第10講 挖掘機電液控制系統(tǒng)課件

第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)項目剖析與目標挖掘機是用鏟斗挖掘高于或低于承機面的物料，并裝入運輸車輛或卸至堆料場的土方機械。第一臺手動挖掘機問世至今已有130多年的歷史了，期間經(jīng)歷了由蒸汽驅(qū)動回轉(zhuǎn)挖掘機、電力驅(qū)動和內(nèi)燃機驅(qū)動回轉(zhuǎn)挖掘機到應(yīng)用機電液一體化技術(shù)的全自動液壓挖掘機的逐步發(fā)展過程。本任務(wù)項目主要針對全液壓挖掘機的結(jié)構(gòu)、原理、選型以及故障診斷與檢修方法等進行論述。2第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)任務(wù)描述挖掘機作為土方工程施工中的主力機種之一，可以用作挖掘、裝載、起重、打樁、搗固、鉆孔及平整等作業(yè)，具有用途廣、性能優(yōu)、挖掘力大、操控方便等特點。由于挖掘機系統(tǒng)復(fù)雜，涉及技術(shù)領(lǐng)域廣、機型多種多樣，本項目要求掌握挖掘機的結(jié)構(gòu)特點、電液控制技術(shù)的基本原理以及挖掘機綜合故障診斷與檢修方法。任務(wù)分析機電液一體化技術(shù)是液壓挖掘機的主要發(fā)展方向，其目的是實現(xiàn)液壓挖掘機的全自動化，即人們對液壓挖掘機的研究，逐步向機電液控制系統(tǒng)方向轉(zhuǎn)移，使挖掘機由傳統(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、無線電操縱、電液比例操縱和計算機直接操縱。3第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)【知識準備】挖掘機的結(jié)構(gòu)與工作原理1.液壓挖掘機結(jié)構(gòu)特點液壓挖掘機在各種工程建設(shè)領(lǐng)域，特別是在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中所起的重要作用越來越明顯，是工程機械行業(yè)中產(chǎn)銷量最大、增長率最高的產(chǎn)品之一。隨著挖掘機技術(shù)的不斷進步，市場上挖掘機品牌的增多，為用戶選購和使用挖掘機提供了更多的選擇。4第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)1）履帶式行走裝置履帶式行走裝置由“四輪一帶”（即驅(qū)動輪、導(dǎo)向輪、支重輪、托輪以及履帶）、張緊裝置和緩沖彈簧、行走機構(gòu)、行走架等組成。液壓泵→控制閥→行走馬達，行走和轉(zhuǎn)向很方便實現(xiàn)。5第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)6第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)2）回轉(zhuǎn)裝置液壓挖掘機回轉(zhuǎn)裝置由轉(zhuǎn)臺、回轉(zhuǎn)支撐和回轉(zhuǎn)機構(gòu)等組成?；剞D(zhuǎn)支撐的外座圈用螺栓與轉(zhuǎn)臺連接，帶齒的內(nèi)座與底架用螺栓連接，內(nèi)、外座圈之間設(shè)有滾動體。挖掘機工作裝置作用在轉(zhuǎn)臺上的垂直載荷、水平載荷和傾覆力矩通過回轉(zhuǎn)支撐的外座圈、滾動體和內(nèi)座圈傳給底架。3）工作裝置（1）反鏟工作裝置

鉸接式反鏟是單斗液壓挖掘機最常用的結(jié)構(gòu)型式，動臂、斗桿和鏟斗等主要部件彼此鉸接如圖6.2所示，在液壓缸的作用下各部件繞鉸接點擺動，完成挖掘、提升和卸土等動作。7第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)8第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)9第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)（2）正鏟工作裝置

單斗液壓挖掘機的正鏟結(jié)構(gòu)如圖6.5所示，主要由動臂2、動臂油缸1、鏟斗5、斗底油缸4等組成。鏟斗的斗底利用液壓缸來開啟，斗桿6鉸接在動臂的頂端，由雙作用的斗桿油缸7使其轉(zhuǎn)動。斗桿油缸的一端鉸接在動臂上，另一端鉸接在斗桿上。其鉸接形式有兩種：一種是鉸接在斗桿的前端；另一種是鉸接在斗桿的尾端。10第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)11第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)4）液壓系統(tǒng)液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)都是由一些基本回路和輔助回路組成，包括限壓回路、卸荷回路、緩沖回路、節(jié)流調(diào)速和節(jié)流限速回路、行走限速回路和先導(dǎo)閥操縱回路等，由它們構(gòu)成具有各種功能的液壓系統(tǒng)。液壓挖掘機液壓系統(tǒng)主要有定量系統(tǒng)、變量系統(tǒng)和定量、變量復(fù)合系統(tǒng)等3種類型。5）控制系統(tǒng)機電液一體化是液壓挖掘機的主要發(fā)展方向，其目的是實現(xiàn)液壓挖掘機的全自動化，使挖掘機由傳統(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、無線電操縱、電液比例操縱和計算機直接操縱。目前，液壓挖掘機控制系統(tǒng)已發(fā)展到復(fù)合控制系統(tǒng)。12第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)13第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)2.挖掘機液壓系統(tǒng)液壓挖掘機是目前使用非常廣泛的一種工程機械，其行走、回轉(zhuǎn)、舉升、挖掘動作都是通過液壓傳動來實現(xiàn)，因此液壓系統(tǒng)對挖掘機的功能和效率的影響巨大。1）挖掘機的液壓系統(tǒng)類型按照液壓泵的流量特性不同，液壓挖掘機液壓系統(tǒng)分為定量系統(tǒng)、變量系統(tǒng)兩種類型。（1）定量系統(tǒng)

