挖掘機電氣控制系統(tǒng)

1、挖掘機電氣控制系統(tǒng)本篇將以SY2XXC5挖掘機為例講述挖掘機的電氣系統(tǒng)基本原理、基本構造、操作說明、故障分析。一、概述機電一體化是液壓挖掘機的主要發(fā)展方向，其最終目的是機器人化，實現(xiàn)全自動運轉，這 是挖掘機技術的又一次飛躍。作為項目機械主導產品的液壓挖掘機，在近幾十年的研究和發(fā)展 中，已逐漸完善，其工作裝置、主要結構件和液壓系統(tǒng)已基本定型。人們對液壓挖掘機的研究， 逐步向機電液控制系統(tǒng)方向轉移?？刂品绞讲粩嘧兏?，使挖掘機由簡單的杠桿操縱發(fā)展到液壓操 縱、氣壓操縱、電氣操縱、液壓伺服操縱、無線電遙控、電液比例操縱和計算機直接控制。所 以，對挖掘機機電一體化的研究，主要是集中在液壓挖掘機的控制系統(tǒng)

2、上。液壓挖掘機電氣控制系統(tǒng)主要是對發(fā)動機、液壓泵、多路換向閥和執(zhí)行元件液壓缸、液壓馬達）的一些溫度、壓力、速度、開關量的檢測并將有關檢測數(shù)據輸入給挖掘機的專用控制器 EC-7， EC-7 控制器綜合各種測量值、設定值和操作信號發(fā)出相關控制信息，對發(fā)動機、液壓 泵、液壓控制閥和整機進行控制。一）電氣控制系統(tǒng)具有以下功能：1：控制功能： 負責對發(fā)動機、液壓泵、液壓控制閥和整機的復合控制。2：檢測和保護功能： 通過一系列的傳感器、油壓開關、蜂鳴器、熔斷器和觸摸屏等對挖 機的發(fā)動機、液壓系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)和工作狀態(tài)進行檢測和保護。3：照明功能： 主要有司機室?guī)麩簟⒐ぷ餮b置作業(yè)燈及檢修燈。4：其它功能： 主

3、要有刮雨器、噴水器、空調器和收放音機等。三）系統(tǒng)組成及原理SY2XXC5挖掘機電氣系統(tǒng)由電源部分、啟動部分、照明部分、電氣操縱機構、空氣調節(jié)裝 置、音響設備、節(jié)能控制及故障診斷報警系統(tǒng)等組成。2.1 電源部分系統(tǒng)電源為直流 24V電壓供電、負極搭鐵方式；采用 2節(jié)12V 120AH蓄電池串聯(lián)作發(fā)動機 啟動電源，由帶內置硅整流和電壓調節(jié)裝置的交流發(fā)電機充電，以維持蓄電池電量和穩(wěn)定系統(tǒng)電 壓；蓄電池輸出端裝設電源繼電器，由鑰匙開關控制，以增加電源系統(tǒng)的安全性。1）蓄電池：采用12V 120AH免維護型蓄電池，2組串聯(lián)。2) 發(fā)電機： 27V 35A 交流發(fā)電機，由發(fā)動機自帶，內置硅整流電路及電壓調

4、節(jié)器，帶有頻率輸出。D+為中性點電壓輸出端子，B+為電源輸出端子，E為接地端子。D+端子接充電報警燈,在啟動初狀態(tài)，當發(fā)電機電壓尚未建立時D+端電壓為0V,充電報警燈亮，蓄電池正電源通過報警燈燈絲流向 D+ 端作為發(fā)電機的勵磁電流，使發(fā)電機迅速建立起電壓并進入發(fā)電工作狀態(tài)。發(fā) 電機進入發(fā)電狀態(tài)后，D+端電壓達24V,充電報警燈熄滅。3> 電源繼電器：裝于電瓶的正極控制總電源，由鑰匙開關控制，以增加電源系統(tǒng)的安全性。a) 接通：把鑰匙開關打到“接通”位置以啟動電路系統(tǒng)，此時電源繼電器接通，系統(tǒng)得 電。在啟動發(fā)動機之時，鑰匙開關必須是接通的。b) 斷開：把鑰匙開關打到“斷開”位置，電源繼電器

