（光学工程专业论文）大宇（dh220lcv）挖掘机电控装置故障模拟及动态测试系统的研究.pdf

大连理工大学专业学位硕士学位论文 摘要 本文系统地介绍了大字( d h 2 2 0 l c v ) 挖掘机电控装置故障模拟及动态测试系 统的研究和开发。分析了大宇( d h 2 2 0 l c v ) 挖掘机电控系统的基本组成、结构及工作原 理，进行了该系统动态测试系统的总体设计、故障模拟电路的设计、l e d 显示电路的设 计。故障模拟系统采用以单片机a t 8 9 c 5 1 为核心的电路设计，使得故障模拟更加可靠、 逼真。l e d 显示电路的设计，能够生动显示e p o s 与各连接传感器及执行器的线路走向， 特别是端子测量时测量到的线路能够具体显示，使学习者更能快速掌握电控装置的组成 及工作原理。该系统能够实现电控装置中动力模式、作业模式等状态下的动态检测，利 用故障模拟可以实现与实际工况相符的故障，并根据该故障状态下的工作参数( 包含 e p o s 控制器、各传感器、执行器的参数) 与正常工况下的参数作比较，依据e p o s 显示屏 上显示的故障码找到故障产生的原因，最终排除故障。此外，还介绍了电控装置各主要 元件的检修方法，为维修人员、售后服务人员及使用者提供挖掘机电控装置的故障排除 方法，从而提高设备的完好率以便更好的发挥其经济效益。 关键词：挖掘机电控装置；动态测试系统；模拟电路的设计；单片机；故障分析 尹占顺：大宇( d h 2 2 0 l c - v ) 挖掘机电控装置故障模拟及动态测试系统的研制 o n d a e w o o ( d h 2 2 0 l c v ) e x c a v a t o r e l e c t r c o n t r o l l e rs i m u l a t i n ga n d t h em a n u f a c t u r eo fm o t i v e - t e s ts y s t e m a b s t r a c t t h i st h e s i ss y s t e m a t i c a l l yi n t r o d u c e dt h er e s e a r c ha n de x p l o i t a t i o no fh i t c hs i m u l a t i o n a n dd y n a m i ct e s t i n gs y s t e mf o rt h ed a e w o o2 2 0 l c vg a b s e l e c t r i c c o n t r o l l e r f i r s t l y ，t h e c o m p o n e n t s ，t h e s t r u c t u r ea n dt h e w o r k i n g - p r i n c i p l e o fd a e w o o2 2 0 l c - vg r a b e l e c t r i c c o n t r o l l e ra r ea n a l y z e ds y s t e m a t i c a l l y t h e n ，t h ec o l l e c t i v i t yd e s i g n so ft h ed y n a m i c t e s t i n gs y s t e m ，t h ec i r c u i td e s i g n so ft h eh i t c hs i m u l a t i o n ，t h ed i s p l a yc i r c u i td e s i g n so ft h e l e da r ea l ld o n e i ti su s e dt h a tt h ec i r c u i td e s i g n sw i t ht h es c ma t 8 9 c 51f o rt h eh i t c h s i m u l a t i o ns y s t e m ，w h i c hm a k e st h es i m u l a t i o nr e l i a b l ea n dv i v i d t h el e dd i s p l a yc i r c u i t e a r ld i s p l a yt h ec i r c u i t r ya m o n gt h ee p o s ，t h ej u n c t u r e - s e n s o ra n dt h ee x e c u t i v ei m p l e m e n t ， e s p e c i a l l yd i s p l a y st h em e a s u r e dc i r c u i t r yw h e nt h et i pi sm e a s u r e d ，w h i c hm a k e st h el e a r n e r s m a s t e r yt h ec o m p o n e n t sa n dt h ep r i n c i p l eo ft h ee l e c t r i c c o n t r o l l e rs o o n t h