電控發(fā)動機在QH4000強夯機上的應用

樊菁敏

摘 要：隨著交通運輸車輛的急劇增加，柴油機排放的尾氣已經(jīng)成為對地球環(huán)境污染的主要來源，杭州市區(qū)對排放標準也進行了相應提升，杭重工程機械有限公司為了更好地響應政府號召，要求將強夯機上使用的柴油機升級換代，決定用電控發(fā)動機來替代原有的柴油發(fā)動機。文章主要是介紹電控發(fā)動機在QH4000強夯機上的應用。

關鍵詞：發(fā)動機選型；控制模塊；功能要求；電控系統(tǒng)；圖紙

1 QH4000強夯機電控發(fā)動機及電氣附件選型

電控發(fā)動機機型：QSL8.9-C325-30。

進氣預熱器：方型進氣預熱器，規(guī)格：24V/100A。安裝在進氣蓋板上，接線柱參考坐標：（213，483，-406），帶搭鐵線。

空調(diào)壓縮機：24V電壓系統(tǒng)空調(diào)，排量167cm3/r。

冷卻液輔助加熱：只含1個螺堵，無冷卻液加熱器。

發(fā)電機：規(guī)格：28V/70A，供應商：北京佩特來，端子B+/D+/E/N/L。

轉(zhuǎn)速傳感器：機械轉(zhuǎn)速傳感器，安裝在飛輪殼上。

機油壓力傳感器：選件號SD 9294。

起動機：規(guī)格：24V/7.5kW，大模數(shù)，減速式，干式起動機，供應商：北京佩特來，帶繼電器。

電壓：24V電氣系統(tǒng)。

2 電控發(fā)動機QSL8.9-C325-30的簡單介紹

發(fā)動機機型號： 東風康明斯QSL8.9-C325-30。

額定點功率/轉(zhuǎn)速： 242kW/2100r/min。

最大扭矩： 1385Nm/1500r/min。

低怠速： 700-900 r/min。

排放標準： 國Ⅲ。

3 電控發(fā)動機控制模塊及實現(xiàn)方案的考慮

電控發(fā)動機模塊：QSL8.9電控發(fā)動機的電控模塊為CM2150A。

儀表要求：能支持CAN總線，同時要符合J1939通訊協(xié)議。

設計考慮如下：首先，儀表方面，如果采用從發(fā)動機的ECM讀取數(shù)據(jù)，必須選用支持CAN總線的儀表，因此設計選用HSM的5.7寸智能監(jiān)測儀表；其次，要符合SAEJ1939協(xié)議J1939是通過串行通信方式在不同控制器接受或發(fā)送數(shù)據(jù)。最后，采用從發(fā)動機上外接的水溫、油壓、轉(zhuǎn)速傳感器讀取數(shù)據(jù)，傳感器與機械式發(fā)動機的傳感器相同。

4 電控系統(tǒng)具體配置說明

顯示器：ICP6600，7寸，一臺；控制器：IMCT3940，一臺；高度限位開關：A2B-Z，帶錘，一只；高度限位開關電纜：8m，一根；121芯線束總成：2m，一根；顯示器相關電纜：W100-8m，CAN1，一根。

5 強夯機電控系統(tǒng)功能要求

5.1 顯示要求

（1）主界面顯示：臂架圖形，電控柴油機轉(zhuǎn)速、水溫、機油壓力。臂架角度、先導油路壓力、燃油液位、液壓油溫，發(fā)動機累計工作時間，作業(yè)半徑。（2）開關量顯示：空濾堵塞報警、回油口堵塞報警、先導油口堵塞報警、先導油路開啟指示、液壓油箱總閥狀態(tài)指示、急停控制指示、液壓油位低報警、變幅棘爪狀態(tài)提示、主卷提升高度限位報警、變幅卷揚三圈保護器限位報警（備用）。（3）故障報警：各傳感器報警及Can總線通訊報警。發(fā)動機故障報警以及GPS故障或者鎖車提示信息等。（4）端口查詢：控制器I/O口的狀態(tài)檢測顯示。