5、斷電，以切斷電路系統(tǒng)。維修電路系統(tǒng)和機器的其它部件時，請把鑰匙開關打到“斷開”位置或拔掉鑰匙開關以切 斷蓄電池電路。2.2 啟動部分2.2.1 啟動設備1) 啟動電機： 24V 4KW起動電機三個接線柱的作用和連接如下：a) 50 接線柱接啟動開關。b) 31 接線柱為負極搭鐵。c) 30 接線柱可接車上的用電器的正極。2) 鑰匙開關：用于啟動發(fā)動機。3) 轉速傳感器：用于檢測啟動過程中發(fā)動機轉速。4) 液壓操縱：液壓操縱桿在“鎖住”位置，發(fā)動機才能啟動。2.2.2 挖掘機啟動保護原理及實現(xiàn)過程SY2XXC5挖掘機由EC-7來控制起動馬達，并通過程序設置實現(xiàn)保護。柴油機起動前，鑰匙開關先打到“

6、通電”檔時，由 EC-7 控制器檢測各傳感器及相關開關輸入信號，檢測此時冷卻液 溫度是否低于 3C,若是，則接通預熱繼電器，直到冷卻液溫度高于此值時斷開，同時驅動油門 機構向油門高位走一行程，以保證油門打開。鑰匙開關打到“啟動”檔后，EC-7 控制器檢測到“柴油機啟動信號”的輸入，同時判斷“液壓操縱稈”信號是否為閉合，若閉合，再判斷此時轉 速是否低于 650r/m，若是，則接通啟動繼電器，直到轉速高于650r/m，則斷開啟動繼電器，起2.3 照明部分為了保證夜間行車或作業(yè)安全，提高工作效率，外部照明旋轉臺工作燈、動臂工作燈均采 用大功率工作燈，內部照明為駕駛室?guī)麩簦|摸屏具有光控與溫控電路，在

7、光線陰暗時自動打開 背光，照明液晶屏，在不同的溫度下，自動調節(jié)液晶屏的灰度，以達到最佳的視覺效果。2.4 電氣操縱機構包括各啟動開關、斷路開關、繼電器等電氣控制機構。2.5 空氣調節(jié)裝置為了營造一個舒適的工作環(huán)境，本機采用項目機械專用項目空調，能實現(xiàn)制冷與制暖、風 量以及溫度調節(jié)。2.6 音響設備采用國際先進的挖掘機專用收音機( 以實物為準 ，配以大功率放音喇叭，能獲得震撼的收音效果。2.7 故障診斷報警裝置故障診斷報警裝置對挖掘機的運行狀態(tài)進行監(jiān)視， 一旦發(fā)生異常能及時報警，并指出故障 部位，從而可及早清除事故隱患，減少維修時間，降低保養(yǎng)和維護費用，改善作業(yè)環(huán)境，提高作 業(yè)效率。其硬件主要由

8、 EC-7 控制器和顯示器為系統(tǒng)核心，輔以其他檢測和保護控制元件，實現(xiàn) 對控制對象的各種監(jiān)測目的，它有如下特點：1)觸摸屏面板能防水、防塵，整個裝置抗干擾能力強，并能防震。2)能對機器的運行情況進行連續(xù)監(jiān)測，并根據要求進行報警。3) 裝置在硬件上具有光控電路，在光線陰暗時自動打開背光，照明液晶屏，在不同溫度下，自動調節(jié)液晶屏的灰度，以達到最佳視覺效果。4) 裝置具有工作小時總計，系統(tǒng)時間顯示且能對其進行調整，使其與當?shù)貢r間一致。5) 可以對液晶屏進行翻屏操作，可查閱采集的各路參數(shù)的具體數(shù)值或者各開關量的正常與否。6) 工作后每次只選一個工作模式，選定一個新的工作模式之后，原工作模式自動消除。每

