液壓機械系統(tǒng)的自動化設(shè)計

王 晨

（深圳市鉆通工程機械股份有限公司，廣東 深圳 518000）

液壓挖掘機主要依靠操作人員對液壓操作手柄及行走操縱桿的操作來完成挖掘工作。液壓挖掘機的操作效率與操作人員操作機器的熟練程度有很大關(guān)聯(lián)，當他們需要完成大量高強度作業(yè)時，工作精度得不到保證。因此，實現(xiàn)對液壓挖掘機操作系統(tǒng)的自動化設(shè)計，可以極大地緩解工作人員的勞動強度，并且有助于提高生產(chǎn)效率。同時，也進一步推動了現(xiàn)代控制理論及電液控制技術(shù)的發(fā)展?；诖?，該文對液壓挖掘機工作裝置的自動化設(shè)計進行了探討，希望能為相關(guān)的研究工作提供參考。

1 液壓挖掘機的液壓自動控制系統(tǒng)設(shè)計

通過對WY1.5型液壓挖掘機原液壓系統(tǒng)進行分析，我們可以了解該裝置液壓系統(tǒng)主要包括油箱、鏟斗油缸、溢流閥、散熱器、整機回轉(zhuǎn)馬達、工作裝置偏轉(zhuǎn)油缸和三聯(lián)齒輪油泵等部件，三聯(lián)齒輪油泵中用于換向分流的閥門主要有3個通道，而且這3個通道主要具有2種流量速率，其中1個流量速率為3 L/min，另外2個為8 L/min，推土鏟的供油裝置為一個齒輪泵，它的流量為3 L/min。推土鏟在不工作的狀態(tài)下，其中的高壓油直接返回到油箱中。將一個換向閥安裝在整機的回轉(zhuǎn)馬達控制閥之后，可以更好地控制和切換整機回轉(zhuǎn)馬達同工作裝置偏轉(zhuǎn)油缸之間的油路狀態(tài)。

1.1 改造液壓系統(tǒng)

為了更好地實現(xiàn)高壓油在杠桿操作系統(tǒng)和高壓電控系統(tǒng)之間的切換，可以選擇2個兩位兩通的切換閥來完成。而通過運用一個卸荷閥，可以使整個系統(tǒng)在不運轉(zhuǎn)的情況下達到回流或者卸荷的目的?？梢越柚粋€合流閥來實現(xiàn)該系統(tǒng)的雙泵合流，通過觀察原來的手動杠桿操作系統(tǒng)可以發(fā)現(xiàn)它在動臂提升的狀態(tài)下，具有一段時間的下降然后又迅速提升的現(xiàn)象，雖然動臂下降的時間較短并且幅度不大，但是仍然會導(dǎo)致較大的安全隱患。為此，可以將一個液控單向閥安裝在新的電控系統(tǒng)中。通過軟件編程可以更好地控制電磁換向閥的工作狀況，而且該系統(tǒng)的工作狀態(tài)不受操作者工作情況的影響。

1.2 選擇合適的液壓系統(tǒng)元件類型

在實際工作中我們可以對液壓系統(tǒng)中的各個元件類型進行選擇，在裝配上文的2個切換閥和卸荷閥時，可以選擇型號為3W6A-61B/CG24N9Z5L的換向閥；在裝配合流閥時，可以選擇型號為3W10A-31B/CG24N9Z5L的換向閥；對于左、右行走馬達及整機的回轉(zhuǎn)馬達可以選擇型號為4WRE6E20-10B/24NZ4/M的比例換向閥來進行裝配；此外，也可以選擇規(guī)格為4WRE10E64-10B/24Z4/M的比例換向閥來安裝斗桿油缸、動臂油缸及動臂油缸；也可以根據(jù)換向閥的流量大小及原裝置的工作壓力，來選擇溢流閥、單向節(jié)流閥及其他的液控單向閥的型號。

2 挖掘機自動控制的軟件設(shè)計

為了更好地控制和調(diào)節(jié)電控挖掘機中所有執(zhí)行機構(gòu)的工作狀態(tài)，需要對10組電磁比例閥進行有效調(diào)節(jié)。即需要6塊三位四通、電壓為24 V直流、最大電流為1.5 A的電磁比例轉(zhuǎn)向閥，需要4塊兩位兩通電壓為24 V直流、功率為30 W的電磁比例轉(zhuǎn)向閥。

2.1 移動車輛控制器接口設(shè)計

該執(zhí)行機構(gòu)包括6塊三位四通電磁比例閥，為了確保它們可以正常工作，需采用12個PWM接口來進行控制，使它們可以接受3個模擬輸入口的反饋信息。然而由于每塊比例閥在同一時間段內(nèi)只能由1個信號進行控制，所以為了確?？梢詫ν粋€比例閥的2個電磁比例線圈進行控制，可以選取1路PWM以及1路控制信號來實現(xiàn)。因此，通過這樣的組合方式，可以借助6個PWM及數(shù)字口來更好的控制挖掘機的所有工作裝置。3塊閥6路反饋信號可以與控制器的6個模擬輸入口連接，手動及電動控制切換閥有2塊，由于它們的動作具有一致性，所以可由1路控制信號與電源來控制這2塊換向閥的相關(guān)動作。移動車輛控制器中總共有12個數(shù)字口位，并且可以選擇數(shù)字輸入口7來控制小型繼電器，更好的接通或者切斷換向閥電源。由2路數(shù)字接口來控制卸荷及合流閥。PWM口可以被用作數(shù)字口，因此，可以用數(shù)字口8來控制卸荷閥，用PWM口7來控制合流閥。

2.2 挖掘機自動控制的設(shè)計和實現(xiàn)

根據(jù)相關(guān)設(shè)計要求，各個工作裝置可以借助控制器來完成相應(yīng)的動作。由于缺少反饋信號，因此可由電磁比例閥的作用時間與開度大小來控制各個工作裝置的動作。整個流程可采用主程序調(diào)用子程序的方式來完成，并且按照IEC61131的標準，每一個子程序需按照規(guī)定完成一個動作，具體的程序圖示如圖1所示。在控制工作裝置的子程序時，可以根據(jù)實際測量的數(shù)據(jù) 調(diào)整PWM口的輸出電壓，進而確保各個工作裝置中的子程序在正常工作時可以按照一定的速度來運行。為了盡可能多的降低能量損失，合流閥與卸荷閥在工作時需嚴格按照邏輯關(guān)系并且同工作裝置一起動作。此外，為了可以實現(xiàn)卸荷閥及合流閥的自動控制功能，應(yīng)在主程序中設(shè)置布爾型全局變量。

圖1 挖掘機自動控制程序圖

3 結(jié)語

采用移動車輛控制器來實現(xiàn)對液壓挖掘機操作系統(tǒng)的自動化設(shè)計具有非常重要的意義，它可以對以往采用手動操作方式來控制挖掘機系統(tǒng)的所有工作進行完善，并且通過人機對話的方式，及時更改相應(yīng)的控制參數(shù)，從而實現(xiàn)對液壓挖掘機的智能化控制，這是一個具有廣闊發(fā)展前景和較高應(yīng)用價值的自動控制系統(tǒng)。