機械電子工程節(jié)能控制技術(shù)研究

譚 沛 項 杰

廣州市浩洋電子股份有限公司

機械電子工程節(jié)能控制技術(shù)研究

譚 沛 項 杰

廣州市浩洋電子股份有限公司

隨著科技水平的不斷提高，尤其是在構(gòu)建資源節(jié)約型社會的背景下，要求工程機械設(shè)備也要做到節(jié)能化。因此廣義節(jié)能的概念開始在工程機械中得到大量普及。電子節(jié)能控制技術(shù)是一項基于廣義節(jié)能概念的工程機械節(jié)能技術(shù)，非常有助于實現(xiàn)工程機械設(shè)備的節(jié)能化，本文圍繞著工程機械電子節(jié)能控制技術(shù)進(jìn)行討論。

工程機械；機械電子；節(jié)能控制技術(shù)

引言

面對當(dāng)前不斷提高的對機械電子工程易操作性、低能量消耗、高工作性能的要求，如何將機械電子工程系統(tǒng)達(dá)到局部能量最佳，是值得我們重視的問題。就我國目前情況而言，與世界先進(jìn)水平相比，還有一定的進(jìn)步空間。

1 對“廣義節(jié)能”的概述

對于工程機械來說，廣義節(jié)能提出了四大性能要求，分別是效率、動態(tài)匹配、作業(yè)效率與不同功率流之間的有效配合。在工程機械當(dāng)中，對其所有能量進(jìn)行傳輸與改變的作用在于對外界做有效功。也就是將有效效率輸送到外界。對于不同的工程機構(gòu)來說，通常是不同的協(xié)同機構(gòu)共同配合，其中兩大要素直接決定著輸出有效效率：首先是功率的傳遞效率，其次是不同功率支流之間的配合效率。如今，我們在進(jìn)行節(jié)能控制的環(huán)節(jié)，通常是僅僅關(guān)注功率傳輸及對供需雙方的功率進(jìn)行傳送上。但對于不同功率流之間怎樣有效配合方面的研究還開展地較少。而作業(yè)效率，則是指在單位時間內(nèi)，工程機械所完成的工作量，它通常同節(jié)能性成反比，所以對于節(jié)能型的比較，也必須建立在基于相同的功率的前提上。

2 對工程機械功率流控制方面的分析

我們根據(jù)柴油機的工作方式，來探討關(guān)于工程機械功率流控制方面的要點。基于能量轉(zhuǎn)換的角度來說，工程機械在進(jìn)行工作時，本質(zhì)上便是把不同的能量形式進(jìn)行轉(zhuǎn)換、傳遞并進(jìn)行對外輸出。要想對節(jié)能方面進(jìn)行討論，首先必須對功率流進(jìn)行剖析。在以柴油機為原動機的工程機械中當(dāng)中，其輸出動力全部源自于柴油當(dāng)中的化學(xué)能。然后由柴油機將其轉(zhuǎn)換為機械能，通過轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速，最終傳遞給傳動系統(tǒng)，完成對于基本能量的轉(zhuǎn)換。現(xiàn)在，在柴油機當(dāng)中，我們常用的節(jié)能手段有兩種，分別是全程調(diào)速技術(shù)與電控噴油技術(shù)。它們能夠顯著提升柴油機的工作效率，使油耗得到降低。然后由傳動系統(tǒng)吸取柴油機的機械能并將其進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為機械能、流體動能或電能。在這個過程中，柴油機扮演著能量的供方角色，而傳動系統(tǒng)扮演著能量的需方的角色。

3 機械電子工程的節(jié)能控制系統(tǒng)

在改善局部方面，傳統(tǒng)的節(jié)能控制技術(shù)已經(jīng)展現(xiàn)出良好的效果，但是為了取得更好的節(jié)能效果就必須在傳統(tǒng)的節(jié)能控制技術(shù)上有所改良甚至突破，通過以下幾點可以對傳統(tǒng)的節(jié)能控制技術(shù)進(jìn)行改善：對固定功率配置進(jìn)行改善，將機械工程的功率配置實現(xiàn)動態(tài)化；對操作者的造作目的要有清晰的方向，工作效率管理系統(tǒng)要建立在操作方式上；對工作方式來說要選擇識別技術(shù)，設(shè)立相對應(yīng)的功率動態(tài)配置系統(tǒng)的操作方式。

3.1 全電控節(jié)能控制技術(shù)

