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【轴套厂家】剖析工程机械电子节能控制技术现状

2019-04-23 10:08:08

本文轴套厂家进行了研究分析,内容主要是当期工程机械在作业性能、操作舒适性以及控制能耗等方面有着极为严格的要求。虽然当前我国工程机械借助控制系统可以实现对局部优化节能的有效控制,但是在整体节能效果以及作业效率方面与世界先进水平还存在有一定的差距。将电子节能控制技术结合电喷发动发动机控制应用在工程机械中,在工程机械节能方面有着十分重要的作用和意义。

1.工程机械电子节能
 
(1)电子节能的含义
 
工程机械电子节能主要是指在工程机械运行过程中,传递和转化的能量所做有用功,主要为提高机械施工的有效输出功率。工程机械施工过程中,想要实现对输出功率的提高,可以从两个方面出发分析考虑,一方面是提高功率传输的有效性,另一方面是提高不同功率配合的有效性。从广义角度出发,节能概念涉及工作效率、动态匹配以及功率流之间作业效率、配合等方面内容。
 
(2)电子节能控制系统的建立
 
在工程机械施工过程中,为了提高工程机械电子节能控制系统建立的有效性,就需要结合整个工程机械运行系统展开分析研究,实现工程机械施工节能目标。工程机械电子节能控制系统的建立,以节能指标作为普遍观察利用的指标,通过节能指标,能够综合分析比较工程机械节能水平,提高节能目标建立的科学合理性。
 
轴套厂家以大型铣刨机为例,发动机功率主要分配在铣刨作业、行走以及其他辅助功能,其中铣刨作业消耗功率多,其动力传输线路如图1所示。由图1可知,铣刨机的电气控制系统包含发动机部分的控制、行走泵及行走马达控制、铣刨鼓控制、洒水系统控制、转向系统控制、输料带控制、辅助工作机构控制等。
 
实现大型铣刨机有效节能,就是要在提高不同功率配合的有效性上下功夫,实现行走消耗功率和铣刨作业消耗功率自分配,同时结合发动机独立散热功能,完成工作效率、动态匹配以及功率流之间作业效率、配合等方面内容。
 
2.工程机械功率流控制
 
传统工程机械节能控制技术可以取得一定的节能效果,但是还需要进一步改进和提高,从能量转换角度而言,在工程机械作业展开作业时,实际上时不同能量形式的有效转化,之后进行传递和输出。因此,想要研究节能,就需要做好对功率流的分析。
 
部分工程机械以柴油机为原动机,其动力完全依靠柴油化学能,之后将其转变为机械能,借助转矩传递至传动系统,实现对能量的转化。柴油机中的节能方式有2种,一种是电控喷油技术,一种是全程调速技术。这2种技术都可以提高柴油机工作效率,降低柴油消耗,之后完成化学能向机械能的转化,转化为动能和电能。

柴油机与液压泵之间属于能量供应方以及需求方,轴套厂家为了实现对供需关系的改善,选择转速感应控制以及功率极限载荷控制等方式,将2种节能方式联合在一起实现对能耗和动力特性的优化和改善。为了实现对供需关系的有效匹配,往往会选择符合传感控制以及负流量控制等方式。这些传统的控制技术只能实现对局部能耗的有效控制,在整机作业系统节能方面很难取得理想的控制效果。
 
轴套厂家以大型铣刨机为例,其控制系统包含功率自分配功能模块。当发动机在全负荷状态下工作时,系统实时检测发动机转速的变化。如果发动机的转速小于给定的目标转速,将降低行走泵的排量,使机器的行走速度降低,从而将分配出来的这一部分行走功率用于铣刨作业。如果发动机的转速大于给定的目标转速,将增加行走泵的排量,使机器的行走速度加快,终使发动机在设定的状态下工作,保证发动机的额定功率能够被充分利用。然而,当发动机在小负荷工作时,就算此时把行走泵的排量加到较大,发动机也无法在额定功率下运行,为此可通过调节发动机油门的开度进而调节发动机的较大输出功率,以达到节能的目的。图2是行走变量泵控制策略示意图。
 
当铣刨机处于手动状态时,先将发动机油门置于较大位置,再调节行走手柄,控制器根据行走手柄所给电压大小来调节所输出的电流,进而控制变量泵的排量。
 
自动状态时,作业一开始,系统自动将发动机油门置于较大位置,由控制器根据发动机转速的变化提供0~I范围内的控制电流;自动状态输出电流的大小取决于发动机的转速,即外负荷大小。
 
