日立建机液压挖掘机的杨电一体化.pdf

I 一 Z口 专题综述 日立建机液压挖掘机的机电一体化 韵蓑 准 T 6 z f 摘要建筑行业面临着操作人员老龄化、熟练司机不足、开始出现女性驾驶员的社会现实，工程机械制造厂 必须开发具有吸引力的新产品。技术开发的重点是机电一体化，主要 目标是提高工程机械的作 业效率 、简化操作 和节能 。目前 ，挖掘机的机电一体化已进第三阶段，即实现挖掘作业的半 自动化．文中介绍了挖掘机机电一体 化的四个发展阶段 ，以及 日立建机公司目前在挖掘机上所采用的机电一体化技术 叙词 机 电一体化液压挖掘机控爿系统 1 液压挖掘机机电一体化的现状 工程机械的作业现场与其它工业产品的使 用条件相比是十分严酷的，通常伴有振动 、粉 尘等 ，因此对于所装备的电子装置来说十分不 利 。这也 是电子控制技 术在批量生 产的工程机 械上应用较晚的原因。但它仍是必由之路。 日立建机 公司准备在批量生产 的机种 上采 用 电子控 制技 术 时 ，作 了种种 可靠 性 评 价试 验，证明部分使用是可行的。 在批量生产的液压挖掘机上采用机电一体 化技术是从 1 9 8 6年开始的，当时的主要 目标 是为了节能 ．如图 1 所示 ，当挖掘机不工作 时，发动机转变封怠速 ；一旦开始作业，发动 机转速使 自动增加．轻负荷作业时，可通过作 业模式选择开关进行选择，使发动机和液压泵 的输出特性的变化与负载相适应 ，实现节能的 目的 ． 圈 1 扭电傩亿的第膏量 一 l 8一 这种最初的机电一体化控制装置，结构比 较简单，与日立建机公司目前批量生产的液压 挖掘机电子控制装置相 比 见表 1 ，其规模 大约只是 现在的 1 ／4。 表 1 机电一体化的趣蕞 项目 电子控制的负荷传感系统 第一阶置 传感器披量 1 0 0 ％ 2 7 ％ 执行元件散 J O 0 ％ 笛％ 布钱目路致 1 O 0 ％ 4 2 ％ 控斟器插头赣 1 0 0 ％ 1 9 ％ 液压挖掘机的机电体化的最终 日的是机 器人化，实现全 自动运转。然而，对于每次作 业其作业对象经常发生变化的工程机械来说， 要握实现这一 目标 ，还磐须解决许多技术 问 题．日前，在短时间内‘ _ 操纵一台机器’ 的 状况还难以改变．经过为简化操柞面采用电子 控制的第二价段以及对某些特定型式的作业实 现半 自动运转的第三阶段，估计在不远帕将来 实现全 自动运转也是可偿的． 以提高作韭性能、简化操作等为 日标，开 发 了第 二 代 的 电 子 控 嗣 载 荷 传 感 系 统 El c dI 】 d 墙 t 卜 - s l 舶s i n 暑Ex c a v s ． t i o n S t c m， 简写为 董 丑 L J 系统 ，并将它用在 E X 2系科 挖i机 上 ． 2 电 在研 制 E l 肛系统时 继承并发晨 了过去 对发动机和泵所采用的电子控麓 ，又对车辆的 全部动力系统采取 了综合的电子控翻．日标是 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 研制一种操作简便 、效率高的用于液压挖掘机 的系统 图 2表示 E LL E 系统 的基本结 构 。该 系 统是对发 动机 、泵 、控制 阀 、执行 元件这一动 力 系进 行控制的 系统 。整 个系统用一个 控制器 进 行控制 。 图 2 E LL E系统的基奉结构 2 ． 』 发 动机控 制 系统 用 发动机调节马达来控制调速器油 门手柄 位 置 的移 动 ，从 而 实现 对 发 动机 的控 制 。由 此 ，发 动机 转速 的设 定是 以单按键 的方式来进 行，此外 ，当操作手柄不使用时，发动机的转 速 自动返回怠速位置。还有，为了暖车，设定 了暖车转速 ，当经过长期使用或钢丝索和连杆 系产生磨损时，还能自动予以修正 2 ． 2液压 泵控制 系统 液压泵采用了 I C C P I n t e ll i g e n t C o mp u t - e r Co n t r o l P u mp ，该 泵 上 设 置 了 电子 调 节 器，采用软件对泵的排量作定量控制，除了泵 的排量可 以任意设 定以外 ，其 响应 性能也可 以 变化 。 图 3是 这种泵 的构造 。流量 的控 制是用 2 个高速电磁阀使伺服活塞动作来改变泵的倾转 角而实现的。泵流量的设定是靠检测液压泵、 发动机和控制阀的工作状态来进行的。 