在液壓挖掘機采用的定量系統(tǒng)中，其流量不變，即流量不隨負載而變化，通常依靠節(jié)流來調(diào)節(jié)速度。根據(jù)定量系統(tǒng)中油泵和回路的數(shù)量及組合形式不同，分為單泵單回路、雙泵單回路定量系統(tǒng)、雙泵雙回路定量系統(tǒng)及多泵多回路定量系統(tǒng)等。

14第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)（2）變量系統(tǒng)

在液壓挖掘機采用的變量系統(tǒng)中，是通過容積變量來實現(xiàn)無級調(diào)速的，其調(diào)節(jié)方式有3種：變量泵—定量馬達調(diào)速、定量泵—變量馬達調(diào)速、變量泵—變量馬達調(diào)速。（3）典型挖掘機液壓工作系統(tǒng)如圖6.7所示的國產(chǎn)WY-100型履帶式單斗液壓挖掘機液壓系統(tǒng)是一種典型的挖掘機液壓傳動控制系統(tǒng)，其工作裝置、行走機構(gòu)、回轉(zhuǎn)裝置等均采用液壓驅(qū)動。除了主油路，還有低壓油路：排灌油路，泄油回路，補油油路。15第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)16第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)3.液壓挖掘機電氣控制系統(tǒng)電氣與電子控制系統(tǒng)是挖掘機的重要組成部分，其質(zhì)量與性能的優(yōu)劣直接影響到挖掘機的動力性、經(jīng)濟性、可靠性、施工質(zhì)量、生產(chǎn)效率及使用壽命等。挖掘機電氣控制系統(tǒng)包括監(jiān)控盤、發(fā)動機控制系統(tǒng)、泵控制系統(tǒng)、各類傳感器、電磁閥等。

1）美國卡特BH235DE液壓挖掘機電氣控制原理

到了20世紀90年代，進口挖掘機幾乎全部采用液壓結(jié)構(gòu)微機控制，在動力性、經(jīng)濟性、噪聲、尾氣排放、保護系統(tǒng)等方面的性能得到顯著增強。17第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)（1）預(yù)熱系統(tǒng)電路分析卡特BH235DE型液壓挖掘機電子預(yù)熱控制器電氣原理如圖6.8所示。該機采用封閉式電熱塞，6只并聯(lián)，柴油機每缸1只，每只電熱塞的電阻為4Ω，其總工作電流為36A，采用預(yù)熱定時器控制，其工作狀態(tài)由點火開關(guān)、預(yù)熱繼電器、電子預(yù)熱控制器、溫度傳感器等控制。（2）報警保護系統(tǒng)電路分析

報警保護電路由報警信號燈（光源為發(fā)光二極管）、報警傳感器、報警繼電器、報警蜂鳴器、熄火電磁閥和報警電路微機控制模塊組成如圖6.9所示。18第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)19第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)20第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)（3）油門電控系統(tǒng)電路分析①油門電控系統(tǒng)的組成油門電控系統(tǒng)由微機電子調(diào)速板、執(zhí)行器（油門電動機）、電磁式轉(zhuǎn)速傳感器、三擋模式轉(zhuǎn)換開關(guān)及調(diào)速電位器組成，電路框圖如圖6.10所示。②微機電子調(diào)速板的工作原理

當把點火啟動開關(guān)置于ON擋時，微機電子調(diào)速板接通24V工作電源，此時微機接收到來自轉(zhuǎn)速傳感器的零轉(zhuǎn)速信號。微機已為柴油機設(shè)定一個標準的怠速轉(zhuǎn)速500r/min，啟動，柴油機怠速運轉(zhuǎn)。在這個過程中，微機不斷接收轉(zhuǎn)速信號，與設(shè)定信號比較，計算出控制信號，不斷修正寄到穩(wěn)速的目的。21第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)22第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)③工作模式

工作模式分為3種：經(jīng)濟工作模式、正常工作模式和重工工作模式。這3種模式工況由駕駛員選擇的，合理的選擇可延長設(shè)備使用年限，節(jié)省燃油。④轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理及檢測

