沃爾沃挖掘機(jī)整機(jī)電控系統(tǒng)分析

王會(huì)營(yíng)

摘 要：當(dāng)前沃爾沃挖掘機(jī)應(yīng)用非常廣泛，加強(qiáng)沃爾沃挖掘機(jī)整機(jī)電控系統(tǒng)的研究，了解沃爾沃整機(jī)電控系統(tǒng)的具體功能和實(shí)現(xiàn)途徑具有非常重要的意義。本文重點(diǎn)對(duì)沃爾沃挖機(jī)電子控制單元的協(xié)調(diào)控制技術(shù)進(jìn)行分析，了解各階段操作裝置液壓泵和發(fā)動(dòng)機(jī)之間的電子控制集系統(tǒng)，以便更好地對(duì)沃爾沃挖掘機(jī)整機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行了解，以供參考。

關(guān)鍵詞：沃爾沃;整機(jī)電控系統(tǒng);挖掘機(jī);結(jié)構(gòu)

挖掘機(jī)（excavating machinery），也被叫做是挖土機(jī)，主要是通過鏟斗來進(jìn)行工作，將承機(jī)面周邊的物料挖起來，并將挖到的物料裝入到一些特定的運(yùn)輸設(shè)備當(dāng)中進(jìn)行運(yùn)輸或是卸至堆料場(chǎng)。挖掘機(jī)在工作過程中主要針對(duì)泥沙、煤以及一些土壤和巖石進(jìn)行挖掘。伴隨當(dāng)前現(xiàn)代化建設(shè)的速度逐步加快，挖掘機(jī)也得到了快速的發(fā)展，逐步成為建設(shè)工程當(dāng)中不可或缺的工程機(jī)械。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，挖掘機(jī)電氣與電子控制技術(shù)也得到了快速的發(fā)展，可以通過自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行控制，并且對(duì)挖掘機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，確保挖掘機(jī)在應(yīng)用過程中的有效工作。而且當(dāng)前挖掘機(jī)承擔(dān)的任務(wù)越來越復(fù)雜，技術(shù)發(fā)展水平越來越高，挖掘機(jī)當(dāng)中液壓系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)的控制技術(shù)也逐步開始朝智能化方向發(fā)展，只有加強(qiáng)挖掘機(jī)電子控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分析，重視學(xué)習(xí)，才能在控制時(shí)，保證電氣控制系統(tǒng)的科學(xué)性、穩(wěn)定性和高效性。

1 沃爾沃挖掘機(jī)電子控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

沃爾沃挖掘機(jī)電子控制系統(tǒng)主要可以分成5個(gè)部分，也就是車載電子控制系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)控制單元、無線電子控制單元、發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元以及儀表盤電子控制單元。

1.1 電控柴油噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)

電控柴油噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)分成三個(gè)部分，也就是執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器以及電子控制裝置。發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制裝置可以接受傳感器當(dāng)中獲得的信息，并且對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行判定，以便更好地對(duì)噴射時(shí)間和噴射量進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。

1.2 車載電子控制系統(tǒng)

車載電子控制系統(tǒng)的主要作用在于進(jìn)行自我檢測(cè)，了解系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并且做好安全啟動(dòng)停止以及應(yīng)急操作等工作，另外還可以進(jìn)行風(fēng)扇的控制，自動(dòng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行熄火處理，了解系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)功率下降等問題進(jìn)行報(bào)警控制，如果出現(xiàn)超載也可以進(jìn)行告警。

1.3 發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)

其中發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)主要是進(jìn)行溫度的監(jiān)測(cè)，了解燃油量和泵噴嘴的工作狀態(tài)，并且檢驗(yàn)預(yù)熱系統(tǒng)的運(yùn)行，了解發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。儀表盤電子控制系統(tǒng)主要作用在于了解異?，F(xiàn)象并且及時(shí)上傳操作員匯報(bào)、顯示機(jī)器開關(guān)的信息以及傳感器獲得的數(shù)據(jù)。

1.4 空調(diào)系統(tǒng)控制單元

空調(diào)系統(tǒng)控制單元的主要作用在于對(duì)空調(diào)進(jìn)行控制，保證操作室的溫度和空氣分布情況，做好空氣壓縮機(jī)的管控工作，監(jiān)測(cè)溫度和壓力的變化情況。

2 各控制單元的信息交互——CAN總線技術(shù)應(yīng)用

CAN總線是一種總線式串行通信網(wǎng)絡(luò)，在車輛當(dāng)中應(yīng)用非常廣泛，可以有效的進(jìn)行車載裝置的信息交互，逐步形成了汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)。在發(fā)展的過程中，CAN總線也開始用于挖掘機(jī)電子控制系統(tǒng)當(dāng)中，其主要控制理念在于工程機(jī)械能夠有效的進(jìn)行信息交互，并且不會(huì)產(chǎn)生大量的冗余信息。