9、次重新啟動挖掘機后，功率模式重新回到S標準)模式。7) 每次重新接通并啟動挖掘機后，行駛高低速選擇開關處于低速狀態(tài)，只有當按下 開關后才依次在高速與低速之間轉換。每次重新啟動挖掘機后，自動怠速開關處于自動怠速有效模式，只有按下自動怠速開關，自動怠速功能才能取消。9)本裝置自動查找故障，根據測得的故障參數(shù)找出發(fā)生故障的部位，并能查詢某個故障發(fā)生的時間及某個時間內所發(fā)生的故障名稱。.自動怠速酬機油壓力曾發(fā)如速 ：“油門位置什”前泵主壓力 .”蘇主壓力 .:前泵貞圧力 :N爺泵壓力 .n前泵比制閥電流:霹比廊贏7背勵 一九沁秩*.四個電能陶 .油門捷制宵號 .圖1故障診斷報警系統(tǒng)結構圖本監(jiān)控報警系統(tǒng)

10、各功能顯示方式、采集信號具體情況列表如下:顯示類別輸入或輸出信-號方式燃油箱油位表油量傳感器模擬量發(fā)動機冷卻液溫度表水溫傳感器模擬量指示儀表方式實時機油壓力表油壓傳感器模擬量監(jiān)測油門旋鈕油門旋鈕模擬量五個壓力傳感器壓力傳感器模擬量EC-7控制器采集到的所有開關量機油壓力不足油壓傳感器模擬量液晶顯示報警菜單發(fā)動機冷卻液過熱水溫傳感器模擬量空氣濾清器阻塞壓力繼電器開關量油門旋鈕故障油門旋鈕模擬量燃油油量不足油量傳感器模擬量SD hLo015：3O：41|>FHjr! AC ©1%/E ©*/L4冷卻水溫燃油油位機油壓力.1顯示屏界面如下:三i重機股份有限公可護晦題If臨銚

11、o導ca前泵主壓力o冇02后泵主壓力o呂口勺前泵負壓力o罵o迂后泵負壓力o牙”背壓力o u j油門旋鈕O K jcan機袖壓力o u|M7燃油袖位ocan冷卻液溫度O fi|7"前泵比例閥a o j703后泵比例閥a |丄08發(fā)動機轉速返回模擬狀JS$fiAI狀態(tài)輸出 狀態(tài)界面6:丄丄柴袖機啟動丄DE液壓油位界面1王畫面工作狀態(tài)監(jiān)測表丄3柴油機熄火 1U3空濾器堵塞 206大:臂提升.207丈臂下降 no宏小臂SP載 203小臂挖掘 £04鏟斗卸載 205鏟斗挖掘丄O守先導開關 ZO乎二次升壓 10歸由水分離丄"機油袖位 2cm行走屋力繼電器 zcn回轉右模擬輸入

12、輸出 狀態(tài)狀態(tài)狀態(tài)界面3:輸入點狀態(tài)1召0丄啟動繼電器召0日熄火堆電器 607 M力補償| 608液壓先導 £0鄉(xiāng)高逮行駛五丄CJ回轉制動O Hz61頻率池門信號生4 UUn返回界面5:輸出點狀態(tài)2.8 電子節(jié)能控制裝置本系統(tǒng)由 EC-7 控制器、顯示器、油門控制單元以及一些必要的模擬量、開關量傳感器、模 式電磁閥組、開關閥等組成。通過對發(fā)動機和液壓泵系統(tǒng)進行綜合控制，使二者達到最佳匹配， 以達到明顯的節(jié)能效果。該裝置主要實現(xiàn)四種工作模式的選擇，自動怠速功能、過熱保護及柴油 機轉速控制等功能。各種控制指令包括觸摸屏控制指令）和檢測信號以開關量或模擬量形式進入 EC-7 控制器后， E