轉(zhuǎn)速傳感器為電磁感應(yīng)式，由繞組、永久磁鐵、軟鐵芯、外殼組成。柴油機飛輪齒圈，如果一圈共120個齒，柴油機每轉(zhuǎn)動一周就產(chǎn)生120個脈沖信號。23第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)4.操縱控制系統(tǒng)電路分析1）操縱控制系統(tǒng)的組成操作控制系統(tǒng)是由駕駛室內(nèi)左、右兩個操控手柄和駕駛座位前兩個手操控桿組成。為了方便操作，桿的底部還連接著腳踏板，可用腳控制來完成液壓挖掘機工作中的所有動作。操控手柄和操控桿示意圖如圖6.11所示。24第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)25第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)2）大臂液壓起落電控分析柴油機正常啟動后，可根據(jù)工況選擇工作模式。將油門電位器置于合適的位置。如起升大臂時可將右手側(cè)操控手柄向后拉，此時先導(dǎo)閥內(nèi)0.1MPa的壓力將常開式液壓開關(guān)S接通，大臂起升繼電器K得電吸合，同時由常開觸點接通大臂起升換向電磁閥Y，液壓油正向流入液壓缸，活塞桿外出。3）行走、前進、后退電控分析行走、前進、后退是靠駕駛室內(nèi)座位前面的兩個長操控桿控制的。由于它要和左右操控手柄配合使用，在使用中根據(jù)使用情況既可用兩手操控又可用兩腳來操控。26第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)5.挖掘機的合理選擇挖掘機性能參數(shù)和結(jié)構(gòu)類型的正確選擇將直接影響施工的進度、成本和效益。挖掘機選擇的基本原則是：挖掘機的斗容量、臺數(shù)、工程量和工程進度相適應(yīng)；挖掘機的結(jié)構(gòu)類型與土壤條件和工程特點相適應(yīng)。1）工程規(guī)模工程規(guī)模大要選用規(guī)格大的液壓挖掘機，并按照總投資和配套設(shè)備等多種因素進行分析比較和科學(xué)計算確定購置液壓挖掘機的規(guī)格、型號和數(shù)量。2）工程配套設(shè)備購買挖掘機時要考慮與自身現(xiàn)有設(shè)備的匹配性，包括挖掘機的作業(yè)效率與現(xiàn)有設(shè)備作業(yè)效率的匹配，主要是與之相配套的自卸載重車的噸位。27第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)3）現(xiàn)有資金情況可以根據(jù)資金情況考慮分期付款、銀行按揭、融資租賃等多種購買方案。如果資金沒有問題，可以考慮優(yōu)化自己的設(shè)備結(jié)構(gòu)，購買國際知名品牌的挖掘機，從而可以提升自身承包大型工程項目的競爭力。28第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)4）作業(yè)工況及機動性作業(yè)工程和施工的流動性直接影響到挖掘機行走結(jié)構(gòu)和工作裝置的選擇。工程量大、工況較差的場合一般可選擇履帶式液壓挖掘機。5）品牌現(xiàn)在生產(chǎn)挖掘機的廠家比較多，購買前可以對各品牌及其生產(chǎn)廠家進行調(diào)查，比如通過各品牌的老用戶了解其使用情況，還可以通過工廠實地參觀或各廠家的展示，了解一些產(chǎn)品在質(zhì)量保證和性能等方面的信息。6）駕駛舒適性隨著社會的不斷發(fā)展，科學(xué)文明的生產(chǎn)方式越來越受人們重視，從尊重勞動者的觀點出發(fā)提高司機的工作舒適性和安全性是必要的，也是有效提高生產(chǎn)率的途徑。29第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)【任務(wù)實施】挖掘機電液控制系統(tǒng)的檢修與故障診斷1.挖掘機電液控制系統(tǒng)的檢修規(guī)范1）挖掘機液壓系統(tǒng)檢修規(guī)范液壓系統(tǒng)是工程機械中的一個重要組成部分。液壓系統(tǒng)由于具有體積小、重量輕、易安裝、功率密度大、響應(yīng)快、可控制性強、工作平穩(wěn)且可實現(xiàn)大范圍的無級調(diào)速等優(yōu)點，應(yīng)用日趨廣泛。（1）油過熱①液壓油過熱的危害②液壓油油溫過高的主要原因及解決措施30第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)（2）進空氣①空氣對挖掘機液壓油污染的危害②進空氣的主要原因及其解決措施（3）污染①液壓油的污染對液壓系統(tǒng)的危害②液壓油被污染的主要原因及解決措施（4）泄漏①泄漏的危害②泄漏產(chǎn)生的主要原因及解決措施31第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)2）挖掘機電氣系統(tǒng)檢修規(guī)范電氣與電控系統(tǒng)的故障不易直接觀察，尋找故障一方面靠經(jīng)驗，更主要的是依靠對電氣控制系統(tǒng)和機械結(jié)構(gòu)、傳動機構(gòu)、液壓（氣動）系統(tǒng)的了解、熟悉程度。生產(chǎn)商提供給用戶的維修資料很少，不足以全面了解設(shè)備情況，因此要掌握維修的主動權(quán)，應(yīng)做到在設(shè)備談判、購買（安裝）、調(diào)試全過程中都想著設(shè)備維修。

