【摘 要】 文章在主要介紹了液壓挖掘機電控系統(tǒng)發(fā)展的同時，還對其進行了簡單的原理介紹。

【關(guān)鍵詞】 電氣系統(tǒng) 應(yīng)用 發(fā)展趨勢 節(jié)能控制

一.電器系統(tǒng)在挖掘機工作監(jiān)測中的應(yīng)用和發(fā)展趨勢

電器系統(tǒng)在液壓挖掘機中的監(jiān)測作用都有目共睹，其主要組成部分就是顯示儀表和各種傳感器。目前，在顯示儀表上，有著這樣一種趨勢，將盡可能多的挖掘機工作參數(shù)顯示在儀表上，如燃油量、發(fā)動機水溫、液壓油溫、機油壓力、發(fā)動機轉(zhuǎn)速等，顯示儀表功能越來越多，越來越復(fù)雜。

實際上，挖掘機監(jiān)測系統(tǒng)功能的不斷完善是發(fā)展的必然趨勢，但監(jiān)測儀表的設(shè)計也是多方面因素綜合的結(jié)果，包括基本功能的需要，用戶心理的研究、維修服務(wù)的考慮等多方面因素。

在基本功能需求方面，實際上監(jiān)測儀表顯示最需要的功能是燃油量，另外還有工作時間，這也是在早期的挖掘機顯示中最不可缺少的數(shù)量上的顯示，其他的顯示都以報警量的形式給出。限于當時的發(fā)展水平和成本考慮，這些報警量的具體值往往并不加以采集。但發(fā)展到今天，儀表顯示技術(shù)得到了很大得發(fā)展，從機械式電動儀表發(fā)展到段式液晶顯示和發(fā)光二極管顯示，又發(fā)展到單色點陣式液晶顯示，進而發(fā)展到目前流行的彩色液晶顯示，加上電子技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展，使得過去這些報警量的數(shù)據(jù)采集和顯示變得成本低廉，形成一種將所有工作數(shù)據(jù)的具體值都顯示在儀表上的趨勢。

但從工程學角度來講，顯示量的設(shè)置與司機的經(jīng)驗、習慣有很大關(guān)系。因為與儀表顯示最相關(guān)的人是司機，他只需要知道與操作挖掘機工作最有關(guān)的量就可以了，顯然這就是燃油量和工作時間。燃油量顯示可以提醒司機何時加油以保證工作的連續(xù)性；工作時間的顯示則有助于司機把握自己的工作量。對于有經(jīng)驗的司機來講，發(fā)動機水溫、燃油溫度也是必不可少的，有助于司機調(diào)整自己的工作節(jié)奏，避免挖掘機長期工作在超負荷狀態(tài)下，但這些量也可以以報警量的形式提醒司機；但對于沒有經(jīng)驗的司機和用戶來講，則所顯示的水溫和油溫有可能產(chǎn)生誤解和歧義。

二.電器系統(tǒng)在挖掘機管理中的應(yīng)用

隨著無線通訊網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，利用GSM網(wǎng)絡(luò)或CDMA網(wǎng)絡(luò)傳遞挖掘機工作信息成為一種潮流。由于手機網(wǎng)絡(luò)具有距離遠、實時性強的特點，可以通過短信的形式傳遞挖掘機的各種工作信息，如利用GPS系統(tǒng)的位置信息，工作時間信息，耗油量信息，發(fā)動機機油壓力信息等，因此產(chǎn)生了以下幾個方面的應(yīng)用。

首先，有利于機主對挖掘機進行管理，因為可以利用手機或計算機實時監(jiān)控工作時間、工作地點和燃油消耗量，準確計算挖掘機的實際工作量。

其次，有利于對挖掘機的維護和保養(yǎng)，因為可以通過短信形式獲得挖掘機的各種工作參數(shù)，供專業(yè)人士評估。

第三，有利于生產(chǎn)廠家和經(jīng)銷商對按揭的監(jiān)督。

第四，有利于生產(chǎn)廠家和經(jīng)銷商對挖掘機使用故障的評估，并能節(jié)約服務(wù)費用。

三.電器系統(tǒng)在挖掘機工作安全中的應(yīng)用和發(fā)展方向

挖掘機作為一種工程機械，其工作環(huán)境經(jīng)常處于危險之中，每年都有傷亡事故發(fā)生，其中絕大多數(shù)都是因為司機的不重視所引起，因此非常有必要利用傳感器對周圍環(huán)境的危險程度進行評估，以提醒司機注意危險。

造成事故的因素主要有：傾翻、回轉(zhuǎn)誤傷和誤撞、塌方等。

對于傾翻，往往是由于挖掘機在斜坡上工作引起的，因此可以利用一個傾斜傳感器來提醒司機工作的危險程度，并系好安全帶。只這一項措施，就能避免很多傷亡事故的發(fā)生。

對于回轉(zhuǎn)誤撞，可以采取兩種措施，第一是在挖掘機尾部安裝聲光報警裝置，第二是在挖掘機尾部安裝距離傳感裝置，并將距離傳感裝置與回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)連接起來，在監(jiān)測到有障礙物時切斷液壓動力或先導(dǎo)動力，時回轉(zhuǎn)動作停止以避免事故。