對于機械工程系統(tǒng)來說，依靠電比例液壓泵、電比例馬達(dá)、電比例液壓閥和電控噴油柴油機來組成一個通過全電控來進(jìn)行作業(yè)的傳動系統(tǒng)。由于采用的轉(zhuǎn)換原件和功率輸出裝置全部電控，所以硬件功能最小化且硬件的使用程度大幅度提升。與此同時，還可以實現(xiàn)智能控制的高級化、感知的深入化。因為軟件承擔(dān)了系統(tǒng)的控制和專用功能，所以操作者可以根據(jù)操作情況和實際工作情況在機械運行中對參數(shù)進(jìn)行在線的調(diào)節(jié)和控制，柔性化的參數(shù)匹配得以實現(xiàn)，全局的節(jié)能效果也就更好的獲取。

3.2 分布式節(jié)能控制技術(shù)

對全電控的功率系統(tǒng)，尤其是全電控的液壓系統(tǒng)的建立，相應(yīng)系統(tǒng)的壓力信號需要被控制程序進(jìn)行處理，這也就是一種非常高的要求對控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度，這種對壓力信號進(jìn)行及時處理的需求，憑借當(dāng)前的機械工程控制器的技術(shù)水平來說還無法完全滿足。要滿足對各種數(shù)據(jù)、信號處理速度的硬性需求，就要研制專用的以總線為基本的液壓閥控制器、發(fā)動機控制器和液壓泵控制器，高速總線與每個控制器相互連接，建立一種以總線為基礎(chǔ)的分布式節(jié)能控制系統(tǒng)，達(dá)到節(jié)能的目的。發(fā)動機的噴油量由發(fā)動機控制器依據(jù)操作者的指令和發(fā)動機的運行狀態(tài)，與此同時，將與其有關(guān)的數(shù)據(jù)傳遞到總線，其他控制器的指令也可以在總線上獲取；參照液壓泵出口的壓力信號，液壓泵控制器可以調(diào)節(jié)其排量信號，總線接收相關(guān)數(shù)據(jù)，并且接受其他控制器的控制命令；操作者的操作命令由液壓閥控制器接收，并且依據(jù)命令對液壓閥進(jìn)行控制，發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)到總線，同時通過總線接受其它控制的控制命令。這種以總線為基礎(chǔ)的分布式控制系統(tǒng)，對信息的傳輸和處理速度的控制都有了特別大的提升，分布式節(jié)能控制技術(shù)的應(yīng)用，可以對全電控功率系統(tǒng)的控制需求給予滿足。

3.3 全局節(jié)能控制系統(tǒng)概述

環(huán)保、節(jié)能是我國當(dāng)前提倡的口號，為了堅持可持續(xù)發(fā)展道路，我們應(yīng)該不斷研究出各種先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)。對此，全局節(jié)能不失為一條符合我國國情的合理方式。分析工程機械典型的功率流程，在構(gòu)建基于廣義節(jié)能的定義下的全局節(jié)能控制系統(tǒng)時，我們必須將研究對象著眼于整機與外界負(fù)載上，對以達(dá)到節(jié)能的效果。當(dāng)我們對全程節(jié)能指標(biāo)的概念進(jìn)行分析，不難看出工程機械基于單位時間內(nèi)單位油耗的工況而作出的有效功，一共參照了三大要素：協(xié)同作業(yè)、作業(yè)效率及傳統(tǒng)節(jié)能的目標(biāo)。而在這些目標(biāo)當(dāng)中，我們又可進(jìn)一步將其劃分為系統(tǒng)目標(biāo)、部件目標(biāo)與元件目標(biāo)。它能合理地控制工程機械當(dāng)中不同部件的協(xié)同作業(yè)狀況，作業(yè)效率狀況與能耗狀況，以實現(xiàn)全局節(jié)能，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

結(jié)語

通過本文上述的描述可以看出來，落實當(dāng)前全新的節(jié)能電子控制系統(tǒng)目標(biāo)，就要完善傳統(tǒng)性的電子控制系統(tǒng)存在的缺陷不足，同時將傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中的有效途徑進(jìn)行突破，構(gòu)建實現(xiàn)分布式總線控制系統(tǒng)和全電控的功率系統(tǒng)。只有基于總線分布來控制執(zhí)行的狀態(tài)下，才能實現(xiàn)傳統(tǒng)電子控制系統(tǒng)的完善。這樣的技術(shù)效果可以實現(xiàn)分工況的動態(tài)參數(shù)功率匹配及基于操作模式的效率管理系統(tǒng)，從而為建立工程機械電子節(jié)能控制技術(shù)路上擴(kuò)展空間，有效引導(dǎo)現(xiàn)代工業(yè)節(jié)能機械技術(shù)的發(fā)展。

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