（1）在設(shè)備購買談判階段，要把必要的資料、培訓(xùn)要點記入合同內(nèi)。

（2）購買設(shè)備時應(yīng)把電氣問題擺在重要位置來考慮。電氣系統(tǒng)維修以故障定位為特點，一旦故障定位了，主要又是以調(diào)換備件為主。32第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)（3）電氣維修人員必須到安裝調(diào)試現(xiàn)場接受培訓(xùn)。在現(xiàn)場能清楚看到元件在設(shè)備內(nèi)的整體布置、線路走向、機械傳動的結(jié)構(gòu)、液壓（氣動）系統(tǒng)的來龍去脈，這些都是電氣人員必備的知識。（4）設(shè)備一旦發(fā)生故障，不要急于動手去拆卸部件，要冷靜地分析一下故障發(fā)生的特征規(guī)律，必要時可設(shè)計一個排除步驟的流程圖，要多打一些問號，如故障是開機多長時間后出現(xiàn)的？當時處于哪一種工作狀態(tài)？機械最近調(diào)整或修理過嗎？有誰調(diào)整過

設(shè)定值嗎？電源電壓是否正常？所有的保險都處于止常狀態(tài)嗎？（5）用直接觀察的方法查出一些較為明顯的故障，如插頭插件是否松動，電纜導(dǎo)線是否損壞，焊點有無漏焊和焊錫短路，電阻有無燒焦變色，電容有無漏液，器件有無過燙，等等。33第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)（6）有時采用部件代換這一傳統(tǒng)也是最直接最確切的方法，對故障確認、元件性能鑒別能起到事半功倍的效果，但采用此方法的前提條件是不會對代換元件造成損傷。（7）安裝及維修中，需電焊時應(yīng)格外當心，搭鐵線必須牢靠地連接在施焊部位的同一金屬構(gòu)件上。（8）安裝時一定要將電線扎緊并固定好尤其是在抖動比較嚴重的部位。（9）機械停置一段時間，開機后若某些動作無法完成，則首先檢查有無鼠害印記，氣溫較低時更應(yīng)注意。34第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)2.PC220LC-7型液壓挖掘機液壓系統(tǒng)控制原理與檢測1）PC220LC-7型液壓挖掘機結(jié)構(gòu)特點PC220LC-7型液壓挖掘機采用小松SA6D102E-2型四沖程、直列、立式、水冷、直噴式、帶渦輪增壓器的柴油機，額定功率為107kW/2200r/min。2）液壓系統(tǒng)工作原理（1）組成CLSS由主泵（兩個主泵）、操作閥和工作裝置用油缸等構(gòu)成。其中的主泵包括液壓油泵、PC閥、LS閥等。（2）功能和作用①液壓泵為雙聯(lián)軸向柱塞泵，根據(jù)斜盤角度的變化改變壓力油的輸出流量。35第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)②LS閥是感知負荷、對輸出流量進行控制的閥，LS閥依據(jù)主泵壓力Pp與操作閥輸出壓力Pls的壓差ΔPls=Pp-Pls，控制主泵輸出流量Q，當LS閥的壓差ΔPls比LS閥的設(shè)定壓力低時（設(shè)定壓力為：2.2MPa），油泵斜盤角度朝增大方向變化；當比設(shè)定壓力高時，油泵斜盤朝減小方向變化，ΔPls的大小依據(jù)分配閥桿的行程而定。③PC閥的作用是適合發(fā)動機不同級別功率的設(shè)定，使泵的驅(qū)動功率不超過發(fā)動機的功率，實現(xiàn)恒功率控制。④減壓閥是由順序閥、減壓閥、溢流閥組成，其功能是減小主泵的輸出壓力，此壓力可作為電磁閥、PPC閥等的控制壓力，可減少一個先導(dǎo)油泵。36第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)3）工作原理（1）泵控制器正常（見圖6.13）①當執(zhí)行元件負荷小，油泵壓力Pp1（左泵壓力）和Pp2（右泵壓力）低時，在PC-EPC電磁閥1中，有從泵控制器傳來的指令電流。指令電流X的大小，取決于作業(yè)內(nèi)容（操縱操作桿）、作業(yè)方式的選擇、發(fā)動機轉(zhuǎn)速設(shè)定以及實際轉(zhuǎn)速。②當負荷變大，泵輸出壓力高時，滑閥3向右移動，與泵的輸出壓力油相通的B孔與C孔接通，C孔流出的壓力油經(jīng)LS閥進入大徑活塞一側(cè)，伺服活塞9向左移動，泵的流量變小。37第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)38第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)39第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)③發(fā)動機功率的多模式設(shè)定：設(shè)指定電流X提供給滑閥3的力為Fs，泵的平均壓力值為PD，作用面積為A，滑閥3平衡時彈簧力為F1，則Fs+PD×A=F1。設(shè)F1為定值，側(cè)伺服活塞的位置固定時泵的流量為定值，此時指令電流X增大，提供給滑閥3的力Fs也增大，導(dǎo)致PD下降。40第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)（2）泵控制器異常當泵控制器出現(xiàn)故障時，將PC備用開關(guān)