對于塌方的危險，可以通過監(jiān)測挖掘工作中掌子面的高度來實現(xiàn)，當監(jiān)測到掌子面的高度過高時，就發(fā)出警報，提醒司機注意。

四.電器系統(tǒng)在挖掘機檢測、維護和測試中的應(yīng)用和發(fā)展方向

挖掘機在工作中的可靠性對于其工作效益有極大的影響。前面介紹過，可以將挖掘機的所有工作參數(shù)都用模擬傳感器記錄下來，一方面給司機報警，起到提醒的作用，另一方方面可以給專業(yè)人士進行評估，也可以觸發(fā)系統(tǒng)進行自我維護操作，例如觸發(fā)強制潤滑系統(tǒng)進行動作。

另外，利用點陣式液晶顯示，還可以為司機提供很多有益的提示，例如顯示操作手冊，到一定的工作時間后自動提示司機應(yīng)當完成的維護工作等。

在挖掘機的開發(fā)過程中，有時也迫切需要了解很多挖掘機工作的參數(shù)，此時需要挖掘機電器系統(tǒng)能夠支持這種功能，以完成液壓系統(tǒng)、發(fā)動機系統(tǒng)中負載大小的檢測和多路閥、液壓馬達、液壓泵、液壓缸等的工作參數(shù)的記錄，以及在長期工作狀態(tài)下這些參數(shù)的變化情況，以便對設(shè)計進行完整的評估，如操縱性、經(jīng)濟性、可靠性、節(jié)能性等。

五.電器系統(tǒng)在挖掘機節(jié)能控制中的應(yīng)用和發(fā)展方向

同汽車電器一樣，挖掘機電器系統(tǒng)中技術(shù)含量最高的部分在于其動力系統(tǒng)的控制——節(jié)能控制。

眾所周知，挖掘機工作過程中存在各種功率損失，其中占主導(dǎo)地位的是液壓系統(tǒng)內(nèi)部損失和功率匹配損失。針對液壓系統(tǒng)功率損失，國內(nèi)外工程機械生產(chǎn)商開發(fā)了多種節(jié)能控制技術(shù)，較好地解決了這一問題。功率匹配損失是由于挖掘機工況復(fù)雜，負載變化劇烈，導(dǎo)致柴油機嚴重偏離經(jīng)濟工作區(qū)，造成燃油利用率不高，尤其是在高轉(zhuǎn)速、小負載的情況下。為解決這一問題，國外很早就展開了研究，對發(fā)動機和液壓泵采取功率匹配控制，目的是控制柴油機在各種負載功率條件下都工作在經(jīng)濟工作區(qū)。到目前為止，幾乎所有的國外公司生產(chǎn)的中型挖掘機都配備了這一控制系統(tǒng)，如小松公司的PC系列挖掘機，日立建機的EX系列挖掘機，卡特彼勒公司的挖掘機等。為進一步提高功率匹配控制效果，國內(nèi)一些學者也做了大量的研究工作。這些技術(shù)曾經(jīng)大幅度降低了液壓挖掘機的油耗，但由于挖掘機本身工作負載的特點，決定了在傳統(tǒng)的功率匹配技術(shù)下，難以進一步提高節(jié)能效果。目前，在這一領(lǐng)域，國內(nèi)和國外差別已經(jīng)不大，在二十噸級的液壓挖掘機上，國內(nèi)普遍采用了電控泵和自國內(nèi)主研發(fā)的節(jié)能控制器。但在小挖上，由于成本的限制還應(yīng)用不多。

為解決小挖時，柴油機過熱的問題，國外各著名工程機械生產(chǎn)廠家普遍將研究開發(fā)方向轉(zhuǎn)向了混合動力系統(tǒng)，油電混合動力應(yīng)運而生，它的優(yōu)點是，不但能對內(nèi)燃機輸出扭矩進行均衡控制，使內(nèi)燃機工作點始終位于經(jīng)濟工作區(qū)，而且可以利用電機控制技術(shù)，對每一個液壓缸都采用閉式傳動方案，從而取消了多路閥控制，徹底消除閥內(nèi)的節(jié)流損失，同時可以對回轉(zhuǎn)動能、工作裝置的重力勢能等進行回收。小松、神鋼等公司采用的就是這種方案。這種方案的最大缺點是，由于能量轉(zhuǎn)換經(jīng)歷了柴油機—發(fā)電機—蓄電池—電動機—液壓泵—液壓缸、液壓馬達等多個環(huán)節(jié)，每一個環(huán)節(jié)都存在能量損失，因此導(dǎo)致整個轉(zhuǎn)換過程中的能量損失較大，從而在一定程度上抵消了采用這種技術(shù)所能取得的節(jié)能效果。

其中，研究挖掘機的節(jié)能控制處于非常關(guān)鍵的地位，決定了國內(nèi)挖掘機今后的競爭力。盡管國外挖掘機節(jié)能控制已經(jīng)發(fā)展到了非常成熟的地步，但并不意味著我們沒有一點機會，混合動力汽車的發(fā)展為我們挖掘機等工程機械的的節(jié)能提供了很好的借鑒，說明挖掘機節(jié)能還有很大的潛力可挖，樂觀估計的話應(yīng)該還有50%的節(jié)能潛力。