13、C-7 控制器根據要求輸出控制信號給受控元件，達到控制的目的。另外將各 種信號以通信的方式送入觸摸屏。通過觸摸屏實現(xiàn)相關控制的操作、實時顯示和報警信息提示。2.8.1 四種工作模式控制挖掘機配備工作模式控制系統(tǒng)，可以使操作者根據作業(yè)工況不同，選擇適合的作業(yè)模式，使發(fā)動機輸出最合理的動力。 SY2XXC5挖掘機有四種作業(yè)模式可供選擇，模式的選擇通過顯示屏 上的“模式”選擇按鈕實現(xiàn)。挖掘機工作后每次只選一個工作模式，選定一個新的工作模式后， 原工作模式自動消除。H 模式：即重負荷挖掘模式，發(fā)動機油門處于最大供油位置，發(fā)動機以全功率投入工作；S 模式：即標準作業(yè)模式，液壓泵輸入功率的總和約為發(fā)動機最

14、大功率的90%；L 模式：即普通作業(yè)模式，液壓泵輸入功率的總和約為發(fā)動機最大功率的80%。70%，適合于挖掘B 模式：即輕載作業(yè)模式，液壓泵輸入總功率約為發(fā)動機最大功率的機的平整作業(yè)或破碎模式。2.8.2 功率優(yōu)化系統(tǒng)該功率優(yōu)化系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，工作中它能根據發(fā)動機負荷的變化，自動調節(jié)液壓泵所吸 收的功率，使液壓泵的功率始終與發(fā)動機的功率相匹配，EC-7 控制器即對發(fā)動機采取分段功率控制，不再追求完全用足發(fā)動機功率，而是根據具體的工作狀況設定發(fā)動機的工作能力，減輕發(fā) 動機的工作強度，使發(fā)動機穩(wěn)定地運行在經濟工況點上。圖2功率優(yōu)化系統(tǒng)原理圖該系統(tǒng)由恒功率泵、模式閥組功率閥）、發(fā)動機轉速傳感器、油

15、門位置傳感器、EC-7控制器、觸摸屏及 5個壓力傳感器組成。發(fā)動機轉速傳感器為電磁感應式，他固定在飛輪殼的上 方，用以檢測發(fā)動機的實際轉速。油門位置傳感器為電阻感應式，他固定在油門機構轉盤上，用 以檢測油門的實際位置。通過5個壓力傳感器測得的工裝實時負荷大小，由EC-7控制器程序計算液壓泵的需求功率，從而自動調節(jié)功率閥電流，實現(xiàn)液壓泵的功率調節(jié)，使液壓系統(tǒng)充分吸收 柴油機發(fā)出的功率，又不會使柴油機熄火，充分發(fā)揮挖掘機的工作能力。283 柴油機轉速控制原理本系統(tǒng)采用EC-7控制器，油門控制器作為控制單元，油門機構作為執(zhí)行機構控制柴油機油 門的開度。升速時，由EC-7控制器給出步進脈沖信號，驅動油

16、門機構正轉，柴油機油門開度加大，柴 油機轉速上升，同時油門位置參數(shù)減少，達到設定的油門位置后，升速信號停止，進入轉速自動 調節(jié)階段。油門位置信號由安裝在油門機構上的油門位置傳感器獲得，EC-7控制器通過模擬通道采集此信號，并送入 EC-7控制器內部寄存器處理，EC-7控制器根據實際油門位置與設定油門位置的差值，進行處理運算后，輸出相應數(shù)量的脈沖，控制步進電機運行，從而實現(xiàn)對柴油機轉速的自 動控制及自動調節(jié)。降速時，EC-7控制器給出步進脈沖和步進方向信號，轉速自動調節(jié)斷開，油門機構反轉， 油門開度減少，柴油機轉速下降，達到怠速狀態(tài)時，EC-7控制器給出停止信號，油門機構停止運行，柴油機在怠速狀

