液压挖掘机中的电控系统简介

液压挖掘机中的电控系统简介

【摘要】文章在主要介绍了液压挖掘机电控系统发展的同时，还对其进行了简单的原理介绍。

【关键词】电气系统应用发展趋势节能控制

一.电器系统在挖掘机工作监测中的应用和发展趋势

电器系统在液压挖掘机中的监测作用都有目共睹，其主要组成部分就是显示仪表和各种传感器。目前，在显示仪表上，有着这样一种趋势，将尽可能多的挖掘机工作参数显示在仪表上，如燃油量、发动机水温、液压油温、机油压力、发动机转速等，显示仪表功能越来越多，越来越复杂。

实际上，挖掘机监测系统功能的不断完善是发展的必然趋势，但监测仪表的设计也是多方面因素综合的结果，包括基本功能的需要，用户心理的研究、维修服务的考虑等多方面因素。

在基本功能需求方面，实际上监测仪表显示最需要的功能是燃油量，另外还有工作时间，这也是在早期的挖掘机显示中最不可缺少的数量上的显示，其他的显示都以报警量的形式给出。限于当时的发展水平和成本考虑，这些报警量的具体值往往并不加以采集。但发展到今天，仪表显示技术得到了很大得发展，从机械式电动仪表发展到段式液晶显示和发光二极管显示，又发展到单色点阵式液晶显示，进而发展到目前流行的彩色液晶显示，加上电子技术和传感器技术的发展，使得过去这些报警量的数据采集和显示变得成本低廉，形成一种将所有工作数据的具体值都显示在仪表上的趋势。

但从工程学角度来讲，显示量的设置与司机的经验、习惯有很大关系。因为与仪表显示最相关的人是司机，他只需要知道与操作挖掘机工作最有关的量就可以了，显然这就是燃油量和工作时间。燃油量显示可以提醒司机何时加油以保证工作的连续性；工作时间的显示则有助于司机把握自己的工作量。对于有经验的司机来讲，发动机水温、燃油温度也是必不可少的，有助于司机调整自己的工作节奏，避免挖掘机长期工作在超负荷状态下，但这些量也可以以报警量的形式提醒司机；但对于没有经验的司机和用户来讲，则所显示的水温和油温有可能产生误解和歧义。

二.电器系统在挖掘机管理中的应用

随着无线通讯网络的发展，利用gsm网络或cdma网络传递挖掘机工作信息成为一种潮流。由于手机网络具有距离远、实时性强的特点，可以通过短信的形式传递挖掘机的各种工作信息，如利用gps 系统的位置信息，工作时间信息，耗油量信息，发动机机油压力信息等，因此产生了以下几个方面的应用。

首先，有利于机主对挖掘机进行管理，因为可以利用手机或计算机实时监控工作时间、工作地点和燃油消耗量，准确计算挖掘机的实际工作量。

其次，有利于对挖掘机的维护和保养，因为可以通过短信形式获得挖掘机的各种工作参数，供专业人士评估。

第三，有利于生产厂家和经销商对按揭的监督。

第四，有利于生产厂家和经销商对挖掘机使用故障的评估，并能节

约服务费用。

三.电器系统在挖掘机工作安全中的应用和发展方向

挖掘机作为一种工程机械，其工作环境经常处于危险之中，每年都有伤亡事故发生，其中绝大多数都是因为司机的不重视所引起，因此非常有必要利用传感器对周围环境的危险程度进行评估，以提醒司机注意危险。

造成事故的因素主要有：倾翻、回转误伤和误撞、塌方等。

对于倾翻，往往是由于挖掘机在斜坡上工作引起的，因此可以利用一个倾斜传感器来提醒司机工作的危险程度，并系好安全带。只这一项措施，就能避免很多伤亡事故的发生。

对于回转误撞，可以采取两种措施，第一是在挖掘机尾部安装声光报警装置，第二是在挖掘机尾部安装距离传感装置，并将距离传感装置与回转液压系统连接起来，在监测到有障碍物时切断液压动力或先导动力，时回转动作停止以避免事故。