置于ON（開）的位置，可對PC-EPC閥輸入指令電流。電阻的作用是控制流入PC-EPC閥的電流。此時指令電流成為恒量，因此活塞推動滑閥的推力也是固定的。工作過程與泵控制器正常時類同。41第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)4）系統(tǒng)檢測挖掘機一般都是在惡劣條件下工作，為了更好地掌握挖掘機各系統(tǒng)工作性能，及時地發(fā)現(xiàn)故障給予排除，使挖掘機運行良好，延長挖掘機使用壽命，提高工作效益，一般挖掘機每工作5000h左右或系統(tǒng)出現(xiàn)無力、動作偏慢或出現(xiàn)某些異?，F(xiàn)象時，應(yīng)對挖掘機功能檢測一次。（1）工作裝置、回轉(zhuǎn)、行走回路油壓的檢測①安裝油壓測試表。把工作裝置放在地面上，停止發(fā)動機運轉(zhuǎn)，擰松加油口蓋。②卸荷油壓的檢測。發(fā)動機高速空轉(zhuǎn)狀態(tài)，測量全部操作桿在中位時的油壓。

③泵溢流壓力的檢測。42第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)（2）PC閥輸出壓力（伺服活塞的輸入壓力）的檢測①安裝油壓測試表。卸下測壓螺塞，安裝油壓表；在伺服閥側(cè)安裝39.2MPa的壓力表，在泵輸出口安裝58.8MPa的壓力表。②檢測油壓。③LS閥輸出壓力和LS閥壓差的檢測。43第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)④LS閥壓差的檢測。44第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)5）先導(dǎo)控制油路油壓的檢測將工作裝置降至地面，發(fā)動機熄火，慢慢地松開液壓油箱蓋，釋放其內(nèi)的壓力，然后將安全鎖定桿置于鎖定位置，卸下測壓螺塞，安裝壓力表，啟動發(fā)動機，在發(fā)動機高速空轉(zhuǎn)狀態(tài)下測量回路的油壓（設(shè)定壓力為3.2MPa）。

6）電磁閥輸出壓力的檢測拆下電磁閥出口軟管，在軟管上安裝接頭，在電磁閥輸出壓力的測壓螺塞處安裝壓力表，按表6.3測量電磁閥的輸出壓力。45第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)46第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)7）PPC閥輸出壓力的檢測拆下要測的軟管并安裝壓力表，發(fā)動機高速空轉(zhuǎn)，操縱要檢測回路的操縱桿，測量PPC閥輸出壓力（不小于2.7MPa）。8）工作裝置自然下降部位的檢測若工作裝置（油缸）有自然下降的情況，則按下述方法檢查，并判斷其原因是否油缸密封圈損壞還是主閥中有內(nèi)泄漏。（1）檢查油缸密封。（2）動臂保持閥的檢查。（3）檢查PPC閥。發(fā)動機運轉(zhuǎn)，安全鎖定操縱桿在鎖定位置或松開時，若自然下降不相同，則是PPC閥的故障。47第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)3.典型挖掘機電液控制系統(tǒng)的綜合故障診斷與檢修1）DH280型挖掘機電子功率優(yōu)化系統(tǒng)應(yīng)用及故障診斷韓國大宇公司在DH280型挖掘機上采用了EPOS(ElectronicPowerOptimizingSystem)——電子功率優(yōu)化系統(tǒng)對發(fā)動機和液壓泵進行功率匹配優(yōu)化控制。（1）發(fā)動機與變量泵的匹配液壓油泵的最大輸入功率與發(fā)動機的最大輸出功率的匹配問題是液壓挖掘機設(shè)計過程中的一個重要內(nèi)容。48第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)49第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)（2）電子功率優(yōu)化系統(tǒng)①工作模式

DH280型挖掘機同樣有3種作業(yè)模式可供選擇，模式的選擇可以通過模式選擇開關(guān)實現(xiàn)。下面對3種模式進行介紹。②工作原理

如圖6.16所示，DH280型挖掘機的電子功率優(yōu)化系統(tǒng)由柱塞泵斜盤傾角調(diào)節(jié)裝置、電磁比例減壓閥、EPOS控制器、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器及發(fā)動機油門位置傳感器等組成。發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器為電磁感應(yīng)式，它固定在飛輪殼的上方，發(fā)動機油門位置傳感器由行程開關(guān)和微動開關(guān)組成，前者安裝在駕駛室內(nèi)，與油門拉桿相連；后者安裝在發(fā)動機高壓油泵調(diào)速器上。50第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)51第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)52第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)（3）故障診斷DH280型挖掘機采用了典型的機電液一體化控制模式，發(fā)動機—液壓泵—分配閥—外部負荷的匹配問題是DH280型挖掘機的主要常見故障。一般在挖掘機作業(yè)

中，如果這幾方面不能正確匹配，經(jīng)常會表現(xiàn)為：發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降，工作速度變慢，挖掘無力等。①發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降首先測試發(fā)動機的輸出功率，如果發(fā)動機輸出功率大大低于額定功率，首先檢查燃油濾芯是否堵塞，燃油路中是否有泄漏的地方，燃油泵中的柱塞、噴油器、出油閥是否嚴重磨損，空氣濾芯進氣是否通暢，發(fā)動機機油是否黏度下降，造成缸壁封閉不嚴而使壓縮比下降，發(fā)動機缸套組件是否磨損造成缸內(nèi)嚴重竄氣，氣門封閉是否不嚴等。53第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)②工作速度變慢

