液壓挖掘機電氣和電子控制系統(tǒng)設計

./挖掘機電氣與電子控制系統(tǒng)挖掘機電氣與電子控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)挖掘機電氣系統(tǒng)控制及工作狀態(tài)監(jiān)測。二十世紀九十年代前的挖掘機電氣系統(tǒng)只起輔助作用,功能簡單,主要包括發(fā)動機電路,簡單儀表電路如水溫表、燃油表、機油壓力表、液壓油溫表、工作小時計等及必要的整車電氣線路如燈光、嗽叭、刮雨器等,有的機型會配置空調器。但二十世紀九十年代以后,隨著挖掘機技術的發(fā)展,發(fā)動機、液壓系統(tǒng)的控制越來越復雜,對電氣控制系統(tǒng)的要求也越來越高,挖掘機電氣與電子控制系統(tǒng)地位也越來越重要,成為挖掘機重要的組成部分,代表了挖掘機整車技術發(fā)展水平及方向。10.1挖掘機整車電路系統(tǒng)組成與分析圖10-1為典型挖掘機整機電氣系統(tǒng)原理圖。挖掘機電器系統(tǒng)主要由電源電路、發(fā)動機電路、數(shù)字組合儀表、作業(yè)電氣控制系統(tǒng)、整車電器附件電路等組成：電源電路電源電路由蓄電池1、電源總開關2、發(fā)電機4、起動開關5、保險盒7等組成。蓄電池負極搭鐵,正極接電源總開關,并通過保險絲接起動開關B端,操作人員將起動開關轉至ON位置,起動開關B端與BR端接通,電源總開關線圈通電,開關主觸點接通,蓄電池通過開關主觸點與保險盒相連,整車電路通電。發(fā)動機起動后,發(fā)電機開始發(fā)電,發(fā)電機B端與電源總開關輸出端并聯(lián),一方面對蓄電池充電,另一方面向整機供電。此時發(fā)電機L端電壓升高,儀表充電指示燈熄滅。10路保險盒分別向空調、行走電磁閥、先導電磁閥、雨刮器、大燈、工作燈、預熱電路等供電。發(fā)動機電路發(fā)動機電路主要由起動、預熱、熄火三部分電路組成。1起動電路起動電路由蓄電池1、起動開關5、起動復合繼電器6、起動馬達3等組成。發(fā)動機起動時,點火鑰匙插入起動開關,轉動鑰匙至起動位置START,起動開關B端與C端連通,電路經(jīng)B→C→起動復合繼電器的常開繼電器線圈→起動復合繼電器的常閉繼電器主觸點→地,常開繼電器主觸點因線圈通電而吸合,從而起動馬達內部繼電器線圈通電,起動馬達內部繼電器主觸點B、S接通,電流經(jīng)蓄電池負極〔地→蓄電池正極→電源總開關→起動馬達S→起動馬達B→馬達定子線圈→蓄電池負極,起動馬達轉動,發(fā)動機被起動。發(fā)動機起動后,發(fā)電機開始發(fā)電,L端電壓升高,從而使起動復合繼電器常閉繼電器線圈通電,其主觸點斷開,起動復合繼電器常開繼電器主觸點因線圈斷電而斷開,起動馬達斷電而停止運轉,從而保護了起動馬達在發(fā)動機起動后被拖動運轉而損壞。2預熱電路冬天起動時,因氣溫低,發(fā)動機起動困難,這時起動前須預熱,預熱電路由蓄電池1、起動開關5、預熱繼電器10、預熱器11等組成。起動前,起動鑰匙轉至預熱位置HEAT,電流經(jīng)起動開關B端→起動開關R1端→預熱繼電器線圈→低,預熱繼電器主觸點吸合,電流經(jīng)蓄電池負極〔地→蓄電池正極→電源總開關→預熱繼電器主觸點→預熱器,預熱器通電加熱對發(fā)動機進氣管加熱,同時,預熱信號傳送至儀表33,預熱指示燈亮,預熱約20秒后〔不同發(fā)動機要求會不同,點火鑰匙再轉至起動位置START,起動發(fā)動機。這種預熱電路簡單,但是否需要預熱、預熱時間均靠操作人員掌握,有些發(fā)動機采用帶預熱控制器的火焰預熱器。圖10－2是帶預熱控制器的火焰預熱器原理圖。圖圖10－2預熱控制器外部接線圖K1:點火開關ON檔K2:點火開關ST檔P:預熱塞DL:預熱指示燈D:供油電磁閥D+:接發(fā)電機D+端K:預熱繼電器Rt溫度傳感器工作原理如下：在發(fā)動機水道安裝有負溫度系數(shù)溫度傳感器Rt,當環(huán)境溫度高于0℃時,開關擰到ON檔指示燈亮2S后熄滅,系統(tǒng)不進入預熱程序；當環(huán)境溫度低于0℃時,把鑰匙開關擰到ON檔,溫度傳感器感應的信號傳送到電子式火焰預熱控制器,電路進人工作狀態(tài),預熱指示燈點亮,電子式火焰頂熱控制器內的電磁式繼電器K觸點閉合,開始向預熱塞P供電,指示燈亮28S后熄滅,此時把鑰匙開關擰到START檔,發(fā)動機在啟動馬達拖動下運轉,電磁閥D自動打開油路,向處于熾熱的火焰預熱塞供油,在進氣管內噴射火焰,輔助柴油發(fā)動機在短時間內啟動,當完成規(guī)定的工作程序后,控制盒自動切斷電源,停止工作。如果在30秒內不起動發(fā)動機,火焰預熱裝置電路停止工作。發(fā)動機運轉舌,交流發(fā)電機端子D＋的電壓很快上升到28V,電子式火焰預熱控制器接收到該信號后,自動切斷燃油電磁閥的供電。3熄火電路目前發(fā)動機已普遍采用熄火電磁閥熄火電路,電路由起動開關5,熄火繼電器8,熄火電磁閥9組成。當起動開關置于ON檔時,電流經(jīng)起動開關B→Acc→熄火電磁閥保持線圈→地,熄火電磁閥保持線圈通電,但線圈吸力不夠,熄火電磁閥不能吸合,保持熄火位置,當起動開關置于起動檔START時,電流經(jīng)起動開關B→C→熄火繼電器線圈→地,熄火繼電器主觸點接通,從而熄火電磁閥吸合線圈通電,電磁閥吸合,脫離熄火狀態(tài),使發(fā)動機能起動工作,起動完成后,起動開關回至ＯＮ檔,熄火電磁閥吸合線圈斷電,但保持線圈繼續(xù)有電,使熄火電磁閥保持吸合狀態(tài),發(fā)動機能正常工作,發(fā)動機要熄火時,起動開關置于0檔,起動開關Acc端斷電,使熄火電磁閥保持線圈斷電,熄火電磁閥脫離吸合狀態(tài),發(fā)動機熄火。數(shù)字組合儀表圖10－3為典型的組合儀表圖。圖10－圖10－2圖10－3儀表組合儀表主要由以下部分組成：－指示儀表：指針式燃油表、指針式水溫表；－漢字點陣液晶屏：顯示液壓油溫、發(fā)動機轉速、工作小時計、其它客戶定制內容；液晶屏還用于整機工作狀態(tài)監(jiān)控,整機工作正常時,顯示"工作正常",當整機工作出現(xiàn)故障時,顯示故障內容,如"機油壓力低"。－報警指示燈：報警內容可根據(jù)客戶要求定制,通常包括充電指示、預熱指示、發(fā)動機過熱報警、機油壓力過低報警、液壓油溫過高報警、空濾堵塞報警、液壓油濾堵塞報警等；當報警信號出現(xiàn)時,指示燈點亮或閃爍,液晶屏顯示相應故障內容,必要時,蜂鳴器同時發(fā)出報警聲,從而實現(xiàn)三級報警提示；－行走速度選擇按鈕：用于選擇高速或低速行走；－切換鍵：當液晶屏上轉速顯示區(qū)若還要顯示電壓〔或其它客戶要求參數(shù),通過切換鍵進行顯示切換以顯示；－消音鍵：出現(xiàn)故障報警時,操作人員已知道出現(xiàn)故障并準備排除時,可按該鍵消除報警聲,以避免長時間報警,造成不愉快感覺。但操作人員應及時排除故障,或請服務人員維修,如不排除故障,僅僅按消音鍵消音,下次開機,會繼續(xù)報警；－傳感器：為提供儀表顯示和報警的相關測量與控制信號。