液压挖掘机电气与电子控制系统Word文档下载推荐.docx

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冬天起动时，因气温低，发动机起动困难，这时起动前须预热，预热电路由蓄电池1、起动开关5、预热继电器10、预热器11等组成。

起动前，起动钥匙转至预热位置HEAT，电流经起动开关B端→起动开关R1端→预热继电器线圈→低，预热继电器主触点吸合，电流经蓄电池负极（地）→蓄电池正极→电源总开关→预热继电器主触点→预热器，预热器通电加热对发动机进气管加热，同时，预热信号传送至仪表33，预热指示灯亮，预热约20秒后（不同发动机要求会不同），点火钥匙再转至起动位置START，起动发动机。

这种预热电路简单，但是否需要预热、预热时间均靠操作人员掌握，有些发动机采用带预热控制器的火焰预热器。

图10－2是带预热控制器的火焰预热器原理图。

工作原理如下：

在发动机水道安装有负温度系数温度传感器Rt，当环境温度高于0℃时，开关拧到ON档指示灯亮2S后熄灭，系统不进入预热程序；

当环境温度低于0℃时，把钥匙开关拧到ON档，温度传感器感应的信号传送到电子式火焰预热控制器,电路进人工作状态,预热指示灯点亮,电子式火焰顶热控制器内的电磁式继电器K触点闭合,开始向预热塞P供电，指示灯亮28S后熄灭，此时把钥匙开关拧到START档，发动机在启动马达拖动下运转，电磁阀D自动打开油路，向处于炽热的火焰预热塞供油，在进气管内喷射火焰，辅助柴油发动机在短时间内启动，当完成规定的工作程序后，控制盒自动切断电源，停止工作。

如果在30秒内不起动发动机,火焰预热装置电路停止工作。

发动机运转舌,交流发电机端子D＋的电压很快上升到28V,电子式火焰预热控制器接收到该信号后,自动切断燃油电磁阀的供电。

3）熄火电路

目前发动机已普遍采用熄火电磁阀熄火电路，电路由起动开关5，熄火继电器8，熄火电磁阀9组成。

当起动开关置于ON档时，电流经起动开关B→Acc→熄火电磁阀保持线圈→地，熄火电磁阀保持线圈通电，但线圈吸力不够，熄火电磁阀不能吸合，保持熄火位置，当起动开关置于起动档START时，电流经起动开关B→C→熄火继电器线圈→地，熄火继电器主触点接通，从而熄火电磁阀吸合线圈通电，电磁阀吸合，脱离熄火状态，使发动机能起动工作，起动完成后，起动开关回至ＯＮ档，熄火电磁阀吸合线圈断电，但保持线圈继续有电，使熄火电磁阀保持吸合状态，发动机能正常工作，发动机要熄火时，起动开关置于0档，起动开关Acc端断电，使熄火电磁阀保持线圈断电，熄火电磁阀脱离吸合状态，发动机熄火。

3．数字组合仪表

图10－3为典型的组合仪表图。

图10－3仪表

组合仪表主要由以下部分组成：

－指示仪表：

指针式燃油表、指针式水温表；

－汉字点阵液晶屏：

显示液压油温、发动机转速、工作小时计、其它客户定制内容；

液晶屏还用于整机工作状态监控，整机工作正常时，显示“工作正常”，当整机工作出现故障时，显示故障内容，如“机油压力低”。

－报警指示灯：

报警内容可根据客户要求定制，通常包括充电指示、预热指示、发动机过热报警、机油压力过低报警、液压油温过高报警、空滤堵塞报警、液压油滤堵塞报警等；

当报警信号出现时，指示灯点亮或闪烁，液晶屏显示相应故障内容，必要时，蜂鸣器同时发出报警声，从而实现三级报警提示；

－行走速度选择按钮：

用于选择高速或低速行走；

－切换键：

当液晶屏上转速显示区若还要显示电压（或其它客户要求参数），通过切换键进行显示切换以显示；

－消音键：

出现故障报警时，操作人员已知道出现故障并准备排除时，可按该键消除报警声，以避免长时间报警，造成不愉快感觉。

但操作人员应及时排除故障，或请服务人员维修，如不排除故障，仅仅按消音键消音，下次开机，会继续报警；

－传感器：

为提供仪表显示和报警的相关测量与控制信号。

包括水温传感器、液压油温度传感器、燃油传感器、转速传感器、机油压力报警开关、空滤报警开关等。

4．作业电气控制系统

不同挖掘机要求不同，图10－1中，作业电气包括行走速度控制电路，先导操纵控制电路。

行走速度控制电路由高低速选择开关28、行走速度继电器26、行走电磁阀25组成，高低速选择开关不按下时，挖掘机行走速度为低速，按下高低速选择开关，行走速度继电器动作，行走电磁阀动作，使行走变量液压马达斜盘角度改变，马达排量减小，从而转速提高，行走速度切换为高速。