如果是使用多年的舊挖掘機速度逐漸變慢，這屬于正常磨損所致。主要因素是整機各部件磨損造成發(fā)動機功率下降或液壓系統(tǒng)存在內(nèi)部泄漏。③挖掘無力

一種情況是外部負荷增大時發(fā)動機急劇減速，需要對以下兩個方面進行檢查：（1）按前面所述方法先檢查發(fā)動機動力；（2）檢查液壓泵排量是否遵循恒功率輸出。即在不影響速度的前提下，調(diào)整液壓泵斜盤角度以減小排量。54第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)55第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)2）小松PC200-5型挖掘機電子油門控制系統(tǒng)故障檢測與診斷采用電子油門控制系統(tǒng)以后，可以顯著提高發(fā)動機功率的利用率，減少排放，降低發(fā)動機和液壓元件的工作強度，提高設(shè)備的使用性能和可靠性。（1）電子油門控制系統(tǒng)工作原理小松PC200-5型挖掘機電子油門控制系統(tǒng)電路如圖6.18所示，該系統(tǒng)由油門控制器、調(diào)速器馬達、燃油控制盤、監(jiān)控儀表板、蓄電池繼電器等主要元件組成。系統(tǒng)功能主要有3個即發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制、自動升溫控制和發(fā)動機停車控制。①發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制

發(fā)動機的轉(zhuǎn)速通過燃油控制盤來選定。56第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)②自動升溫控制

發(fā)動機啟動之后，監(jiān)控儀表盤中的微電腦通過熱敏電阻式溫度傳感器不斷監(jiān)測發(fā)動機冷卻水溫度。③發(fā)動機停車控制

油門控制器的端子2與啟動開關(guān)的BR端子相連，用于檢測啟動開關(guān)的位置。當檢測到啟動開關(guān)轉(zhuǎn)至切斷位置，即油門控制器的端子2上沒有電壓信號時，油門控制器輸出電流，驅(qū)動蓄電池繼電器，使其觸點保持閉合，以保持主電路繼續(xù)接通。57第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)（2）電子油門控制系統(tǒng)故障檢測方法①一般原則②自診斷法

PC200-5型液壓挖掘機的電子油門控制系統(tǒng)本身具有較強的自診斷功能，在電子油門控制器上裝有三只發(fā)光二極管。通過發(fā)光二極管的亮與滅的組合來顯示整個控制系統(tǒng)工作是否正常。發(fā)光二極管的顯示狀態(tài)與故障診斷情況如表6.5所示。58第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)59第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)60第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)③直接檢測診斷法

對發(fā)動機油門控制按鈕、調(diào)速器電機、發(fā)動機油門控制器的相關(guān)電器接頭或引腳進行測試，在正常狀態(tài)下，相應(yīng)的電阻或電壓值如表6.6所示。61第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)62第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)63第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)64第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)65第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)【知識拓展】液壓挖掘機的節(jié)能控制技術(shù)未來發(fā)展趨勢在液壓挖掘機領(lǐng)域，節(jié)能控制的目的不僅僅是提高燃油利用率，更重要的意義在于能夠取得一系列降低使用成本的效果。資料顯示，工程機械將近40%的故障來自液壓系統(tǒng)，約15%的故障來自發(fā)動機。66第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)從國內(nèi)外發(fā)展狀況來看，液壓挖掘機的節(jié)能控制有以下發(fā)展趨勢：

（1）進一步改進閥控節(jié)能控制

在采用六通多路閥的液壓系統(tǒng)中，仍然有許多可以改進的地方，如操縱性、節(jié)能性等，至今國外各挖掘機生產(chǎn)廠仍在研究。（2）多功能組合

為提高挖掘機性能，各種節(jié)能措施的結(jié)合將更加廣泛。在以往的系統(tǒng)中，液壓泵上已經(jīng)集成有多種功能，但由于各種條件的限制，一般不超過3種。67第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)（3）可變參數(shù)控制為使挖掘機更好地適應(yīng)各種工況下的負載要求，動力系統(tǒng)內(nèi)部一些控制元件的設(shè)定參數(shù)將不再是固定值，而是能隨著挖掘機具體工作狀況而改變。（4）泵—發(fā)動機匹配控制將進一步“智能化”借助計算機控制技術(shù)，泵與發(fā)動機的匹配控制將進一步實現(xiàn)“智能化”，兩者之間的結(jié)合將更密切，實現(xiàn)一體化控制。（5）電液比例控制智能化

電液比例控制在20世紀80年代初就開始應(yīng)用于工程機械，目前在液壓挖掘機上得到了大量應(yīng)用。（6）柴油機電噴控制

在傳統(tǒng)的機械調(diào)速柴油機上，噴油泵的循環(huán)供油量、噴油提前角等都受到轉(zhuǎn)速影響，使柴油機性能難以進一步提高。68第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)（7）負荷傳感控制將繼續(xù)發(fā)展