包括水溫傳感器、液壓油溫度傳感器、燃油傳感器、轉速傳感器、機油壓力報警開關、空濾報警開關等。4．作業(yè)電氣控制系統(tǒng)不同挖掘機要求不同,圖10－1中,作業(yè)電氣包括行走速度控制電路,先導操縱控制電路。行走速度控制電路由高低速選擇開關28、行走速度繼電器26、行走電磁閥25組成,高低速選擇開關不按下時,挖掘機行走速度為低速,按下高低速選擇開關,行走速度繼電器動作,行走電磁閥動作,使行走變量液壓馬達斜盤角度改變,馬達排量減小,從而轉速提高,行走速度切換為高速。松開高低速選擇開關,行走電磁閥斷電,行走馬達轉速回到低速狀態(tài),行走速度降低。先導操縱控制電路是為了保障安全而設置,由先導開關27、先導繼電器24、先導電磁閥23組成,挖掘機座椅左側操縱箱上安裝有安全鎖定桿,如圖10－4所示,安全鎖定桿控制先導開關的通斷,當操作員坐上座椅,操作準備工作做好后,將安全鎖定桿置于解除鎖定位置,先導開關接通,先導電磁閥通電,先導油路才能正常供油,從而正常操作挖掘機；當操作員要離開圖10－4安全鎖定桿鎖定位置解除鎖定位置座椅下車,安全鎖定桿擋住了其下車,他必須先將安全鎖定桿抬起,置于鎖定位置才能下車,從而切斷了先導開關,先導電磁閥斷電,先導油路供油中斷,下車后再圖10－4安全鎖定桿鎖定位置解除鎖定位置除了行走速度控制電路,先導操縱控制電路外,現(xiàn)代挖掘機還帶有瞬時增力控制電路,動臂優(yōu)先控制電路,回轉優(yōu)先控制電路等,大多通過電液閥控制,原理類似。5．整車電氣附件整車電氣附件包括空調、車燈、雨刮器、噴水器、喇叭、音響等。1空調1.壓縮機2.冷凝器3.低壓開關4.儲液干燥灌1.壓縮機2.冷凝器3.低壓開關4.儲液干燥灌5.高壓閥6.蒸發(fā)器7.熱控開關8.膨脹閥圖10－5空調系統(tǒng)組成圖10－5為空調系統(tǒng)圖。主要包括壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器、儲液灌、膨脹閥、管路附件等組成。壓縮機通過帶電磁離合器的皮帶輪與發(fā)動機相連,利用發(fā)動機動力工作,冷凝器通常同液壓油冷卻器一起安裝在發(fā)動機水箱后面,利用發(fā)動機風扇散熱,蒸發(fā)器安裝在司機室內,進行熱交換,達到制冷目的,儲液罐用于制冷劑的儲藏、干燥、過濾。2車燈挖掘機上的燈具主要有前大燈,動臂燈,司機室內照明燈。對輪胎式挖掘機還有轉向指示燈、制動指示燈、示寬燈等。車燈控制電路簡單,主要通過司機室內儀表臺燈光開關控制,通常不需要另外增加繼電器。3雨刮器、噴水器雨刮器用于雨天司機室前窗玻璃刮雨用,通過司機室內儀表臺雨刮器開關控制,噴水器用于向司機室前窗玻璃噴水,配合雨刮器對前窗玻璃除塵、清洗,通過司機室內儀表臺噴水按鈕控制。4喇叭電喇叭用于操作員工作時向外面發(fā)出警示用,如開始挖掘時,按喇叭警示挖掘機周圍的人離開機器附近危險區(qū)域。通過喇叭按鈕控制,喇叭按鈕通常安裝在先導手柄上,由于先導手柄上按鈕觸點能通過的電流較小,必須加裝喇叭繼電器,先導手柄按鈕僅控制喇叭繼電器線圈的通斷電以控制喇叭的開關。5音響挖掘機音響原來多配置磁帶收放機,但故障率高,目前多配置數(shù)字收音機,高檔的可帶MP3播放器。由于挖掘機工作環(huán)境差,機器工作時振動大,通常不配CD音響。10.2現(xiàn)代挖掘機電子控制系統(tǒng)二十世紀九十年代以后,一方面,隨著現(xiàn)代挖掘機對節(jié)能、環(huán)保及操作人性化的要求,對挖掘機電氣控制系統(tǒng)提出越來越高的要求；另一方面,電液比例控制技術、微電子技術、計算機技術、通訊技術的發(fā)展,為挖掘機電氣系統(tǒng)的發(fā)展提供了強大的技術支撐。從而,推動了挖掘機電氣控制系統(tǒng)的飛躍發(fā)展,挖掘機電氣控制系統(tǒng)已成為機、電、液、信一體化的集成控制系統(tǒng),大大提高了挖掘機的智能化控制水平及整機性能?，F(xiàn)代挖掘機機、電、液、信一體化控制技術的發(fā)展主要體現(xiàn)在以下方面：電子監(jiān)控及故障診斷系統(tǒng),實現(xiàn)了挖掘機工作狀態(tài)的智能監(jiān)控及故障診斷；發(fā)動機的電子控制系統(tǒng),通過專用控制器MC〔Maincontroller實現(xiàn)發(fā)動機電子油門控制,發(fā)動機、液壓泵功率匹配及功率模式控制,工作模式控制,自動怠速控制等,大大推動了現(xiàn)代挖掘機的節(jié)能控制技術。另外,對于發(fā)動機本身,采用高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)的電噴發(fā)動機已是大勢所趨,電噴發(fā)動機的燃油噴射等是通過發(fā)動機專用控制模塊ECM〔Enginecontrolmodule實現(xiàn)的,并通過CAN總線與整機實現(xiàn)通訊與控制；遠程智能控制與通訊技術,集成GPS技術,GSM/CDMA技術,INTERNET技術,實現(xiàn)挖掘機的遠程通訊、監(jiān)測、監(jiān)控；CAN總線技術,通過CAN總線技術,實現(xiàn)電子監(jiān)控系統(tǒng),發(fā)動機電子控制系統(tǒng),遠程智能控制與通訊系統(tǒng)的智能互聯(lián),大大增強了整機電子控制系統(tǒng)的集成控制水平。10－6為日立ZX-3挖掘機電子控制系統(tǒng)總體組成。10－6日立ZX-3挖掘機電子控制系統(tǒng)組成日立ZX-3挖掘機電子控制系統(tǒng)由電子監(jiān)控器、以主控制器〔MC為核心的發(fā)動機電子控制系統(tǒng)、以高壓共軌控制器〔ECM為核心的電噴控制系統(tǒng)、以信息控制器〔ICF為核心的通訊控制系統(tǒng)構成,各系統(tǒng)通過CAN總線實現(xiàn)系統(tǒng)互聯(lián),10．2．1電子監(jiān)控及故障診斷系統(tǒng)挖掘機的電子監(jiān)控及故障診斷,就是利用傳感或測量技術對挖掘機的工作參數(shù)進行檢測,再通過控制器對檢測結果進行相應的比較分析,以監(jiān)測挖掘機的作業(yè)工況和運行狀態(tài),以便及早發(fā)現(xiàn)及排除故障,降低其維修成本,還可以改善機器的作業(yè)條件,提高作業(yè)效率。10．2．1．1電子監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展挖掘機電子監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段,在上世紀9O年代以前,挖掘機基本上沒有電子監(jiān)控系統(tǒng),挖掘機發(fā)生故障時,挖掘機廠商派出專業(yè)的維修人員現(xiàn)場檢查維修,90年代以后,微電子等先進技術在工程機械的應用推動了挖掘機狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術的發(fā)展,從而產(chǎn)生了挖掘機的電子監(jiān)控系統(tǒng)。