小型挖掘機動力系統(tǒng)節(jié)能控制研究

萬 理

（96885 部隊，河南三門峽 472000）

0 引言

挖掘機能夠代替人工在氣候惡劣且地理環(huán)境比較復雜的地方進行高強度作業(yè)，并且挖掘機比人工勞動的效率更高，不同類型的挖掘機擁有各自的優(yōu)勢特點，能夠應用在不同的施工環(huán)境中。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，工程機械的的種類和數(shù)量隨之增多，再加上環(huán)保理念的普及和發(fā)展，國內(nèi)外對于工程機械的污染問題都有了更高的重視度，這些都是促進挖掘機等工程機械產(chǎn)品朝著環(huán)保節(jié)能型方向發(fā)展的重要因素。

1 挖掘機概述

挖掘機是一種非常重要的工程機械，是可以實現(xiàn)不間歇作業(yè)的工程機械，不僅可以具有挖掘性能，同時也具有裝卸和平整土地的功能，在工業(yè)和民用建筑等方面得到非常廣泛的應用。我國從20 世紀60 年代開始引進液壓挖掘機機械，前期是引進歐美發(fā)達國家的機械，改革開放后，國產(chǎn)挖掘機開始走向快速發(fā)展的階段。雖然整體制造工藝和水平與國外發(fā)達國家相比還有一定的差異，但隨著國外眾多的先進挖掘機進入中國市場后，國內(nèi)外挖掘機系統(tǒng)配置的差別開始逐漸縮小。

挖掘機市場的迅速增長給社會經(jīng)濟的發(fā)展帶來了重要影響，同時，大量的工程機械會消耗大量的資源，也會排放很多污染物，因此需要在節(jié)能控制方面進行重點研究。小型挖掘機具有很大的靈活性，能夠在很多小型工程中應用。小型挖掘機一般將柴油發(fā)動機作為動力系統(tǒng)，容易出現(xiàn)工作負荷大和消耗大、產(chǎn)生環(huán)境污染問題。尤其是在人口密集的城市中使用，會對正常生活和生產(chǎn)造成不利影響。目前，我國挖掘機行業(yè)整體技術條件較為落后，因此必須要做好節(jié)能方面的研究。目前國內(nèi)小型挖掘機主要是通過手動控制油門調(diào)節(jié)發(fā)動機轉(zhuǎn)速，這種操作方法不僅影響工作效率，還容易產(chǎn)生無謂的消耗。

2 小型挖掘機動力系統(tǒng)節(jié)能控制

挖掘機一般是全制式調(diào)速器和調(diào)速曲線共同作用，因此工作狀況出現(xiàn)變化時會對負載壓力和起調(diào)壓力以及泵出口的壓力造成影響，通過控制泵的排量和發(fā)動機的調(diào)速拉桿，能夠讓泵的吸收功率與柴油機的輸出功率盡可能的匹配，可以使發(fā)動機轉(zhuǎn)速更好的適應負荷的變化，也能夠更好的實現(xiàn)動力性和經(jīng)濟性，同時也能避免發(fā)動機熄火。將柴油機、變量泵以及負載作為是一個系統(tǒng)，實現(xiàn)對三者的匹配。

2.1 發(fā)動機的節(jié)能措施

（1）采用電子控制式調(diào)速器。挖掘機作業(yè)時一般都有比較復雜的動作，工作裝置的啟動和制動次數(shù)比較頻繁，這就導致在短時間內(nèi)會有較大的負荷，并且在戶外作業(yè)時還會受作業(yè)環(huán)境和溫度的影響，因此會對挖掘機的控制有一定要求。小型挖掘機的柴油機一般采用機械離心式調(diào)速器，容易受到發(fā)動機轉(zhuǎn)速的影響，因此容易出現(xiàn)負荷問題。但電子控制調(diào)速器能夠減少發(fā)動機轉(zhuǎn)速對燃料噴射的影響，可以讓噴射一直處在高壓細化狀態(tài)，同時還能參考發(fā)動機的運行狀態(tài)對噴油規(guī)律和狀態(tài)進行有效調(diào)整，采用電子調(diào)速器能夠讓噴射更好地適應變化的負荷狀態(tài)，對提升燃料效率具有重要意義。

