分析：機電一體化技術在挖掘機中的應用

作者：湖南山河智能機械股份有限公司 張大慶 姚維 劉心昊
　　2008年3月11日-15日在拉斯維加斯召開的CONEXPO 2008雖然規(guī)模不是最大的，也不同于歐洲展會對于外型、環(huán)保的關注，但她有著自己的特點，更強調(diào)安全、實用。作者在感受眾多主機廠家的產(chǎn)品不斷更新發(fā)展的同時，經(jīng)過對現(xiàn)場產(chǎn)品細致的參觀與分析，發(fā)覺一種技術——機電一體化，在挖掘機上也逐步顯示了其地位。
1 普遍采用電子節(jié)能技術的大中型液壓挖掘機
　　美國市場在發(fā)動機排放上的要求非常嚴格，要求符合Tire 3標準的發(fā)動機才能在其國內(nèi)市場上銷售。所以進入美國市場的挖掘機多數(shù)都采用了高排放標準的發(fā)動機，尤其是中大型挖掘機，電噴發(fā)動機已經(jīng)成為標準配置，該種發(fā)動機無論在可控性還是節(jié)能方面都較機械式發(fā)動機有很大的改善。
　2 采用自動怠速功能的小型液壓挖掘機
　　對比上面所提到的大中型液壓挖掘機普遍采用電噴發(fā)動機的現(xiàn)狀，由于成本問題，在10噸以下的小型挖掘機上，機械發(fā)動機還是被廣泛采用；因此，在其節(jié)能方面，國外的挖掘機公司采用了不同的技術。
JCB小型挖掘機上采用的一種電控的油門執(zhí)行機構，驅(qū)動器采用了一種液壓缸，在結構上采用角度傳感器實時反饋油門的位置，另外配合連接到液壓缸上的一個電磁閥實現(xiàn)電子油門及自動怠速功能。
NewHolland小挖的自動怠速系統(tǒng)，其油門仍采用機械拉桿（軟軸）的形式，只是設計了一個自動怠速結構，當系統(tǒng)監(jiān)測到需要自動怠速的時候，電磁鐵吸合，機構動作，發(fā)動機回到怠速狀態(tài)。
3 采用電液比例控制技術的液壓挖掘機
　　該類型產(chǎn)品是指在普通的液壓先導式操作挖掘機的基礎上，采用電液比例技術控制挖掘機，相應的運用電比例手柄取代液壓先導手柄。其基本原理是采集電手柄的動作信號，利用控制器進行運算，輸出相應的PWM值控制比例閥。結合布置于機器上的傳感器，還可以實現(xiàn)某些自動或者半自動功能。現(xiàn)場展出的比較典型的電控挖掘機有：
（1）Leica公司研發(fā)的挖掘機工作平臺，該平臺是Leica公司為演示其電控挖掘機控制技術專門定制的，既采用電液比例技術，同時具有輔助挖掘操作裝置，通過安裝在平臺上的顯示屏及工作裝置上的傾角傳感器，可以實時的顯示鏟斗的軌跡。
（2）山河智能的SWEL55型挖掘裝載機，該機型不同與平常的兩頭忙，其工作裝置位于一端，從挖掘機切換成裝載機時，只需將工作裝置折疊即可完成，反之亦然。為了便于工作裝置的模式轉換，該機器采用了全電控技術，通過控制器可以輕松完成模式的轉換及電手柄在不同模式下的不同功能。
（3）Doosan的主從式挖掘機，控制原理為：屬于一種主從方式的控制形式，通過手指，手腕，大臂對應控制鏟斗，斗桿與動臂；小臂的左右偏轉來控制挖掘機的回轉。在操作過程中，當操作者（主控制方）的相應關節(jié)動作后，計算機采集到該信號，并與安裝在挖掘機（從控制方）上的角度傳感器的信號進行比較，如果存在偏差；發(fā)出遙控信號控制挖掘機消除偏差，從而達到控制挖掘機的目的。其原理還是點到點控制，因此，在同步性上存在誤差。
（4）采用Husco技術的液壓挖掘機，其工作原理為：動臂和回轉仍采用常用的液壓先導式主閥，在系統(tǒng)中裝有能量回收機構，回收動臂下降的能量，并儲存起來，供給其他的工作裝置；斗桿與鏟斗采用特殊的電控閥，而且該閥分別布置在靠近工作裝置液壓缸的位置，而不是傳統(tǒng)的所有主閥布置在一起的方式，該電控閥由四個插裝閥構成，對閥的A口和B口分別進行控制；而不同于常用的單閥芯的形式；具研究者聲稱：采用該項技術后，挖掘機可以節(jié)能25%。
4 應用于液壓挖掘機上的各種監(jiān)控技術
　　為了方便操作手查看機器的重要參數(shù)，實時的了解整機的狀態(tài)；儀表技術已經(jīng)廣泛的應用到液壓挖掘機中，只是出于成本的考慮，不同噸位的挖掘機采用不同層次的儀表。一般說來，10噸以下的小型履帶式挖掘機多采用機械式儀表或者黑白液晶顯示屏。
在挖掘機上，尤其是20噸以上的挖掘機，高品質(zhì)液晶彩色顯示屏的采用，在國內(nèi)外都得到廣泛的認可。現(xiàn)以展會現(xiàn)場兩款比較精美的儀表加以分析：Trimble公司為挖掘機開發(fā)的CB430型儀表，Komastu中挖儀表。其中Trimble以動畫的形式實時顯示挖掘機的運動軌跡，并提供坐標。顯示屏的按鈕可以提供視角的切換。Komastu的儀表界面分為兩部分：一部分顯示整機的工作參數(shù)，另外還可以單屏和雙屏的形式顯示車體尾部安裝的攝像頭采集到的圖像。兩套操作儀表整體效果好，顯示/監(jiān)控系統(tǒng)界面直觀，簡潔；標識準確，易懂，便于進行操作。在儀表方面，國內(nèi)廠家都均已采用；但國外產(chǎn)品儀表的高品質(zhì)性，值得國內(nèi)的挖掘機生產(chǎn)廠家學習。