電子監(jiān)控系統(tǒng)以微處理器為核心,通過各種傳感器來采集挖掘機的狀態(tài)信號,然后通過診斷軟件來進行信號處理和狀態(tài)識別,在顯示面板上輸出其診斷結果。如果挖掘機的某些工作參數(shù)超出限定值,就會發(fā)出聲、光報警,甚至還能將挖掘機運行狀態(tài)資料儲存起來,由技術維修人員通過人機對話調出查閱,作出診斷決策。從實現(xiàn)形式來看,這種監(jiān)測系統(tǒng)又可分為兩種,第一種方式是采用獨立的便攜式診斷工具,如日立的掌上電腦Palm診斷系統(tǒng),名為"Dr.ZX",不作為挖掘機基本配置,只供維護、維修技術人員使用。機器通過接口連接Dr.ZX時,維護、維修技術人員可檢測機器運行參數(shù)是否正常,可查詢故障碼,再根據(jù)故障碼排除故障,可下載機器數(shù)據(jù)至Palm診斷系統(tǒng),帶回公司分析,還可設置機器有關技術參數(shù),如發(fā)動機轉速及泵的流量等,從而使機器適應不同的工況。但由于操作人員不能自己作出判斷,仍需要維護人員到場,維護及時性仍難保證。第二種方式是隨機安裝的電子監(jiān)控系統(tǒng)。該電子監(jiān)控系統(tǒng)安裝在挖掘機上,自動完成挖掘機運行狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集、分析和故障診斷,并通過彩色液晶顯示器向駕駛員顯示挖掘機的機油壓力、液壓油溫、冷卻液溫度等多項工作參數(shù),以及發(fā)出聲、光報警提示故障,該系統(tǒng)還可以存儲故障的歷史數(shù)據(jù),對司機的不合理操作給予提示等,目前這種電子監(jiān)控系統(tǒng)越來越普及。挖掘機電子監(jiān)控系統(tǒng)下一步的發(fā)展方向將是具有較高人工智能的挖掘機專家診斷系統(tǒng)的開發(fā)研究,這種系統(tǒng)結合了專家的診斷思路和寶貴經(jīng)驗,使得監(jiān)控與診斷功能變得更為強大,同時還可以通過人機對話的方式,由系統(tǒng)根據(jù)人工輸入的原始數(shù)據(jù)來進行分析判斷,作出故障決策,指導駕駛員采取相應的措施進行機器的日常維護。10．2．1．2挖掘機電子監(jiān)測系統(tǒng)組成和功能現(xiàn)代挖掘機電子監(jiān)控系統(tǒng)一般由信號輸入部分〔模擬信號、開關信號、信號處理部分、控制器、監(jiān)控器及控制執(zhí)行機構組成。如圖10－7所示：信信號處理電路模擬量開關量數(shù)字信號微處理器監(jiān)視器控制驅動圖10－圖10－7電子監(jiān)控系統(tǒng)組成現(xiàn)代挖掘機電子監(jiān)控系統(tǒng)應具備以下功能：1．實時顯示機器運行狀態(tài)功能包括發(fā)動機工作狀態(tài)指示,如發(fā)動機燃油油位、發(fā)動機冷卻液溫度、工作小時計等的狀態(tài)參數(shù)顯示及故障報警及提示信息,如發(fā)動機過熱信息、發(fā)動機機油壓力油壓過低、液壓油溫過熱信息,發(fā)動機充電、預熱信息,整機維護時間提示等；工作狀態(tài)指示,如功率模式狀態(tài),工作模式狀態(tài)；其它信息顯示,如時鐘等。2．故障監(jiān)控與診斷功能監(jiān)控器〔機器帶專用控制器時,與控制器共同完成通過各類傳感器實時監(jiān)測整機工作狀態(tài),監(jiān)測參數(shù)通過監(jiān)控器按鍵及液晶屏菜單提示進行查詢,機器出現(xiàn)故障時,可對故障進行診斷并記錄、存儲故障信息,以協(xié)助維護人員通過儲存的故障記錄進行故障分析與排除。3.設置與調整功能監(jiān)控器部分顯示內容如語言、時鐘及故障報警點參數(shù)等對不同的客戶及機器都需進行不同定制或調整,監(jiān)控器應具有這些設置與調整功能。4.通訊功能GPS在現(xiàn)代挖掘機應用越來越普遍,監(jiān)控器〔或專用控制器應能與GPS模塊之間進行通訊,將挖掘機工作狀態(tài)信息、故障診斷信息、維護保養(yǎng)信息等傳送至GPS,并通過GPS系統(tǒng)傳送至遠程運營管理中心,并用于主機廠、代理商、售后服務人員等對機器的監(jiān)控與管理。5．具有良好的人機界面、易于操作、高性價比監(jiān)控系統(tǒng)作為操作和控制的重要部件,其在司機室內的安裝與布置要合理,以方便操作人員操作、觀察；顯示部分應具有友好的用戶界面,易于操作人員學習、使用。以下以日立ZX系列挖掘機電子監(jiān)控器為例,對電子監(jiān)控系統(tǒng)主要功能進行簡單介紹,詳細功能可參閱日立相關技術手冊。圖10－8為日立ZX系列挖掘機電子監(jiān)控器面板布置圖。日立ZX監(jiān)控器主要功能包括以下幾部分：機器運行狀態(tài)指示1儀表冷卻液溫度表小時表燃油表、燃油消耗表時鐘2工作模式顯示挖掘模式附件模式－破碎錘、粉碎器、液壓剪、振動錘、其它。3指示與報警信息顯示自動怠速指示預熱指示充電指示燃油傳感器故障顯示當燃油傳感器發(fā)生故障或傳感器和監(jiān)控器之間的線束斷路時,在燃油表上會顯示故障信息。如圖10－9所示。冷卻液溫度傳感器故障顯示當冷卻液溫度傳感器發(fā)生故障或傳感器和監(jiān)控器之間的線束短路時,在冷卻液溫度表上會顯示故障信息。如圖10－9所示。圖10－9燃油、冷卻液溫度報警指示其它報警及報警信息指示當監(jiān)控器接收到來自各控制器的報警信號時,報警標記會出現(xiàn)在屏幕的下方,按壓相應的按鈕可以顯示具體的報警信息。如圖10－10,左圖當冷卻液過熱時,過熱指示燈亮,按下下方對應按鍵,顯示右側報警信息。冷卻液過熱冷卻液過熱圖10－10過熱報警信息指示監(jiān)控功能除通過上述儀表及指示燈指示機器工作狀態(tài)外,控制系統(tǒng)還能對整機多項工作及狀態(tài)參數(shù)進行監(jiān)測,并通過監(jiān)控器菜單操作在彩色液晶屏上進行顯示,監(jiān)控項目多達幾十項。圖10－11顯示部分監(jiān)控參數(shù)。10－11監(jiān)控參數(shù)顯示2.設定功能1機器保養(yǎng)設定顯示屏顯示保養(yǎng)項目時間的小時表讀數(shù)及到下一次保養(yǎng)時所剩的小時數(shù)。由于保養(yǎng)項目在列表中顯示,從列表中選擇一項,即顯示該項目保養(yǎng)設定及保養(yǎng)情況。如圖10－12所示。10－12保養(yǎng)時間設置保養(yǎng)項目包括：發(fā)動機機油、機油濾清器、液壓油、液壓油先導濾清器、液壓油全流濾清器、行走裝置機油、回轉裝置機油、回轉支承潤滑脂、空氣濾清器濾芯、發(fā)動機/空調V型皮帶、燃油濾清器、空調濾清器等。