王 晨

（深圳市鉆通工程機(jī)械股份有限公司，廣東 深圳 518000）

液壓挖掘機(jī)主要依靠操作人員對(duì)液壓操作手柄及行走操縱桿的操作來完成挖掘工作。液壓挖掘機(jī)的操作效率與操作人員操作機(jī)器的熟練程度有很大關(guān)聯(lián)，當(dāng)他們需要完成大量高強(qiáng)度作業(yè)時(shí)，工作精度得不到保證。因此，實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓挖掘機(jī)操作系統(tǒng)的自動(dòng)化設(shè)計(jì)，可以極大地緩解工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，并且有助于提高生產(chǎn)效率。同時(shí)，也進(jìn)一步推動(dòng)了現(xiàn)代控制理論及電液控制技術(shù)的發(fā)展?；诖?，該文對(duì)液壓挖掘機(jī)工作裝置的自動(dòng)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，希望能為相關(guān)的研究工作提供參考。

1 液壓挖掘機(jī)的液壓自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通過對(duì)WY1.5型液壓挖掘機(jī)原液壓系統(tǒng)進(jìn)行分析，我們可以了解該裝置液壓系統(tǒng)主要包括油箱、鏟斗油缸、溢流閥、散熱器、整機(jī)回轉(zhuǎn)馬達(dá)、工作裝置偏轉(zhuǎn)油缸和三聯(lián)齒輪油泵等部件，三聯(lián)齒輪油泵中用于換向分流的閥門主要有3個(gè)通道，而且這3個(gè)通道主要具有2種流量速率，其中1個(gè)流量速率為3 L/min，另外2個(gè)為8 L/min，推土鏟的供油裝置為一個(gè)齒輪泵，它的流量為3 L/min。推土鏟在不工作的狀態(tài)下，其中的高壓油直接返回到油箱中。將一個(gè)換向閥安裝在整機(jī)的回轉(zhuǎn)馬達(dá)控制閥之后，可以更好地控制和切換整機(jī)回轉(zhuǎn)馬達(dá)同工作裝置偏轉(zhuǎn)油缸之間的油路狀態(tài)。

1.1 改造液壓系統(tǒng)

為了更好地實(shí)現(xiàn)高壓油在杠桿操作系統(tǒng)和高壓電控系統(tǒng)之間的切換，可以選擇2個(gè)兩位兩通的切換閥來完成。而通過運(yùn)用一個(gè)卸荷閥，可以使整個(gè)系統(tǒng)在不運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下達(dá)到回流或者卸荷的目的?？梢越柚粋€(gè)合流閥來實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的雙泵合流，通過觀察原來的手動(dòng)杠桿操作系統(tǒng)可以發(fā)現(xiàn)它在動(dòng)臂提升的狀態(tài)下，具有一段時(shí)間的下降然后又迅速提升的現(xiàn)象，雖然動(dòng)臂下降的時(shí)間較短并且幅度不大，但是仍然會(huì)導(dǎo)致較大的安全隱患。為此，可以將一個(gè)液控單向閥安裝在新的電控系統(tǒng)中。通過軟件編程可以更好地控制電磁換向閥的工作狀況，而且該系統(tǒng)的工作狀態(tài)不受操作者工作情況的影響。

1.2 選擇合適的液壓系統(tǒng)元件類型

在實(shí)際工作中我們可以對(duì)液壓系統(tǒng)中的各個(gè)元件類型進(jìn)行選擇，在裝配上文的2個(gè)切換閥和卸荷閥時(shí)，可以選擇型號(hào)為3W6A-61B/CG24N9Z5L的換向閥；在裝配合流閥時(shí)，可以選擇型號(hào)為3W10A-31B/CG24N9Z5L的換向閥；對(duì)于左、右行走馬達(dá)及整機(jī)的回轉(zhuǎn)馬達(dá)可以選擇型號(hào)為4WRE6E20-10B/24NZ4/M的比例換向閥來進(jìn)行裝配；此外，也可以選擇規(guī)格為4WRE10E64-10B/24Z4/M的比例換向閥來安裝斗桿油缸、動(dòng)臂油缸及動(dòng)臂油缸；也可以根據(jù)換向閥的流量大小及原裝置的工作壓力，來選擇溢流閥、單向節(jié)流閥及其他的液控單向閥的型號(hào)。

