù)挖掘機所處的不同狀態(tài)，通過控制步進電機的輸入出，進而控制發(fā)動機油門，使發(fā)動機穩(wěn)定在要求的轉(zhuǎn)速附近，以達到節(jié)能和實現(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、IO接口電路、AD轉(zhuǎn)換電路、信號1.3輸出電路輸出電路的包括步進電機、顯示器、工作指示燈與聲光報警等。其中，步進電機控制發(fā)動機油門的位置；顯示器顯示兩路液壓系統(tǒng)的壓力（3位，單位：MPa）與發(fā)動機轉(zhuǎn)速（4位，單位：rpm）；工作指示燈指示司機當前所選擇的動力模式；聲光報警提示司機當前液壓系統(tǒng)的負荷已經(jīng)超過所設(shè)定工作壓力，要求采取相應的解決辦法。2系統(tǒng)的功能2.1分工況節(jié)能控制挖掘機是一種多功能的機械，進行的作業(yè)內(nèi)容較多，如

6、挖掘、裝土、挖溝、填埋、裝修、搬運、破碎和平地等；所遇到的作業(yè)對象——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，有時強調(diào)燃料經(jīng)濟性，生產(chǎn)率要求不突出，進行一般性的挖掘和裝土作業(yè)；有時則重視精度和安全，在狹小場地進行操作，進行精細工作和微調(diào)作業(yè)。為了適應不同作業(yè)和使用工況，需要進行分工況控制，根據(jù)作用工況和使用要求來選擇不同動力模式。本系統(tǒng)按以下4種工況控制發(fā)動機：（1

7、）H工況：重負荷情況，追求最大作業(yè)量，發(fā)動機設(shè)置在最大轉(zhuǎn)速，進行高速強力掘削、高速行走時使用。（2）S工況：一般作業(yè)情況，要求發(fā)動機發(fā)揮88%最大功率，此時工作速率稍慢，此工況主要為了降低油耗和減少噪音。這也是常用工作檔，同時也是經(jīng)濟動力模式檔，用該檔工作時，發(fā)動機液壓泵系統(tǒng)處理最經(jīng)濟的匹配工作狀態(tài)。（3）L工況：輕作業(yè)飛速，要求發(fā)動機發(fā)揮50%～70%的最大功率，此工況主要用于提高作業(yè)精度、進行微調(diào)控制和精細作用，在狹小場地工作時可保

8、證安全性，噪音進一步降低。（4）I工況：此為低怠速工況，主要用于暫停作用。本系統(tǒng)通過動力模式選擇開關(guān)，將選擇的工況輸入控制器，控制器控制發(fā)動機，使其穩(wěn)定在相應的動力模式下。2.2短期超載控制這是為提高挖掘機的工作效率而設(shè)置的。挖掘機液壓系統(tǒng)設(shè)定的最高壓力有一定的余量，當系統(tǒng)在短時間內(nèi)超載工作時，一般不會對系統(tǒng)產(chǎn)生太大的影響，但不能長時間地超載工作，否則有可能影響系統(tǒng)和其他無器件的壽命及產(chǎn)生不良的后果。當液壓系統(tǒng)壓力超過設(shè)定的最高壓力幾M