液壓挖掘機(jī)控制系統(tǒng)介紹

lisong8891

目前，機(jī)電液一體是液壓挖掘機(jī)的主要發(fā)展方向盤，其目的是實(shí)現(xiàn)液壓挖掘機(jī)的全自動(dòng)化，即人們對液壓挖掘機(jī)的研究，逐步向機(jī)電液控制系統(tǒng)方向轉(zhuǎn)移，使挖掘機(jī)由傳統(tǒng)的杠桿操縱逐步發(fā)展到液壓操縱、氣壓操縱、電氣操縱、液壓伺服操縱、無線電操縱、電液比例操縱和計(jì)算機(jī)直接操縱。所以，對挖掘機(jī)的機(jī)電液一體化的研究，主要集中在液壓挖掘機(jī)的控制系統(tǒng)上。
2 O" M9 O3 C0 N6 A　　液壓挖掘機(jī)控制系統(tǒng)是對發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓泵、多路換向閥和執(zhí)行元件（液壓缸、液壓馬達(dá)）等所構(gòu)成的動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行控制的系統(tǒng)。按控制功能，可分為位置控制系統(tǒng)、速度控制系統(tǒng)和力（或壓力）控制系統(tǒng)；按控制元件，可分為發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、液壓泵控制系統(tǒng)、多路換向閥控制系統(tǒng)、執(zhí)行元件控制系統(tǒng)和整機(jī)控制系統(tǒng)。
　　目前，液壓挖掘機(jī)控制系統(tǒng)已發(fā)展到復(fù)合控制系統(tǒng)。
  f7 _) ]- S$ V' B0 [, f0 L　　發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)
　　由柴油機(jī)的外型特性曲線可知，柴油機(jī)是近似的恒扭矩調(diào)節(jié)，其輸出功率的變化表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速的變化，但輸出扭矩基本不變化。油門開度增加（或減�。�，柴油機(jī)輸出功率就增加（或減�。�，由于輸出扭矩基本不變，所以柴油機(jī)轉(zhuǎn)速也增加（或減小），即不同的油門開度對應(yīng)著不同的柴油機(jī)轉(zhuǎn)速。由此可見，對柴油機(jī)控制的目的是，通過對油門開度的控制來實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。
　　目前應(yīng)用在液壓挖掘機(jī)柴油機(jī)上的控制裝置有電子功率優(yōu)化系統(tǒng)、自動(dòng)怠速裝置、電子調(diào)速器、電子油門控制系統(tǒng)等。
& a- }3 b0 p1 ?* P% s' L　　液壓元件控制系統(tǒng)
　　對液壓泵的控制都是通過調(diào)節(jié)其變量擺角來實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)控制形式的不同，可分為功率控制系統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)和組合控制系統(tǒng)等三大類。其中的功率控制系統(tǒng)有恒功率控制、總功率控制、壓力切斷控制和變功率控制等；流量控制系統(tǒng)有手動(dòng)流量控制、正流量控制、負(fù)流量控制、最大流量二段控制、負(fù)荷傳感控制和電氣流量控制等；組合控制系統(tǒng)是功率控制和流量控制的組合控制，在液壓控制機(jī)上應(yīng)用最多。
　　液壓控制閥控制系統(tǒng)
　　1）先導(dǎo)型控制系統(tǒng)換向控制閥的控制形式有直動(dòng)型（用手柄直接操縱換向閥主閥芯，目前少用）和先導(dǎo)型兩種。后者是用先導(dǎo)閥控制先導(dǎo)油液，再用先導(dǎo)油液控制換向閥的主閥芯，它又分為機(jī)液先導(dǎo)型和電液先導(dǎo)型兩類。
　　2）負(fù)荷傳感控制系統(tǒng)閥控系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是節(jié)流式系統(tǒng)。在液壓挖掘機(jī)上，目前常用的是一般的三位六通多路閥，其滑閥的微調(diào)性能和復(fù)合操作性能差。20世紀(jì)90年代以來，在液壓挖掘機(jī)上開始采用負(fù)荷傳感控制系統(tǒng)，其控制閃不論是中位開式方式還是中位閉式方式，都附帶有壓力補(bǔ)償閥。采用電子控制壓力補(bǔ)償?shù)囊簤和诰驒C(jī)液壓系統(tǒng)與傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)比較，負(fù)荷傳感控制系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是：