i ss y s t e mc a n r e a l i z et h ed y n a m i ct e s t i n gt h a ti su n d e rt h es i t u a t i o no ft h ed y n a m i c a lm o d e w o r k i n gm o d e a n ds oo nf o rt h ee l e c t r i c c o n t r o l l e r t h eh i t c ht h a tm a t c h e dw i t ht h e p r a c t i c a l w o r k i n g s i t u a t i o nc a nr e a l i z e du s i n gt h eh i t c hs i m u l a t i o n ，a n dt h e np r o b l e ms i m u l a t i n gc a n m a k ei tc o r r e s p o n d st or e a l i t ya c c o r d i n gt ot h ec o m p a r i s o no fw o r k i n g - p a r a m e t e rb e t w e e n w r o n gs i t u a t i o na n dn o r m a ls i t u a t i o n a n dw ec a r lr e s o l v et h ep r o b l e m sw i t ht h eh i t c hc o d e t h a ts h o w so ne p o ss c r e e n b e s i d e s t h i st h e s i sa l s oi n t r o d u c e st h ec h e c k r e p a i rm e t h o d so f t h ek e yc o m p o n e n t sf o rt h ee l e c t r i c c o n t r o l l e rd e v i c e w h i c ho f f e r st h ee l i m i n a t e dm e t h o d sf o r t h er e p a i rm e n a f t e rs e r v i c em e na n dt h eu s e r sa n dr a i s e si t se c o n o m i cb e n e f i t s k e yw o r d s ：e x c a v a t o re l e c t r i c - c o n t r o l l e rd e v i c e ；m o t i v e - t e s ts y s t e m ；t h ed e s i g no f s i m u l a t i n gc i r c u i t ；s i n g l ec h i pc o m p u t e r ；p r o b l e ma n a l y s i s i i 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特j o j d t l 以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均己在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：夕鳖日期：业 大连理工大学专业学位硕士学位论文 引言 课题的提出及意义 国民经济的飞速发展加快了备行各业的建设步伐。尤其是公路、交通、建筑、电信、 水利等领域的施工，甚至农村盖房挖地基都普遍采用挖掘机进行施工，挖掘机的使用既 提高了施工效率又节省了人力、物力。由于其应用如此广泛，因此挖掘机的数量正在逐 年递增，大宇系列挖掘机目前国内拥有量己超过2 万台。 对挖掘机在工作效率、节能环保、操纵轻便、安全舒适、可靠耐用等方面性能要求 的提高，促使了机电液一体化在挖掘机上的应用。以微电子技术为核心的高新技术t 特 别是微机、微处理器、传感器和检测仪表在挖掘机上应用逐渐普及，并己成为挖掘机现 代化的重要标志。由于上述电子控制装置原理复杂、结构抽象，一旦出现故障，特别是 在判断电脑出现故障还是传感器出现故障的问题上，一般的维修人员很难解决，这样势 必会影响施工的进度。为此本文研究开发了挖掘机电控装置故障模拟及动态测试系统， 便于教学、培训等，也利于相关企业的维修人员、技术人员、售后服务人员以及相关专 业的大专院校学生通过在实验台上进行反复故障模拟实验及动态测试，增强人们对具有 电子功率优化系统的挖掘机的认识，便于在挖掘机使用中出现故障时能够及时排除。 通过对该系统的研究还可以为科研人员通过实验获取有关实验数据，为国内相关产 业的研制开发打造平台，以促进国内工程机械设计、制造、维修水平的提高。 国内外研究概况及发展趋势 目前一些发达国家如美国的c a t 、日本的小松、韩国的大宇等著名的挖掘机生产厂 家，从节省能源消耗和减少对环境的污染，使挖掘机的操作轻便和安全作业，降低挖掘 机噪音，改善驾驶员工作条件出发，逐步在挖掘上应用电子和自动控制技术。