各保養(yǎng)項目及保養(yǎng)時間可以重新設定。對到時間未保養(yǎng)項目,開機時,系統(tǒng)會提示。2語言設定根據(jù)機器工作地點語言環(huán)境,從預設語言中選擇屏幕上使用的語言。如10－13所示。10－13語言設置3時間設定對儀表顯示的日期及時鐘顯示時間進行設定及校準。3.故障診斷圖10－14a中,選擇故障診斷項,顯示b圖故障顯示屏,選擇一項故障點,出現(xiàn)圖c故障代碼屏。根據(jù)故障代碼可查故障排除手冊即可查出相應故障原因。一共可顯示20個故障代碼。但是,一個屏幕只能顯示10個故障代碼。如果屏幕已顯示了10個故障代碼,按下鍵1可查看下一頁的其它故障代碼。要回到上一頁時,按下鍵aabc圖10－14故障診斷日立ZX挖掘機,除了利用電子監(jiān)控器進行故障診斷外,還配備Dr.ZX用于包括MC〔主控制器、ECM〔發(fā)動機控制器、ICF〔通訊控制器和監(jiān)測器在內的電氣系統(tǒng)的故障診斷。Dr.ZX主要用于專業(yè)維修人員對電子控制器系統(tǒng)進行系統(tǒng)、綜合的故障診斷。Dr.ZX故障診斷流程如圖10－15所示。詳細診斷過程可參閱相關技術手冊。圖10－15日立Dr.ZX診斷流程10．2．2發(fā)動機電子控制系統(tǒng)由于液壓挖掘機一般采用柴油機驅動,工作時間長,作業(yè)負荷重,消耗大量燃料,排放大量廢氣。據(jù)統(tǒng)計,發(fā)動機輸出功率只有20%左右變?yōu)橥诰驒C的有效功。除有效功之外約40%損失于液壓元件,約20％損失于車體和作業(yè)裝置的運動,約20%損失于節(jié)流調速控制。為了降低挖掘機的功率損失,國外從上世紀70年代中期就開始將機電一體化技術應用于挖掘機上。進入80年代后,美、日、德等國在液壓系統(tǒng)節(jié)能的基礎上,紛紛研制電子節(jié)能的液壓挖掘機,如小松的OLLS及CLSS系統(tǒng),德國力士樂的BODAS系統(tǒng),美國卡特皮勒的AEC系統(tǒng),神鋼的ITCS系統(tǒng),韓國大宇的EPOS系統(tǒng)等。發(fā)動機電子控制技術的主要目標就是系統(tǒng)節(jié)能,節(jié)能控制系統(tǒng)的應用可以達到節(jié)能20％以上。發(fā)動機電子控制技術主要包括電子油門控制,發(fā)動機與液壓泵功率匹配及功率模式的控制,自動怠速等。另外,隨著非公路車輛廢棄排放標準的不斷提高,采用采用高壓共軌技術的電噴發(fā)動機越來越普遍,電噴發(fā)動機的控制系統(tǒng)通過專門的發(fā)動機控制器ECM實施控制,再通過總線與外部進行通訊與控制。圖10－16為日立ZX-3挖掘機發(fā)動機電子控制系統(tǒng)組成圖。ZX－3發(fā)動機電子控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)電子油門控制、發(fā)動機功率模式控制、工作模式控制、行走高低速控制、自動怠速控制,并實現(xiàn)電噴發(fā)動機的各項控制功能。主要組成部分包括：控制器包括主控制器MC,電噴發(fā)動機高壓共軌控制器ECM。主控制器,實現(xiàn)電子油門、發(fā)動機功率模式〔HP模式,E模式,P模式、工作模式〔挖掘模式,附件模式,起重模式,自動怠速的控制。ECM控制器實現(xiàn)燃油噴射控制,發(fā)動機起動控制,EGR〔廢氣再循環(huán)控制,燃油噴射量修正及發(fā)動機的停機控制；傳感器包括主泵輸出壓力傳感器、控制壓力傳感器,作業(yè)裝置壓力傳感器,溫度傳感器等控制開關及按鈕包括點火開關、油門旋鈕、自動怠速開關<A/I>、功率模式按鈕〔HP模式,E模式,P模式、工作模式按鈕〔Dig.,Att.,ML.,行走高低速按鈕〔Hi,Lo。圖10－圖10－16發(fā)動機電子控制系統(tǒng)組成10．2．2．1電子油門控制系統(tǒng)油門控制電子化是發(fā)動機電子控制系統(tǒng)的基礎,只有實現(xiàn)了電子油門控制,下面介紹的功率模式控制、自動怠速控制才能實現(xiàn)。圖10－17為電子油門控制系統(tǒng)原理。圖10－圖10－17電子油門控制系統(tǒng)原理系統(tǒng)是由油門控制器、油門電機、油門位置反饋傳感器、油門刻度盤〔模式控制盤等組成。發(fā)動機的轉速通過油門刻度盤來設定,油門刻度盤與電位器相連,將油門刻度盤旋至不同的位置,電位器便輸出不同的電壓,油門控制器根據(jù)此電壓可計算出所選定的發(fā)動機轉速大小及油門拉桿設定位置,同時油門電機又通過齒輪傳動帶動另一電位器,油門控制器通過測量電位器的輸出電壓,獲得油門電機軸的轉角即油門拉桿的實際位置反饋信號,油門控制器比較油門設定位置與實際位置,驅動油門電機正傳或反轉,通過油門拉桿,調節(jié)油門至設定位置,使發(fā)動機達到設定轉速。整個控制過程是一個閉環(huán)控制系統(tǒng),保證了油門控制的準確性。上述討論是針對非電噴發(fā)動機的,對于電噴發(fā)動機,油門控制是通過ECM進行的,主控制器〔MC根據(jù)接收的傳感器信號、操作人員操作控制〔油門旋鈕、自動怠速開關、功率模式按鈕、工作模式按鈕,行走高低速按鈕的操作信號,進行處理,確定合適的油門位置〔發(fā)動機轉速通過CAN總線與ECM進行通訊,ECM實現(xiàn)油門的自動控制,因而省去了上述復雜的電子油門控制系統(tǒng),如油門控制器,油門電機等,系統(tǒng)得到簡化,性能得以提高。10．2．2．2發(fā)動機與液壓泵功率匹配及功率模式的控制挖掘機工作過程中,發(fā)動機與液壓泵一般通過彈性聯(lián)軸器連接,理論上,不考慮聯(lián)接時的功率損失,泵的輸入功率應始終等于發(fā)動機的輸出功率,我們說這時,發(fā)動機與泵的功率是匹配的。但實際上,泵與發(fā)動機很難實現(xiàn)始終匹配,首先,由于氣壓、環(huán)境溫度、柴油質量等不同,通常情況下,發(fā)動機實際輸出功率都會有所變化,即同樣的油門,發(fā)動機輸出功率是變化的。其次,在挖掘機實際工作中,發(fā)動機調速手柄位置是駕駛員根據(jù)經(jīng)驗和作業(yè)任務的輕重來設定的。調速手柄位置一旦設定,在一定作業(yè)范圍和時間內,駕駛員一般不去改變其大小。然而,在挖掘機的一個作業(yè)循環(huán)內需克服的負載是不一樣的,即使只在挖掘過程中,土壤的切削阻力也會發(fā)生急劇的變化,因而對泵輸出功率的需求也不一樣。如果泵處于輕載狀態(tài),則不能完全吸收發(fā)動機的功率,勢必造成能量的浪費；如果泵處于超載狀態(tài),將會引起發(fā)動機轉速急劇下降,造成發(fā)動機工作不穩(wěn)定和過熱。雖然恒功率變量泵的流量能隨負載的變化而變化,這是在發(fā)動機發(fā)出的功率與泵吸收的功率相平衡〔恒功率的前提下的調節(jié)?？梢?實際操作時,發(fā)動機和泵的功率無法實現(xiàn)完全始終匹配,造成上述問題的原因是發(fā)動機輸出功率和液壓泵的消耗功率都無法隨著工況的變化實時作出調整。