摘要：為提高液壓挖掘機(jī)的能量利用率并更好地節(jié)省燃料，采用功率優(yōu)化電子控制系統(tǒng)對發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓油泵系統(tǒng)進(jìn)行綜合控制，使二者達(dá)到最佳匹配。該系統(tǒng)主要由單片機(jī)、傳感器、直流伺服電動(dòng)機(jī)和電磁比例閥組成，其中電機(jī)可帶動(dòng)油門拉桿進(jìn)退以調(diào)節(jié)油門的大?。浑姶疟壤y的開度又與油泵斜盤的變量活塞所受的控制壓力有關(guān)，可通過對比例閥閥芯開度的調(diào)節(jié)來改變斜盤傾角，以達(dá)到控制油泵吸收功率的目的。該系統(tǒng)在控制機(jī)工作時(shí)，可通過對油門和油泵吸收功率的控制使發(fā)動(dòng)機(jī)始終保持在額定轉(zhuǎn)速附近，發(fā)揮最大有效功率，達(dá)到功率優(yōu)化目的。
　　關(guān)鍵詞：液壓控制機(jī)；發(fā)動(dòng)機(jī)；液壓泵；功率優(yōu)化

引言
　　液壓挖掘機(jī)能量的總利用率一般僅為20%左右，能量損失巨大，因而節(jié)能技術(shù)便成為衡量液壓挖掘機(jī)先進(jìn)性的重要指標(biāo)。目前國外的技術(shù)大多是采用電子功率優(yōu)化系統(tǒng)，對發(fā)動(dòng)和液壓油泵系統(tǒng)進(jìn)行綜合控制，使二者達(dá)到最佳匹配以獲得節(jié)能效果。該系統(tǒng)由單片機(jī)控制的無級調(diào)速的電控油門和電磁比例閥使挖掘機(jī)的機(jī)電一體化程度大大提高?？梢愿鶕?jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的變化，由微處理器控制調(diào)節(jié)液壓泵所吸收的功率和油門的開啟度，使發(fā)動(dòng)機(jī)始終保持在額定轉(zhuǎn)速附近以全功率投入工作；同時(shí)電控油門還可以使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在很大的范圍內(nèi)任意設(shè)定。由此電控系統(tǒng)控制的挖掘機(jī)工作性能將會(huì)更穩(wěn)定，操作起來更加精細(xì)，平滑可靠，沒有沖擊感，能量利用率更高，更節(jié)省燃料，節(jié)能效果自然更明顯。另外，還可實(shí)現(xiàn)對發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)監(jiān)控及自動(dòng)怠速、自動(dòng)升速和自動(dòng)穩(wěn)速等的控制功能。

　　1電控系統(tǒng)主控對象

　　液壓挖掘機(jī)主要由工作裝置、轉(zhuǎn)臺(tái)和行走裝置三部分組成，它的半臂鏟挖動(dòng)作、駕駛室轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作和行走動(dòng)作都是在液壓系統(tǒng)的油缸和馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下完成的。而液壓系統(tǒng)的油源又是由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的液壓油泵提供的，因此發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓油泵就是液壓挖掘機(jī)整車的動(dòng)力源，功率優(yōu)化控制系統(tǒng)的主控對象也就是發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓油泵。這里配置的發(fā)動(dòng)機(jī)是康明斯柴油發(fā)動(dòng)機(jī)；而液壓油泵則是斜盤式柱塞變量泵，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

　　斜盤式柱塞變量泵的排量和流量可以通過改變斜盤傾角來改變。柱塞泵的斜盤前后有兩根耳軸支承在變量殼體的兩個(gè)圓弧導(dǎo)軌上，斜盤可以耳軸中心線為軸心擺動(dòng)，使傾角改變。斜盤中部裝有銷軸，其左側(cè)球形端部插入變量活塞的孔內(nèi)。當(dāng)變量活塞頂部的負(fù)載變大超過彈簧彈力時(shí)，變量活塞會(huì)向下移動(dòng)，使斜盤傾角變大，泵的流量就會(huì)變大，液壓泵吸收的發(fā)動(dòng)機(jī)的功率也會(huì)跟著變大。只要能控制好液壓油泵變量活塞所受壓力的大小就可以控制液壓油泵的吸收功率。