如在挖掘 机上设有发动机自动怠速及油门控制系统、功率优化系统、工作模式控制系统、监控系 统等电控系统。在此领域的研究国外己领先一步，但在教学实验台上进行挖掘机故障模 拟及动态测试的研究，目前未见相关报道。 国内有电喷发动机故障模拟实验台，挖掘机液压系统故障诊断实验台的研制，但未 发现在实验台上进行挖掘机电控装置故障模拟及动态测试研制的报道。 本课题解决的主要问题 通过对大宇d h 2 2 0 l c - v 挖掘机电控装置的基本组成及工作原理的学习，进行如下研 究： 尹占顺：大宇h 2 2 0 l c - v ) 挖掘机电控装置故障模拟及动态测试系篓的! 堑剑 ( 1 ) 动态测试系统的的总体设计； ( 2 ) 故障模拟电路的设计； ( 3 ) l e d 显示电路的设计； ( 4 ) 动态测试系统的应用与分析： 该系统能进行挖掘机故障模拟及动态测试，同时可检测发动机的转速、功率、各电 磁阀及各电磁比例减压阀中的电流，分析发动机在某种工作状态下，如何能够使发动机 输出最合理的动力。 预期达到的技术、经济指标为： 能进行故障模拟，系统进行动态测试，演示电子控制系统的工作原理，也可进行测 功等功能。每台测试系统的成本价控制在2 5 万元以内。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 大宇( d h 2 2 0 l c - v ) 挖掘机电控系统的组成、结构及工作原理 1 1 挖掘机电控系统的组成 1 1 1e p 0 s v 型电子动力优化系统的组成“1 e p o s v 电子动力优化系统的组成如图1 1 所示。 r 一一一一一一一。一一1 l ) 仪表盘2 ) 发动机控制电机3 ) 发动机4 ) 主泵5 ) 辅助泵6 ) 主控制阀7 ) 压力开关8 ) 泵压力传 感器9 ) 发动机转速传感器l o ) 电磁比例减压阀1 1 ) 升压电磁阀1 2 ) 1 3 ) 1 4 ) 电磁阀( 控制阀用) 1 5 ) 发动机油门控制器1 6 ) 油门控制旋钮1 7 ) e p 0 s v 控制器1 8 ) 升压开关( 右操纵杆) 1 9 ) 行走 作业选择开关 图1 1e p o s v 电子动力优化系统的组成 f i g i 1e p o s v e l e c t r o n i cp o w e ro p t i m i z a t i o ns y s t e mc o m p o s i t i o n 尹占顺：大宇( d h 2 2 0 l c - v ) 挖掘机电控装置故障模拟及动态测试系统的研制 下面就电控装置系统主要组成元件说明各自的接线、结构及工作原理。 1 1 1 1 发动机转速传感器 发动机传感器采用磁电式传感器。该传感器装于发动机的飞轮室，其构造如图1 2 所示，由形成磁场的永久磁铁及铁芯和产生电压的线圈组成。发动机转动时，飞轮齿圈 与传感器之间的空隙发生变化，将产生交流电压信号。传感器的端部为永久磁铁，若有 磁性粉尘吸附时，将不能检测转速，间隙应为0 7 5 - - l m m 。传感器螺纹部分的螺距为 1 5 m m 。 环形 蓐成茂 出 嚣一： 速度传蓐摹出渡形 o m l m 卜t 一 图1 2 发动机转速传感器构造、原理图 f i g 1 2e n g i n es p e e ds e n s o rs t r u c t u r e ，s c h e m a t i cd i a g r a m 转速传感器1 脚通e p o s 的c n 2 - 8 脚和l c d 仪表盘的c n 5 1 0 脚，2 脚通e p o s 的c n 2 9 脚和l c d 仪表盘的c n 5 - 1 1 脚。 工作原理：空隙周期性地变化，传感器的检测线圈上产生交流电压，其频率正比于 齿圈的齿数及发动机的转速。 1 1 1 2 发动机油门控制器( 见图1 3 ) 工作原理：发动机油门控制器根据发动机控制旋钮及转速传感器的输入信号驱动发 动机控制电动机，在发动机控制电动机超负荷运转时输出报警信号。 各端输入、输出信号连接如下： 油门控制器1 脚通发动机油门控制旋钮的1 脚，2 脚通e p o s 的c n l 1 9 脚和发动机 油门控制旋钮的2 脚，3 脚通e p o s 的c n l 2 0 脚和油门控制旋钮的3 脚，4 脚通发动机 控制电机的p 4 脚，5 脚通发动机控制电机的p 5 脚，6 脚通发动机控制电机的p 1 脚和e p o s 的c n l 7 脚，7 脚通发动机控制电机的p 2 脚和e p o s 的c n l 6 脚，8 脚通发动机控制电 机的p 3 脚，9 脚通保险丝盒的1 号i o a 保险丝，1 0 脚通e p o s 的c n l - 3 脚，1 2 脚接地， 1 5 脚通e p o s 的c n l - 4 脚，1 6 脚通e p o s 的c n i 一5 脚，1 7 脚通e p o s 的c n l 6 脚。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 图1 3 发动机油门控制器 f i g 13a c c e l e r a t o rc o n t r o l l e ro f e n g i n e 1 1 1 3e p 0 s v 控制器 电子动力优化系统( e p o s v ) 是电子控制系统的神经中枢，是一种闭环控制系统。 