尤其在額定功率點附近,有時因發(fā)動機特性的變化而超載,造成轉速急劇下降直至熄火。因此,對于傳統(tǒng)的變量泵系統(tǒng),在挖掘機的功率匹配設計時,泵的功率曲線在任何負載情況下都必須低于發(fā)動機的功率曲線,一般為發(fā)動機的85%左右,以防發(fā)動機超載失速及過熱而影響機器工作。即使這樣,由于挖掘機在實際使用過程中受不確定性因素影響太多,經(jīng)常存在著超載失速和過熱等故障現(xiàn)象,影響了整機的性能。為了解決發(fā)動機和液壓泵實時功率匹配問題,現(xiàn)代挖掘機采用了功率模式控制系統(tǒng)實現(xiàn)發(fā)動機功率與液壓泵功率的實時匹配。圖10-18為功率模式控制系統(tǒng)的原理圖。圖10－18發(fā)動機圖10－18發(fā)動機功率模式控制系統(tǒng)系統(tǒng)包括電比例調節(jié)液壓泵,控制器,電子油門系統(tǒng)等部分組成。電比例液壓泵實際上就是在恒功率變量泵上加裝一個電液比例減壓閥,電液比例減壓閥的輸入油壓來自先導油路,電液比例減壓閥輸出的二次壓力加至排量調節(jié)油缸一端。從而通過調節(jié)比例閥的電流大小,進而調節(jié)電液比例減壓閥的二次壓力,實現(xiàn)了對液壓泵功率的調節(jié),形成不同的泵功率特性曲線,如圖10－19所示,可見,液壓泵與發(fā)動機共同工作的工作點不再單一地沿某條特性曲線變化,而是擴展為面工況,泵的實際功率調節(jié)曲線是根據(jù)發(fā)動力功率模式設定由控制器進行實時調節(jié)的,以保證泵的液壓功率與發(fā)動機功率的實時匹配。圖10－1圖10－19電比例泵調節(jié)特性曲線在圖10－18功率模式控制系統(tǒng)中,泵控制器接受操作人員的模式設定信號,同時檢測發(fā)動機轉速信號,反映油門實際位置的油門位置信號,根據(jù)控制要求、控制算法,輸出控制信號,通過油門控制器控制油門,調節(jié)發(fā)動機轉速；通過電比例閥調節(jié)液壓泵輸出功率,使發(fā)動機輸出轉速及泵輸出功率符合操作人員設定要求,實現(xiàn)發(fā)動機與液壓泵的功率匹配。在工作過程中,泵控制器始終監(jiān)測反映發(fā)動機負載變化的轉速信號,并根據(jù)變化情況控制電子油門及電比例閥,使發(fā)動機的功率和液壓泵功率實現(xiàn)動態(tài)匹配,并符合操作人員設定要求。目前,實際的功率模式控制系統(tǒng),一般根據(jù)作業(yè)工況情況,將發(fā)動機功率控制設置為四種功率模式,即：全功率模式<PowerMode,簡稱P模式>：重視挖掘機的生產(chǎn)效率,即發(fā)動機在全功率工況下工作,對應發(fā)動機額定轉速,發(fā)動機輸出100％功率；經(jīng)濟模式<EconomyMode,簡稱E模式>：重視節(jié)約燃油,對應全功率時轉速的85％。輕載模式<LightMode,簡稱L模式>：進行精細作業(yè),對應全功率時轉速的70％。怠速模式<IdleMode,簡稱I模式>：挖掘機不工作,對應怠速工況。圖10－20為發(fā)動機不同功率模式下工作的發(fā)動機、液壓泵功率設置情況。圖10－圖10－20發(fā)動機功率模式設置在P模式下,將液壓泵的最大功率曲線設定在發(fā)動機的功率曲線之上。表面上看起來,液壓泵的功率曲線在發(fā)動機之上,液壓泵的功率大于發(fā)動機的功率,發(fā)動機處于超載運行。實際上通過控制器調節(jié),可以使泵功率輸出跟蹤發(fā)動機功率輸出,可以避免發(fā)動機超載,并充分利用發(fā)動機輸出?？刂七^程為：駕駛員通過控制面板上設定功率模式,從而設定了目標轉速和發(fā)動機功率曲線,并輸入控制器,安裝于飛輪殼上的轉速傳感器始終檢測發(fā)動機的實際轉速,并與目標轉速相比較。如果實際轉速低于目標轉速,說明發(fā)動機的負載功率大,這時控制器發(fā)出控制的電流改變電液比例減壓閥輸出的二次壓力,將液壓泵的排量變小,使泵的輸出功率降低；如果實際轉速高于目標轉速,說明發(fā)動機的負載功率小,控制器發(fā)出的控制電流改變電液比例減壓閥輸出的二次壓力,將液壓泵的排量變大,使泵的輸出功率提高。通過控制器的調節(jié)作用,使液壓泵的功率曲線總是從折線段拉向恒功率曲線段〔發(fā)動機的功率曲線,這樣可使液壓泵輸出功率始終跟蹤發(fā)動機功率輸入,這種控制稱為極限功率調節(jié)控制。10．2．2．3自動怠速控制自動怠速控制主要作用是使挖掘機作業(yè)過程中短暫停止作業(yè)時,使發(fā)動機處于怠速狀態(tài),以降低油耗。自動怠速控制是和電子油門控制系統(tǒng)結合在一起的。在圖10－21中,油壓開關檢測操縱先導油壓信號,當所有先導閥均處于中位,即沒有操作時,油壓開關輸出一信號至泵控制器,控制器檢測到信號后,延時約5秒〔可調整,控制電子油門系統(tǒng)使發(fā)動機處于怠速狀態(tài),直至某一動作恢復作業(yè),控制器檢測到壓力信號發(fā)生改變后,立即又控制電子油門機構,恢復到怠速前位置。自動怠速系統(tǒng)的使用,可降低油耗約6％。圖10－21圖10－21自動怠速系統(tǒng)10．2．3工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)10．2．3．1概述工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)是利用計算機技術、無線通訊技術和衛(wèi)星定位技術,對正在工地上施工的工程機械的運行狀態(tài)、位置及施工進度進行監(jiān)測,對駕駛員進行遠程指導,從而提高工程機械的管理水平、優(yōu)化機械化施工組織。工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)主要功能是：提高銷售企業(yè)的售后服務水平2．加強對租賃或分期付款機械的管理和控制3．建立機械動態(tài)檔案,科學管理機械4．優(yōu)化施工組織.提高機械使用效率10．2．3．2工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)組成和功能圖10－22為遠程監(jiān)控系統(tǒng)總體構成。圖10－圖10－22遠程監(jiān)控系統(tǒng)組成遠程監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)由機載GPS終端、GPS全球定位系統(tǒng)、移動通訊系統(tǒng)、運營管理中心、互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)四部分組成。1．機載GPS終端機載GPS終端一方面接收GPS衛(wèi)星信號,計算出自己的定位數(shù)據(jù),另一方面通過數(shù)據(jù)接口接收挖掘機電子監(jiān)控系統(tǒng)的機器工作狀態(tài)信息。