挖掘机液压减排控制系统的节能策略探讨

时间:2019-09-27

系统分析师论文优选范文10篇之第四篇：挖掘机液压减排控制系统的节能策略探讨
 

　　摘要：挖掘机是大功率机械， 常用于工程施工中。科技的发展促使液压挖掘机开始替代传统挖掘机， 基于液压系统能迅速完成各项操作， 但在实际操控中， 这种机械的能耗大， 需要引起重视， 科学管理挖掘机液压减排控制系统十分重要。文章就挖掘机液压结构展开了能耗介绍， 并制定出了有效的节能策略。

　　关键词：挖掘机； 低碳； 液压控制结构； 节能策略；

　　随着国民经济的繁荣发展，国内的挖掘机市场持续扩大。挖掘机运行的环境比较复杂且持续运行，运行时所承担压力的变化较大。一般情况下，平均外部负荷仅有最高负荷的50%~60%,但使用率仅有总使用率的30%左右。如果发动机的传递功率较高，而液压泵不能彻底吸收发动机传出的功率，或是液压不佳产生故障引起漏油现象时，均会降低挖掘机功率。另外，液压结构节流调整、回转部件或是铲斗等设备运行时，均会损失功率。所以，节能控制措施在挖掘机运用中起到了显着作用。

　　1 挖掘机液压结构的能耗介绍

　　（1）机械耗能。挖掘机属于大功率机械，其机械耗能源自摩擦与相对运转，是无法避免的能量消耗。挖掘机液压结构运行中，摩擦消耗主要出现在频繁摩擦的部位，如液压缸活塞。运行过程，该部位通常会出现很大的能量消耗，易出现升温发热等情况，要用冷却系统立即降温处理。若挖掘机长时间运行，其作业强度将不断增大，该种情况下发动机需要立即提速。若柴油机摩擦耗损太高，会造成挖掘机长时间处在超载状态，若长期如此，容易降低挖掘机寿命周期。

　　（2）泵能量消耗。液压泵通常能视为液压系统的关键构成部分，该机械的能耗起因是泄露引起的容积损失、泵中液体流动造成的耗损，这样极大地阻碍了泵设备作用的充分发挥，不能保障泵能量的有效转变。另外，液压泵能量转变过程也极可能出现增温情况，这些热量通常不能实现二次使用，也是能耗的范围。

　　（3）管道压降引起的能耗。液压系统中管道设计缺少统一借鉴标准，其走势、分布等可能有不合理的现象，阀门、管道沿途等都会出现压力消耗，这是造成主泵负载加大的重要原因，而强化各项要素的分析是防止发动机功率消耗的重要途径。

　　2 液压系统降耗控制对策

　　（1）分工况管理。挖掘机通常在繁琐多变的条件下运行的，而且挖掘效果与本地地质环境密切相关。所以，为保障挖掘机有效适应运行环境，需要全面执行分工况管控体制。兼顾到不同的运行条件，挖掘机中动力模式能分成：降耗、重载、轻载3类。以上3种运行模式相应的功能配置通常是指定功率的86%、100%、60%.挖掘机运行过程，柴油机通常采取固定扭矩，完成传输功率的调整，且在挖掘机使用中采取分工况法来管控，通过3种模式确保发动机功率最高。

　　（2）发动机-泵功率相搭配。挖掘机运行中，液压系统运转时其能量传输依次通过发动机、液压器、负载来完成。所以能量传送中，液压泵与发动机的功率要相搭配，这样方可提升液压系统的使用率，并提升该模块的稳定性。如果挖掘机液压结构负载迅速增大，相关变量泵的扭矩就会随之上升，扭矩影响大发动机运速下降。为保证发动机运速符合预期标准，要求及时管理变量泵流量，最后发动机运速回归稳定范围之内。由此得知，发动机-泵功率相搭配作用中比较重要的部分是，根据发动机当前转速变化情况调节变量泵流量，确保发动机的运速在预期范畴内，其是保障液压系统运行效率的重要部分。

　　挖掘机运行中，要根据实际环境选择与调整动力模式。若挖掘机空载，则控制器应根据空载转速相应的目标移动、油门拉杆数据差值等来确定，在PWM指令下油门发动机发挥作用。待油门拉杆运行到预期部位后，发动机运速会随之出现变化。若挖掘机在运行过程其负载出现改变，控制器将根据运速、运速差值作用下出现的电流信号来处理，进而调整与控制扭矩开关大小，并立即调整变量泵流量，达到发动机、液压器功率相搭配的目的，进而促使挖掘机发动机运速在标准的运行范围内，提升整个机械的可靠性、科学性。挖掘机节能减排控制系统如图1所示。