負荷傳感控制從20世紀70年代開始興起，各工程機械液壓件生產(chǎn)廠商紛紛推出有關(guān)產(chǎn)品。（8）六通多路閥繼續(xù)存在盡管采用四通閥的負荷傳感系統(tǒng)能提供精確操作，但并非所有場合都需要精確操作，而且熟練司機也能用非負荷傳感系統(tǒng)挖掘機完成精確操作。（9）現(xiàn)場總線技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)將大量應(yīng)用

隨著液壓挖掘機“智能化”程度的提高，各種傳感器、控制器將遍布挖掘機各處，這將導(dǎo)致挖掘機內(nèi)部充斥各種導(dǎo)線、接頭，使控制系統(tǒng)變得復(fù)雜、可靠性降低。解決這一問題的方法是采用現(xiàn)場總線，用一條串行線將所有的傳感器、控制器和執(zhí)行器連接起來，在保證系統(tǒng)具有強大功能的同時，具有簡單的結(jié)構(gòu)和高可靠性。69第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)項目小結(jié)本項目在介紹了挖掘機總體結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提出挖掘機的一般選型、檢修方法，并且以韓國大宇公司生產(chǎn)的DH280型挖掘機的EPOS系統(tǒng)和日本小松PC200-5型挖掘機的電子油門控制系統(tǒng)作為具體案例，總結(jié)了挖掘機電液控制系統(tǒng)的綜合故障診斷與檢修過程。70第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)一.挖掘機電子控制系統(tǒng)液壓挖掘機是工程機械的主要機型之一。隨著對挖掘機在工作效率、節(jié)省能源、操作輕便、安全舒適、可靠耐用等各方面性能要求的提高，單憑液壓控制技術(shù)是不能滿足要求的。機電一體化技術(shù)在液壓挖掘機上的應(yīng)用，使挖掘機的各種性能指標得到了迅速地提高。以計算機技術(shù)為核心的高新技術(shù)在挖掘機上越來越廣泛地使用，使挖掘機的設(shè)計、制造以及使用與維修技術(shù)得到了發(fā)展。第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)一.挖掘機電子控制系統(tǒng)10.1電子監(jiān)測控制系統(tǒng)10.2電子功率優(yōu)化控制系統(tǒng)10.3工作模式控制系統(tǒng)10.4自動怠速控制系統(tǒng)10.5柴油發(fā)動機負荷電子控制系統(tǒng)第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)10.1電子監(jiān)測控制系統(tǒng)電子監(jiān)測控制系統(tǒng)主要用于對挖掘機的運行狀態(tài)進行監(jiān)視，如果發(fā)現(xiàn)異常情況能夠及時報警，并指出故障部位，以便及早消除事故隱患，減少維修時間，降低維修費用，改善作業(yè)環(huán)境，提高作業(yè)效率。第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)10.1電子監(jiān)測控制系統(tǒng)美國的卡特皮勒公司1978年就研制出用于挖掘機的電子監(jiān)控系統(tǒng)，該公司已有60%以上的產(chǎn)品配置了這種系統(tǒng)，它能夠?qū)C械的運行情況進行連續(xù)監(jiān)控。第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)10.1電子監(jiān)測控制系統(tǒng)在近幾年開發(fā)的E系列挖掘機上均采用了具有三級報警的電子監(jiān)控系統(tǒng)。在一級報留時，蜂鳴器也同時鳴叫報警，提示操作者立即停車檢查；在二級報警時控制面板上的主故障報警燈也提示閃亮；在三級報警時，蜂鳴器和控制面板報警燈提示鳴叫和閃亮。第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)10.1電子監(jiān)測控制系統(tǒng)大宇重工DH280型挖掘機的電子監(jiān)控系統(tǒng)電路如圖所示，由儀表板、儀表、報警燈、蜂嗚器、控制器及傳感器等組成。儀表板上裝有16個指示燈，用于指示各種開關(guān)的狀態(tài)及故障報警。第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)10.1電子監(jiān)測控制系統(tǒng)另外還有5種儀表：柴油發(fā)動機轉(zhuǎn)速表、冷卻液溫度表、柴油量表、電壓表及工作時間表等。如果低于規(guī)定值，儀表板上的指示報警燈將閃亮報警。為了避免挖掘機產(chǎn)生誤報警情況，檢查挖掘機時應(yīng)停在水平地面上。蜂鳴器停止發(fā)聲后，儀表板上的充電指示燈和機油壓力指示燈仍然發(fā)亮屬于正?，F(xiàn)象。第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)10.2電子功率優(yōu)化控制系統(tǒng)液壓挖掘機能量的總利用率僅為20％，巨大的能量損失使節(jié)能技術(shù)成為衡量液壓挖掘機先進性的重要指標。采用電子功率優(yōu)化控制系統(tǒng)(EPOS)對發(fā)動機和液壓泵系統(tǒng)進行綜合控制，使兩者達到最佳的匹配，節(jié)能效果特別顯著，所以許多世界著名的工程機械公司都采用了這種技術(shù)。第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)10.2電子功率優(yōu)化控制系統(tǒng)EPOS是一種閉環(huán)控制技術(shù)，在工作中它可以根據(jù)發(fā)動機負荷的變化，自動調(diào)節(jié)液壓泵所吸收的功率，使發(fā)動機轉(zhuǎn)速始終保持在額定轉(zhuǎn)速附近，可以使發(fā)動機始終以全功率投入工作。