它根据发动机的负荷( 接受各传感器传输的信号) 变化，自动的调节液压泵所吸收的功 率，使发动机转速始终保持或接近额定转速，即发动机始终以较大功率或全功率投入工 作。 该系统具有自诊断功能，通过位于驾驶室座椅底部的e p o s v 显示屏上出现的数字， 可以判断系统工作是否正常，进行故障诊断。 ( 1 ) 电源指示灯 e p 0 s v 控制器的输人电压达到( 1 8 5 土j ) v 时电源指示灯亮，当输入电压超出正 常范围时灯灭。 ( 2 ) 发动机转速指示灯 发动机转速指示灯的闪烁频率与转速大小成正比。 ( 3 ) 正常动作显示。正常动作显示如下表1 1 所示。 表1 1e p o s v 控制器正常动作显示 t a b 1 1e p o s vc o n t r o l l e rn o r r n a is l o wi no n e ss h o w s 表示 序号 选择模式装备状态 上位数字下位数字 1 动力模式i i i 速9i i i 速模式，正常动作 尹占顺：大宇( d 磁2 0 l c - v ) 挖掘机电控装置故障模拟及动态测试系统的研制 i i 速模式，正常动作 i i 速 1 i 速模式，正常动作 i 速 6 挖掘模式，正常动作 挖掘 0 2 作业模式 挖沟 己 挖沟模式，正常动作 定位| 定位模式，正常动作 ( 4 ) e p o s v 控制器输入、输出信号见表1 2 表1 2e p o s v 控制器输入、输出信号 序号类别插销编号备注 l 输入2 4 v ( d c ) c n l 1 端和c n 2 2 端之间 输入工作电源 c n 2 1 0 端和c n 2 一l1 端之间 c n 2 1 5 端和c n 2 2 端之间输入制动器开关信号 c n l 1 7 端和c n 2 2 端之间 输入自动转速开关信号 2 输入1 2 v ( i e )c n i - l l 端和c n 2 - 2 端之间输入过热信号 c n i - 1 2 端和c n 2 - 2 端之间输入动力模式信号 c n l 一i 3 端和c n 2 2 端之间 c n l 1 4 端和c n 2 2 端之间输入作业方式信号 c n i - 1 5 端和c n 2 - 2 端之间 c n l 1 6 端和c 哗一2 端之间 输入怠速开关信号 3 输入l 4 v ( d c )c n l 1 端和c n l 2 端之间输入泵压力传感器信号 c n l 3 端和c n l 4 端之间 c n l 6 端和c n i - 7 端之间输入油门位置传感器信号 c n l 1 9 端和c n l 2 0 端之间输入发动机控制旋钮信号 4 输入5 2 5 v ( a c )c n 2 8 端和c n 2 9 端之间输入发动机转速传感器信号 接“一” c n l 1 7 端输入行走开关信号 c n i - 1 8 端输入自动怠速开关信号 6 输出1 2 v ( d e )c n 2 3 端和c n 2 - 2 端之间输出怠速信号 c n 2 4 端和c n 2 - 2 端之间输出提升方式信号 c n 2 5 端和c n 2 - 2 端之间 输出动力模式i 速信号 6 大连理工大学专业学位硕士学位论文 c n 2 6 端和c n 2 2 端之间输出过热信号 7 输出5 v ( d c ) c n l 6 端和c n l 7 端之间输出油门位置传感器工作电 源信号 8 输出“”c n 3 - 5 端输出高速电磁阀工作电源信 号 c n 3 7 端输出溢流压力上升电磁阀工 作电源信号 c n 3 9 端输出回转优先电磁阀工作电 源信号 c n 3 i o 端输出斗杆快动电磁阀工作电 源信号 c n 3 - 1 1 端输出斗杆优先电磁阀工作电 源信号 9 输出电流端c n 3 1 端和c n 3 8 端之间输出油泵比例阀工作电源信 号 1 1 1 4 显示装置 ( 1 ) d h 2 2 0 l c v 型挖掘机显示装置的组成如图1 _ 4 所示。 挖掘机的显示装置把各种传感器检测出的挖掘机的状态信息，显示在仪表盘上，当 有异常现象发生时，发出警报。另外，显示装置还显示驾驶员选择的设备运转模式。 尹占顺：大宇( d h 2 2 0 l c v ) 挖掘机电控装置故障模拟及动态测试系统的研制 1 ) 仪表盘2 ) 蓄电池3 ) 发动机转速传感器4 ) 回油滤油器开关5 ) 先导滤油器开关 6 ) e p o s v 控制器7 ) 交流发电机8 ) 蜂呜器9 ) 泵排油压力传感器1 0 ) 发动机冷却液温度传感器 11 ) 燃油 传感器1 2 ) 空气滤清器1 3 ) 发动机油压开关 图1 4 显示装置的组成 f i g 1 4d i s p l a yu n i tc o m p o s i t i o n ( 2 ) 仪表盘 仪表盘如图l 一5 所示。性能检查：当把启动开关转到“运转”位置时，仪表盘上的 显示灯及警告灯全亮( 约2 s ) ，同时蜂鸣器响。此时若显示灯不亮，则说明灯泡有故障， 应及时更换灯泡。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 。