松开高低速选择开关，行走电磁阀断电，行走马达转速回到低速状态，行走速度降低。

先导操纵控制电路是为了保障安全而设置，由先导开关27、先导继电器24、先导电磁阀23组成，挖掘机座椅左侧操纵箱上安装有安全锁定杆，如图10－4所示，安全锁定杆控制先导开关的通断，当操作员坐上座椅，操作准备工作做好后，将安全锁定杆置于解除锁定位置，先导开关接通，先导电磁阀通电，先导油路才能正常供油，从而正常操作挖掘机；

当操作员要离开

座椅下车，安全锁定杆挡住了其下车，他必须先将安全锁定杆抬起，置于锁定位置才能下车，从而切断了先导开关，先导电磁阀断电，先导油路供油中断，下车后再操纵挖掘机手柄，挖掘机不能动作，从而强制保证了挖掘机在操作员不在时不会被误动作而造成危险。

目前，有些挖掘机设计时，甚至要求在安全锁定杆处于锁定位置时，才能起动发动机，进一步提高了安全性。

除了行走速度控制电路，先导操纵控制电路外，现代挖掘机还带有瞬时增力控制电路，动臂优先控制电路，回转优先控制电路等，大多通过电液阀控制，原理类似。

5．整车电气附件

整车电气附件包括空调、车灯、雨刮器、喷水器、喇叭、音响等。

1）空调

图10－5为空调系统图。

主要包括压缩机、冷凝器、蒸发器、储液灌、膨胀阀、管路附件等组成。

压缩机通过带电磁离合器的皮带轮与发动机相连，利用发动机动力工作，冷凝器通常同液压油冷却器一起安装在发动机水箱后面，利用发动机风扇散热，蒸发器安装在司机室内，进行热交换，达到制冷目的，储液罐用于制冷剂的储藏、干燥、过滤。

2）车灯

挖掘机上的灯具主要有前大灯，动臂灯，司机室内照明灯。

对轮胎式挖掘机还有转向指示灯、制动指示灯、示宽灯等。

车灯控制电路简单，主要通过司机室内仪表台灯光开关控制，通常不需要另外增加继电器。

3）雨刮器、喷水器

雨刮器用于雨天司机室前窗玻璃刮雨用，通过司机室内仪表台雨刮器开关控制，喷水器用于向司机室前窗玻璃喷水，配合雨刮器对前窗玻璃除尘、清洗，通过司机室内仪表台喷水按钮控制。

4）喇叭

电喇叭用于操作员工作时向外面发出警示用，如开始挖掘时，按喇叭警示挖掘机周围的人离开机器附近危险区域。

通过喇叭按钮控制，喇叭按钮通常安装在先导手柄上，由于先导手柄上按钮触点能通过的电流较小，必须加装喇叭继电器，先导手柄按钮仅控制喇叭继电器线圈的通断电以控制喇叭的开关。

5）音响

挖掘机音响原来多配置磁带收放机，但故障率高，目前多配置数字收音机，高档的可带MP3播放器。

由于挖掘机工作环境差，机器工作时振动大，通常不配CD音响。

10.2现代挖掘机电子控制系统

二十世纪九十年代以后，一方面，随着现代挖掘机对节能、环保及操作人性化的要求，对挖掘机电气控制系统提出越来越高的要求；

另一方面，电液比例控制技术、微电子技术、计算机技术、通讯技术的发展，为挖掘机电气系统的发展提供了强大的技术支撑。

从而，推动了挖掘机电气控制系统的飞跃发展，挖掘机电气控制系统已成为机、电、液、信一体化的集成控制系统，大大提高了挖掘机的智能化控制水平及整机性能。

现代挖掘机机、电、液、信一体化控制技术的发展主要体现在以下方面：

1．电子监控及故障诊断系统，实现了挖掘机工作状态的智能监控及故障诊断；

2．发动机的电子控制系统，通过专用控制器MC（Maincontroller）实现发动机电子油门控制，发动机、液压泵功率匹配及功率模式控制，工作模式控制，自动怠速控制等，大大推动了现代挖掘机的节能控制技术。

另外，对于发动机本身，采用高压共轨燃油喷射系统的电喷发动机已是大势所趋，电喷发动机的燃油喷射等是通过发动机专用控制模块ECM（Enginecontrolmodule）实现的,并通过CAN总线与整机实现通讯与控制；