　　2電控系統(tǒng)控制原理
　　2．1對發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制

　　圖2發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性曲線

　　柴油機(jī)的外特性曲線如圖2所示。由圖可見，柴油機(jī)基本上是恒扭矩調(diào)節(jié)的，其輸出功率的變化表現(xiàn)為輸出轉(zhuǎn)速的變化，即不同的油門開度對應(yīng)著不同的柴油機(jī)輸出轉(zhuǎn)速，也就是說我們可以通過對油門開度大小的控制來實(shí)現(xiàn)對發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速的控制。門開度大時(shí)，噴油泵有效供油行程大，循環(huán)供油量大，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提高；反之，轉(zhuǎn)速就低。只要我們能使油門開度微動(dòng)調(diào)節(jié)，供油行程一點(diǎn)一點(diǎn)變化，就可對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行無級調(diào)速。

　　2．2對液壓油泵的控制

　　由柴油機(jī)的外特性曲線還可以看出，當(dāng)噴油泵的油門拉桿處于某一位置時(shí)，柴油機(jī)的輸出扭矩隨轉(zhuǎn)速變化的特性曲線很平坦。這種特性對柴油機(jī)的工作是很不利的，當(dāng)柴油機(jī)的負(fù)荷有較小變化時(shí)，其轉(zhuǎn)速就會(huì)發(fā)生很大的變化。所以發(fā)動(dòng)機(jī)在驅(qū)動(dòng)工作機(jī)械時(shí)，只有當(dāng)它的輸出扭矩與工作機(jī)械的阻力相等，發(fā)動(dòng)機(jī)才可以穩(wěn)定工作。如阻力矩超過發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速將下降；反之，則升高。

　　2.2.1對超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)的控制液壓挖掘機(jī)在施工作業(yè)中，如遇到堅(jiān)硬結(jié)實(shí)的地面時(shí)，鏟挖阻力大，工作負(fù)載變大，執(zhí)行元件動(dòng)作變緩，回油變慢，而油泵仍繼續(xù)向系統(tǒng)供油，油缸內(nèi)的油壓急增，使系統(tǒng)壓力過大，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩已小于這時(shí)的工作阻力，于是，發(fā)動(dòng)機(jī)開始超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速迅速下降，甚至導(dǎo)致“熄火”。這時(shí)單靠拉大油門，硬性地使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升上去，溢流損失會(huì)很大，甚至?xí)褂吐芬驂毫^大而漏油；還有一種情況是負(fù)荷特別重，油門已在最大位置，而我們已無法再通過調(diào)節(jié)油門來升速。這時(shí)我們可以通過降低液壓油泵向系統(tǒng)提供的液壓油量來降低系統(tǒng)的壓力，減少油泵對發(fā)動(dòng)機(jī)功率的吸收，從而降低油泵的輸出扭矩。這樣一來，即使回油變慢，泵油量也會(huì)同時(shí)減小，油缸內(nèi)的油壓就不會(huì)太大，系統(tǒng)的壓力也將減輕，從而降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載，這時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)就不會(huì)再“熄火”，仍然可以保持額定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)揮最大的有效功率，只是挖掘動(dòng)作變得慢了些。

　　2.2.2對正常負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)的控制挖掘機(jī)正常工作負(fù)載時(shí)，我們也可以通過調(diào)節(jié)液壓油泵對發(fā)動(dòng)機(jī)功率吸收量的大小使發(fā)動(dòng)機(jī)始終能保持在額定轉(zhuǎn)速附近，發(fā)揮最大的功率；同時(shí)，防止發(fā)動(dòng)機(jī)多余的能量進(jìn)入液壓系統(tǒng)，使系統(tǒng)壓力過高和液壓油過熱。而且對應(yīng)著工作負(fù)載大小的不同，發(fā)動(dòng)