一 1 ) 水温计2 ) 燃油指示器3 ) 复合指示器4 ) 计时器5 ) 充电警告灯6 ) 机油压力警告灯7 ) 预热指示灯 8 ) 先导滤油器警告灯9 ) 回油滤油器警告灯1 0 ) 空气滤清器警告灯1 1 ) 复合指示器开关1 2 ) 动力模 式选择开关1 3 ) 动力模式显示灯1 4 ) 作业模式显示开关1 5 ) 作业模式显示灯1 6 ) 自动怠速开关及显 示灯1 7 ) 1 8 ) 方向灯和非常警示灯1 9 ) 回转锁定显示灯2 0 ) 发动机转速异常警告灯2 2 ) 高位显示灯 2 3 ) 制动油压警告灯2 4 ) 制动滤芯堵塞警告灯 图1 5 仪表盘 f i g 1 5i n s t r u m e n tp a n e l 111 5 水温传感器 水温传感器i 脚通l c d 仪表盘的c n 5 6 脚，2 脚通l c d 仪表盘的c n 57 脚。 采用负温度系数( n t c ) 热敏电阻，其电阻的温度特性如图1 6 所示。 工作原理：其电阻值随温度的升高而下降。 9 尹占顺：大宇( d h 2 2 0 l c v ) 挖掘机电控装置故障模拟及动态测试系统的研制 1 0 。 1 0 1 1 0 1 百 运1 0 1 岳 1 02 1 0 1 1 0 0 负温度系 暾电阻( n 04 08 0 1 2 01 6 0 图i 6 热敏电阻的温度系数 f i g 1 6 t h e r m i s tt e m p e r a l u r ec o e f f i c i e n t 1 1 1 6 油门位置传感器：( t p s ) 安装在发动机控制电机内部，用来检测发动机喷油泵油门杆的角度。其输入电压为 5 v ，输出电压为1 4 v ，额定功率为o 6 w ( 5 k n ) 。 1 1 1 7 泵流量控制电磁比例减压阀( 电磁比例减压阀) 电磁比例减压阀结构见图1 7 。 1 ) 比例减压阀2 ) 线圈3 ) 阀 图1 7 电磁比例减压阀 f i g 1 7e l e c t r o m a g n e t i cp r e s s u r es c a l ev a l v e 工作原理：比例减压阀包括线圈和阀。当操作发动机时，来自电子控制器的电信号 激发线圈，该线圈控制着阀3 ，阀3 允许部分先导压力油通过，并到达油泵调节器，以 控制油泵输出流量。调节器所受的压力成为功率转换压力。发动机转速降低使功率转换 压力增大，引起油泵输出流量降低。发动机转速增大使功率降低，而油泵输出流量增大。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 信号流增大时比例减压阀侧剖图见图1 8 。发动机转速降低，发向线圈的信号流增 大，对杆l 的吸引力增大。杆1 克服弹簧4 的阻力将轴2 推下，于是通道5 打开，使来 自通道6 的油流过通道5 ，然后作为功率转换压力油经过通道3 到油泵调节器。 1 ) 杆2 ) 轴3 、5 ) 通道( 功率转换压力) 4 ) 弹簧6 ) 通道( 先导压力) 图1 ，8 比例减压阀侧剖图( 信号流增大) f i g1 8t h ep r o p o r t i o np r e s s u r er e l i e f v a l v es i d es p l i t st h ec h a r t ( s i g n a li n c r e a s e ) 信号流减小时比例减压阀侧剖图见图1 9 。发动机转速增大，发送给线圈的信号流 减小，杆l 所受吸引力小于弹簧4 的压力，杆2 上移，短管轴2 跟随杆1 上移，通道8 打开，通道5 关闭。然后通道3 内的功率转换压力流经通道8 和通道7 进入油泵吸油管。 功率转换压力降低，使油泵输出流量减少。 功率转换压力由杆l 所受的力与弹簧4 的阻力之间的关系确定。如果杆所受的力小 于弹簧阻力( 发向线圈的信号流较小) ，功率转换压力降低。如果杆所受的力大于弹簧 阻力，功率转换压力增大( 发向线圈的信号流较大) 。 1 ) 杆2 ) 轴3 、5 、8 ) 通道4 ) 弹簧7 ) 通道( 通向油泵缸吸管) 图1 9 比例减压阀侧剖图( 信号流减小时) f i g 1 9t h ep r o p o r t i o np r e s s u r er e l i e f v a l v es i d es p l i t st h ec h a r t ( s i g n a ld e c r e a s e ) 尹占顺：大宇( d h 2 2 0 l c - v ) 挖掘机电控装置故障模拟及动态测试系统的研制 电磁比例减压阀1 脚通e p o s 的c n 3 8 脚，2 脚通e p o s 的c n 3 1 脚。 1 1 1 8 前泵压力传感器 前泵压力传感器的“+ ”脚为火线，s i n 脚通e p o s 的c n l 1 脚和l c d 仪表盘的 c n 5 2 脚，“一”脚通e p o s 的c n 卜2 脚和l c d 仪表盘的c n 5 3 脚( 见图2 3 ) 。 将前泵的压力变化转换为电信号传给e p o s 从而确定挖掘机的行走速度。 