液压挖掘机的节能控制发展趋势-工程机械动态-中国路面机械网

2007-08-17 01:46:55

液压挖掘机的节能控制发展趋势
在液压挖掘机领域，节能控制的目的不仅仅是提高燃油利用率，更重要的意义在于能够取得一系列降低使用成本的效果。资料显示，工程机械将近４０％的故障来自液压系统，１５％左右的故障来自发动机。采用节能技术后，可以提高发动机功率的利用率，减少液压系统功率损失，使动力系统与负载所需功率更好地匹配，降低了发动机和液压元件的工作强度，提高了设备在使用中的可靠性。
从国内外发展状况来看，液压挖掘机的节能控制有以下发展趋势：
１）电液比例控制智能化
电液比例控制在８０年代初就开始应用于工程机械，到目前已经在液压挖掘机上得到了大量应用。电液比例技术用于工程机械，可以省去复杂、庞大的液压信号传递管路，用电信号传递液压参数，不但能加快系统响应，而且使整个挖掘机动力系统控制更方便、灵活。进入９０年代后，随着计算机技术的发展，电液比例控制更进一步“智能化＂，电液比例泵和比例阀的应用日益增多，从而出现了“智能化液压挖掘机”。这种智能化主要体现在以下几个方面。首先，计算机能够自动监测液压系统和柴油机的运行参数，如压力、柴油机转速等，并能根据这些参数自动控制整个挖掘机动力系统运行在高效节能状态。其次，能够完成一些半自动操作，如平地、斜坡的修整等，对司机的熟练程度要求降低，但工作质量却能够得到大幅度提高。第三，能够根据监测到的运行参数进行故障诊断，便于挖掘机的维护。这些功能的出现，使挖掘机性能得以大幅度提高。
２）柴油机电喷控制
在传统的机械调速柴油机上，喷油泵的循环供油量、喷油提前角等都受到转速影响，使柴油机性能难以进一步提高。在柴油机上应用电喷控制后，可以使泵的循环供油量和喷油提前角不再受转速的影响，从而使挖掘机能够一直工作在最佳状态，而且加快了响应速度。开发柴油机电喷控制器是提高挖掘机节能性的一个重要环节。
３）负荷传感控制将继续发展
负荷传感控制从２０世纪７０年代开始兴起，各工程机械液压件生产厂商纷纷推出了一系列有关产品。这种系统具有良好的节能性和操纵性，即使不熟练的司机也能很快适应。比例流量分配阀的出现进一步推动了负荷传感技术在挖掘机上的应用，使挖掘机操纵性进一步提高，解决了西方国家由于熟练司机的缺乏而带来的问题。因此，负荷传感控制挖掘机在发达国家的需求将会进一步上升。
４）六通多路阀继续存在
尽管采用四通阀的负荷传感系统能提供精确操作，但并非所有场合都需要精确操作，而且熟练司机也能用非负荷传感系统挖掘机完成精确操作。更重要的是，负荷传感系统价格较高，限制了它在发展中国家的应用。目前，世界上许多著名的挖掘机生产厂商，其产品中既有使用四通阀的负荷传感控制挖掘机，也有使用六通阀液压系统如正流量、负流量控制的挖掘机。成熟的制造技术和低廉的价格将会使六通多路阀继续发挥作用。
５）进一步改进阀控节能控制
在采用六通多路阀的液压系统中，仍然有许多可以改进的地方，如操纵性、节能性等，至今国外各挖掘机生产厂仍在研究。
６）多功能组合
为提高挖掘机性能，各种节能措施的结合将更加广泛。在以往的系统中，液压泵上已经集成有多种功能，但由于各种条件的限制，一般不超过三种。如图１４中所示的液压泵中，就集成有压力切断、正流量控制和功率限制功能，目前市场上比较流行的各种液压泵原理图中，也都集成有多种功能。随着液压技术的发展，有可能在泵上集成更多的功能。
７）可变参数控制
为使挖掘机更好地适应各种工况下的负载要求，动力系统内部一些控制元件的设定参数将不再是固定值，而是能随着挖掘机具体工作状况而改变。例如，在日立建机生产的ＥＸ系列挖掘机上，负荷传感阀上的压力补偿器设定压差就能随工作状况而改变，增强了挖掘机工作时的适应性。可以预测，在将来的挖掘机动力系统中，将会有更多的控制参数可以调节，从而使挖掘机工作效率更高、操纵更容易。
８）泵—发动机匹配控制将进一步“智能化”
借助计算机控制技术，泵与发动机的匹配控制将进一步实现“智能化”，两者之间的结合将更密切，实现一体化控制。在这种控制中，控制器能根据工作状况的变化，自动对液压泵和发动机进行调整，在保证输出功率满足工作需要的同时，使燃油消耗量最低。
９）现场总线技术和嵌入式系统将大量应用
随着液压挖掘机“智能化”程度的提高，各种传感器、控制器将遍布挖掘机各处，这将导致挖掘机内部充斥各种导线、接头，使控制系统变得复杂、可靠性降低。解决这一问题的方法是采用现场总线，用一条串行线将所有的传感器、控制器和执行器连接起来，在保证系统具有强大功能的同时，具有简单的结构和高可靠性。目前，在行走机械领域，已经有了这样一种现场总线，称为ＣＡＮ总线，但还未在挖掘机上得到普遍应用。电子技术的发展使控制芯片的体积更小，功能更强，在挖掘机上几乎不占任何空间，能完全嵌入到各种部件内部，这也是将来挖掘机控制系统的发展方向。
图１４带电控正流量控制的ＡｌｌＶＯ泵

原作者：徐州徐挖机械制造有限公司龚纪强
来源：徐州工程机械杂志

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