這樣既充分利用了發(fā)動機的功率，提高了挖掘機的作業(yè)效率，又可以防止發(fā)動機過載熄火。第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)10.2電子功率優(yōu)化控制系統(tǒng)大宇重工DH280型挖掘機的電子功率優(yōu)化控制系統(tǒng)，其組成簡圖如圖所示。該系統(tǒng)由柱塞泵斜盤角度調(diào)節(jié)裝置、電磁比例減壓閥、EPOS控制器、柴油發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器以及柴油發(fā)動機節(jié)氣門傳感器等組成。第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)10.2電子功率優(yōu)化控制系統(tǒng)柴油發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器為電磁感應(yīng)式，它固定在發(fā)動機飛輪的上方，用來檢測發(fā)動機的實際轉(zhuǎn)速。柴油發(fā)動機節(jié)氣門位置傳感器由行程開關(guān)和微動開關(guān)組成，前者裝在駕駛室內(nèi)，與節(jié)氣門拉桿相連。第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)10.2電子功率優(yōu)化控制系統(tǒng)后者裝在發(fā)動機高壓油泵調(diào)速器上兩個開關(guān)并聯(lián)以提高工作可靠性。在柴油發(fā)動機節(jié)氣門處于增大位置時，兩個開關(guān)均閉合，并將信號傳結(jié)EPOS控制器。第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)10.2電子功率優(yōu)化控制系統(tǒng)當工作模式選擇開關(guān)處于“H”位置時，裝有微型計算機的EPOS控制器的端子8上有電壓信號(即節(jié)氣門拉桿處于增大供油位置)時，EPOS控制器便不斷地通過轉(zhuǎn)速傳感器的檢測發(fā)動機的實際轉(zhuǎn)速，EPOS控制器便增大驅(qū)動電磁并聯(lián)減壓閥的電流，使其輸出壓力增大。第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)10.2電子功率優(yōu)化控制系統(tǒng)繼而通過油泵斜盤角度調(diào)節(jié)裝置減小斜盤角度，降低泵的排量。上述過程重復(fù)進行直到實測處于發(fā)動機轉(zhuǎn)速與設(shè)定的額定轉(zhuǎn)速相符為止。如果實測的處于發(fā)動機轉(zhuǎn)速高于額定轉(zhuǎn)速，EPOS控制器使減小驅(qū)動電流，使泵的排量增大，最終使發(fā)動機也工作在額定轉(zhuǎn)速附近。第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)10.3工作模式控制系統(tǒng)液壓挖掘機配備的工作模式控制系統(tǒng)，可以使操作者根據(jù)作業(yè)工況的不同，選擇合適的作業(yè)模式，使發(fā)動機輸出最合理的動力。大宇重工DH280型挖掘機有三種作業(yè)模式可供選擇，模式的選擇通過一個模式選擇開關(guān)操作，第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)10.3工作模式控制系統(tǒng)1.H模式H模式為重負荷挖掘模式。當發(fā)動機節(jié)氣門處于最大供油位置時，發(fā)動機將以全功率投入工作。第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)10.3工作模式控制系統(tǒng)2.S模式S模式為標準作業(yè)模式，在這種工作模式下，液壓泵輸入功率的總和約為發(fā)動機最大功率的85％，與轉(zhuǎn)速傳感器側(cè)得的轉(zhuǎn)速信號無關(guān)。第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)10.3工作模式控制系統(tǒng)3．F模式F模式為輕載作業(yè)模式。液壓泵輸入功率約為發(fā)動機最大功率的60％，適合于挖掘機的平整作業(yè)。在F模式EPOS控制器向電磁換向閥提供電流，換向閥的換向接通了安裝在發(fā)動機高壓油泵處小驅(qū)動油缸的油路。于是活塞桿伸出，將發(fā)動機節(jié)氣門關(guān)小。第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)10.4自動怠速控制系統(tǒng)裝有自動怠速控制系統(tǒng)的挖掘機，當操縱桿回到中位達數(shù)秒后，發(fā)動機能自動進入低速運轉(zhuǎn)，這樣可以減小液壓系統(tǒng)的空流損失和降低發(fā)動機的磨損，起到節(jié)能和降低噪聲的作用第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)10.4自動怠速控制系統(tǒng)大宇重工DH280型挖掘機的自動怠速裝置，在液壓回路中裝有兩個壓力開關(guān)．在挖掘機工作過程中兩個開關(guān)都處于開用狀態(tài)。當左右兩個操縱桿都處于中立位置時，這時挖掘機停止作業(yè)，兩開關(guān)閉合。第10講挖掘機電液控制系統(tǒng)10.4自動怠速控制系統(tǒng)如果此時自動怠速開關(guān)處于接通位置，并且兩個壓力開關(guān)閉合4s以上，EPO