1 1 19 后泵压力传感器 后泵压力传感器的“+ ”脚为火线，s i n 脚通e p o s 的c n i 一3 脚和l c d 仪表盘的c n 5 4 脚，“一”脚通e p o s 的c n l - 4 脚和l c d 仪表盘的c n 5 - 5 脚( 见图2 3 ) 。 将前泵的压力变化转换为电信号传给e p o s 从而确定挖掘机的行走速度。其l 脚输 入电压2 4 v ，2 脚输出电压= o 0 8 1 6 p + i ，p 泵排油压力( m p a ) 。 1 1 1 1 0 电磁阀组件( 执行器) ( 1 ) 高速电磁阀 l 脚通e p o s 的c n 2 1 0 脚，2 脚通e p o s 的c n 3 5 脚( 见图2 3 ) 。 在自动行走开关接通( “o n ”位置) ，发动机控制旋钮置于1 4 0 0 r m i n 以上位置进 行行走时，若前、后两个主泵压力同时在1 3 m p a 以下持续2 7 s ，e p o s 向速电磁阀提供 2 4 v 电压而工作，进而挖掘机转为行走2 速状态。 ( 2 ) 溢流压力升高电磁阀 l 脚通e p o s 的c n 2 - 1 0 脚，2 脚通e p o s 的c n 3 - 7 脚，如图2 3 所示。 作业中，当挖掘机需要增大挖掘力时，将右操纵杆上的按钮按下，e p o s v 控制器向 升压电磁阀提供2 4 v 电压，瞬间将主溢流阀的设定压力提高至3 3 m p a ，能增大6 的挖掘 力。 ( 3 ) 回转优先电磁阀 1 脚通e p o s 的c n 2 - 1 0 脚，2 脚通e p o s 的c n 3 - 9 脚( 见图2 3 ) 。 挖掘机处挖沟模式作业，该模式用于类似挖沟作业的侧面用力挖掘作业或回转角度 大的装、卸车作业。在3 个用于控制多路阀的电磁阀中，回转优先控制阀通电，使其进 行动作，油液压力使回转优先控制阀动作，使供向动臂、斗杆的油量减小，结果回转速 度提高。 ( 4 ) 斗杆快动电磁阎 1 脚通e p o s 的c n 2 1 0 脚，2 脚通e p o s 的c n 3 1 0 脚( 见图2 3 ) 。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 挖掘机处平整场地作业模式，在3 个用于控制多路阀的电磁阀中，斗杆快速动作控 制电磁阀通电，使其进行动作，使通向斗杆快速动作阀和斗杆2 速滑阀的油液被截止， 使斗杆的速度变慢，控制性能得到提高( 只有斗杆1 速阀芯动作，斗杆快速动作阀不动 作) 。 ( 5 ) 斗杆优先电磁阀 1 脚通e p o s 的c n 2 一1 0 脚，2 脚通e p o s 的c n 3 - 1 1 脚( 见图2 3 ) 。 挖掘机处挖掘模式。该模式用于一般挖掘作业、装车作业及快速平整场地作业( 平 地) 。在3 个用于控制多路阀的电磁阀中，斗杆优先控制阀上有电压，使其进行动作。 当斗杆优先控制阀动作时，油液压力使得多路阀( 控制阀) 的斗杆优先控制阀动作，使通 过斗杆2 速滑阀的油量增加。 1 11 1 1 自动怠速开关及自动怠速行走开关 自动怠速开关及自动怠速行走开关的l 脚通e p o s 的c n l 1 8 脚，2 脚接地( 见图 2 3 ) 。 作业过程中暂停作业，等待货物或车辆不作业时，经过一定时间自动怠速控制系统 会把发动机的转速降为怠速转速，当重新作业时又会将转速恢复到原来的设定转速，使 机器投入工作。这样可减少噪音及燃料的消耗量。可以用仪表盘的自动怠速选择开关选 择( a u t o i d l e ) 自动怠速控制功能，开始作业时自动怠速开关设定为开启状态。 选择此功能后，当所有操纵杆都处于中立位置时，4 s 后e p o s v 控制器向发动机油 门控制器发送自动怠速信号，油门控制器将此信号与发动机油门控制旋钮的设定信号进 行比较，选择其中较低的转速信号驱动发动机油门控制电机。 1 2 动力模式控制系统 该机型有3 种动力模式，即i 速模式、i i 速模式、i i i 速模式。i 速模式的输出功率 约为最大功率的6 8 ，i i 速模式约为8 5 ，i i i 速模式约为1 0 0 。发动机启动时，自动 设为1 i 速模式。可以用仪表盘的按钮选择各种动力模式，选择某种动力模式时，按钮指 示灯点亮。根据选择的模式设定流量及发动机转速，各模式中泵的输出流量以发动机最 大转速对应的流量为准。 ( 1 ) i i i 速模式 i i l 速模式下与各种负载对应的油泵流量，根据发动机的等功率曲线来确定，可最大 限度地利用发动机的功率。e p o s v 控制器用实际转速与设定的转速进行比较，控制电 磁比例减压阀的电流，以改变油泵的输出流量。 尹占顺：大宇( d h 2 2 0 l c - v ) 挖掘机电控装置故障模拟及动态测试系统的研制 当负载增加，发动机转速下降至额定转速以下时，控制单元监测到此变化，立即减 少油泵的输出流量，使发动机保持额定转速。相反，当负荷减少时，控制单元增加油泵 的输出流量，也使发动机保持额定转速。如此反复进行控制，发动机转速约为额定转速， 输出功率最大。在i 速模式下，控制单元接收来自发动机转速传感器和调速器的信号， 使之变成电流信号后，输送给油泵的电磁比例减压阀。电磁比例减压阀把此电流所对应 的控制压力，分别传给两个油泵，以控制油泵的输出流量。 ( 2 ) 1 i 速模式 i i 速模式用于一般作业。