3．远程智能控制与通讯技术，集成GPS技术，GSM/CDMA技术，INTERNET技术，实现挖掘机的远程通讯、监测、监控；

4．CAN总线技术，通过CAN总线技术，实现电子监控系统，发动机电子控制系统，远程智能控制与通讯系统的智能互联，大大增强了整机电子控制系统的集成控制水平。

10－6为日立ZX-3挖掘机电子控制系统总体组成。

10－6日立ZX-3挖掘机电子控制系统组成

日立ZX-3挖掘机电子控制系统由电子监控器、以主控制器（MC）为核心的发动机电子控制系统、以高压共轨控制器（ECM）为核心的电喷控制系统、以信息控制器（ICF）为核心的通讯控制系统构成，各系统通过CAN总线实现系统互联，

10．2．1电子监控及故障诊断系统

挖掘机的电子监控及故障诊断，就是利用传感或测量技术对挖掘机的工作参数进行检测，再通过控制器对检测结果进行相应的比较分析，以监测挖掘机的作业工况和运行状态，以便及早发现及排除故障，降低其维修成本，还可以改善机器的作业条件，提高作业效率。

10．2．1．1电子监控系统的发展

挖掘机电子监控系统的发展经历了三个阶段，在上世纪9O年代以前，挖掘机基本上没有电子监控系统，挖掘机发生故障时，挖掘机厂商派出专业的维修人员现场检查维修，90年代以后，微电子等先进技术在工程机械的应用推动了挖掘机状态监测与故障诊断技术的发展，从而产生了挖掘机的电子监控系统。

电子监控系统以微处理器为核心，通过各种传感器来采集挖掘机的状态信号，然后通过诊断软件来进行信号处理和状态识别，在显示面板上输出其诊断结果。

如果挖掘机的某些工作参数超出限定值，就会发出声、光报警，甚至还能将挖掘机运行状态资料储存起来，由技术维修人员通过人机对话调出查阅，作出诊断决策。

从实现形式来看，这种监测系统又可分为两种，第一种方式是采用独立的便携式诊断工具，如日立的掌上电脑Palm诊断系统，名为“Dr.ZX”，不作为挖掘机基本配置，只供维护、维修技术人员使用。

机器通过接口连接Dr.ZX时，维护、维修技术人员可检测机器运行参数是否正常，可查询故障码，再根据故障码排除故障，可下载机器数据至Palm诊断系统，带回公司分析，还可设置机器有关技术参数，如发动机转速及泵的流量等，从而使机器适应不同的工况。

但由于操作人员不能自己作出判断，仍需要维护人员到场，维护及时性仍难保证。

第二种方式是随机安装的电子监控系统。

该电子监控系统安装在挖掘机上，自动完成挖掘机运行状态数据的采集、分析和故障诊断，并通过彩色液晶显示器向驾驶员显示挖掘机的机油压力、液压油温、冷却液温度等多项工作参数，以及发出声、光报警提示故障，该系统还可以存储故障的历史数据，对司机的不合理操作给予提示等，目前这种电子监控系统越来越普及。

挖掘机电子监控系统下一步的发展方向将是具有较高人工智能的挖掘机专家诊断系统的开发研究，这种系统结合了专家的诊断思路和宝贵经验，使得监控与诊断功能变得更为强大，同时还可以通过人机对话的方式，由系统根据人工输入的原始数据来进行分析判断，作出故障决策，指导驾驶员采取相应的措施进行机器的日常维护。

10．2．1．2挖掘机电子监测系统组成和功能

现代挖掘机电子监控系统一般由信号输入部分（模拟信号、开关信号）、信号处理部分、控制器、监控器及控制执行机构组成。

如图10－7所示：

图10－7电子监控系统组成

现代挖掘机电子监控系统应具备以下功能：

1．实时显示机器运行状态功能

包括发动机工作状态指示，如发动机燃油油位、发动机冷却液温度、工作小时计等的状态参数显示及故障报警及提示信息，如发动机过热信息、发动机机油压力油压过低、液压油温过热信息，发动机充电、预热信息，整机维护时间提示等；

工作状态指示，如功率模式状态，工作模式状态；

其它信息显示，如时钟等。

2．故障监控与诊断功能

监控器（机器带专用控制器时，与控制器共同完成）通过各类传感器实时监测整机工作状态，监测参数通过监控器按键及液晶屏菜单提示进行查询，机器出现故障时，可对故障进行诊断并记录、存储故障信息，以协助维护人员通过储存的故障记录进行故障分析与排除。

3.设置与调整功能

监控器部分显示内容如语言、时钟及故障报警点参数等对不同的客户及机器都需进行不同定制或调整，监控器应具有这些设置与调整功能。

4.通讯功能

GPS在现代挖掘机应用越来越普遍，监控器（或专用控制器）应能与GPS模块之间进行通讯，将挖掘机工作状态信息、故障诊断信息、维护保养信息等传送至GPS，并通过GPS系统传送至远程运营管理中心，并用于主机厂、代理商、售后服务人员等对机器的监控与管理。

