液壓挖掘機(jī) 控制系統(tǒng)分析機(jī)

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1、 液壓挖掘機(jī)控制系統(tǒng)分析 機(jī)制083 徐培麒 內(nèi)容摘要：本文以EX100WDz輪式挖掘機(jī)為例，從微處理控制器的信號(hào)輸入輸出，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制，液壓系統(tǒng)負(fù)載傳感控制三方面，分析介紹了采用微機(jī)控制的新一代日立EX系列液壓挖掘機(jī)的控制系統(tǒng)。 背景：當(dāng)今液壓挖掘機(jī)機(jī)電一體化程度越來(lái)越高，控制性能不斷提高，能量損失大大減小。日立EX系列液壓挖掘機(jī)采用微處理器控制，使用了高速開(kāi)關(guān)電磁閥控制的變量泵、負(fù)載傳感控制閥、可變壓力補(bǔ)償閥、比例電磁閥等新技術(shù)，使整機(jī)性能有了質(zhì)的飛躍，屬于機(jī)電一體化程度

2、較高的新一代挖掘機(jī)。 子系統(tǒng)分析： 微處理控制器及輸人輸出信號(hào)（參考文獻(xiàn)1） 控制系統(tǒng)采用兩個(gè)微處理控制器，即泵閥控制器和發(fā)動(dòng)機(jī)控制器來(lái)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制。 它們從系統(tǒng)中各傳感器和各種開(kāi)關(guān)接收電信號(hào)，對(duì)所接收的信號(hào)進(jìn)行分析處理后，發(fā)出控制信號(hào)，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)開(kāi)度控制馬達(dá)、開(kāi)關(guān)電磁閥、比例電磁閥等對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、液壓泵排量、壓力補(bǔ)償閥開(kāi)度等進(jìn)行自動(dòng)控制．使機(jī)器隨時(shí)處于最佳工作狀態(tài)。 圖1 泵閥控制器和發(fā)動(dòng)機(jī)控制器的輸入輸出信號(hào)如圖1。 2 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制（參考文獻(xiàn)3） 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制是由發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)開(kāi)度控制馬達(dá)經(jīng)減速機(jī)構(gòu)、T形杠桿及軟軸操縱噴油泵調(diào)速拉發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制桿實(shí)

3、現(xiàn)的(圖2)。 發(fā)動(dòng)機(jī)控制器從操作板上的功率選擇開(kāi)關(guān)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整開(kāi)關(guān)和自動(dòng)怠速開(kāi)關(guān)及與T形杠桿相連的發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)開(kāi)度傳感器接收信號(hào)，對(duì)這些信號(hào)分析處理后向發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)開(kāi)度控制。 圖2 2 1 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的設(shè)定 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的設(shè)定是由油門(mén)開(kāi)度傳感器檢測(cè)噴油泵調(diào)速拉桿位置，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)控制器的內(nèi)部程序控制油門(mén)開(kāi)度控制馬達(dá)位置完成的。 在油門(mén)開(kāi)度控制馬達(dá)帶動(dòng)噴油泵調(diào)速拉桿運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，帶動(dòng)油門(mén)開(kāi)度傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)，油門(mén)開(kāi)度傳感器將調(diào)速拉桿的轉(zhuǎn)動(dòng)角度轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)反饋給發(fā)動(dòng)機(jī)控制器，發(fā)動(dòng)機(jī)控制器將該電壓信號(hào)與其內(nèi)部程序設(shè)定值進(jìn)行比較，然后根據(jù)功率選擇開(kāi)關(guān)和轉(zhuǎn)速調(diào)整開(kāi)關(guān)的設(shè)定，輸出

4、一定頻率的脈沖信號(hào)，確定不同工況時(shí)油門(mén)開(kāi)度馬達(dá)的轉(zhuǎn)角位置。 打開(kāi)鑰匙開(kāi)關(guān)時(shí)，油門(mén)開(kāi)度馬達(dá)帶動(dòng)調(diào)速拉桿從停止位置轉(zhuǎn)至起動(dòng)位置，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的各設(shè)定位置與油門(mén)開(kāi)度位置如圖3 圖3 2．2 作業(yè)工況發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制 在作業(yè)工況，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速用操作板上的功率選擇開(kāi)關(guān)和轉(zhuǎn)速調(diào)整開(kāi)關(guān)設(shè)置，四個(gè)功率選擇開(kāi)關(guān)按鈕可分別將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置為怠速工況 、輕載工況，J、經(jīng)濟(jì)作業(yè)工況E和動(dòng)力作業(yè)工況尸。 圖4 轉(zhuǎn)速調(diào)整開(kāi)關(guān)可在功率選擇開(kāi)關(guān)設(shè)置的四種工況之間調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)不同作業(yè)條件的需要。還可用功率選擇開(kāi)關(guān)和加速踏板一起控制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)控制器從行走制動(dòng)開(kāi)關(guān)和加速踏板壓力傳感器接收

