小型挖掘機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)節(jié)能控制研究

萬(wàn) 理

（96885 部隊(duì)，河南三門峽 472000）

0 引言

挖掘機(jī)能夠代替人工在氣候惡劣且地理環(huán)境比較復(fù)雜的地方進(jìn)行高強(qiáng)度作業(yè)，并且挖掘機(jī)比人工勞動(dòng)的效率更高，不同類型的挖掘機(jī)擁有各自的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，能夠應(yīng)用在不同的施工環(huán)境中。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工程機(jī)械的的種類和數(shù)量隨之增多，再加上環(huán)保理念的普及和發(fā)展，國(guó)內(nèi)外對(duì)于工程機(jī)械的污染問(wèn)題都有了更高的重視度，這些都是促進(jìn)挖掘機(jī)等工程機(jī)械產(chǎn)品朝著環(huán)保節(jié)能型方向發(fā)展的重要因素。

1 挖掘機(jī)概述

挖掘機(jī)是一種非常重要的工程機(jī)械，是可以實(shí)現(xiàn)不間歇作業(yè)的工程機(jī)械，不僅可以具有挖掘性能，同時(shí)也具有裝卸和平整土地的功能，在工業(yè)和民用建筑等方面得到非常廣泛的應(yīng)用。我國(guó)從20 世紀(jì)60 年代開始引進(jìn)液壓挖掘機(jī)機(jī)械，前期是引進(jìn)歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的機(jī)械，改革開放后，國(guó)產(chǎn)挖掘機(jī)開始走向快速發(fā)展的階段。雖然整體制造工藝和水平與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有一定的差異，但隨著國(guó)外眾多的先進(jìn)挖掘機(jī)進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)后，國(guó)內(nèi)外挖掘機(jī)系統(tǒng)配置的差別開始逐漸縮小。

挖掘機(jī)市場(chǎng)的迅速增長(zhǎng)給社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來(lái)了重要影響，同時(shí)，大量的工程機(jī)械會(huì)消耗大量的資源，也會(huì)排放很多污染物，因此需要在節(jié)能控制方面進(jìn)行重點(diǎn)研究。小型挖掘機(jī)具有很大的靈活性，能夠在很多小型工程中應(yīng)用。小型挖掘機(jī)一般將柴油發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力系統(tǒng)，容易出現(xiàn)工作負(fù)荷大和消耗大、產(chǎn)生環(huán)境污染問(wèn)題。尤其是在人口密集的城市中使用，會(huì)對(duì)正常生活和生產(chǎn)造成不利影響。目前，我國(guó)挖掘機(jī)行業(yè)整體技術(shù)條件較為落后，因此必須要做好節(jié)能方面的研究。目前國(guó)內(nèi)小型挖掘機(jī)主要是通過(guò)手動(dòng)控制油門調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，這種操作方法不僅影響工作效率，還容易產(chǎn)生無(wú)謂的消耗。

2 小型挖掘機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)節(jié)能控制

挖掘機(jī)一般是全制式調(diào)速器和調(diào)速曲線共同作用，因此工作狀況出現(xiàn)變化時(shí)會(huì)對(duì)負(fù)載壓力和起調(diào)壓力以及泵出口的壓力造成影響，通過(guò)控制泵的排量和發(fā)動(dòng)機(jī)的調(diào)速拉桿，能夠讓泵的吸收功率與柴油機(jī)的輸出功率盡可能的匹配，可以使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速更好的適應(yīng)負(fù)荷的變化，也能夠更好的實(shí)現(xiàn)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)也能避免發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。將柴油機(jī)、變量泵以及負(fù)載作為是一個(gè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)三者的匹配。

2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)能措施

（1）采用電子控制式調(diào)速器。挖掘機(jī)作業(yè)時(shí)一般都有比較復(fù)雜的動(dòng)作，工作裝置的啟動(dòng)和制動(dòng)次數(shù)比較頻繁，這就導(dǎo)致在短時(shí)間內(nèi)會(huì)有較大的負(fù)荷，并且在戶外作業(yè)時(shí)還會(huì)受作業(yè)環(huán)境和溫度的影響，因此會(huì)對(duì)挖掘機(jī)的控制有一定要求。小型挖掘機(jī)的柴油機(jī)一般采用機(jī)械離心式調(diào)速器，容易受到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的影響，因此容易出現(xiàn)負(fù)荷問(wèn)題。但電子控制調(diào)速器能夠減少發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)燃料噴射的影響，可以讓噴射一直處在高壓細(xì)化狀態(tài)，同時(shí)還能參考發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)對(duì)噴油規(guī)律和狀態(tài)進(jìn)行有效調(diào)整，采用電子調(diào)速器能夠讓噴射更好地適應(yīng)變化的負(fù)荷狀態(tài)，對(duì)提升燃料效率具有重要意義。

