分工况节能控制在单斗液压挖掘机系统中的应用

1、    分工况节能控制在单斗液压挖掘机系统中的应用    严希清摘 要：为更有效控制单斗液压挖掘机设备在运作过程中能量损失，同时减少系统发热，使工作性能得到一定的改善，采用分工况节能控制系统设计。本方法通过传感器将挖掘机负荷传到微机，微机对挖掘机的工作状态进行判断，在此基础上对发动机进行控制，最终实现节能的目的。关键词：单斗液压挖掘机；分工况节能；控制系统0 引言作为一种重要的工程机械，单斗液压挖掘机具有应用范围广，作业灵活等特点。其能量损失主要是由于作业环境较为复杂，负荷变化频率快，变化范围较大。挖掘机发展的方向之一就是对能量损失的控制。随着电子及单片

2、机技术在控制领域的广泛应用，液压挖掘机与电子、信息处理、预警技术等有机结合在一起。从而实现了对设备自动控制，故障诊断，在达到节能目的的同时也能够降低工作人员劳动强度，工作效率也会相应提升。1 单斗液压挖掘机工况分析单斗液压挖掘机作为一种多功能机械，涉及到的作业内容较多，如挖沟、装修、填埋、装土、破碎、搬运、平地等。作业对象的土质变化范围也比较大，如松砂土，软性土，砂砾原石，软岩等。在不同的作业环境下，其使用要求与方式也不一样，在强调经济性时，对工作效率的要求就不会突出，通常是进行一般性的装土和挖掘作业。在作业环节中也会存在精细化作业。分工况控制的目的就在于适应不同的作业环境。在重负荷状态下，为

3、了保证完成作业量，发动机处于最大的转速状态。适用情况一般是调整强力挖削，行走。在进行一般作业时，只需要将发动机功率控制在一定范围内，通常情况是发挥88%的最大功率。此种情况下对工作效率没有太大要求，工作速度也较缓慢，该工况主要是为了减少噪音及油耗，系统也处在经济匹配工作状态，是常用的工作档，同时也是经济动力档。在轻作业情况下，发动机的功率要比一般作业时功率低，大约保持在50%70%范围内。在该种工况下，主要用于提升工作的精度，进行微调与精细化作业，并且在狭窄区域内安全性也有一定保证，噪音也会相应的降低。最低怠速工况。该种工况下主要应用于暂停作业。2 单斗液压挖掘机在作业过程中的能量损失分析及解

4、决方案设备在工作过程中存在的能量损失主要发生在液压油传递环节。该环节损失主要由两个部分组成。其一是油通过管道，在输送过程中产生的沿程损失。其二则是在进行某些精细化作业过程中，液压油流经节流阀时存在的能量损失。前者是工作中难以避免的。后者则是因为在精细作业时，为了控制作业速度，工作人员往往会打开部分控制阀，控制阀在部分开启状态下，油在通过节流阀时会产生节流损失；油泵的供给量大于需要的进行油量时，控制阀与油泵之间的压力会持续升高，升高到一定程度时，溢流阀就会开启，多余的高压油就会从溢流阀流走，会产生溢流损失。对于该问题的解决，可以采用计算机对液压系統压力进行检测，将检测结果送入计算机分析处理后，计

5、算机对发动机发出转速控制信号，当系统压力值接近或者达到溢流阀开启压力值时，控制系统将会降低发动机转速。而当转速降低到了系统设定范围内并且依然存在溢流时，系统就会发出警报。当压力恢复到设定的最大压力值范围内，发动机在控制系统的作用下又会恢复到最初转速。这样处理后可以将溢流损失降到最低，从而实现节能目的。3 节能控制系统硬件设计实现为了便于在原有的设备上实现节能控制，控制系统是在不改变液压系统及发动机内部结构基础上进行的。硬件的结构如图2所示。从图中可以看出，在控制系统中，硬件系统主要包括了单片机处理器，采样电路，放大电路，拓展电路及其它相关的组成部分。控制系统以液压系统压力为判断信号，对设备的工

6、作状态进行判断，从而对步进电机进行控制。液压系统的压力经过采样输入到单片机，经过分析判断发出相应的指令。在系统可靠性与安全性方面，电机与主板电路都采用的是同一型号的光电耦合器，共有三路对电机的绕组进行驱动。4 系统软件设计为了实现电机变化随负载变化，软件组成主要主程序、测速、测压、滤波、步进电机控制程序组成。设备电源接通后，首先进行初始化工作，如清零等。之后对液压系统的压力进行判断，依据判断结果，控制系统进行与之相应的操作。在工作过程中也可以进行手动操作。5 节能实现与原理依据实际工作情况，设置相由应的工作模式，通过计算机对发动机进行控制，使其保持在一定转速内，由于全功率变量泵的吸收扭矩没有发

7、生变化，发动机的功率与设定转速成正比，从而达到节能的目的。空载时自动怠速控制。操纵阀在中位时，控制系统将油门关小，从而使发动机进入到怠速状态。而控制系统则对设备载荷进行监控，在超过了预定值时，系统就会控制发动机将其恢复到设定值。溢流控制。溢流阀开启的压力小于液压系统的压力时，就会出现溢流损失。在损失控制方面，当系统检测到溢流阀压力小于出油压时，就会控制发动机将转速恢复到一定范围内，从而减小损失。而当系统的压力小于设定的压力值时，系统控制发动机恢复到预定值。节能原理主要是在不同转速条件下，与之对应的最低油耗点扭矩是不同的，每一个扭矩都有与之相对应的转速，并且在该扭矩下，油耗最低。而在空载的时候，发动机处于怠速工作状态，节能效果也比较明显。在超载的时候，通过减小溢流损失也能够达到节能的目标。6 结束语控制系统采用了单片机技术，该技术具有体积小，控制准确，操作灵活方便等特点。而在抗干扰性方面，由于采用了滤波，光电隔离等措施，其抗干扰的能力有了相当大的