CAN總線在應(yīng)用的過程中主要在電控發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行了接口交互數(shù)據(jù)的設(shè)置，這種總線的通訊效果較好，可以保證節(jié)能控制和環(huán)保的需要，在應(yīng)用的過程中能夠有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)以及是否出現(xiàn)故障的情況，很多儀器儀表都有CAN總線的接口，在應(yīng)用的過程中可以保證挖掘機(jī)儀表盤的數(shù)字化發(fā)展。另外，對(duì)CAN總線傳感器進(jìn)行應(yīng)用來完成數(shù)據(jù)的采集工作，不單單可以大幅度節(jié)省接口，還可以避免在應(yīng)用過程中由于模擬信號(hào)受到干擾的問題。另外可以在多個(gè)顯示單元和控制器當(dāng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，保證控制系統(tǒng)配置的安全性和靈活性，另外還可以和GPS、GSM等通訊系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程診斷、集群控制和管理。

3 ECU發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

挖掘機(jī)操作人員可以依照現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境和條件合理地選擇轉(zhuǎn)速，并且對(duì)機(jī)械性能進(jìn)行優(yōu)化，在此過程中持續(xù)性的向發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出信息，利用動(dòng)力換擋閥來對(duì)角度進(jìn)行調(diào)整，以便讓發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出對(duì)應(yīng)的功率。

電比例液壓泵在實(shí)際應(yīng)用過程中，是一個(gè)電液比例減壓閥與恒功率變量泵的結(jié)合。在操作過程中可以對(duì)比例閥的電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便控制電液比例減壓閥的壓力而后對(duì)液壓泵進(jìn)行有效控制，改變壓泵的功率，以達(dá)到工作需要。

4 VECU車載電子控制系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

車載電子控制系統(tǒng)主要分成以下幾個(gè)部分：監(jiān)控器和控制機(jī)構(gòu)單元、信息處理部分以及信號(hào)輸入部分等。在操作的過程中主要是針對(duì)一些液壓馬達(dá)、液壓缸、發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓泵等，并且對(duì)溫度壓力等一系列信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，并且傳輸?shù)綄Ｓ每刂破鳟?dāng)中。通過綜合化的分析了解具體的控制狀態(tài)，以便更好地對(duì)液壓控制器，發(fā)動(dòng)機(jī)液壓泵等進(jìn)行控制。

4.1 功能切換

在沃爾沃車載電子控制系統(tǒng)當(dāng)中，可以獲得5種工作模式以及10個(gè)等級(jí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，而切換的時(shí)候需要人工操作，主要是利用發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制開關(guān)的旋轉(zhuǎn)可以有效的設(shè)定工作模式和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，這樣允許工作人員依照環(huán)境的變化和工作條件的不同合理的進(jìn)行工作模式和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇，可以讓機(jī)械設(shè)備的性能得到進(jìn)一步的優(yōu)化。在操作的過程中分為精確模式和怠速模式，不管發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷情況如何，電流的控制只是一個(gè)固定的規(guī)定值，這就意味著發(fā)動(dòng)機(jī)在輸出功率方面要遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超過泵的輸入功率。如果發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過程中沒有負(fù)荷，系統(tǒng)處于較為穩(wěn)定的狀態(tài)，會(huì)使用每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下的指定電流值，以提高運(yùn)行效率。當(dāng)然如果有負(fù)荷時(shí)，系統(tǒng)會(huì)依照負(fù)荷的具體情況適當(dāng)?shù)淖尮に嚽袚Q閥的電流增加，這樣可以讓泵的功率消耗得到有效控制。

4.2 經(jīng)濟(jì)模式運(yùn)行分析

在經(jīng)濟(jì)模式（ECO模式）下發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速逐步降低，以達(dá)到節(jié)能減排的需要，但是需要保證泵的排量符合要求，維持原有狀態(tài)，所以需要注意在泵輸入扭矩方面比非經(jīng)濟(jì)模式增加了5%。另外需要注意在運(yùn)行過程中液壓泵功率切換電流值ECO模式小于非ECO模式。在此過程中需要液壓油的量也相對(duì)較少，由此可以發(fā)現(xiàn)在運(yùn)行過程中，需要重視ECO模式的使用，ECO模式和非ECO模式相比，會(huì)減少流量損失。在此過程中主要使用限制回轉(zhuǎn)流量切斷溢流功能，以及靈活控制p-q曲線等方式實(shí)現(xiàn)。