（2）采用電子控制燃油噴射系統(tǒng)。電子控制燃油噴射系統(tǒng)主要是對(duì)噴油系統(tǒng)的電子化控制，這種方式能夠?qū)娪土康臓顩r實(shí)施實(shí)時(shí)控制，同時(shí)將有效的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，與已經(jīng)設(shè)置好的參數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，將經(jīng)過(guò)對(duì)比的數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的處理后，可以按照最佳值或計(jì)算后的目標(biāo)值，將指令發(fā)到執(zhí)行器，執(zhí)行器將計(jì)算機(jī)指令應(yīng)用到噴油量控制，還要對(duì)廢氣再循環(huán)閥門以及預(yù)熱塞等結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制，使柴油機(jī)保持在最佳運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而獲得最佳燃油經(jīng)濟(jì)性，減少?gòu)U氣排放量，起到節(jié)能環(huán)保效果。

2.2 智能功率匹配優(yōu)化系統(tǒng)

小型的挖掘機(jī)普遍使用機(jī)械拉線的方式對(duì)油門進(jìn)行調(diào)節(jié)，容易在輸出功率和輸入功率上出現(xiàn)問(wèn)題，兩者容易出現(xiàn)不匹配現(xiàn)象，影響機(jī)械作業(yè)效率，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生功率的浪費(fèi)。實(shí)現(xiàn)動(dòng)力系統(tǒng)的節(jié)能控制，需要重視智能功率匹配問(wèn)題，采用優(yōu)化后的系統(tǒng)進(jìn)行控制，通過(guò)車載計(jì)算機(jī)對(duì)液壓泵進(jìn)行功率控制，還能讓發(fā)動(dòng)機(jī)始終保持在額定轉(zhuǎn)速附近，這樣不僅可以充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率提高挖掘機(jī)的作業(yè)效率，還能預(yù)防發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)載熄火問(wèn)題。

2.3 柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速控制

2.3.1 通過(guò)設(shè)定經(jīng)濟(jì)模式降低燃油消耗

柴油機(jī)的耗油量與其循環(huán)供油量有著重要關(guān)系，因?yàn)椴裼蜋C(jī)的循環(huán)供油量會(huì)隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化。一般來(lái)說(shuō)，柴油機(jī)的有效燃油消耗在某一區(qū)間轉(zhuǎn)速最低，因?yàn)楦咚俚倪\(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)讓指示效率和機(jī)械效率下降，導(dǎo)致柴油機(jī)有效消耗率上升，而低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致柴油機(jī)的有效燃油消耗率上升。因此，應(yīng)對(duì)柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，讓其保持中等轉(zhuǎn)速，并且將油門設(shè)定為經(jīng)濟(jì)模式，降低燃油消耗，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)節(jié)能，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的保護(hù)。

2.3.2 采用發(fā)動(dòng)機(jī)油門電子控制系統(tǒng)降低能耗

挖掘機(jī)的柴油機(jī)油門控制器可以對(duì)油門電壓和發(fā)動(dòng)機(jī)油門控制電機(jī)的位置進(jìn)行監(jiān)測(cè)，然后進(jìn)行對(duì)比分析，按照油門設(shè)定器制定的位置驅(qū)動(dòng)電機(jī)。一般來(lái)說(shuō)，油門設(shè)定器與電位器的電壓保持一致時(shí)，油門控制器就切斷電機(jī)電流，這樣就可以停止轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)油門的電子控制。

2.3.3 利用自動(dòng)怠速控制節(jié)能

挖掘機(jī)工作時(shí)，并不是一直都處于大負(fù)荷狀態(tài)，普遍都會(huì)有一段時(shí)間的準(zhǔn)備階段，這個(gè)階段挖掘機(jī)操縱桿處于中位狀態(tài)，因此液壓泵的輸出功率較低，不然容易浪費(fèi)燃油，同時(shí)也會(huì)對(duì)柴油機(jī)造成一定的磨損，之外，還會(huì)存在一定的污染問(wèn)題，容易造成環(huán)境污染。挖掘機(jī)駕駛員不可能在何時(shí)何地都能改變油門，因此需要重視發(fā)動(dòng)機(jī)的自動(dòng)化控制，利用發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)降速的控制性能解決上述問(wèn)題。挖掘機(jī)工作期間，工作裝置如果一直處在無(wú)動(dòng)作狀態(tài)，挖掘機(jī)系統(tǒng)壓力就會(huì)變低，但這種狀態(tài)持續(xù)的時(shí)間超過(guò)規(guī)定的時(shí)間，安裝在液壓控制閥上的傳感器就會(huì)將信息發(fā)給控制器，然后控制油門控制拉桿使其轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而降低發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，使其處在低怠速狀態(tài)，以達(dá)到節(jié)約燃油的目的，同時(shí)還能減輕柴油機(jī)和液壓泵的磨損。駕駛員在操作控制手柄進(jìn)時(shí)，控制器會(huì)再次將柴油機(jī)恢復(fù)到原來(lái)設(shè)定的轉(zhuǎn)速，等到操縱桿處在中位位置時(shí)，壓力開關(guān)處在關(guān)閉狀態(tài)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，小型挖掘機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的節(jié)能控制，要從柴油機(jī)自身方出發(fā)，關(guān)注其節(jié)能性，同時(shí)還要重視智能化系統(tǒng)的應(yīng)用，通過(guò)優(yōu)化配置實(shí)現(xiàn)其節(jié)能性，提高挖掘機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)性能，讓挖掘機(jī)的使用更具有環(huán)保性，減少對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)提高燃油的利用率。