液壓挖掘機的節能控制發展趨勢

在液壓挖掘機領域，節能控制的目的不僅僅是提高燃油利用率，更重要的意義在于能夠取得一系列降低使用成本的效果。資料顯示，工程機械將近４０％的故障來自液壓系統，１５％左右的故障來自發動機。采用節能技術后，可以提高發動機功率的利用率，減少液壓系統功率損失，使動力系統與負載所需功率更好地匹配，降低了發動機和液壓元件的工作強度，提高了設備在使用中的可靠性。

從國內外發展狀況來看，液壓挖掘機的節能控制有以下發展趨勢：
１）電液比例控制智能化
電液比例控制在８０年代初就開始應用于工程機械，到目前已經在液壓挖掘機上得到了大量應用。電液比例技術用于工程機械，可以省去復雜、龐大的液壓信號傳遞管路，用電信號傳遞液壓參數，不但能加快系統響應，而且使整個挖掘機動力系統控制更方便、靈活。進入９０年代后，隨著計算機技術的發展，電液比例控制更進一步“智能化＂，電液比例泵和比例閥的應用日益增多，從而出現了“智能化液壓挖掘機”。這種智能化主要體現在以下幾個方面。首先，計算機能夠自動監測液壓系統和柴油機的運行參數，如壓力、柴油機轉速等，并能根據這些參數自動控制整個挖掘機動力系統運行在高效節能狀態。其次，能夠完成一些半自動操作，如平地、斜坡的修整等，對司機的熟練程度要求降低，但工作質量卻能夠得到大幅度提高。第三，能夠根據監測到的運行參數進行故障診斷，便于挖掘機的維護。這些功能的出現，使挖掘機性能得以大幅度提高。
２）柴油機電噴控制
在傳統的機械調速柴油機上，噴油泵的循環供油量、噴油提前角等都受到轉速影響，使柴油機性能難以進一步提高。在柴油機上應用電噴控制后，可以使泵的循環供油量和噴油提前角不再受轉速的影響，從而使挖掘機能夠一直工作在最佳狀態，而且加快了響應速度。開發柴油機電噴控制器是提高挖掘機節能性的一個重要環節。
３）負荷傳感控制將繼續發展
負荷傳感控制從２０世紀７０年代開始興起，各工程機械液壓件生產廠商紛紛推出了一系列有關產品。這種系統具有良好的節能性和操縱性，即使不熟練的司機也能很快適應。比例流量分配閥的出現進一步推動了負荷傳感技術在挖掘機上的應用，使挖掘機操縱性進一步提高，解決了西方國家由于熟練司機的缺乏而帶來的問題。因此，負荷傳感控制挖掘機在發達國家的需求將會進一步上升。
４）六通多路閥繼續存在
盡管采用四通閥的負荷傳感系統能提供精確操作，但并非所有場合都需要精確操作，而且熟練司機也能用非負荷傳感系統挖掘機完成精確操作。更重要的是，負荷傳感系統價格較高，限制了它在發展中國家的應用。目前，世界上許多著名的挖掘機生產廠商，其產品中既有使用四通閥的負荷傳感控制挖掘機，也有使用六通閥液壓系統如正流量、負流量控制的挖掘機。成熟的制造技術和低廉的價格將會使六通多路閥繼續發揮作用。
５）進一步改進閥控節能控制
在采用六通多路閥的液壓系統中，仍然有許多可以改進的地方，如操縱性、節能性等，至今國外各挖掘機生產廠仍在研究。
６）多功能組合
為提高挖掘機性能，各種節能措施的結合將更加廣泛。在以往的系統中，液壓泵上已經集成有多種功能，但由于各種條件的限制，一般不超過三種。如圖１４中所示的液壓泵中，就集成有壓力切斷、正流量控制和功率限制功能，目前市場上比較流行的各種液壓泵原理圖中，也都集成有多種功能。隨著液壓技術的發展，有可能在泵上集成更多的功能。
７）可變參數控制
為使挖掘機更好地適應各種工況下的負載要求，動力系統內部一些控制元件的設定參數將不再是固定值，而是能隨著挖掘機具體工作狀況而改變。例如，在日立建機生產的ＥＸ系列挖掘機上，負荷傳感閥上的壓力補償器設定壓差就能隨工作狀況而改變，增強了挖掘機工作時的適應性。可以預測，在將來的挖掘機動力系統中，將會有更多的控制參數可以調節，從而使挖掘機工作效率更高、操縱更容易。
８）泵—發動機匹配控制將進一步“智能化”
借助計算機控制技術，泵與發動機的匹配控制將進一步實現“智能化”，兩者之間的結合將更密切，實現一體化控制。在這種控制中，控制器能根據工作狀況的變化，自動對液壓泵和發動機進行調整，在保證輸出功率滿足工作需要的同時，使燃油消耗量最低。
９）現場總線技術和嵌入式系統將大量應用
隨著液壓挖掘機“智能化”程度的提高，各種傳感器、控制器將遍布挖掘機各處，這將導致挖掘機內部充斥各種導線、接頭，使控制系統變得復雜、可靠性降低。解決這一問題的方法是采用現場總線，用一條串行線將所有的傳感器、控制器和執行器連接起來，在保證系統具有強大功能的同時，具有簡單的結構和高可靠性。目前，在行走機械領域，已經有了這樣一種現場總線，稱為ＣＡＮ總線，但還未在挖掘機上得到普遍應用。電子技術的發展使控制芯片的體積更小，功能更強，在挖掘機上幾乎不占任何空間，能完全嵌入到各種部件內部，這也是將來挖掘機控制系統的發展方向。