当转速n小于设定转速ne时,控制器减小输出的电流I,降低行走泵的排量,使车辆的作业速度降低;反之,则增加行走泵的排量,如果这个过程能使发动机在额定工况下工作,油门的位置将固定不变;如果此时发动机的功率还有剩余,要适当减小油门开度,使发动机在设定的转速下工作。
 
对于大型铣刨机而言,发动机较大功率区间的转速在1900~2100r/min,发动机能够较大限度的发挥工作能力。考虑铣刨机负载变化较大,为了防止柴油机因负载太大而熄火,应让柴油机工作在距离较大扭矩点1400r/min一段距离的转速区域。
 
在实际工作中,由于铣刨工况的复杂性,铣刨机可能遇到一些突然的大负荷,发动机转速急速下降可能造成柴油机熄火,因此,需要设定一个转速n3,在发动机降到该点时,采取紧急措施,直接将行走速度设为零。
 
发动机转速与扭矩和功率关系曲线如图4所示。从发动机扭矩曲线可以看到,发动机较大扭矩点位于1400r/min左右。若将n3设为1400r/min,因发动机来不及反映会导致熄火,为此可将n3设为离1400r/min一段距离。此时当外扭矩越过n3时,发动机继续掉速以应对,并将行走速度降为零,可保护发动机免于熄火。
 
当发动机转速小于1900r/min时,控制器将输出的电流值减少,使行走驱动泵斜盘角减小,进而降低行走速度,直到发动机的转速值重新回到1900r/min以上;在突遇大负载导致发动机转速急剧下降到1550r/min时,行走泵斜盘返回中位,车辆停止行走;工作时若负荷很小,且发动机的转速高于2100r/min时,则控制器将输出电流增大,控制行走驱动泵斜盘增大,从而提高行走的速度;当柴油机转速位于1900~2100r/min区间内时,则维持当前的线圈控制电流不变。

3.工程机械电子节能控制技术
 
(1)全电控功率控制系统
 
我国当前大力提倡环保、节能理念,为了更好地促进我国社会经济的可持续发展,就需要针对节能技术展开深入的研究分析。全电控传动系统主要组成部分有电比例液压泵、柴油机、液压马达以及控制阀。随着当前硬件的通用化水平不断提高,控制系统向着智能化方向发展趋势明显,借助软件系统,能够显著提高控制参数的准确性,实现对机械运转过程的在线调节。
 
(2)节能分布式控制技术
 
在进行全电控液压控制系统的构建时,首先要构建全电控功率系统,之后建立信息传输控制系统,实现对液压系统中压力信息的有效传输,促进节能控制系统的可持续发展。结合实际操作技术条件,当前机械工程中的器械很难满足压力信息处理方面的需求,只有开发出特定液压泵控制设备,才能在较短时间内实现对信息数据的处理,实现构建总线控制分布式体系目的。操作人员只需要借助相关的指令,就可以实现对液压阀控制设备数据信息的接收。
 
在下达操作指令时,可以按照以下几个步骤进行:首先,做好对液压阀的监控;其次,将显示数据传递至总线,总线在控制指令下实现对设备传达信息的接收;应用分布式控制系统。通过这种方式,可以使监控信息速度以及信息处理速度具有显著的提高,更好地满足节能分布式控制技术要求,实现节能。执行系统通过总线分布控制,可将发动机耗油量等参数完整、及时地传递至统计系统,提升信息处理效率和速度,实现节约能耗。

(3)电子功率控制节能系统
 
对于电子功率控制节能系统,节能指标可以按照有效功率与油耗的比值计算,结合作业效率、传统节能控制以及公共作业几个方面的内容,可以该比值实现对节能效果的比较和评价。节能控制目标有3个方面内容,分别为作业效率目标、传统作业目标、协调目标。综上所述,想要实现节能电子控制系统目标,就需要对传统的电子控制系统中存在的不足和缺陷进行优化完善,突破传统控制有效途径,构建全电控功率系统以及分布式总线控制系统。轴套厂家认为基于总线分布控制执行,才能更好的实现对传统电子控制系统的发展和完善,为工程机械电子节能控制技术的发展打下良好的基础,实现对现代工业机械节能技术发展的引导和促进。
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