（2）采用電子控制燃油噴射系統(tǒng)。電子控制燃油噴射系統(tǒng)主要是對噴油系統(tǒng)的電子化控制，這種方式能夠?qū)娪土康臓顩r實施實時控制，同時將有效的監(jiān)測數(shù)據(jù)輸入計算機，與已經(jīng)設置好的參數(shù)值進行對比，將經(jīng)過對比的數(shù)據(jù)進行一定的處理后，可以按照最佳值或計算后的目標值，將指令發(fā)到執(zhí)行器，執(zhí)行器將計算機指令應用到噴油量控制，還要對廢氣再循環(huán)閥門以及預熱塞等結構進行控制，使柴油機保持在最佳運行狀態(tài)，進而獲得最佳燃油經(jīng)濟性，減少廢氣排放量，起到節(jié)能環(huán)保效果。

2.2 智能功率匹配優(yōu)化系統(tǒng)

小型的挖掘機普遍使用機械拉線的方式對油門進行調(diào)節(jié)，容易在輸出功率和輸入功率上出現(xiàn)問題，兩者容易出現(xiàn)不匹配現(xiàn)象，影響機械作業(yè)效率，同時還會產(chǎn)生功率的浪費。實現(xiàn)動力系統(tǒng)的節(jié)能控制，需要重視智能功率匹配問題，采用優(yōu)化后的系統(tǒng)進行控制，通過車載計算機對液壓泵進行功率控制，還能讓發(fā)動機始終保持在額定轉(zhuǎn)速附近，這樣不僅可以充分利用發(fā)動機功率提高挖掘機的作業(yè)效率，還能預防發(fā)動機過載熄火問題。

2.3 柴油機的轉(zhuǎn)速控制

2.3.1 通過設定經(jīng)濟模式降低燃油消耗

柴油機的耗油量與其循環(huán)供油量有著重要關系，因為柴油機的循環(huán)供油量會隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化。一般來說，柴油機的有效燃油消耗在某一區(qū)間轉(zhuǎn)速最低，因為高速的運轉(zhuǎn)會讓指示效率和機械效率下降，導致柴油機有效消耗率上升，而低轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)會導致柴油機的有效燃油消耗率上升。因此，應對柴油機的轉(zhuǎn)速進行控制，讓其保持中等轉(zhuǎn)速，并且將油門設定為經(jīng)濟模式，降低燃油消耗，同時也可以實現(xiàn)挖掘機節(jié)能，實現(xiàn)對環(huán)境的保護。

2.3.2 采用發(fā)動機油門電子控制系統(tǒng)降低能耗

挖掘機的柴油機油門控制器可以對油門電壓和發(fā)動機油門控制電機的位置進行監(jiān)測，然后進行對比分析，按照油門設定器制定的位置驅(qū)動電機。一般來說，油門設定器與電位器的電壓保持一致時，油門控制器就切斷電機電流，這樣就可以停止轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)對發(fā)動機油門的電子控制。

2.3.3 利用自動怠速控制節(jié)能

挖掘機工作時，并不是一直都處于大負荷狀態(tài)，普遍都會有一段時間的準備階段，這個階段挖掘機操縱桿處于中位狀態(tài)，因此液壓泵的輸出功率較低，不然容易浪費燃油，同時也會對柴油機造成一定的磨損，之外，還會存在一定的污染問題，容易造成環(huán)境污染。挖掘機駕駛員不可能在何時何地都能改變油門，因此需要重視發(fā)動機的自動化控制，利用發(fā)動機自動降速的控制性能解決上述問題。挖掘機工作期間，工作裝置如果一直處在無動作狀態(tài)，挖掘機系統(tǒng)壓力就會變低，但這種狀態(tài)持續(xù)的時間超過規(guī)定的時間，安裝在液壓控制閥上的傳感器就會將信息發(fā)給控制器，然后控制油門控制拉桿使其轉(zhuǎn)動，進而降低發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，使其處在低怠速狀態(tài)，以達到節(jié)約燃油的目的，同時還能減輕柴油機和液壓泵的磨損。駕駛員在操作控制手柄進時，控制器會再次將柴油機恢復到原來設定的轉(zhuǎn)速，等到操縱桿處在中位位置時，壓力開關處在關閉狀態(tài)，這樣就可以實現(xiàn)節(jié)能的目的。

3 結語

綜上所述，小型挖掘機動力系統(tǒng)的節(jié)能控制，要從柴油機自身方出發(fā)，關注其節(jié)能性，同時還要重視智能化系統(tǒng)的應用，通過優(yōu)化配置實現(xiàn)其節(jié)能性，提高挖掘機動力系統(tǒng)性能，讓挖掘機的使用更具有環(huán)保性，減少對環(huán)境的污染，同時提高燃油的利用率。