液壓挖掘機中的電控系統簡介

【摘 要】 文章在主要介紹了液壓挖掘機電控系統發展的同時，還對其進行了簡單的原理介紹。

【關鍵詞】 電氣系統 應用 發展趨勢 節能控制

一.電器系統在挖掘機工作監測中的應用和發展趨勢

電器系統在液壓挖掘機中的監測作用都有目共睹，其主要組成部分就是顯示儀表和各種傳感器。目前，在顯示儀表上，有著這樣一種趨勢，將盡可能多的挖掘機工作參數顯示在儀表上，如燃油量、發動機水溫、液壓油溫、機油壓力、發動機轉速等，顯示儀表功能越來越多，越來越復雜。

實際上，挖掘機監測系統功能的不斷完善是發展的必然趨勢，但監測儀表的設計也是多方面因素綜合的結果，包括基本功能的需要，用戶心理的研究、維修服務的考慮等多方面因素。

在基本功能需求方面，實際上監測儀表顯示最需要的功能是燃油量，另外還有工作時間，這也是在早期的挖掘機顯示中最不可缺少的數量上的顯示，其他的顯示都以報警量的形式給出。限于當時的發展水平和成本考慮，這些報警量的具體值往往并不加以采集。但發展到今天，儀表顯示技術得到了很大得發展，從機械式電動儀表發展到段式液晶顯示和發光二極管顯示，又發展到單色點陣式液晶顯示，進而發展到目前流行的彩色液晶顯示，加上電子技術和傳感器技術的發展，使得過去這些報警量的數據采集和顯示變得成本低廉，形成一種將所有工作數據的具體值都顯示在儀表上的趨勢。

但從工程學角度來講，顯示量的設置與司機的經驗、習慣有很大關系。因為與儀表顯示最相關的人是司機，他只需要知道與操作挖掘機工作最有關的量就可以了，顯然這就是燃油量和工作時間。燃油量顯示可以提醒司機何時加油以保證工作的連續性；工作時間的顯示則有助于司機把握自己的工作量。對于有經驗的司機來講，發動機水溫、燃油溫度也是必不可少的，有助于司機調整自己的工作節奏，避免挖掘機長期工作在超負荷狀態下，但這些量也可以以報警量的形式提醒司機；但對于沒有經驗的司機和用戶來講，則所顯示的水溫和油溫有可能產生誤解和歧義。

二.電器系統在挖掘機管理中的應用

隨著無線通訊網絡的發展，利用GSM網絡或CDMA網絡傳遞挖掘機工作信息成為一種潮流。由于手機網絡具有距離遠、實時性強的特點，可以通過短信的形式傳遞挖掘機的各種工作信息，如利用GPS系統的位置信息，工作時間信息，耗油量信息，發動機機油壓力信息等，因此產生了以下幾個方面的應用。

首先，有利于機主對挖掘機進行管理，因為可以利用手機或計算機實時監控工作時間、工作地點和燃油消耗量，準確計算挖掘機的實際工作量。

其次，有利于對挖掘機的維護和保養，因為可以通過短信形式獲得挖掘機的各種工作參數，供專業人士評估。

第三，有利于生產廠家和經銷商對按揭的監督。

第四，有利于生產廠家和經銷商對挖掘機使用故障的評估，并能節約服務費用。

三.電器系統在挖掘機工作安全中的應用和發展方向

挖掘機作為一種工程機械，其工作環境經常處于危險之中，每年都有傷亡事故發生，其中絕大多數都是因為司機的不重視所引起，因此非常有必要利用傳感器對周圍環境的危險程度進行評估，以提醒司機注意危險。

造成事故的因素主要有：傾翻、回轉誤傷和誤撞、塌方等。

對于傾翻，往往是由于挖掘機在斜坡上工作引起的，因此可以利用一個傾斜傳感器來提醒司機工作的危險程度，并系好安全帶。只這一項措施，就能避免很多傷亡事故的發生。

對于回轉誤撞，可以采取兩種措施，第一是在挖掘機尾部安裝聲光報警裝置，第二是在挖掘機尾部安裝距離傳感裝置，并將距離傳感裝置與回轉液壓系統連接起來，在監測到有障礙物時切斷液壓動力或先導動力，時回轉動作停止以避免事故。