& t* |. j. z" @% Q* A　�。�1）節(jié)省能源消耗。普通三位六通換向閥無論采用定量泵還是變量泵，總要有一部分油液經(jīng)溢流閥溢掉，浪費(fèi)了能量。而使用負(fù)荷傳感變量系統(tǒng)，泵的流量全部用于負(fù)載上，泵的壓力僅比負(fù)荷壓力大1-3MPa。
7 J4 M- T$ Q& r, d. |　�。�2）流量控制精度高，不受負(fù)荷壓力變化的影響。
　�。�3）幾個(gè)執(zhí)行元件可以同步運(yùn)動(dòng)或以某種速比運(yùn)動(dòng)，且互不干擾。普通三位六通閥系統(tǒng)用的是并聯(lián)油路，當(dāng)幾個(gè)執(zhí)行元件同時(shí)動(dòng)作時(shí)，泵輸出的油液首先流向壓力低的執(zhí)行元件，不能同步。
% h; X9 B5 Q3 S2 p　　負(fù)荷傳感控制系統(tǒng)包括負(fù)荷傳感控制閥和負(fù)荷傳感控制泵（或定量泵）。
1 f& d7 n# H' W9 R, }　　3）完全負(fù)荷傳感控制系統(tǒng)完全負(fù)荷傳感控制系統(tǒng)由負(fù)荷傳感控制閥和負(fù)荷傳感控制變量泵組成。
　　上述的負(fù)荷傳感控制閥只解決了滑閥的微調(diào)性能和復(fù)合操作性能，而沒有解決節(jié)省能源問題。定量泵和負(fù)荷傳感控制閥的系統(tǒng)也沒有節(jié)省能源消耗，因?yàn)楸盟�輸出的流量超過執(zhí)行元件（液壓缸和液壓馬達(dá)）所需要的流量時(shí)，多余的油液經(jīng)壓力補(bǔ)償閥流回油箱（為保持壓差恒定）變?yōu)闊崮�。只有完全�?fù)荷傳感控制系統(tǒng)才能解決節(jié)省能源問題。
$ I1 W/ x  w$ T+ M, I　　4）帶次級(jí)壓力補(bǔ)償閥的負(fù)荷傳感系統(tǒng)德國力士樂公司等（包括Atlas公司、Eder公司）在其生產(chǎn)的液壓挖掘機(jī)上設(shè)置了負(fù)荷傳感分流器LUOV（Last Unabhangige Durchfluss Vereilung)系統(tǒng)，其主要作用是：當(dāng)多個(gè)執(zhí)行元件同時(shí)工作、所需的流量大于液壓泵的流量時(shí)，產(chǎn)生供油不足的現(xiàn)象，這不能使正在工作臺(tái)的執(zhí)行元件與負(fù)載壓力無關(guān)的控制得到保證。LUDV系統(tǒng)能保證在供油不足時(shí)所有執(zhí)行元件的工作速度按正比例下降，以獲得與負(fù)載壓力無關(guān)的控制。
　　執(zhí)行元件控制系統(tǒng)
; Y9 t3 o. |% r5 N  W, X　　1）行走自動(dòng)二速系統(tǒng)行走自動(dòng)二速系統(tǒng)只有在行走速度轉(zhuǎn)換開關(guān)處于二速位置時(shí)才具有此功能。此時(shí)，其信號(hào)使行走二速電磁閥換向；與此同時(shí)，通過二速用伺機(jī)服缸使行走馬達(dá)處于二速位置，挖掘機(jī)可高速行走。
　　另外，控制選擇閥還受行走壓力的作用，在上坡等負(fù)載大的時(shí)候，控制選擇閥向一速的一側(cè)換向；二速用伺服的控制油壓卸荷，使行走馬達(dá)自動(dòng)向一速位置轉(zhuǎn)換，驅(qū)動(dòng)力增大。
) ~' v8 `( M9 F挖掘機(jī)在平地上行走及下坡行走等工況時(shí)，行走阻力變小，控制選擇閥再換向，對二速用伺服缸作用，行走馬達(dá)自動(dòng)地又回到二速位置上，使控制機(jī)高速行走。
; Y- ]8 B$ `1 S　　2）轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)搖晃防止機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)搖晃防止機(jī)構(gòu)是挖掘機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)停止后消除其搖晃的機(jī)構(gòu)，其工作原理是：
　　回轉(zhuǎn)馬過停止運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，反轉(zhuǎn)防止閥兩側(cè)受卸荷壓力作用，彈簧壓縮。由于左、右壓力相等，反轉(zhuǎn)防止閥不能換向。