若选择此模式，则与i 速模式相比，会减少噪音及燃料的 消耗量，控制流量的电磁比例减压阀的电流被切断。当发动机油门控制旋钮位于最大位 置时，发动机的转速比最大转速小1 5 0 r m i n 。 ( 3 ) i 速模式 i 速模式用于不需要快速作业的情况。若选择此模式，则挖掘机的速度下降，可以 提高细微操作性能，与i i 速模式相比，可减少噪音，节省燃料。控制流量的电磁比例减 压阀的电流被切断，发动机油门控制旋钮位于最大位置时，发动机的转速自动下降为最 大转速的8 0 。 在3 种动力模式下，发动机与油泵的功率曲线如图1 1 0 所示。 互 i 窘 嚣 蹙动机转毫( r w i n ) 油景出压力，( l 咖匐 1 ，萎筷式2 逮模式3 睫禳式 图1 1 0 在3 种动力模式下发动机与油泵的功率曲线 f i g 1 1oa f t e r - c r o p st h em o t i v ea n dt h eo i lp u m pp o w e r t r a c ei n3k i n do f p o w e r sp a t t e r n s 1 3 发动机控制系统 工作原理：当旋转发动机油门控制旋钮时，输出电压根据旋钮的位置发生变化，此 信号输入到发动机油门控制器。发动机油门控制器把旋钮的电压与发动机油门控制电机 ufj，1)o堞鲁嗽曩 大连理工大学专业学位硕士学位论文 内安装的电动机位置监测电位器的电压进行比较后，按旋钮指定的位置驱动电动机。当 旋钮的电压与电位器的电压一致时，油门控制器切断电动机的电流，使之停止转动。发 动机控制电机中装有一条钢索，此钢索的末端连接到发动机喷油泵的调节杆上，所以随 着电动机的旋转，调节杆始终动作，以达到控制发动机转速的目的。 1 3 1 发动机控制电机 发动机控制电机如图1 1 1 所示。 1 ) 挖制电机维件2 ) 控制电缆3 ) 伸缩橡胶套 图1 1 l 发动机控制电机 f i g1 1 1e n g i n ec o n t r o le l e c t r i c a lm a c h i n e 发动机控制电机的l 脚通发动机油门器的6 脚及e p o s 的c n l 7 脚，2 脚通发动机油 门控制器的7 脚及e p o s 的c n l 6 脚，3 脚通发动机油门控制器的8 脚，4 脚通发动机油 门控制器的4 脚，5 脚通发动机油门控制器的5 脚。 工作原理：发动机控制电机使用直流电动机，内部装有位置监测用电位器。当发动 机油门控制电机有异常负荷时( 控制拉索老化或拉弯时) ，发动机油门控制器为了保护系 统，限制油门控制电机的电流，因此即使旋转发动机油门控制旋钮，发动机油门控制电 机也不动。当异常负荷解除时，关闭启动开关后重新启动，旋转发动机油门控制旋钮， 一切可恢复正常。当更换或调整发动机控制电机时，必须按照发动机控制装置的调整方 法进行，若调整错误，则不能正常发挥设备的性能。 132 发动机油门控制旋钮 2 6 帚 铲 翌点堕：奎兰型! ! 坚! 垡塑垫皇笙薹望垫堕燮垫查塑亟墨堕塑堑型 油门控制旋钮的l 脚为火线通油门控制器的1 脚，2 脚通e p o s 的c n i 一1 9 脚和油门 控制器的2 脚，3 脚通e p o s 的c n i 2 0 脚和油门控制器的3 脚。 发动机油门控制旋钮如图卜1 2 所示。 帆一三 逆时钟# 动 1 ) 把手2 ) 电位器 图1 1 2 发动机油门控制按钮 f i g1 1 2e n g i n ea c c e l e r a t o r c o n t r o lb u t t o n 该旋钮内部安装有电位器，旋转旋钮时电位器的电阻值发生变化，供给油门控制器 的输出电压( 2 、3 端子间) 也随之发生变化，从而实现发动机功率的调整。 1 4 自动怠速控制系统 仪表盘的c n 5 1 5 脚通e p o s 的c n l 1 脚。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 其系统组成见图卜1 3 。 图1 1 3 发动机自动怠速控制系统 f i g1 1 3e n g i n ea u t o m a t i ci d l i n gr e g i m ec o n t r o ls y s t e m 用仪表盘的自动怠速选择开关选择( a u t oi d l e ) 自动怠速控制功能，开始作业时自 动怠速开关设定为开启状态。 自动怠速控制系统设定的转速约为1 4 0 0 r m i n 。 1 5 发动机过热保护系统 作业过程中，发动机冷却液温度上升到约1 0 7 。c 时；设在冷却系统内的冷却液温度 传感器向e p o s v 控制器发送信号；同时发出报警声。e p o s v 控制器收到此信号后向发 动机油门控制器发送信号，并且将动力模式转变为i i 速模式，发动机油门控制器驱动油 门控制电机，使发动机置于低速状态，即：冷却液过热时报警器晌，动力模式变为i i 速 模式，转速变为低速。当冷却液温度下降至9 5 。c 以下时，发动机恢复正常运转。 1 6 升压控制功能 仪表盘的1 脚接地，c n 5 1 6 脚通e p o s 的c n l 一1 4 脚，c n 5 1 8 脚通e p o s 的c n l 1 5 脚。 