液壓挖掘機(jī)的節(jié)能控制發(fā)展趨勢

在液壓挖掘機(jī)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(jī)械將近４０％的故障來自液壓系統(tǒng)，１５％左右的故障來自發(fā)動(dòng)機(jī)。采用節(jié)能技術(shù)后，可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率的利用率，減少液壓系統(tǒng)功率損失，使動(dòng)力系統(tǒng)與負(fù)載所需功率更好地匹配，降低了發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓元件的工作強(qiáng)度，提高了設(shè)備在使用中的可靠性。

從國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r來看，液壓挖掘機(jī)的節(jié)能控制有以下發(fā)展趨勢：

１）電液比例控制智能化

電液比例控制在８０年代初就開始應(yīng)用于工程機(jī)械，到目前已經(jīng)在液壓挖掘機(jī)上得到了大量應(yīng)用。電液比例技術(shù)用于工程機(jī)械，可以省去復(fù)雜、龐大的液壓信號(hào)傳遞管路，用電信號(hào)傳遞液壓參數(shù)，不但能加快系統(tǒng)響應(yīng)，而且使整個(gè)挖掘機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)控制更方便、靈活。進(jìn)入９０年代后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，電液比例控制更進(jìn)一步“智能化＂，電液比例泵和比例閥的應(yīng)用日益增多，從而出現(xiàn)了“智能化液壓挖掘機(jī)”。這種智能化主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。首先，計(jì)算機(jī)能夠自動(dòng)監(jiān)測液壓系統(tǒng)和柴油機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，如壓力、柴油機(jī)轉(zhuǎn)速等，并能根據(jù)這些參數(shù)自動(dòng)控制整個(gè)挖掘機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn)行在高效節(jié)能狀態(tài)。其次，能夠完成一些半自動(dòng)操作，如平地、斜坡的修整等，對司機(jī)的熟練程度要求降低，但工作質(zhì)量卻能夠得到大幅度提高。第三，能夠根據(jù)監(jiān)測到的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行故障診斷，便于挖掘機(jī)的維護(hù)。這些功能的出現(xiàn)，使挖掘機(jī)性能得以大幅度提高。

２）柴油機(jī)電噴控制

在傳統(tǒng)的機(jī)械調(diào)速柴油機(jī)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(jī)性能難以進(jìn)一步提高。在柴油機(jī)上應(yīng)用電噴控制后，可以使泵的循環(huán)供油量和噴油提前角不再受轉(zhuǎn)速的影響，從而使挖掘機(jī)能夠一直工作在最佳狀態(tài)，而且加快了響應(yīng)速度。開發(fā)柴油機(jī)電噴控制器是提高挖掘機(jī)節(jié)能性的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

３）負(fù)荷傳感控制將繼續(xù)發(fā)展

負(fù)荷傳感控制從２０世紀(jì)７０年代開始興起，各工程機(jī)械液壓件生產(chǎn)廠商紛紛推出了一系列有關(guān)產(chǎn)品。這種系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性和操縱性，即使不熟練的司機(jī)也能很快適應(yīng)。比例流量分配閥的出現(xiàn)進(jìn)一步推動(dòng)了負(fù)荷傳感技術(shù)在挖掘機(jī)上的應(yīng)用，使挖掘機(jī)操縱性進(jìn)一步提高，解決了西方國家由于熟練司機(jī)的缺乏而帶來的問題。因此，負(fù)荷傳感控制挖掘機(jī)在發(fā)達(dá)國家的需求將會(huì)進(jìn)一步上升。

４）六通多路閥繼續(xù)存在

盡管采用四通閥的負(fù)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(jī)也能用非負(fù)荷傳感系統(tǒng)挖掘機(jī)完成精確操作。更重要的是，負(fù)荷傳感系統(tǒng)價(jià)格較高，限制了它在發(fā)展中國家的應(yīng)用。目前，世界上許多著名的挖掘機(jī)生產(chǎn)廠商，其產(chǎn)品中既有使用四通閥的負(fù)荷傳感控制挖掘機(jī)，也有使用六通閥液壓系統(tǒng)如正流量、負(fù)流量控制的挖掘機(jī)。成熟的制造技術(shù)和低廉的價(jià)格將會(huì)使六通多路閥繼續(xù)發(fā)揮作用。

５）進(jìn)一步改進(jìn)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(jìn)的地方，如操縱性、節(jié)能性等，至今國外各挖掘機(jī)生產(chǎn)廠仍在研究。

６）多功能組合

為提高挖掘機(jī)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，一般不超過三種。如圖１４中所示的液壓泵中，就集成有壓力切斷、正流量控制和功率限制功能，目前市場上比較流行的各種液壓泵原理圖中，也都集成有多種功能。隨著液壓技術(shù)的發(fā)展，有可能在泵上集成更多的功能。

７）可變參數(shù)控制

為使挖掘機(jī)更好地適應(yīng)各種工況下的負(fù)載要求，動(dòng)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(jī)具體工作狀況而改變。例如，在日立建機(jī)生產(chǎn)的ＥＸ系列挖掘機(jī)上，負(fù)荷傳感閥上的壓力補(bǔ)償器設(shè)定壓差就能隨工作狀況而改變，增強(qiáng)了挖掘機(jī)工作時(shí)的適應(yīng)性?？梢灶A(yù)測，在將來的挖掘機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)中，將會(huì)有更多的控制參數(shù)可以調(diào)節(jié)，從而使挖掘機(jī)工作效率更高、操縱更容易。

８）泵—發(fā)動(dòng)機(jī)匹配控制將進(jìn)一步“智能化”

借助計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，泵與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配控制將進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)“智能化”，兩者之間的結(jié)合將更密切，實(shí)現(xiàn)一體化控制。在這種控制中，控制器能根據(jù)工作狀況的變化，自動(dòng)對液壓泵和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)整，在保證輸出功率滿足工作需要的同時(shí)，使燃油消耗量最低。

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(jī)“智能化”程度的提高，各種傳感器、控制器將遍布挖掘機(jī)各處，這將導(dǎo)致挖掘機(jī)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(qiáng)大功能的同時(shí)，具有簡單的結(jié)構(gòu)和高可靠性。目前，在行走機(jī)械領(lǐng)域，已經(jīng)有了這樣一種現(xiàn)場總線，稱為ＣＡＮ總線，但還未在挖掘機(jī)上得到普遍應(yīng)用。電子技術(shù)的發(fā)展使控制芯片的體積更小，功能更強(qiáng)，在挖掘機(jī)上幾乎不占任何空間，能完全嵌入到各種部件內(nèi)部，這也是將來挖掘機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。