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  小型挖掘机工作装置单杆控制系统基本组成和关键技术


  小型挖掘机的三大部件,也是技术含量最高的三个组成部分(发动机、液压系统和电子控制系统)再加上机械金属结构共同构成了整个小型挖掘机。对于小型挖掘机工作装置的控制系统,由于对系统控制使系统动作是来自两部分的信号,控制电信号和先导控制液压,所以总称之为电液控制系统。对于小型挖掘机电液控制系统,它从目的上说主要完成两个方面的任务——节能和操纵性。


  电气与电子控制系统是现代小型挖掘机的重要组成部分,其质量与性能的优劣直接影响工程的机械的动力性、经济性、可靠性、安全性、施工质量、生产效率及使用寿命等。电子控制系统已成为现代小型挖掘机必不可少的组成部分,同时也是评价现代小型挖掘机技术水平高低的一个重要依据。

小型挖掘机工作装置单杆控制系统基本组成和关键技术
  随着科学技术(尤其是传感器技术、计算机技术、测控技术)的不断发展及对产品性能要求的不断提高,随着科学小型挖掘机企业竞争的加剧,电子控制系统在小型挖掘机中所占的比重将会越来越大,其功能将会越来越强,应用范围也将越来越广,而其复杂程度也将随之提高,这样就对使用与维修人员提出了更高的要求,尤其是对电工学、电子学及测控知识贫乏的小型挖掘机使用与维修人员提出了新的挑战。


  现代工程施工要求小型挖掘机具有一下性能:生产效率高;自动化程度高,施工质量好;性能稳定,工作可靠,安全,使用寿命长;具有较好的经济性;具有运行状态监测、故障自诊断及自动报警功能;人机性能好,有害排放物(噪音、废气、废液等)尽量少。为满足上述要求,仅依靠机械和液压技术的进步已显得力不从心,电子控制技术的发展及其在小型挖掘机上应用,为小型挖掘机技术的发展注入了新鲜的血液。


  机电一体化作为一项高新技术,将其引入到小型挖掘机中,为小型挖掘机带来了新的技术变革,使其各种性能有了质的飞跃。


  电子控制系统的可靠性是现代小型挖掘机非常重要的一项性能指标。电子控制系统应满足下列条件:能在-40~80℃的环境温度下可靠、稳定地工作;抗老化,具有较长的使用寿命;密封性能好,能防止水分和污物的入侵;有较好的耐冲击和抗振性能,系统能在各种干扰下可靠地工作。


  1.2.1  小型挖掘机工作装置单杆控制系统基本组成


  该系统由液压系统、传感器部分、控制器部分等组成。


  1.2.1.1 小型挖掘机液压系统
小型挖掘机工作装置单杆控制系统基本组成和关键技术

  小型挖掘机液压传动是液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能,通过液体压力能的变化来传递能量,经过各种控制阀和管路的传递,借助于液压执行元件(缸和马达)把液体压力能转换为机械能,从而驱动工作机构,实现直线往复运动和回转运动。 对液压小型挖掘机的传统液压系统进行了改进,控制斗杆的控制阀仍采用原来的液压阀。


  小型挖掘机控制动臂、铲斗的液压阀采用了电磁阀以达到对液压系统的准确、快速的控制。根据经控制器处理所输出的电信号产生对应的压力来控制对应的电磁阀的流量及各电磁换向阀的通断或切换,从而实现对动臂、斗杆、铲斗液压缸的压力油流向及油量的控制,从而实现了只需操纵斗杆操作杆就可进行挖掘作业。 电磁阀是一种按输入电信号连续地、按比例地控制液压系统中的流量,压力和方向;对电磁换向阀的要求是完成通断和换向。有了这两种阀的应用实现了控制器对液压系统的参数的控制,提高了系统的响应速度。


  1.2.1.2 小型挖掘机传感器部分


  传感器的主要功能是将被检测的非电学量参数转变成电学量,变送器的作用是将传感器得到的电信号转变成适用于微处理器接口使用的标准的电信号。传感器为系统提供进行处理和决策所必需的原始信息,很大程度上影响和决定着系统的性能。对闭环控制系统而言,信息反馈的准确性至关重要,那么作为实现信息采集与转换的传感器应用恰当与否,则是一个关键性的问题。


  该部分主要的功能就是采集系统运行中所需的各种信息,由能检测出动臂、斗杆、铲斗动作位置的角度传感器及压力传感器来组成。


  1.2.1.3 小型挖掘机控制器部分


  微电子技术的发展已渗透到科学技术的各个领域,单片机已被广泛应用于工业控制。单片机具有很强的运算功能和抗干扰能力强,需要和相应的软件及外部硬件设备相结合,成为单片机控制系统。


  控制器主要的任务是处理数据,单片机先将传感器输入的模拟信号转换成数字信号后进行处理再将数字信号转换成模拟信号。利用模拟信号实现对动臂的运动轨迹及铲斗与地夹角的控制。

小型挖掘机工作装置单杆控制系统基本组成和关键技术
  与原始操纵系统相比有一定的优越性:


  (1)减轻驾驶员劳动强度并提高作业效率:传统液压小型挖掘机的油门控制是通过钢丝软轴、定滑轮、杠杆等机构把柴油机的调速拉杆引到司机室的脚踏板上,由人根据负载情况脚踏油门来控制柴油机的输出功率,由于液压小型挖掘机的作业过程是多机构协调动作的过程,操作者不仅要照顾到动臂、斗杆、铲斗的运动,还必须注意到回转、行走和


  柴油机的工作状态,操作者工作时有限制,往往操作者无暇根据负载的大小而调节调速拉杆位置的大小,以及脚踏板的行程有限,操作者也不能够进行油门的精确定位。这可以降低操纵者的劳动强度,使操纵者有更多的时间,精力来照顾其他机构的工作,从而也提高了劳动生产率。

  (2)减少驾驶员操纵技术差异对作业的影响:小型挖掘机的作业性能除了与自身的结构特点相关外,还有赖于正确的控制和操纵。控制系统通过微型计算机自动操纵,可以根据外部环境进行控制,从而可不依赖于驾驶员的操纵水平,提高了整车的经济型和动力性。


  (3)控制方式独立,简化原有的液压控制机构使操纵稳定性、准确性能够达到更高的水平。使机器的效率提高,安全更有保证。


  1.2.2  控制系统的关键技术


  对于小型挖掘机的整个控制系统来说,各个控制对象之间并不是相互孤立的,而是通过控制器把它们联系在一起的。它们形成了一个完整的整体。根据以上的论述,小型挖掘机控制系统中的关键技术包括以下几个部分: 阀体的控制:即流量分配控制。流量分配控制可使液压油同时有效地操作多个工作机构,通过控制阀的动作,满足每个执行机构所需要的流量。达到快速反应,使设计的阀组结构与要实现的输出特性相适应。


  工作装置的控制:不同使用要求下的动作变化,通过对阀体的控制来实现。由输入信号决策输出的大小,满足整个系统的压力和流量要求。
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