通 过检 测 发动 机原工 作 状态 转速 、调速 器油门手柄的控制位置就可决定与发动机功 率特性相匹配的液压泵功率 而且，液压泵的 功率是由输出压力及倾角的位置所决定的。 图 3 l C CP泵的结构及其控制 因此 ，机器在 高原地 区作业 时 ，由于空气 稀薄 ，发 动机 性 能变 坏 ，但 发 动机 不 致 于失 速 ，仍可 以进行普通的作业 。此外 ，经过 长期 运转，发动机性能下降时也与这种情况相 同 控制阀的工作状态靠先导系统的压力传感 器和差压传感器来检测 。用差压传感器检测控 制 阀所 要求的流量 ，从而控制泵 ，使泵输 出的 流量与控制阀所要求的流量相等 ，因此损失较 少。另外 ，用先导系统的压力传感器来检测操 作状态，对各种操作方式分别产生响应性的变 化 因此，车身摇摆小，运转操作平稳 2 ． 3控制 问的控 制 系统 控 制阀是 中位关 闭式主滑阀 ，是一种载荷 传感控制用的阀 主滑阀的动作是由从先导阀 来的液 压信 号控制的 。主滑阀带有各种压力补 偿 阀 ，用补偿压 力的变化来控制主滑阀的流量 图 4 。 图 4 E LL E系统的工作原理 一 l 9一 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 载荷传感控制 的特点 如下 当负载压力高时 ，在 E L L E系统 中，虽 然负荷压力增高 ，而主滑阀前后压差保持一 定 ，液压泵所提供 的流量 相 同 因此 ，不论负 荷压力有何变化，均能维持相同的计测值，操 作性 好 。 另外 ，对执行元 件提 供流量的最大值在过 去的控 制系统 中是 由液 压泵 流量的最大值来决 定 的 ；在 E L LE系统 中是 取决 于 主 滑阀 的开 口面积和压力 补偿阀的补偿压力 ，因此能将执 行元件的流量调整在最佳流量 【 参照图5 ； ‘ 50 J 垃一． ． 皿 动 臂 琏 一 』茸j ‘ g L - g 4轩 ’ ． 铲 斗 I ‘ 回 车 孝 匹 行走 渴苇区 t 或‘ 备 用 图 5 流量调整的自由度 作为附加工作装置的压力源，通常还备有 预备 的滑阀 ，用调 节柱塞行程 的方法来控 制流 量 ，这就允许在挖掘机上安装各种附加工作装 置 如前所述 ，主滑阀上装有各种压力补偿滑 阀 图 5 ，主滑阀的压差是通过调节补偿阀 的补偿 压力 来控 制 的 ，以此来 控 制通 过 的 流 量 该压力补偿阀的压力是随比例电磁阀的压 力 而变化的，当多个执行元件必须 同时操作 时，能进行复合操作 ，这由比例电磁阀的输出 压力来决 定 。 此外 ，还安装 了作业模式选择开关，可以 根据不同的作业内容相应地改变操作速度、计 测值。这也是靠控制比例阀的输出压力来实现 的。 2 ． 4 执行 元件控制 系统 一 2 0一 用液压挖掘机进行转运作业时，希望能在 作业现场快速移动 ，对高速化 的要求十分迫 切。为实现高速行驶 ，行走系统采用了电子控 制 。 此外 ，还对回转制动及防止车身来回摆动 的 阀加 以控制 5手提 式终端 工程机械产品 的维修保养 性能是构成产品 性能的一个极重要的因素。历来只能排除机械 系统所发 生的故 障的现 场维 修人员 ，对于排除 电子系统的故障还很不习惯， 修理起来很费时 间 与电子控制系统相配合 ，为使电子系统的 故障易于修复，开发了采用手提式终端的诊断 装置 。诊断装置由一 台以 Dr -E X命名的服 务车随车携带 。 Dr E X服务车除了用于诊断电子系统的 故障以外，还可对各种传感器的测量值和控制 器内部的数值进行监控 因此 ，可用于压力检 查等定期诊断。另外 ，对于机械系统的故障， 在一定程度上可用来推断故 障的原因 。 3 向机电一体化的第三阶段迈进 机电一体 化 已开始进入 以以实现 半 自动挖 掘为目标的第三阶段。作为应用实例，在港湾 疏浚时，在挖泥船上设置了挖掘机，通过机电 一 体化控制 ，可以 自动控制挖掘到规定 的深 度 。另外，在陆上对于平面整平 或挖掘斜 坡 时，可使铲斗 自动保持与地面有一定的角 度，完成整平作业 尽管 如此 ， 目前的机 电一体化装 置还 只能 用于某些场合一定条件的作业，对于作业条件 经常变化的场合，目前还不能有效地采用机电 一 体化技术 。今后需要继续加强研究和开发工 作 。 南英摘译 自 建设机械 1 9 9 2 1 1 9 --2 2 方棣校删 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m