17、態(tài)運行。圖3柴油機閉環(huán)控制原理框圖當挖掘機在低怠速下工作1300rpm以下），油門調速機構能自動將發(fā)動機轉速提升到1300rpm，以避免因發(fā)動機輸出功率不足引起的懣車熄火現(xiàn)象。為了防止柴油機轉速超過允許的最高工作速度，以免造成設備的損壞，對柴油機的轉速進 行限幅。在柴油機升速和降速調節(jié)過程中，油門機構的油門位置信號反饋回EC-7控制器，由EC-7控制器進行分析，步進電機正轉，油門位置傳感器參數(shù)減??；步進電機反轉，油門位置傳 感器參數(shù)增加，EC-7控制器自動分析柴油機正常運行時的步進電機正轉步數(shù)，并進行運算處理 得出步進電機允許正轉的最高步數(shù)，當因為意外原因引起柴油機轉速向最高轉速上升時，到達異

18、 常油門位置區(qū)，EC-7控制器能自動封鎖步進電機，以保證柴油機不會超過所允許的最高轉速。284自動怠速系統(tǒng)SY2XXC5挖掘機具有自動怠速裝置，當操縱桿回中位達5秒后，發(fā)動機自動進入低速運轉，從而可減小液壓系統(tǒng)的空流損失和發(fā)動機的磨損，起到節(jié)能和降低噪聲的作用。當扳動操縱 桿重新作業(yè)時，發(fā)動機自動恢復到原來的轉速狀態(tài)。2.8.5 過熱保護控制當冷卻水達到一定溫度時，EC-7控制器控制工作模式自動降低一檔，即從H模式降至S模式再至L模式、B模式。當冷卻水溫過熱達到二極報警冷卻液溫度超過103度）時，柴油機自動進入自動怠速工作狀態(tài) 轉速下降），直至冷卻液溫度降至正常溫度為止。三：SY 2XXC5空

19、機電氣操作說明書3.1開機起動前：柴油機起動前，鑰匙開關先打到“運行”檔，發(fā)動機第一次沒有順利啟 動，請稍等15秒鐘后再啟動，連續(xù)三次啟動不成功需等待2分鐘后再啟動。如每次停機后都存在此故障，請與我們的服務項目師聯(lián)系。柴油機起動后：挖機還沒有操作啟動時，此時柴油機在950轉左右運轉；當?shù)谝淮尾倏v啟動，則直接進入默認值：模式工作為S;以后每次操縱重新啟動時，系統(tǒng)模式工作回到So在觸摸屏上設置一個“模式”按鈕，當按住觸摸屏上的模式選擇按鈕時，在觸摸屏上以“S”、“H”、“ L”、“B”、“S”的順序顯示，同時速度檔位相應的上升一檔由B-L -S- H )，而由H-L時速度檔位是下降 3檔。松開按鈕

20、時，顯示定格，同時該模式生效。3.2系統(tǒng)功能三一重機股份有限公司S0 hLOi0±5:30:41H ®FHJrll拎卻水溫燃油油位機油壓力1曽1模式速度&功能復位自動怠速自動怠速有效，即在觸摸屏上提示為“自動怠速”。當系統(tǒng)液壓操縱桿回中位時間超過5秒后。EC-7控制器自動減少發(fā)動機油門開度，使發(fā)動機在1350轉運轉，當扳動操縱桿重新作業(yè)時，EC-7控制器立即控制發(fā)動機，使它迅速恢復到設定的工作速度?；蛲ㄟ^右手柄中間的按鈕 可由高速降到1350轉或由1350轉上升到顯示的檔位速度。起到節(jié)能和降低噪聲的作用。怠速取消當不使用自動怠速功能時，在觸摸屏上按下“自動怠速”按鈕

21、將取消怠速，同時觸摸屏提 示“取消怠速”信息。雨刮器開關1) 按下開關右側以接通雨刮。按下開關左側以斷開雨刮器。2) 如果開關在“接通”位置而雨刮不動，應立即切斷開關。檢查原因。如果開關一 直開著，會損壞雨刮電機。噴水器開關3) 按下并壓住開關右側以啟動前洗滌器。按下開關時，洗滌液會從噴嘴噴出。當放 松開關后，洗滌器便會停止。4）如果洗滌器連續(xù)使用超過20秒，或使用中沒有洗滌液噴出時，應立即切斷開關，否則會導致電機損壞。325工作燈開關按下工作燈開關右側，則動臂左、右工作燈與旋轉臺工作燈亮，按下開關左側以斷開工作 燈。發(fā)動機油門控制盤可通過調節(jié)該發(fā)動機油門控制盤改變油門位置的大小，從而改變發(fā)動