对于塌方的危险，可以通过监测挖掘工作中掌子面的高度来实现，当监测到掌子面的高度过高时，就发出警报，提醒司机注意。

四.电器系统在挖掘机检测、维护和测试中的应用和发展方向

挖掘机在工作中的可靠性对于其工作效益有极大的影响。前面介绍过，可以将挖掘机的所有工作参数都用模拟传感器记录下来，一方面给司机报警，起到提醒的作用，另一方方面可以给专业人士进行评估，也可以触发系统进行自我维护操作，例如触发强制润滑系统进行动作。

另外，利用点阵式液晶显示，还可以为司机提供很多有益的提示，例如显示操作手册，到一定的工作时间后自动提示司机应当完成的维护工作等。

在挖掘机的开发过程中，有时也迫切需要了解很多挖掘机工作的参数，此时需要挖掘机电器系统能够支持这种功能，以完成液压系统、发动机系统中负载大小的检测和多路阀、液压马达、液压泵、液压缸等的工作参数的记录，以及在长期工作状态下这些参数的变化情况，以便对设计进行完整的评估，如操纵性、经济性、可靠性、节能性等。

五.电器系统在挖掘机节能控制中的应用和发展方向

同汽车电器一样，挖掘机电器系统中技术含量最高的部分在于其动力系统的控制——节能控制。

众所周知，挖掘机工作过程中存在各种功率损失，其中占主导地位的是液压系统内部损失和功率匹配损失。针对液压系统功率损失，国内外工程机械生产商开发了多种节能控制技术，较好地解决了这一问题。功率匹配损失是由于挖掘机工况复杂，负载变化剧烈，导致柴油机严重偏离经济工作区，造成燃油利用率不高，尤其是在高转速、小负载的情况下。为解决这一问题，国外很早就展开了研究，对发动机和液压泵采取功率匹配控制，目的是控制柴油机在各种负载功率条件下都工作在经济工作区。到目前为止，几乎所有的国外公司生产的中型挖掘机都配备了这一控制系统，如小松公司的pc

系列挖掘机，日立建机的ex系列挖掘机，卡特彼勒公司的挖掘机

等。为进一步提高功率匹配控制效果，国内一些学者也做了大量的研究工作。这些技术曾经大幅度降低了液压挖掘机的油耗，但由于挖掘机本身工作负载的特点，决定了在传统的功率匹配技术下，难以进一步提高节能效果。目前，在这一领域，国内和国外差别已经不大，在二十吨级的液压挖掘机上，国内普遍采用了电控泵和自国内主研发的节能控制器。但在小挖上，由于成本的限制还应用不多。为解决小挖时，柴油机过热的问题，国外各著名工程机械生产厂家普遍将研究开发方向转向了混合动力系统，油电混合动力应运而生，它的优点是，不但能对内燃机输出扭矩进行均衡控制，使内燃机工作点始终位于经济工作区，而且可以利用电机控制技术，对每一个液压缸都采用闭式传动方案，从而取消了多路阀控制，彻底消除阀内的节流损失，同时可以对回转动能、工作装置的重力势能等进行回收。小松、神钢等公司采用的就是这种方案。这种方案的最大缺点是，由于能量转换经历了柴油机—发电机—蓄电池—电动机—液压泵—液压缸、液压马达等多个环节，每一个环节都存在能量损失，因此导致整个转换过程中的能量损失较大，从而在一定程度上抵消了采用这种技术所能取得的节能效果。

其中，研究挖掘机的节能控制处于非常关键的地位，决定了国内挖掘机今后的竞争力。尽管国外挖掘机节能控制已经发展到了非常成熟的地步，但并不意味着我们没有一点机会，混合动力汽车的发展为我们挖掘机等工程机械的的节能提供了很好的借鉴，说明挖掘机节能还有很大的潜力可挖，乐观估计的话应该还有50%的节能潜力。