然后將定位信息和機器工作狀態(tài)信息通過移動通訊系統(tǒng)傳送至運營管理中心,通過運營管理中心對機器信息進行發(fā)布與管理。同時,接受并執(zhí)行運營管理中心的命令,對挖掘機進行信息查詢與控制。2.GPS全球定位系統(tǒng)GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)是由美國實施和管理的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng),該系統(tǒng)由圍繞地球運轉的24顆衛(wèi)星組成,這24顆衛(wèi)星分別在6個軌道上運行,它們在不停地向地球發(fā)射定位信號,機載GPS終端收到衛(wèi)星信號后,自動計算出機器所在處的經(jīng)緯度數(shù)據(jù),并傳送給運營管理中心。3.移動通訊GSM/GPRS系統(tǒng)由于監(jiān)控對象在不停地移動中,機載GPS終端只能通過移動通訊系統(tǒng),才能把檢測數(shù)據(jù)和位置信息傳輸?shù)竭\營管理中心。移動.通訊系統(tǒng)有三種方式：.衛(wèi)星移動通訊模式：衛(wèi)星通訊系統(tǒng)的特點是覆蓋范圍廣,可實現(xiàn)全球或某區(qū)域的整體覆蓋,很適合于工程機械野外施工的特點,但通訊設備和通訊費用相對較貴；GSM/GPRS移動通訊模式：采用GSM短消息方式傳送數(shù)據(jù),其特點是:通訊費用比"衛(wèi)星"方式低,但是該通訊系統(tǒng)為點覆蓋,在移動基站未覆蓋的區(qū)域,就無法通訊；衛(wèi)星+GSM/GPRS：取前兩者優(yōu)點,在監(jiān)控系統(tǒng)設計時,車載終端首先使用GSM/GPRS方式通訊,如果不成功則自動改用衛(wèi)星方式通訊；4.運營管理中心與互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)運營管理中心與互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供整個遠程監(jiān)控系統(tǒng)的基于WEB的管理和運營平臺,無論是主機廠、代理商向工地機器發(fā)布的鎖車/解車或其他指令,還是接收、分析機器傳送回來的定位或機器運行數(shù)據(jù),都需要通過這個平臺進行。通過這個平臺,制造商、代理商、機主、操作員構成一網(wǎng)絡群體,實現(xiàn)了銷售、服務、維護工作的順利、高效實施。遠程監(jiān)控系統(tǒng)的運營平臺是通過運營管理中心服務器、互連網(wǎng)絡終端及軟件平臺實現(xiàn)的,運營方式跟制造商規(guī)模、銷售量、營銷模式、運營軟件平臺有著極大關系。規(guī)模大的主機制造商都建立了獨立的運營系統(tǒng),其規(guī)模、組織不同,尤其是軟件提供的增值服務功能更是各有特色。如小松的"康查士"<KOMTRA>,日立的"GlobalE-Service"系統(tǒng),神鋼的"瞭望"系統(tǒng),各具特色的遠程網(wǎng)絡服務系統(tǒng)已成為各大廠商宣傳亮點,既促進了銷售,也實實在在提高了服務水平。10．2．3．3工程機械遠程監(jiān)控系統(tǒng)實例下面以小松康查士GPS管理系統(tǒng)為例說明?？挡槭抗芾硐到y(tǒng)組成圖10－23小松康查士GPS系統(tǒng)組成圖10－23小松康查士GPS系統(tǒng)組成康查士管理系統(tǒng)功能信息查詢使用手機短信查詢通過手機短信方式查詢機器信息方法如下：手機編輯查詢請求代碼發(fā)送系統(tǒng)將回復你的機器的工作時間,位置,水溫,耗油量等信息。系統(tǒng)還能提供日報、月報、報警、保養(yǎng)、移動提醒等功能,只要在移動開通,系統(tǒng)會自動發(fā)送信息至用戶的手機上,大大方便了用戶對車輛的管理和監(jiān)控?！?使用互聯(lián)網(wǎng)查詢用戶購買小松挖掘機,如果配備GPS,他將獲得相應用戶代碼〔ID及登錄密碼,用用戶代碼及登錄密碼登錄互聯(lián)網(wǎng),如圖10－24所示,即可查詢機器信息。圖10－圖10－24小松康查士系統(tǒng)登陸2機群管理對于擁有多臺機器的用戶,康查士管理系統(tǒng)提供機群管理功能。用戶建立了自己的機群管理系統(tǒng)后,不必多次瀏覽,即可在同一電腦界面了解多臺機器使用情況,并可對多臺機器數(shù)據(jù)進行分析、對比,從而對多臺機器進行系統(tǒng)化管理。圖10－25為機群的定期保養(yǎng)及報警信息查詢情況。圖10－2圖10－25機群定期保養(yǎng)及報警信息查詢機器作業(yè)狀況管理機器作業(yè)狀況管理可以掌握遠程機器的位置、作業(yè)狀況信息。包括機器作業(yè)歷史記錄、機器位置信息、月度實際工作記錄、月度油耗記錄等。圖10－26圖10－圖10－26圖10－2圖10－26b機器作業(yè)位置記錄圖10－圖10－26圖10－2圖10－26d機器月度油耗記錄4機器安全管理通過康查士管理系統(tǒng)可以詳細了解機器移動時間、移動軌跡,并能進行遠程鎖車控制,從而有效防止機器被盜及使用者惡意破壞行為。圖10－27為GPS提供的機器移動軌跡地圖。圖10－2圖10－27機器移動軌跡指示機器的健康及維護保養(yǎng)康查士管理系統(tǒng)的機器健康及維護保養(yǎng)功能可以使用戶遠程了解機器的健康狀況,車輛的各種運行參數(shù),如發(fā)動機、液壓系統(tǒng)參數(shù),機器異常報警記錄,機器的負荷強度比例,維護保養(yǎng)的時間等。圖10－28為機器的保養(yǎng)記錄表。圖10－29為機器的故障記錄表。通過遠程健康、保養(yǎng)管理實現(xiàn)了對機器工作狀態(tài)是否正常的準確判斷及維護保養(yǎng)的有效計劃與實施。圖10－2圖10－28機器保養(yǎng)記錄表圖10－29圖10－29機器故障記錄表工程機械專用控制器在節(jié)介紹的發(fā)動機電子控制系統(tǒng)三個方面技術的實現(xiàn)都需要通過控制器實現(xiàn),目前國外著名品牌挖掘機均采用了以控制器為核心的電子控制系統(tǒng),以實現(xiàn)電子油門、發(fā)動機的模式控制、電子監(jiān)控及故障診斷、遠程通訊與控制等功能。但工程機械由于作業(yè)環(huán)境惡劣,對控制器〔ECU有特殊的要求,逐步發(fā)展成為專用工程機械專用控制器。工程機械專用控制器需要滿足下列要求：1適應惡劣作業(yè)環(huán)境的能力工程機械在戶外施工。風吹、雨淋、日曬、振動大,環(huán)境惡劣。需要控制器及其I／O單元具有很好的防護能力,達到IP67的防護等級,可防水、抗振、防塵。同時。要求具備良好的電磁兼容能力<EMC>,能夠承受大電流和高電壓的沖擊,且工作溫度范圍寬<一40～85。