首先是回轉(zhuǎn)流量限制。在回轉(zhuǎn)加速的過程中，需要注意細(xì)節(jié)的控制，尤其是溢流流量的控制，這是非常重要的，主要是為了在加速過程中，能夠保證穩(wěn)定性，確保溢流壓力的有效輸出，保證回轉(zhuǎn)扭矩的合理控制，使其在工作中穩(wěn)定的狀態(tài)。在此過程中，上車架慣性液壓油的位置較為固定，往往在高壓狀態(tài)，不需要液壓泵提供較大的回轉(zhuǎn)流量，所以需要注意合理液壓泵，通過回轉(zhuǎn)溢流閥對(duì)流量進(jìn)行釋放，這樣能夠達(dá)到減少消耗的目的，而且可以有效的對(duì)意外流量損失進(jìn)行控制。在操作過程中，操作人員只需要對(duì)回轉(zhuǎn)操縱桿進(jìn)行操作，就能夠有效進(jìn)行控制，而VECU可以依照控制要求有效地對(duì)回轉(zhuǎn)馬達(dá)流量進(jìn)行限制，在運(yùn)行過程中，只有一小部分流量溢流到油箱當(dāng)中，利用回轉(zhuǎn)流量限制的方法可以在不損失回轉(zhuǎn)扭矩條件下讓油燃油效率提高，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

其次是溢流切斷功能。因?yàn)橐缌鏖y的彈簧特性等因素的影響，導(dǎo)致液壓壓力升高到主溢流閥設(shè)定壓力前就進(jìn)行了液壓溢流，這種系統(tǒng)的構(gòu)建主要是為了保證效率和安全性。但是，在操作的過程中也是一種能量損失。切斷溢流需要注意較強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境的管控，其主要目的在于讓主溢流閥溢流的液壓流量減少。在操作過程中，需要注意如果傳感器感知到液壓泵壓力過大，而且無法通過合理的方法進(jìn)行調(diào)節(jié)，已經(jīng)逐步接近溢流壓力的時(shí)候，可以控制pwm閥的電流值，這樣在操作的過程中可以讓主泵的流量逐步得到控制，并且讓溢流出現(xiàn)的損失減少。

4.3 怠速功能

如果操作員打開自動(dòng)怠速功能，在沒有任何操作桿和踏板動(dòng)作的條件下，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)自動(dòng)切換到II狀態(tài)，這樣可以讓燃油的經(jīng)濟(jì)性逐步提升，并且對(duì)沃爾沃挖掘機(jī)的噪音進(jìn)行控制，如果發(fā)動(dòng)機(jī)降低到一定的轉(zhuǎn)速，操作人員改變輸入信號(hào)，可以恢復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，即達(dá)到原有的狀態(tài)。

5 發(fā)展趨勢(shì)

在未來的發(fā)展中，沃爾沃挖掘機(jī)會(huì)逐步擺脫當(dāng)前的控制模式，與變頻系統(tǒng)相結(jié)合。變頻系統(tǒng)的應(yīng)用能夠大幅度提升挖機(jī)的運(yùn)行效率，在挖掘設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)件和傳動(dòng)件的保護(hù)方面較好，能夠在運(yùn)行的過程中減少損壞，并且提高傳動(dòng)件和基礎(chǔ)件的使用壽命，在運(yùn)行過程中設(shè)備不會(huì)出現(xiàn)較大的故障，整機(jī)使用壽命可以大幅度延長(zhǎng)，而且維護(hù)非常方便，可以大幅度減少運(yùn)行成本。變頻調(diào)速控制系統(tǒng)在應(yīng)用的過程中由于其調(diào)速的優(yōu)越性、可控性、低廉的維護(hù)成本，逐步成為挖掘機(jī)發(fā)展過程中電控系統(tǒng)的主要研究方向。另外，需要注意當(dāng)前自動(dòng)化水平和電子技術(shù)的不斷發(fā)展，挖掘機(jī)電控系統(tǒng)也會(huì)與時(shí)俱進(jìn)，逐步開始將人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)融入其中，向模塊化、自動(dòng)化、信息化的方向發(fā)展，減少人員控制的難度，使電控系統(tǒng)的應(yīng)用越來越人性化。

6 結(jié)語

挖掘機(jī)電氣電子系統(tǒng)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的快速發(fā)展在未來發(fā)展過程中會(huì)越來越精確越來越靈活，沃爾沃系統(tǒng)當(dāng)中挖掘機(jī)的電子控制系統(tǒng)逐步開始朝著系統(tǒng)化、模塊化、微型化的方向轉(zhuǎn)變。

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