　　回轉(zhuǎn)馬達(dá)停止運(yùn)轉(zhuǎn)后B口側(cè)壓力比A口側(cè)高，對回轉(zhuǎn)馬達(dá)產(chǎn)生反力作用，回轉(zhuǎn)馬達(dá)搖晃，此時(shí)A口側(cè)壓力比B口側(cè)的高，對反轉(zhuǎn)防止閥產(chǎn)生壓力。由于閥中有節(jié)流孔，產(chǎn)生時(shí)間滯后，滑閥向右移動(dòng)，從而使A口與B口聯(lián)通、壓力相等。因此，轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)搖晃僅一次而已。
4 N8 m+ ~* x3 w% q+ Y4 ?- }　　3）工作裝置控制系統(tǒng)液壓挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)中有六個(gè)執(zhí)行元件——左、右行走馬達(dá)，轉(zhuǎn)達(dá)臺(tái)回轉(zhuǎn)馬達(dá)，動(dòng)臂液壓缸，斗桿液壓缸，鏟斗液壓缸。為了提高挖掘機(jī)的生產(chǎn)率和節(jié)省能源消耗，在挖掘機(jī)的挖掘裝載過程中，需要回轉(zhuǎn)馬達(dá)和三種液壓缸協(xié)調(diào)動(dòng)作，即工作裝置控制系統(tǒng)應(yīng)具備如下三項(xiàng)功能：
) |% i( N9 I0 V2 p0 b/ p2 _+ D　�。�1）控制機(jī)控制功能。鏟斗沿水平面或與水平面成一定角度的直線運(yùn)動(dòng)，圓弧運(yùn)動(dòng)；任意軌跡運(yùn)動(dòng)。
　�。�2）裝載挖掘功能。完成滿斗提升、回轉(zhuǎn)和卸載。在這一過程中要求鏟斗相對于地平面保持開始提升時(shí)的角度，以防止鏟斗內(nèi)物料在提升過程中撒落。
2 M3 N: ~' f9 s: h　�。�3）復(fù)位控制功能。卸載后通過動(dòng)臂、斗桿、鏟斗和回轉(zhuǎn)等四個(gè)動(dòng)作的聯(lián)動(dòng)，使鏟斗恢復(fù)到開始挖掘的位置。
　　上述挖掘機(jī)工作裝置的控制形式有機(jī)液控制和計(jì)算機(jī)控制等兩種方式。
( ~" y- I4 u5 N. M. t, `　　液壓挖掘機(jī)整機(jī)控制系統(tǒng)
　　1）液壓油溫度控制系統(tǒng)液壓系統(tǒng)功率損失大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃�，引起油溫升高。其結(jié)果不僅使液壓系統(tǒng)效率下降，也加速油質(zhì)惡化。據(jù)資料介紹，液壓油溫度超過55度每升高9度，油液的使用壽命將縮短一半。因此，應(yīng)盡量避免液壓油溫度過高。
　　油溫控制裝置與節(jié)能控制裝置組合后處于報(bào)警狀態(tài)，該裝置工作時(shí)先將熱熔式超溫保護(hù)器設(shè)定在系統(tǒng)的合理溫度范圍之內(nèi)，然后閉合磁鋼式限溫開關(guān)，在自鎖功能的控制下使溫度控制開關(guān)斷開。當(dāng)油液溫度升高到熱熔工超溫保護(hù)器的調(diào)定溫度時(shí)，磁鋼式限溫開關(guān)自動(dòng)斷開，而溫度控制開關(guān)吸合。與此同時(shí)，溫度控制指示燈發(fā)亮，給以預(yù)警指示。該指示信號(hào)又通過電子節(jié)能控制模塊的作業(yè)模式選擇開關(guān)和油門電子控制器，對柴油機(jī)的油門開度進(jìn)行控制，使用柴油機(jī)轉(zhuǎn)速降低，從而減少液壓泵的流量，控制液壓系統(tǒng)的熱量產(chǎn)生，避免油液溫度持續(xù)上升。
　　溫度預(yù)警解除后通過磁鋼式限溫開關(guān)的吸合，消除油液升溫對電子節(jié)能控制模塊的影響，從而使挖掘機(jī)恢復(fù)正常工作狀態(tài)。
' u/ E8 W2 G6 p  @* G　　2）液壓挖掘機(jī)工況監(jiān)測與故障查找系統(tǒng)液壓挖掘機(jī)工況監(jiān)測與故障查找系統(tǒng)在改進(jìn)維修方式，保證安全運(yùn)行和消除事故隱患等方面起著重要作用。該系統(tǒng)目前有兩種形式：一種是診斷計(jì)算機(jī)——插入機(jī)上系統(tǒng)的手持式終端形式，如日本的日立建機(jī)公司的Dr.EX故障診斷系統(tǒng)；另一種是隨機(jī)安裝的系統(tǒng)，如德國O&K公司的工況控制系統(tǒng)（BCS），它率先運(yùn)用衛(wèi)星通訊技術(shù)，將各臺(tái)作業(yè)中的挖掘機(jī)技術(shù)狀況和故障住處由機(jī)載發(fā)射機(jī)發(fā)射到同步衛(wèi)星上，再由衛(wèi)星上的轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)回維修管理中心，管理中心的計(jì)算機(jī)屏幕上實(shí)時(shí)顯示各臺(tái)挖掘機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。