　　图1 挖掘机节能减排控制系统

　　（3）液压泵管理。挖掘机液压减排系统管理的重要部分就是液压泵，为确保挖掘机运行的可靠性、科学性，首先要优化与管理液压泵性能，尽可能选用性能较好的设备，并及时做好检修工作。实际控制过程，能通过液压泵流量的修改达到减排的目的，其控制手段通常包含负流量管理、正流量管理、负荷管控等，其中，极限负荷管理是当前使用效果最佳的方式。极限负荷管理的目的是协调好挖掘机液压结构内液压泵功耗，确保发动机在指定功率范围内运行，减少发动机超负荷运行引起的故障，这对科学管理发动机功率有一定的保障作用。另外，该控制手段还能及时调整发动机的负荷，进而达到提升发动机效率的目标。

　　3 挖掘机减排液压控制结构的硬件及软件规划

　　3.1 硬件规划

　　挖掘机减排液压系统包括两个部分，即硬件系统与软件系统。前者主要由显示屏、控制器、直线机组、继电设备、油门旋钮、扭矩开关、转速传感器等构成一个相互联系的总体。操作者能够按照实际工况，利用显示屏选取挖掘机形式，并将筛选信息传递给控制器。如果挖掘机处于空载状态下，则控制器将通过操控直线机组，把油门旋钮调整到空载部位，令发动机转速处于空载状态的转速上。如果挖掘机处于负载状态下，显示屏把筛选的动力模式输送给控制器，其通过操控直线机组，把油门旋钮调整至适当位置，而且还会调整扭矩开关的大小，并调整变量泵的吸取扭矩，从而令发动机转速处于相关动力形式的转速上。如果液压系统产生问题，则软件系统将会将故障信号传送至显示屏上，提示操作者。

　　3.2 软件规划

　　（1）主程序。在整个系统内，主程序软件选择模块化编程（图2）。参量初始化模块的根本作用是起到E2-PROM中参量的读取与参量掉电的保存功能。CAN通讯模块的重要作用在于对显示屏及控制器实现有效的连接与信息通讯。而这个信息通讯包括两个方向：其一，控制器朝显示屏传递整车状态数据的CAN传输模块；其二，显示屏向控制器输送调整动力模式信号等之内的CAN接收模块。当显示屏传输的动力模式让控制器接收后，将会调整当下的模式。油门操控模块的根本作用是设施空油门旋钮，但针对功能匹配系统来讲，这个模块的作用是保障发动机-泵功能得到有效匹配。

图2 软件系统主程序结构图

　　（2）油门操控模块。这种模块首先按照油门旋钮的部位及动力模式对相关档位的空载设置转速来确定，再按照油门拉杆部位及发动机空载设置的对应关联，对空载设置转速和相关直线机组目标移动值加以确定。在运行环节，控制器将按照目前直线机组的实际移动值和目标移动值之差，采取PID控制算法驱动直线机组的转动，进而有效地管控发动机的运速。

　　4 节能模型虚拟与评估

　　通过上述分析得知，挖掘机液压结构经软件系统操控硬件设备实现稳定运行，且发动机功率影响着变量泵排量的改变。所以，在虚拟创模时，由此为依据来创模，建立多路阀与变量泵模型，通过油电混合驱动系统产生动力，加入发动机与减速机模型，并融进挖掘机机械臂动力回收结构模型。

　　经对该虚拟模式在模拟具体工况下的运转结果展开分析获得结果，变量泵排量比极大地影响减排液压系统运行的可靠性及效率，同时，变量泵排量比能够作为一个关键的控制产量。当外部负载改变时，基于变量泵排量比来调整，保证发动机运速，提升降耗液压系统运行效率，减少油耗，最后达到节能目的。虚拟测试也找出了很多问题，如元件磨坏、计算偏差、设备偏差等，但均在运行早期得到了调整，令系统运转贴合实际状况，实现预计目标。

　　5 结语

　　挖掘机低碳液压控制在各种运行环境及不同种类运行阶段，要选取恰当的运行模式。应用挖掘机时，变量泵的吸取功率、模式筛选、匹配程度、运行时间和运行负荷等，均会直接干扰挖掘机的利用率。所以，针对不同的运行环境，要按照工况选取适宜的模式运行，方可低碳控制系统，实现低消耗、高效率的要求。

　　参考文献
　　[1] 赵翔宇， 关清鑫。挖掘机节能液压控制系统分析与应用[J].现代制造技术与装备， 2018 （08） :153+155.

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