2 挖掘機(jī)自動(dòng)控制的軟件設(shè)計(jì)

為了更好地控制和調(diào)節(jié)電控挖掘機(jī)中所有執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)，需要對(duì)10組電磁比例閥進(jìn)行有效調(diào)節(jié)。即需要6塊三位四通、電壓為24 V直流、最大電流為1.5 A的電磁比例轉(zhuǎn)向閥，需要4塊兩位兩通電壓為24 V直流、功率為30 W的電磁比例轉(zhuǎn)向閥。

2.1 移動(dòng)車輛控制器接口設(shè)計(jì)

該執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括6塊三位四通電磁比例閥，為了確保它們可以正常工作，需采用12個(gè)PWM接口來進(jìn)行控制，使它們可以接受3個(gè)模擬輸入口的反饋信息。然而由于每塊比例閥在同一時(shí)間段內(nèi)只能由1個(gè)信號(hào)進(jìn)行控制，所以為了確保可以對(duì)同一個(gè)比例閥的2個(gè)電磁比例線圈進(jìn)行控制，可以選取1路PWM以及1路控制信號(hào)來實(shí)現(xiàn)。因此，通過這樣的組合方式，可以借助6個(gè)PWM及數(shù)字口來更好的控制挖掘機(jī)的所有工作裝置。3塊閥6路反饋信號(hào)可以與控制器的6個(gè)模擬輸入口連接，手動(dòng)及電動(dòng)控制切換閥有2塊，由于它們的動(dòng)作具有一致性，所以可由1路控制信號(hào)與電源來控制這2塊換向閥的相關(guān)動(dòng)作。移動(dòng)車輛控制器中總共有12個(gè)數(shù)字口位，并且可以選擇數(shù)字輸入口7來控制小型繼電器，更好的接通或者切斷換向閥電源。由2路數(shù)字接口來控制卸荷及合流閥。PWM口可以被用作數(shù)字口，因此，可以用數(shù)字口8來控制卸荷閥，用PWM口7來控制合流閥。

2.2 挖掘機(jī)自動(dòng)控制的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)要求，各個(gè)工作裝置可以借助控制器來完成相應(yīng)的動(dòng)作。由于缺少反饋信號(hào)，因此可由電磁比例閥的作用時(shí)間與開度大小來控制各個(gè)工作裝置的動(dòng)作。整個(gè)流程可采用主程序調(diào)用子程序的方式來完成，并且按照IEC61131的標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)子程序需按照規(guī)定完成一個(gè)動(dòng)作，具體的程序圖示如圖1所示。在控制工作裝置的子程序時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際測量的數(shù)據(jù) 調(diào)整PWM口的輸出電壓，進(jìn)而確保各個(gè)工作裝置中的子程序在正常工作時(shí)可以按照一定的速度來運(yùn)行。為了盡可能多的降低能量損失，合流閥與卸荷閥在工作時(shí)需嚴(yán)格按照邏輯關(guān)系并且同工作裝置一起動(dòng)作。此外，為了可以實(shí)現(xiàn)卸荷閥及合流閥的自動(dòng)控制功能，應(yīng)在主程序中設(shè)置布爾型全局變量。

圖1 挖掘機(jī)自動(dòng)控制程序圖

3 結(jié)語

采用移動(dòng)車輛控制器來實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓挖掘機(jī)操作系統(tǒng)的自動(dòng)化設(shè)計(jì)具有非常重要的意義，它可以對(duì)以往采用手動(dòng)操作方式來控制挖掘機(jī)系統(tǒng)的所有工作進(jìn)行完善，并且通過人機(jī)對(duì)話的方式，及時(shí)更改相應(yīng)的控制參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓挖掘機(jī)的智能化控制，這是一個(gè)具有廣闊發(fā)展前景和較高應(yīng)用價(jià)值的自動(dòng)控制系統(tǒng)。