5、信號(hào)，將傳感器輸出的信號(hào)與功率選擇開(kāi)關(guān)的信號(hào)進(jìn)行比較，按兩者較高的值控制油門(mén)開(kāi)度馬達(dá)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速(圖4），使轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)更方便。 2．3 發(fā)動(dòng)機(jī)熄火控制 發(fā)動(dòng)機(jī)熄火是由油門(mén)開(kāi)度馬達(dá)和熄火馬達(dá)共同控制的。 當(dāng)鑰匙開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)至熄火位置時(shí)，油門(mén)開(kāi)度馬達(dá)于維持發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)所必需的最小油量，同時(shí)應(yīng)急繼電器動(dòng)作，通過(guò)熄火馬達(dá)切斷燃油供給，迫使發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。應(yīng)急繼電器電路還與發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力傳感器相連，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)如機(jī)油壓力降至允許值以下時(shí)，3秒鐘后應(yīng)急繼電器動(dòng)作，在啟動(dòng)過(guò)程中1O秒鐘內(nèi)機(jī)油壓力不能上升到允許壓力，應(yīng)急繼電器動(dòng)作，熄火馬達(dá)切斷供油，迫使發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)得到了保護(hù)使噴油泵調(diào)速拉桿回到停

6、車(chē)位置，將供油量減至小。 3 液壓系統(tǒng)負(fù)載傳感控制（參考文獻(xiàn)3） 該機(jī)的電子式負(fù)載傳感控制系統(tǒng)由變量泵、中閉式負(fù)載傳感多路閥、卸荷閥、壓差傳感器及電氣控制部分組成。由壓差傳感器檢測(cè)負(fù)載壓力，通過(guò)泵閥控制器發(fā)出指令，根據(jù)負(fù)載的需求調(diào)節(jié)渣壓泵排量，使泵輸出壓力始終比負(fù)載壓力高出一不大的恒定值，從而保證液壓泵輸出功率與負(fù)載相適應(yīng)，減小能量損失。 3．1 液壓泵排量調(diào)節(jié)原理 液壓泵排量調(diào)節(jié)原理主液壓泵為斜軸式變量柱塞泵，泵的排量調(diào)節(jié)是通過(guò)變量控制回路中的兩個(gè)高速開(kāi)關(guān)電磁閥的通斷。 控制進(jìn)入變量伺服缸兩腔的先導(dǎo)壓力油，改變缸體的擺角來(lái)實(shí)現(xiàn)的，缸體的擺角可在2。～24。范圍內(nèi)變化。高速開(kāi)

7、關(guān)電磁閥的通斷則是由泵閥控制器發(fā)出的電信號(hào)控制的。高速開(kāi)關(guān)閥的迅速啟閉精確地調(diào)節(jié)進(jìn)入變量伺服缸的流量從而調(diào)節(jié)液壓泵的排量。 總結(jié)： 我通過(guò)這次的文獻(xiàn)閱讀，對(duì)液壓挖掘機(jī)的控制系統(tǒng)有了大致了解，主要的過(guò)程如下：應(yīng)用電子控制技術(shù)，通過(guò)傳感器和開(kāi)關(guān)將負(fù)載、速度及工作模式等數(shù)據(jù)信息傳回到微機(jī)處理系統(tǒng)，處理后的指令信號(hào)又通過(guò)控制器輸給調(diào)節(jié)電機(jī)、電磁閥等，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓及閥等進(jìn)行精確控制。 參考文獻(xiàn)： （1）：《液壓挖掘機(jī)典型液壓控制系統(tǒng)分析》 張德勝，郭勇(中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院智能機(jī)械研究所) （2）：《小松液壓挖掘機(jī)機(jī)電一體化控制系統(tǒng)分析》 中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué) 紀(jì)云鋒 陳欠根何清華 （3）： 《日立EX系列液壓挖掘機(jī)一機(jī)電一體化控制系統(tǒng)分析》 重慶建筑大學(xué) 劉振軍