22、機的轉速。速度檔位對應設定的柴油機轉速如下表：速度檔位柴油機轉速 轉/分）速度檔位柴油機轉速 轉/分）110007170021150818003125091900413501020005150011210061600模式選擇本系統(tǒng)實現(xiàn)四種工作模式的控制，及重負荷作業(yè)模式H模式），標準作業(yè)模式 S模式），普通作業(yè)模式L模式），破碎作業(yè)模式B模式）。H模式時，發(fā)動機油門處于最大供油位置，發(fā)動機以全功率投入工作；S模式時，液壓泵輸入功率的總和約為發(fā)動機最大功率的90%L模式時，液壓泵輸入功率的總和約為發(fā)動機最大功率的80%B模式，液壓泵輸入功率的總和約為發(fā)動機最大功率的70%工作后每次只選一個工作模

23、式，選定一個新的工作模式后，原工作模式自動消除。工作模 式的選擇由觸摸屏上的“模式”按鈕控制。行駛速度選擇控制“高速”或“低速”行駛速度選擇。每次啟動挖掘機時，系統(tǒng)處于低速狀態(tài)提示“低 速”。按下 “低速“按鈕系統(tǒng)進入高速提示“高速”。行駛速度的選擇由觸摸屏控制。二次升壓補償當液壓系統(tǒng)壓力過小，發(fā)動機工作在1400轉以上時，在右操縱手柄上按下“升壓按鈕”，觸摸屏上將提示“壓力補償5秒”，同時發(fā)動機轉速上升到2200轉/分，5秒后提示消失，發(fā)動機轉速回到原設定檔位。3210啟動鑰匙開關發(fā)動機起動開關在“接通”位置并且發(fā)動機在運轉時，以保持電路和液壓系統(tǒng) 功能。，斷開：發(fā)動機起動開關鑰匙只能在發(fā)動

24、機起動開關位于“斷開”位置時插入。同樣，發(fā)動機起動開關鑰匙也只能在發(fā)動機起動開關位于“斷開”位置時拔出。再次起動發(fā) 動機前鑰匙必須先轉至“斷開”位置。轉動鑰匙至“斷開”位置以停止發(fā)動機。維修電路系統(tǒng)或 機器的其他部件時，請把鑰匙開關打到“斷開”位置或拔掉鑰匙開關以切斷蓄電池電路。此時系 統(tǒng)只有對室內燈、檢修燈保持供電。兇1.接通：鑰匙從“斷開”到“接通”，系統(tǒng)除空調沒接通電源外觸摸屏、EC-7控制器等控制機構都上電。而在發(fā)動機啟動后，鑰匙從“接通”到“斷開”，則是 關閉發(fā)動機，請確保發(fā)動機速度在1000轉左右運轉時再關閉發(fā)動機。莊2.起動：轉動發(fā)動機起動開關鑰匙到“起動”位置,啟動電機通電運轉

25、以帶動發(fā)動機起動，此過程持續(xù)1-3秒。發(fā)動機起動后立即放松鑰匙。液壓操縱每次起動柴油機時，液壓操縱啟動桿在“鎖住”位置，使所有液壓操縱機構都不能操作； 如在“開鎖”位置，使發(fā)動機不能起動。當柴油機正常起動、發(fā)電機正常工作后，液壓操縱啟動 桿在“鎖住”位置，柴油機速度油機速度為1000轉左右。將液壓操縱啟動桿放在“開鎖”位置，則可對挖掘機進行操作，發(fā)動機速度由發(fā)動機油門控制盤決定。如沒有作模式選擇，操縱液 壓操縱機構，則直接進入默認模式<S模式）工作。以后每次操縱重新啟動時，系統(tǒng)回到操縱停止前的工作狀態(tài)。每次關機后離開駕駛室，注意將液壓操縱啟動桿放在“鎖住”位置，或關閉發(fā) 動機。充電指示燈