對于塌方的危險，可以通過監測挖掘工作中掌子面的高度來實現，當監測到掌子面的高度過高時，就發出警報，提醒司機注意。

四.電器系統在挖掘機檢測、維護和測試中的應用和發展方向

挖掘機在工作中的可靠性對于其工作效益有極大的影響。前面介紹過，可以將挖掘機的所有工作參數都用模擬傳感器記錄下來，一方面給司機報警，起到提醒的作用，另一方方面可以給專業人士進行評估，也可以觸發系統進行自我維護操作，例如觸發強制潤滑系統進行動作。

另外，利用點陣式液晶顯示，還可以為司機提供很多有益的提示，例如顯示操作手冊，到一定的工作時間后自動提示司機應當完成的維護工作等。

在挖掘機的開發過程中，有時也迫切需要了解很多挖掘機工作的參數，此時需要挖掘機電器系統能夠支持這種功能，以完成液壓系統、發動機系統中負載大小的檢測和多路閥、液壓馬達、液壓泵、液壓缸等的工作參數的記錄，以及在長期工作狀態下這些參數的變化情況，以便對設計進行完整的評估，如操縱性、經濟性、可靠性、節能性等。

五.電器系統在挖掘機節能控制中的應用和發展方向

同汽車電器一樣，挖掘機電器系統中技術含量最高的部分在于其動力系統的控制——節能控制。

眾所周知，挖掘機工作過程中存在各種功率損失，其中占主導地位的是液壓系統內部損失和功率匹配損失。針對液壓系統功率損失，國內外工程機械生產商開發了多種節能控制技術，較好地解決了這一問題。功率匹配損失是由于挖掘機工況復雜，負載變化劇烈，導致柴油機嚴重偏離經濟工作區，造成燃油利用率不高，尤其是在高轉速、小負載的情況下。為解決這一問題，國外很早就展開了研究，對發動機和液壓泵采取功率匹配控制，目的是控制柴油機在各種負載功率條件下都工作在經濟工作區。到目前為止，幾乎所有的國外公司生產的中型挖掘機都配備了這一控制系統，如小松公司的PC系列挖掘機，日立建機的EX系列挖掘機，卡特彼勒公司的挖掘機等。為進一步提高功率匹配控制效果，國內一些學者也做了大量的研究工作。這些技術曾經大幅度降低了液壓挖掘機的油耗，但由于挖掘機本身工作負載的特點，決定了在傳統的功率匹配技術下，難以進一步提高節能效果。目前，在這一領域，國內和國外差別已經不大，在二十噸級的液壓挖掘機上，國內普遍采用了電控泵和自國內主研發的節能控制器。但在小挖上，由于成本的限制還應用不多。

為解決小挖時，柴油機過熱的問題，國外各著名工程機械生產廠家普遍將研究開發方向轉向了混合動力系統，油電混合動力應運而生，它的優點是，不但能對內燃機輸出扭矩進行均衡控制，使內燃機工作點始終位于經濟工作區，而且可以利用電機控制技術，對每一個液壓缸都采用閉式傳動方案，從而取消了多路閥控制，徹底消除閥內的節流損失，同時可以對回轉動能、工作裝置的重力勢能等進行回收。小松、神鋼等公司采用的就是這種方案。這種方案的最大缺點是，由于能量轉換經歷了柴油機—發電機—蓄電池—電動機—液壓泵—液壓缸、液壓馬達等多個環節，每一個環節都存在能量損失，因此導致整個轉換過程中的能量損失較大，從而在一定程度上抵消了采用這種技術所能取得的節能效果。

其中，研究挖掘機的節能控制處于非常關鍵的地位，決定了國內挖掘機今后的競爭力。盡管國外挖掘機節能控制已經發展到了非常成熟的地步，但并不意味著我們沒有一點機會，混合動力汽車的發展為我們挖掘機等工程機械的的節能提供了很好的借鑒，說明挖掘機節能還有很大的潛力可挖，樂觀估計的話應該還有50%的節能潛力。