C>,滿足車載環(huán)境的需要。2>提供工程機械控制所需的各類數(shù)據(jù)采集端口、通訊接口及輸出驅動接口各類采集端口需采集的信號量包括轉速<高速脈沖輸入>、行程位置、溫度、壓力、各種開關量狀態(tài)等,另外工程機械的驅動執(zhí)行機構包括液壓比例閥、步進電機、電磁閥等,因此要求控制器提供多路大電流PWM輸出和開關量輸出。普通PLC難以滿足這一要求,只能通過外加驅動電路進行解決。3可以提供針對工程機械控制的各種高級應用軟件算法模塊基本算法包括PID、濾波、信號變換等,高級算法包括針對各種不同主機要求的算法,控制策略等。4軟件調試與故障診斷控制器應能提供軟件調試與故障診斷工具,以幫助客戶進行軟件調試與故障診斷。目前工程機械專用控制器的研發(fā)有兩種方式,一種方式是一些國際工程機械的旗艦企業(yè)如CAT、小松、VOLVO、利勃海爾等,這些企業(yè)集團一般都設立專業(yè)的電氣控制系統(tǒng)研發(fā)部門,專門進行控制產(chǎn)品和控制技術的研發(fā),為本公司各類工程機械產(chǎn)品提供專用的控制器和控制技術,其軟硬件技術與本公司工程機械產(chǎn)品設備緊密結合,尤其是其核心控制算法,體現(xiàn)了其整車產(chǎn)品的核心技術,屬于技術機密,其它企業(yè)無法獲得。另一種方式是一些長期為工程機械廠商提供配套控制產(chǎn)品的公司采用開放模式進行工程機械專用運動控制器的研發(fā)與開發(fā),推出一系列通用型工程機械專用控制器。如EPEC、Intercontrol、力士樂等。一些小型或專業(yè)的工程機械廠商以及國內的大部分工程機械廠商由于沒有能力自主研發(fā)控制器產(chǎn)品,主要依賴上述廠商提供配套控制產(chǎn)品。這類控制器的通用性和開發(fā)性體現(xiàn)在以下方面：從規(guī)模上,針對控制復雜程度,這些廠商能提供小型、中型、大型控制器,以滿足配套不同企業(yè)根據(jù)其產(chǎn)品復雜程度、控制要求、控制參數(shù)的多少與種類進行靈活選擇與配置,既滿足了控制性能要求,又能以合理的成本實現(xiàn)；從控制器的硬件接口上,這些廠商的控制器,都能根據(jù)工程機械常用的控制要求,提供一組通用的模擬量輸入、輸出,開關量輸入、輸出,數(shù)字信號輸入、輸出,繼電器驅動,電機、電磁閥〔PWM驅動等,并且有些接口還能通過軟件配置為不同的接口,基本上滿足了工程機械各種信號輸入、輸出及驅動控制要求,在選擇時,不一定剛好滿足要求,一般保留一定的輸入、輸出口的富余,以滿足系統(tǒng)定制及擴展要求；從控制器的軟件接口上,這些廠商的控制器,很多采用了德國3SSoftware公司的CodeSys編程環(huán)境,CodeSys符合IEC6l131—3標準規(guī)范,可提供梯形圖、順控圖、功能方塊圖、結構化文本、指令表5種編程語言,方便高效地編寫控制策略并進行在線下載、調試和運行,而不需要了解具體硬件系統(tǒng)的體系結構、存儲空問地址分配等技術細節(jié),大大方便了配套企業(yè)的軟件編程與調試；這些廠商的控制器大多帶CAN總線接口,方便了控制器與外部通訊的軟硬件實現(xiàn)。圖10－30是力士樂RC系列控制器的RC4－4控制器配置圖。圖10－30力士樂RC4－4控制器接口配置RC4－4包括4路比例電磁閥輸出、4路開關量輸出、5路電壓信號輸入、4路電流信號輸入、3路頻率信號輸入、6路開關量輸入,并具有1路RS232、2路CAN總線通訊接口。力士樂可提供從RC2－2至RC12－18系列控制器,根據(jù)輸入、輸出接口的不同配置,形成從小型到大型全系列的控制器,配套企業(yè)可靈活選擇與配置。國內工程機械專用控制器主要依賴國外進口,自主開發(fā)還剛剛起步,滿足IEC6l131—3標準規(guī)范的商用控制器還沒有,工程機械專用控制器是制約工程機械控制技術的重要瓶頸。10.2.5CAN<ControllerAreaNetwork>屬于總線式串行通訊網(wǎng)絡,最初被設計作為汽車中的微控制器通訊,在車載電子控制裝置各ECU之間交換信息,形成汽車電子控制網(wǎng)絡。與一般現(xiàn)場總線相比,具有突出的實時性、可靠性與靈活性。隨著挖掘機電子控制技術的發(fā)展,控制器的普遍采用,電噴發(fā)動機的推廣,CAN總線也在逐步得到應用。當今國際著名的工程機械制造商都在其最新的產(chǎn)品上應用了CAN總線網(wǎng)絡,其主要應用目的有：1、與電控發(fā)動機的CAN接口交換數(shù)據(jù),實現(xiàn)節(jié)能控制與環(huán)保排放,并且可以監(jiān)控發(fā)動機的運行參數(shù)和故障信息,實現(xiàn)發(fā)動機儀表數(shù)字化。2、通過具有CAN接口的新型傳感器采集數(shù)據(jù),不僅可以減少接線,更可以避免模擬信號傳感器的干擾問題,提高數(shù)據(jù)采集的準確性和速度。3、多個控制器及顯示單元之間相互交換數(shù)據(jù),使得控制系統(tǒng)的配置和安裝都更加靈活。4、與具有CAN接口的GSM/GPS通訊裝置連接,實現(xiàn)工程車輛的遠程機群控制、故障診斷和管理功能。5、與具有CAN接口的遙控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng),實現(xiàn)工程機械的遙控操作或無人駕駛。圖10－31為日立ZX系列挖掘機CAN總線控制框圖。圖10－31ZX系列挖掘機CAN總線CAN總線的使用,使挖掘機的電子控制系統(tǒng)控制與通訊功能大大增強,智能化水平大大提高。10.3挖掘機電子控制系統(tǒng)常用傳感器現(xiàn)代挖掘機電子控制功能越來越多,控制越來越復雜,系統(tǒng)中要用到大量傳感器,本節(jié)介紹挖掘機電子控制中一些常用的傳感器。10．3．1溫度傳感器挖掘機上的溫度傳感器包括發(fā)動機冷卻液溫度、機油溫度傳感器、液壓油溫度傳感器等,這些特定用途的溫度傳感器,原理都一樣,主要是技術參數(shù)及結構、尺寸有區(qū)別。圖10－32溫度傳感器圖10－32為溫度傳感器結構圖,安裝時通過外殼螺紋旋入測溫點安裝孔中,同時搭鐵作為地線,信號線從端部單線引出。溫度傳感器內部主要感溫元件是熱敏電阻片,常使用的熱敏電阻片是負溫度系數(shù)的,即電阻值隨溫度升高而減小,如圖10－33虛線RT所示,電阻隨溫度的變化是非線性的,為此,在電路設計時,用固定電阻進行補償,如圖10－33右側電路所示,補償后,電阻隨溫度的變化特性如10－圖10－32溫度傳感器圖10－圖10－33溫度傳感器溫度－電阻特性有時,不需要儀表顯示具體溫度,只要控制點的溫度不要超過某一限值即可,此時,可采用溫度報警開關。圖10－34為溫度報警開關結構圖。開關結構熱敏元件開關結構熱敏元件圖10－34溫度報警開關溫度報警開關利用了臘隨溫度高低膨脹的特點,溫度到達報警溫度時,臘膨脹,活塞受壓上升,使開關活動觸點與固定觸點連通,儀表電路檢測到開關接通后,通過報警燈或報警蜂鳴器進行報警提示。