电控技术在挖掘机的应用
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摘要：电子控制技术现在在工程机械中得应用越来越广泛，在液压系统 机械系统中都能看到电控的应用。二十一世纪就是电子控制的时代，它的高速发展就像给我们的工程机械行业注入了催化剂，使我们现在的工程机械做到了人与机械的和谐统一。
关键词：控制 监测 管理 安全 节能
检测 维护 can 总线 人性化
中图分类号：TE08文献标识码： A
挖掘机由于它具有推、 挖 、装、 平等功能，而且操作简单，在现在的工程施工得到了广泛的应用。电器系统是液压挖掘机的重要组成部分，在整个挖掘机中起着举足轻重的作用。
本文将从以下几个方面对电控技术的应用做一阐述：
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。显示器是人机交换信息的窗口，人对机器要求的具体表现。比如可以显示（发动机的使用时间 、冷却水温 、飞轮转速、 冷却液位、机油压力等。液压系统类显示的有主泵工作压力、 液压油温 、操作压力、 清洁度等。还有提示类 、警示类 、通讯类等等）。
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。
我们公司的监控器就经过了好几次的更新换代。现在已经可以做到彩屏显示，监控功能齐全，使用简单等特点。
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。
现在我们公司生产的23顿系列 、30吨及20吨均装有GPS远程诊断及控制系统，利于远程传回的信息分析故障，它的应用效果，已逐步显现。
三、电器系统在挖掘机工作安全的应用
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。造成事故的主要原因有：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角度传感器来提醒司机工作的危险程度，并系好安全带，并在必要时切断工作油路，避免事故的发生。
对于回转误撞，可以采取两种措施，第一是再挖掘机尾部安装声光报警装置，第二是再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，对回转动力作停止以避免事故。
四、电器系统在挖掘机节能控制中的应用
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。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，在二十吨级级的液压挖掘机上，国内普遍采用了电控泵（主泵加装一个电磁阀来调节泵的功率）和自国内住研发的节能控制器（用来控制发动机与工作泵功率的和谐一致）。但在小挖上，由于成本限制还应用不多。
在传统的功率匹配控制中，只有在最大负载功率下，柴油机与液压泵的功率才能匹配的更好，使柴油机工作点位于经济工作区。由于负载的剧烈波动，最大和最小负载功率是交替变化的，加到柴油机输出轴上的扭矩也剧烈波动，使柴油机在小负载时工作点严重偏离经济工作区，因此这种传统的功率匹配是不完全的。另外，为满足最大负载工况的要求，在工程机械的设计中必须按照工作过程中得峰值功率选择柴油机，因此柴油机功率普遍偏大，燃油经济性较差。当选不到大功率柴油机时，很容易造成发动机过载，这在一些小挖上表现得非常明显――柴油机经常过热。（水温高）
五、电器系统在挖掘机检测及维护测试中得应用
挖掘机在工作中得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，已完成液压系统、 发动机系统中负载大小的检测和多路阀、液压马达、液压泵、液压缸等得工作参数的记录，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，如操作性、经济性、可靠性、节能性等。
六、CAN总线在工程机械中得应用
CAN总线在汽车领域中得到了非常成功的应用，但目前在工程机械中得应用韩非常有限。在汽车中，由于存在非常多的微处理器，每一个微处理器负责一个汽车子系统，如安全、稳定、刹车、发电机控制、悬挂等，这些控制往往相互关联，为节约布线成本而采取串行通讯的现场总线――CAN总线。但在液压挖掘机中，目前远没有那么多得智能系统，因此产生不了采用CAN总线的需求动力。
但这并不意味着CAN总线在工程机械中就没有前途。例如，在节省布线成本方面，可以在发动机好液压系统旁边设置一个数据采集器，负责采集挖掘机的工作参数，利用CAN总线传递到驾驶室的显示仪表上；另外，随着节能控制部件的发展，也可以将驾驶室内的操纵信号通过仪表和CAN总线对节能控制系统发出指令；第三，随着液压系统的发展，液压泵阀都在向着数字化发展，利用CAN总线则可以大量地节省布线成本。
CAN总线在我厂的挖掘机产品得到了广泛的应用。以前的仪表需要十几根线控制，现在再多的参数只需五根线就完全可以满足需要了，大大的节约了制造成本。
七、挖掘机电器系统的发展趋势
目前国内的挖掘机电器系统还有待发展，其中最重要的是要根据挖掘机实际应用的需求来设计电器系统。为解决这些问题，国内各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。这些公司普遍采用的是油电混合的解决方案，借助蓄电池、超级电容等储能元件，在小负载工况下有柴油机驱动发电机向储能元件储能，在大负载工况下将储能的能量释放出来驱动电机，作为辅助动力与柴油机一起满足峰值负载功率的要求，或者用电机直接驱动液压系统，实现柴油机输出功率和扭矩的均衡控制。
油电混合动力的优点是，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，同时可以对回转功能、工作装置的重力势能等进行回收。
目前，国内在液压挖掘机功率匹配节能控制方面的研究比较多，但大多数都集中在传统的匹配控制方案，也有为数不多的单位在研究混合动力在工程机械方面的应用，主要研究内容限于油电混合动力技术方面。
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。