升压控制功能是指以增大挖掘力为目的，瞬时增大主溢流阀溢流压力的功能。作业 中右操纵杆上的按钮被按下时，e p o s v 控制器将打开升压电磁阀，将主溢流阀的设定 压力提高至3 3 m p a ，能增大6 的挖掘力。 尹占顺：大宇0 ) h 2 2 0 l c - v ) 挖掘机电控装置故障模拟及动态测试系统的研制 1 7 行走速度自动控制系统 将自动行走选择开关置于o f f 位置时，行走马达始终以行走1 速( 低速) 状态运转。 将自动开关置于0 n 位置时，e p o s v 控制器监测主泵的输出压力，根据行走负荷的大小， 自动控制行走两速电磁阀的开和关，切换行走1 速、2 速，使之在1 速和2 速之间变化。 行走负荷由连接在前、后泵输出线路上的两个压力传感褰监测。当行走负荷增大时 ( 压力在2 7 m p a 以上) ，关闭电磁阀，切换为行走l 速；当行走负荷减少时( 压力在t 3 m p a 以下) ，打开电磁阀，自动切换为行走2 速。但是，当发动机转速在1 4 0 0 r m i n 以下时， 行走速度始终保持为1 速。 t 8 锁定控制功能 为了减少司机在长距离驾驶时的疲劳，开发了锁定控制功能。 ( 1 ) 行走方法 当前进后退操纵杆在前进( f ) 位置，按下锁定开关时，即使不踩油门，挖掘机也 可以行走，此时行走速度由发动机油门控制旋钮控制。用发动机油门控制旋钮把挖掘机 调整到所需的速度时，挖掘机按一定的速度行走，在上、下坡行走时速度会发生变化， 这是负荷变化而引起的，不是异常现象。 ( 2 ) 解除 在遇到信号灯或障碍物制动时，挖掘机会自动解除行走锁定状态。当前进后退操 纵秆位于中立位置( n ) 时，也可以解除行走锁定状态。此时若发动机噪音大，则把发动 机油门控制旋钮转向低速位置即可。在打开自动怠速开关时，解除锁定状态( 踩制动踏 板后) 约4 s ，发动机将处于怠速状态。当重新锁定时，发动机转速恢复到原来的转速。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 2电控装置故障模拟及动态测试系统的总体设计与研制 2 1 故障模拟及动态测试系统的总体设计 211 基本结构组成 ( 1 ) 基本结构组成( 见图2 1 ) 本测试系统主要由发动机总成、e p o s 控制系统、l c d 仪表盘、发动机油门控制器、 故障模拟控制系统及l e d 显示面板、移动式机架、油箱等组成。 图2 1 大宇( d h 2 2 0 l c v ) 挖掘机电控装置故障模拟及动态测试系统组成框图 f i g 2 1d a e w o o ( d h 2 2 0 l c - v 、e x c a v a t o re l e c t r i c a l l yc o n t r o l l e dp l a n tf a i l u r es i m u l a t i o na n d d y n a m i ct e s ts y s t e mc o m p o s i t i o nd i a g r a m ( 2 ) 系统结构设计 该系统的显示箱( 主要有系统控制、l e d 显示板、e p o s 、故障模拟单元、启动开关、 e p o s 接线端子等) 见图2 2 。其中l c d 仪表盘、e p o s 控制器、发动机油门控制器、线束 总成、启动开关、保险丝盒、各种继电器等均采用原车件。故障模拟控制器、l e d 显示 系统、e p o s 接线端子、电控系统线路图及移动式车架为设计开发。 尹占顺：大宇( d h 2 2 0 l c - v ) 挖掘机电控装置故障模拟及动态测试系统的研制 机架作为发动机总成( 含冷却水散热器、燃油箱) 的支撑部分，应便于移动，为此 采用四个支撑轮，其中两个支撑轮可万向转动，以便于整个装置的移动。 在机架底座上焊接立式支架用以固定显示面板，整个系统结构紧凑，比较美观。 a ) 动态测试系统显示箱 b ) 故障模拟控制器 图2 2 大宇d t t ( 2 2 0 l c v ) 挖掘机电控装置故障模拟控制器 f i g2 2d a e w o o ( d h 2 2 0 l c - v ) e x c a v a t o re l e c t r i c a l l yc o n t r o l l e dp l a n tf a i l u r es i m u l a t i o nc o n t r o l l e r 大连理工大学专业学位硕士学位论文 2 1 2 基本功用 ( 1 ) 动态演示电控系统的工作原理。可进行整体、端予测量演示。 ( 2 ) 通过e p o s 控制器接线端子可进行动力模式、工作模式、自动怠速控制、发动 机过热保护系统、升压控制功能、行走速度自动控制等系统的动、静态检测。 ( 3 ) 故障模拟系统可模拟与实际工况相符的故障，观察故障现象，通过其动态数据， 参照故障码，找出故障产生的原因，排除故障。 ( 4 ) 可设计与故障码无关的故障，通过其故障现象及工作参数，找出故障。 2 2 故障模拟及动态测试系统研制 2 2 1 测试系统的研制技术路线 主要研究大宇d h 2 2 0 l c v 挖掘机电控装置的电路，搞清各个系统( 各系统中所涉及 的传感器、控制单元、执行器)