5.2 控制要求

（1）輸出端口按照要求設置。（2）當先導控制信號輸入時，輸出先導繼電器控制信號，打開先導油路。（3）變幅棘爪位置檢測信號輸入時，判定變幅棘爪處于打開狀態(tài)，此時變幅上限位繼電器控制信號輸出失效，變幅下限位繼電器控制信號輸出失效。可以進行變幅操作。（4）傾角傳感器感應角度為79.5°時，變幅上限位繼電器控制信號輸出，禁止變幅仰動作。指令優(yōu)先級大于b項。（5）三圈保護器控制信號輸入時，變幅下限位繼電器控制信號輸出，禁止變幅俯動作。指令優(yōu)先級大于b項。（6）應保證控制器與GPS模塊通訊順暢，鎖車防拆功能完善。（7）應保證控制器與電控柴油機（康明斯電控發(fā)動機）通訊順暢。（8）油門腳踏板電位計，油門旋鈕電位計接控制器走Can口控制柴油機油門。（9）GPS鎖車時，鎖發(fā)動機油門信號的同時也鎖先導繼電器控制信號。（10）顯示器可輸入動態(tài)解鎖密碼，根據(jù)顯示器的動態(tài)密碼給出解鎖密碼，每十分鐘更換一次。

5.3 通訊要求

CAN通訊，配置120歐姆電阻，按照雙方約定的通訊協(xié)議。

6 力限器的功能要求

6.1 力矩限制功能

當操作者通過顯示器上的按鍵設置完畢強夯機當前的工況和倍率后，通過油壓傳感器將力的信號傳入控制器并最終計算出實際重量，通過角度傳感器將主臂角度信號傳入控制器最終計算出工作幅度，微處理器通過查表功能利用當前的工作幅度找到此時的額定起重量并在顯示器上顯示，同時控制器中微處理器將實際力矩和額定力矩相比較，當達到額定力矩時，顯示器提示過載警告信號并發(fā)出聲音警告，控制器發(fā)出控制信號，此時危險方向的操作被禁止。

6.2 報警提示功能

當力限器系統(tǒng)出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)內(nèi)部的專家診斷程序?qū)l(fā)出警告信號，并將此信號通過CAN總線發(fā)送給顯示器，在顯示器主頁面最上方的狀態(tài)欄顯示。

6.3 角度、高度和幅度區(qū)域限制功能

此功能的工作原理是根據(jù)強夯機需求而設計的起重性能曲線，現(xiàn)場的工作環(huán)境定位，通過分析強夯設備的自身重量隨著起重工況的變化而變化數(shù)據(jù)模型，結(jié)合起重設備吊臂的撓區(qū)模型，采用微電子技術(shù)，實時計算分析，使強夯設備工作在安全的工作范圍內(nèi)。在接近超載（保護吊臂，支腿等機構(gòu)安全），超力矩（整車傾翻安全），碰撞周圍建筑物，強夯設備構(gòu)等危險情況時，發(fā)出預警信號；在超出危險情況時，及時切斷危險方向的動作。

6.4 端口狀態(tài)查詢和實時監(jiān)控功能

力限器可以根據(jù)系統(tǒng)開關量和模擬量端口的不同配置，設計出對應的端口狀態(tài)實時查詢監(jiān)控功能，來確保力限器對各端口的實時監(jiān)控。

6.5 系統(tǒng)故障專家診斷功能，及解決方案

在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，力限器通過專家診斷功能，能夠自動實現(xiàn)對故障的診斷，并提示故障原因；操作者可以根據(jù)系統(tǒng)自備的故障解決方案來解決問題。

6.6 數(shù)據(jù)記錄功能

主機的數(shù)據(jù)記錄功能，可通過通訊接口將最近3000條超載記錄下載到計算機，并通過專業(yè)軟件將其轉(zhuǎn)換為EXCEL文件以方便閱讀。

數(shù)據(jù)記錄模塊可以記錄力限器系統(tǒng)每一次的改動：工況改變，倍率改變，起升高度限位器狀態(tài)改變，系統(tǒng)斷電、通電狀態(tài)的改變，力限器故障，當超載時將記錄所有可能的強夯機數(shù)據(jù)。

7 強夯機的電氣設計原理

7.1 電控系統(tǒng)組成

傳感器、控制器和執(zhí)行器三部分。

電控系統(tǒng)的基本組成：信號輸入裝置（各種傳感器）——電子控制單元（ECU）——執(zhí)行元件。

7.2 電氣設計原理

設計的相關圖紙主要有電氣原理圖、接線圖、線束圖、ECU接線圖、控制系統(tǒng)接線圖等。

8 結(jié)束語

安裝調(diào)試之后，在廠內(nèi)對設備進行了各參數(shù)的性能試驗，試驗報告顯示各試驗參數(shù)達到預先設定的指標，并且操作方便，滿足了用戶的實際需求。