10．3．2壓力傳感器挖掘機上使用的壓力傳感器很多,主要有機油壓力傳感器,發(fā)動機進氣壓力傳感器,液壓泵壓力傳感器,機油壓力報警開關等,此外,空濾報警開關,油濾堵塞報警開關也屬于壓力傳感器。10．3．2．1機油壓力傳感器發(fā)動機要正常工作,良好的潤滑至關重要,潤滑油路必須維持一定壓力,機油壓力較低,一般小于1Mpa,低于0.08Mpa時應報警。當采用儀表顯示時,用壓力傳感器,不用儀表顯示機油壓力時,只選用壓力報警開關即可。有的機器,采用帶報警開關的壓力傳感器,既顯示機油壓力,又同時報警。圖10－35為普通機油壓力傳感器,壓力油從接頭流入傳感器,壓力變化時,通過內部機構使滑動電阻線圈上滑片移動,通過滑片引出端測出的電阻值即發(fā)生變化,電阻和壓力成線性變化,電阻輸入儀表,即可顯示機油壓力值。內部結構外形內部結構外形圖10－35機油壓力傳感器滑動電阻線圈普通機油壓力傳感器結構復雜,滑動電阻線圈易損壞,壽命短,現(xiàn)在部分廠家將滑動電阻線圈改為厚膜滑動電阻,可靠性大大提高。；另外,由于機油壓力主要是太低影響發(fā)動機工作,目前有采用機油壓力報警開關取代機油壓力傳感器的趨勢。圖10－36為機油壓力報警開關的結構及原理圖。結構原理結構原理圖10－36壓力報警開關10．3．2．2泵壓力傳感器機油壓力傳感器壓力較低,而液壓泵壓力可達35Mpa,顯然不能用一樣的傳感器。圖10－37為挖掘機液壓泵上用的半導體壓力傳感器外形及原理圖,利用了半導體受壓后電阻發(fā)生變化的原理,傳感器輸出為電壓信號。結構原理結構原理圖10－37液壓泵壓力傳感器10．3．2．3空濾報警開關圖10－38為空濾報警開關,屬于負壓報警型式,當空濾堵塞時,空濾濾網(wǎng)內的空氣壓力低于大氣壓,開關觸點接通,電路報警。10－38空濾壓力報警開關10．3．3燃油傳感器a擺桿式b直桿式圖10－39燃油傳感器a擺桿式b直桿式圖10－39燃油傳感器擺桿式燃油傳感器,浮子隨油位變化時,滑線電阻阻值相應變化,電阻信號通過儀表處理顯示油量。目前滑線電阻逐步被厚膜電阻取代。直桿式由浮子、磁鋼組件、干簧管、電阻絲組成,浮子隨油位變化時,磁鋼吸合電阻絲上相應位置干簧管,輸出對應阻值,輸出電阻通過儀表處理顯示油量。10．3．4轉速傳感器挖掘機上轉速傳感器主要用于測量發(fā)動機轉速,常采用磁感應式轉速傳感器,圖10－40為磁感應式轉速傳感器結構及安裝方式圖。圖10－40轉速傳感器磁感應式轉速傳感器主要由外殼、感應線圈、永磁體極軸等組成。傳感器安裝于發(fā)動機飛輪殼上,其極軸與飛輪齒圈齒頂約1mm圖10－40轉速傳感器轉速傳感器還有其他型式,如霍爾式轉速傳感器,輸出脈沖信號,通過軟件計算脈沖與轉數(shù)的關系得出轉速。10.4挖掘機電子控制系統(tǒng)的設計10．4．1挖掘機電氣與電子控制系統(tǒng)的要求在設計挖掘機電氣與電子控制系統(tǒng)之前,必須清楚挖掘機電氣與電子控制系統(tǒng)的詳細技術要求,這些要求包括：1．滿足挖掘機整車安全可靠運行的要求電氣與電子控制系統(tǒng)對挖掘機安全可靠的運行發(fā)揮著重要作用,電氣與電子控制系統(tǒng)必須對影響整車安全可靠運行關鍵參數(shù)進行監(jiān)測、監(jiān)控,并通過電子監(jiān)控系統(tǒng)讓操作人員清楚整車運行狀態(tài)是否正常；并且電氣與電子控制系統(tǒng)本身必須性能可靠,才能保證整車安全可靠的運行；2．滿足挖掘機整車各項控制功能的要求現(xiàn)代挖掘機控制系統(tǒng)越來越復雜,許多功能都是通過電控系統(tǒng)實現(xiàn)的,如發(fā)動機的功率模式控制,液壓泵功率調節(jié),行走速度的控制等,另外,挖掘機整車還需要配備完備的電器附件,如車燈、雨刮器等,電氣系統(tǒng)的設計必須滿足這些功能要求；3．滿足操作舒適性要求操作舒適性要求一方面要求電器系統(tǒng)人機操作界面友好,易于識別,操作方便；另一方面要保障操作人員身心舒暢,如配備空調系統(tǒng),音響系統(tǒng),給操作人員創(chuàng)造舒適的操作環(huán)境,提高工作效率；4．滿足人機工程學的要求挖掘機電氣與電子控制系統(tǒng)許多部件安裝在司機室中,其安裝、布局必須與司機室內其他部件有機結合,使司機室內整體布局美觀、協(xié)調,電氣與電子控制系統(tǒng)人機工程設計的優(yōu)劣,是評價系統(tǒng)設計水平重要方面；5．電磁兼容性要求電磁兼容性是指設備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中任何事物構成不能承受的電磁騷擾的能力。電磁兼容性設計已經(jīng)是汽車電氣設計的強制性要求,工程機械電氣的電磁兼容性也越來越受到重視,電磁兼容性設計一方面是保證電氣與電子控制系統(tǒng)可靠工作的要求,也是環(huán)境保護的要求。10．4．2挖掘機電氣與電子控制系統(tǒng)的設計步驟早期挖掘機電氣系統(tǒng)非常簡單,電氣系統(tǒng)通常由主機廠完成全部設計、配套、安裝,現(xiàn)代挖掘機電氣與電子控制系統(tǒng)要求越來越高,技術越來越復雜,主機廠已無法勝任全部工作,電氣與電子控制系統(tǒng)的控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)大多通過專業(yè)配套企業(yè)設計、制造,為主機廠配套。這種配套模式不是意味著主機廠不需要進行電氣系統(tǒng)設計了,不需要電器工程師了,而是電器工程師的工作方式和內容發(fā)生了變化,主機廠電器工程師對整車電氣與電子控制系統(tǒng)的性能仍然起著關鍵作用,在這種新的模式下,挖掘機電氣與電子控制系統(tǒng)的設計應按以下步驟進行：1.制定整車電氣與電子控制系統(tǒng)的功能與要求,確定系統(tǒng)方案發(fā)動機電氣系統(tǒng)和挖掘機電氣與電子控制系統(tǒng)有那些要求,需要什么功能,只有主機廠自己清楚,必須由主機廠電器工程師確定,在確定過程中,可與預定配套廠技術人員討論、協(xié)商,共同確定,擬定系統(tǒng)方案。這些要求包括：整車控制方案總體要求,整車控制方案總體要求,包括如系統(tǒng)的先進性要求,是否采用帶電腦控制器的功率模式控制系統(tǒng),是否需要GPS,發(fā)動機是否采用電子油門控制,采用何種型式的監(jiān)控器等；發(fā)動機對電氣系統(tǒng)的要求發(fā)動機電氣系統(tǒng)是挖掘機電氣與電子控制系統(tǒng)中最重要的部分之一,對發(fā)動機的安全、可靠、高效運行起著重要的作用。發(fā)動機出廠時,其自身必須配備的電器如起動電機、發(fā)電機均已配置,有的發(fā)動機還配備了部分傳感器,如水溫傳感器、機油壓力傳感器,對于電噴發(fā)動機,電器配備更加完善。在確定發(fā)動機電器控制系統(tǒng)方案時,一定要