挖掘机液压系统及其控制 上下.PDF

1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 挖掘机的液压系统及控制 下 口初长祥 8 8 2 0 0 4 ． 9 计算机控制液压系统 计算机控制液压系统的 基本工作原理 图 1 是，柴 油机转速传感器监测柴油机 转速， 随着外载荷增大， 泵的 输 出功率增加 ，柴油机的负 荷也随之增大。当外载荷增 大致使柴油机转速降低时 ， 计算机系统起作用，控制器 发出控制信号 ，通过改变电 比例减压阀的输入电流来减 小泵的起调压力，从而减小 泵的功率 ，也就减小了柴油 机的负荷，使柴油机转速恢 复正常。调控的实质就是当 泵的起调压力减小时，液压 系统在相同的负荷压力下泵 的排量减小了。由于计算机 的软件功能强大，可以很方 便地进行程序控制，所以随 着使用工况的不同，可以任 意设定泵的输出功率，最大 限度地发挥机器的使用效果。 功率模式有以下几种。 泵功率跟随模式 不同的 生产厂商对此模式有不同的 称谓， 如重载模式、 高功率模 式、 定转速控制模式等等。 此 模式实际上就是使柴油机在 最大转速下工作，加载后柴 油机转速将会下降，计算机 控制系统预先设定一个柴油 机的目标转速， 这个转速一般 是柴油机的额定转速， 这样就 可以充分利用柴油机的额定功 率。 这种模式不预留柴油机的 功率储备， 泵的功率设定大于 柴油机的输出功率， 而泵的实 际输出功率始终跟随柴油机的 输出功率而变化， 这一般叫做 泵功率跟随。 如果没有计算机控制系 统， 柴油机与泵的功率匹配原 则是必须预留柴油机的功率储 备， 以避免柴油机严重降速甚 至熄火。这个模式虽然不省 油， 但是挖掘机的作业效率最 高， 相比之下单位油耗的产出 也是最高的。 由于此模式下柴 油机和液压泵都充分发挥了最 大效能， 所以对散热系统的能 力是个严峻考验。 泵恒功率控制模式 也叫 经济模式、 标； 隹 模式、 标； 隹功 率模式或定功率模式等等 。 此模式下柴油机不是在最高 转速下工作，譬如预设柴油 机目标转速比额定转速每分 钟降低1 0 0 转。 L B ,- J - 如果计算 机控制系统给电比例减压阀 一 个固定的电流，等于给泵 设定了一个固定的功率。例 如泵功率设定为额定工况下 柴油机净输出功率的8 8 ％ ～ 9 0 ％，根据柴油机的外特性 曲线知道， 柴油机转速从额定 值下降 1 O O转时其功率下降 幅度小， 扭矩增大； 而液压泵 的功率由于输入转速的下降， 其功率下降幅度比较大。 经计 算得知降速后柴油机的功率远 大于降速后液压泵的功率， 柴 油机已经有了充足的功率储 备， 计算机控制系统的主要任 务是防止柴油机失速过多 一 般控制在2 0 0 转以内， 最大不 能超过 2 5 0转 。这时挖掘机 的作业效率比较高， 燃油经济 性也比较好。 当柴油机预设目 标转速再 次下降1 0 O 转时，柴油机的功 率大于液压泵的功率会更多一 些。 因此， 在最大扭矩至额定功 率转速之间的中高转速范围内， 采用给泵设定一个固定的功率 的方法是可行的。而在柴油机 怠速至最大扭矩转速之间的中 低速范围内，柴油机的扭矩下 降很快，确定泵的功率时应该 使柴油机功率储备更大一些， 一 般会对应每个转速段分别设 定泵的功率并验算柴油机的扭 矩储备。重要的是要防止柴油 机失速过多，对于低速性能不 好的柴油机更要引起注意。 当然，在整个泵恒功率 控制段，对应每个柴油机 目 标转速分别设定泵的功率会 更加精确一些。 