液壓挖掘機(jī)控制系統(tǒng)介紹

1、液壓挖掘機(jī)控制系統(tǒng)介紹目前，機(jī)電液一體是液壓挖掘機(jī)的主要發(fā)展方向盤(pán)，其目的是實(shí)現(xiàn)液壓挖掘機(jī)的全自動(dòng)化，即人們對(duì)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(wú)線(xiàn)電操縱、電液比例操縱和計(jì)算機(jī)直接操縱。所以，對(duì)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。液壓挖掘機(jī)控制系統(tǒng)是對(duì)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)

2、、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)。發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)由柴油機(jī)的外型特性曲線(xiàn)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(mén)開(kāi)度增加（或減?。?，柴油機(jī)輸出功率就增加 （或 減?。捎谳敵雠ぞ鼗静蛔?，所以柴油機(jī)轉(zhuǎn)速也增加（或減小），即不同的油門(mén)開(kāi)度對(duì) 應(yīng)著不同的柴油機(jī)轉(zhuǎn)速。由此可見(jiàn)，對(duì)柴油機(jī)控制的目的是，通過(guò)對(duì)油門(mén)開(kāi)度的控制來(lái)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(mén)控制系統(tǒng)等。液壓元件控制系統(tǒng)對(duì)液壓泵的控制都是通過(guò)調(diào)節(jié)其變量擺角來(lái)實(shí)

3、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(lèi)。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(lèi)。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

4、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(lái)，在液壓挖掘機(jī)上開(kāi)始采用負(fù)荷傳感控制系統(tǒng)，其控制閃不論是中位開(kāi)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：（1）節(jié)省能源消耗。普通三位六通換向閥無(wú)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。（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

5、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。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）。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(méi)有解決節(jié)省能源因?yàn)楸盟敵龅牧髁砍^(guò)執(zhí)行問(wèn)題。定量泵和負(fù)荷傳感控制閥的系統(tǒng)也沒(méi)有節(jié)省能源消耗,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(wèn)題。4）帶次級(jí)壓力補(bǔ)償閥的負(fù)荷傳感系統(tǒng)德國(guó)力

6、士樂(lè)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(wú)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(wú)關(guān)的控制。執(zhí)行元件控制系統(tǒng)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(kāi)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(guò)二速用伺機(jī)服缸使行走馬

7、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。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(duì)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。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(guò)停止運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)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?；剞D(zhuǎn)馬達(dá)停止運(yùn)轉(zhuǎn)后 B 口側(cè)壓力比A 口側(cè)高，對(duì)回轉(zhuǎn)馬達(dá)產(chǎn)生反力作

8、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(duì)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 與B 聯(lián)通、壓力相等。因此，轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)搖晃僅一次而已。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)行元件一一左、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(guò)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：(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(xiàn)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(mǎn)斗提升、回轉(zhuǎn)和卸載。在這一過(guò)程

9、中要求鏟斗相對(duì)于地平面 保持開(kāi)始提升時(shí)的角度，以防止鏟斗內(nèi)物料在提升過(guò)程中撒落。(3)復(fù)位控制功能。卸載后通過(guò)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(kāi)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。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(guò)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(guò)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

10、閉合磁鋼式限溫開(kāi)關(guān)， 在自鎖功能的控制下使溫度控制開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。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(kāi)關(guān)自動(dòng)斷開(kāi)，而溫度控制開(kāi)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(guò)電子節(jié)能控制模塊的作業(yè)模式選擇開(kāi)關(guān)和油門(mén)電子控制器，對(duì)柴油機(jī)的油門(mén)開(kāi)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(guò)磁鋼式限溫開(kāi)關(guān)的吸合，消除油液升溫對(duì)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)。2）液壓挖掘機(jī)工況監(jiān)測(cè)與故障查找系統(tǒng)液壓挖掘機(jī)工況監(jiān)測(cè)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

11、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)一一插入機(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(guó) 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(chǎng)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，其上有三只光靶一一上、下

12、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(shuō)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(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)電路裝置進(jìn)行操縱的挖掘機(jī)。一般有線(xiàn) 遙控距離為150-300m,無(wú)線(xiàn)遙控距離為 15

13、00-2000m。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(wú)線(xiàn)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(guò)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(wú)線(xiàn)信號(hào)后通過(guò)電磁閥來(lái)使執(zhí)行元件 動(dòng)作的。5)液壓挖掘機(jī)綜合控制系統(tǒng)液壓挖掘機(jī)綜合控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有：(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(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)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(mén)開(kāi)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