　　3）自動(dòng)挖掘控制系統(tǒng)利用激光發(fā)射器的自動(dòng)挖掘控制系統(tǒng)，其基本原理是在施工現(xiàn)場設(shè)置一個(gè)回轉(zhuǎn)式激光發(fā)射器，它可以控制數(shù)臺(tái)挖掘機(jī)在同一要求的基準(zhǔn)面上作業(yè)。在挖掘機(jī)上裝有激光接收器，其上有三只光靶——上、下光靶和基準(zhǔn)光靶。當(dāng)激光發(fā)射器發(fā)出的激光束恰好擊中基準(zhǔn)光靶時(shí)，挖掘機(jī)的工作裝置保持在要求的理想工作面上作業(yè)。若外界因素變化使挖掘機(jī)的工作裝置偏離了要求的理想工作面，則激光束或射在上光靶或射在下光靶，說明工作裝置已產(chǎn)生了偏離現(xiàn)象。這時(shí)上光靶或下光靶會(huì)把光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電子指令信號(hào)驅(qū)使設(shè)在挖掘機(jī)上的分流閥動(dòng)作，從而達(dá)到控制液壓油的流向，使挖掘機(jī)的工作裝置再次回到要求的理想工作面上作業(yè)。利用激光發(fā)射器的自動(dòng)挖掘控制系統(tǒng)可大大減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，并獲得較好的挖掘作業(yè)質(zhì)量。
　　4）遙控挖掘機(jī)遙控挖掘機(jī)是指通過有線或無線電路裝置進(jìn)行操縱的挖掘機(jī)。一般有線遙控距離為150-300m，無線遙控距離為1500-2000m。
　　在遠(yuǎn)距離操縱裝置內(nèi)，操縱手柄的位移量轉(zhuǎn)換為電壓，再由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，各操縱手柄的并聯(lián)信號(hào)轉(zhuǎn)換為串聯(lián)信號(hào)，用無線電機(jī)進(jìn)行發(fā)射處理，其信號(hào)被發(fā)射到挖掘機(jī)上。挖掘機(jī)接收的信號(hào)與發(fā)射時(shí)的動(dòng)作相反，轉(zhuǎn)換成電流值，通過電磁比例減壓閥，使執(zhí)行元件（液壓缸或液壓馬達(dá)）動(dòng)作。其他動(dòng)作也是靠接收無線信號(hào)后通過電磁閥來使執(zhí)行元件動(dòng)作的。
8 D" t5 j+ {7 W& h5 [. @) O　　5）液壓挖掘機(jī)綜合控制系統(tǒng)
! J8 v6 q( b) f$ W　　液壓挖掘機(jī)綜合控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有：
( b, O' G4 G8 r: D; D$ n+ o% o5 k　�。�1）采用了電子控制壓力補(bǔ)償?shù)呢?fù)荷傳感受液壓系統(tǒng)。它由負(fù)荷傳感控制閥和負(fù)荷傳感控制變量泵組成，液壓泵的輸出流量始終等于執(zhí)行元件（液壓缸、液壓馬達(dá)）所需要的流量。
　�。�2）采用了電子控制動(dòng)力調(diào)節(jié)系統(tǒng)。這主要是通過計(jì)算機(jī)對發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓泵進(jìn)行功率設(shè)定，確定發(fā)動(dòng)機(jī)油門開度和液壓泵的排量。這樣，可根據(jù)挖掘機(jī)不同的作業(yè)工況，采用不同的發(fā)動(dòng)機(jī)特性和液壓泵特性，其特性曲線都是由計(jì)算機(jī)軟件來決定的。
; g, m. v3 c" x5 O: z　　（3）采用了人工與電子聯(lián)合控制的操縱系統(tǒng)。因挖掘機(jī)的作業(yè)現(xiàn)場情況多變，操作復(fù)雜，尚不能離不開人工操縱，但電子控制起到了重要的輔助調(diào)節(jié)作用。例如，在挖掘機(jī)整個(gè)作業(yè)過程中駕駛員可以只操縱一個(gè)手柄，其余動(dòng)作都是自動(dòng)化的聯(lián)鎖運(yùn)動(dòng)。但采用手動(dòng)優(yōu)先原則，手動(dòng)操縱時(shí)自動(dòng)控制系統(tǒng)暫停運(yùn)作。
　　（4）采用了手持式終端故障診系統(tǒng)，可以使挖掘機(jī)出現(xiàn)的故障及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理。