维普资讯 油门旋扭 转迟 专f 君 吾 一 f 画 一 控制 器 ●____ 雪 11] L J 油门执行器 _ 口 [ [ 1 ] _ _ 一 [ [ I 口 一 传感器 面 口 一 图1 计算机控制液压系统 弹簧压缩量 先导泵来油 图2 瞬 时 增力 作业模式的其他功能 泵恒功率控制模式随着 柴油机预设目标转速的下降， 根据挖掘机的实际作业工况再 增加一些液压系统的功能还可 以派生出很多其他模式， 原理 相同，只是说法不同而已。 平整场地 驾驶员操作时 手柄动作大而斗杆摆动速度慢 一 些将更容易控制， 当然把发 动机转速降得低一些更好。 控 制斗杆摆动速度实际上就是控 制斗杆油缸的流量， 这个模式 有多种方法可以控制进入斗 杆油缸的j F h 液流量。比如用 电磁阀控制斗杆油缸大腔不 合流而小腔合流，那么斗杆 放出的速度快而收回的动作 慢，即所谓 “ 慢收快放” ，驾 驶员操作起来就可以得心应 手。因为平地时也会遇到大 块石头、 树根等， 发动机应该 有防熄火措施。 精细操作 主要是做一些 动作缓慢而细致的工作，例 如起重、 吊装焊接等。 要求液 压系统的流量更低， 但是动作 必须稳定， 因此以控制系统流 量为主。 此时柴油机转速降得 很低，容易熄火，尤其是低速 性能不好的柴油机更应该注 意。可以从液压系统上弥补柴 ； F h 机低速性能不好的问题， 譬 如采用泵最大流量二段控制， 进一步减／ J ＼ 泵的排量。 附件操作 专门为破碎锤、 液压剪等附件设置，仍然以满 足附件要求的流量为控制目的， 同时根据具体情况决定是否增 加防熄火措施。 挖掘沟壕 最主要的是挖 掘机要更有利于挖掘沟壕的边 缘， 可以有增大回转力矩、回 转优先 相对于动臂和斗杆 等措施。 根据挖掘机实际作业 工况需要， 液压系统本身或与 电磁阀、 传感器配合还可以开 发出更多的功能。 瞬时增力 短时间内提高 液压系统的主安全阀压力， 时 间持续几秒钟左右。 当挖掘过 程中遇到大的石块或树根时 可以使用该功能，见图2 。 动臂 自动加大提升能力 在动臂缸大腔油路安装一个压 力传感器， 当出现动臂提升能 力不够 例如挖掘机用于起重 模式 时， Fh 压传感器将感知 信号传给一个电磁阀， 启动瞬 时加力功能而自动实现动臂的 加大提升能力。 最大流量二段控制 也叫 最大流量切断， 由电磁阀控制 将先导油引到泵调节器， 进一 步降低泵排量从而控制工作装 置的动作速度。 自动怠速为节省燃油， 当操作杆全部中立时， 延迟几 秒钟发动机自动降至怠速。 当 再次操纵操作杆时， 自动恢复 原来转速。这里要注意的问 题是 F h 门执行器提升油门的 动作必须优先于液压主阀开 启的动作 ，否则容易造成柴 F h 机熄火。 自动降低转速 与自动怠 速类似 ，只不过是比此模式 下正常工作转速降低 1 O 0转 左右，这样再次恢复工作状 态时的机器反应速度很快。 除此之外挖掘机还有很 多其他功能。 发动机 自动暖机、防止 过热 发动机启动后，如果水 温低于3 O o C 则自动预热。如 果工作中水温过高时，则工 作模式 自动降低一挡，减轻 发动机负荷以防止过热。 系统监测及故障诊断 在 机器运行过程中监测系统各 处参数和状态， 如发动机转 速、 机油压力、 水温、 燃油量、 主泵输 出压力、先导系统压 力、负流量压力、液压油量、 F h 温、电瓶电压、开关状态、 各按钮选择的状态、各电磁 阀位置、维护信息情况以及 机器计时。对各种由于电气 或液压元件失效而引起的故 障能够自我诊断，自动报警。 应急模式 当计算机控制 系统出现用户不可排除的故 障时可以使用这个模式。它 相当于计算机控制状态时泵 恒功率控制模式的工况，可 以满足用户的大多数作业要 求。该模式有两种处理方法， 一 种是采用计算机控制器 内 置备用电路给泵调节器一个 固定的电流，驾驶员只要搬 动一个切换手柄即可启动该 模式 另一种是采用机械式 手柄、软轴直接拉动柴油机 油门。 全文完 2 0 0 4 ．9 8 1 维普资讯