5．具有良好的人机界面、易于操作、高性价比

监控系统作为操作和控制的重要部件，其在司机室内的安装与布置要合理，以方便操作人员操作、观察；

显示部分应具有友好的用户界面，易于操作人员学习、使用。

以下以日立ZX系列挖掘机电子监控器为例，对电子监控系统主要功能进行简单介绍，详细功能可参阅日立相关技术手册。

图10－8为日立ZX系列挖掘机电子监控器面板布置图。

日立ZX监控器主要功能包括以下几部分：

1.机器运行状态指示

1）仪表

●冷却液温度表

●小时表

●燃油表、燃油消耗表

●时钟

2）工作模式显示

●挖掘模式

●附件模式－破碎锤、粉碎器、液压剪、振动锤、其它。

3）指示与报警信息显示

●自动怠速指示

●预热指示

●充电指示

●燃油传感器故障显示

当燃油传感器发生故障或传感器和监控器之间的线束断路时，在燃油表上会显示故障信息。

如图10－9所示。

●冷却液温度传感器故障显示

当冷却液温度传感器发生故障或传感器和监控器之间的线束短路时，在冷却液温度表上会显示故障信息。

图10－9燃油、冷却液温度报警指示

●其它报警及报警信息指示

当监控器接收到来自各控制器的报警信号时，报警标记会出现在屏幕的下方，按压相应的按钮可以显示具体的报警信息。

如图10－10，左图当冷却液过热时，过热指示灯亮，按下下方对应按键，显示右侧报警信息。

图10－10过热报警信息指示

●监控功能

除通过上述仪表及指示灯指示机器工作状态外，控制系统还能对整机多项工作及状态参数进行监测，并通过监控器菜单操作在彩色液晶屏上进行显示，监控项目多达几十项。

图10－11显示部分监控参数。

10－11监控参数显示

2.设定功能

1）机器保养设定

显示屏显示保养项目时间的小时表读数及到下一次保养时所剩的小时数。

由于保养项目在列表中显示，从列表中选择一项，即显示该项目保养设定及保养情况。

如图10－12所示。

10－12保养时间设置

保养项目包括：

发动机机油、机油滤清器、液压油、液压油先导滤清器、液压油全流滤清器、行走装置机油、回转装置机油、回转支承润滑脂、空气滤清器滤芯、发动机/空调V型皮带、燃油滤清器、空调滤清器等。

各保养项目及保养时间可以重新设定。

对到时间未保养项目，开机时，系统会提示。

2）语言设定

根据机器工作地点语言环境，从预设语言中选择屏幕上使用的语言。

如10－13所示。

10－13语言设置

3）时间设定

对仪表显示的日期及时钟显示时间进行设定及校准。

3.故障诊断

图10－14a中，选择故障诊断项，显示b图故障显示屏，选择一项故障点，出现图c故障代码屏。

根据故障代码可查故障排除手册即可查出相应故障原因。

一共可显示20个故障代码。

但是，一个屏幕只能显示10个故障代码。

如果屏幕已显示了10个故障代码，按下键1可查看下一页的其它故障代码。

要回到上一页时，按下键2。

日立ZX挖掘机，除了利用电子监控器进行故障诊断外，还配备Dr.ZX用于包括MC（主控制器）、ECM（发动机控制器）、ICF（通讯控制器）和监测器在内的电气系统的故障诊断。

Dr.ZX主要用于专业维修人员对电子控制器系统进行系统、综合的故障诊断。

Dr.ZX故障诊断流程如图10－15所示。

详细诊断过程可参阅相关技术手册。

图10－15日立Dr.ZX诊断流程

10．2．2发动机电子控制系统

由于液压挖掘机一般采用柴油机驱动，工作时间长，作业负荷重，消耗大量燃料，排放大量废气。

据统计，发动机输出功率只有20%左右变为挖掘机的有效功。

除有效功之外约40%损失于液压元件，约20％损失于车体和作业装置的运动，约20%损失于节流调速控制。

为了降低挖掘机的功率损失，国外从上世纪70年代中期就开始将机电一体化技术应用于挖掘机上。

进入80年代后，美、日、德等国在液压系统节能的基础上，纷纷研制电子节能的液压挖掘机，如小松的OLLS及CLSS系统，德国力士乐的BODAS系统，美国卡特皮勒的AEC系统,神钢的ITCS系统，韩国大宇的EPOS系统等。

发动机电子控制技术的主要目标就是系统节能，节能控制系统的应用可以达到节能20％以上。

发动机电子控制技术主要包括电子油门控制，发动机与液压泵功率匹配及功率模式的控制，自动怠速等。

另外，随着非公路车辆废弃排放标准的不断提高，采用采用高压共轨技术的电喷发动机越来越普遍，电喷发动机的控制系统通过专门的发动机控制器ECM实施控制，再通过总线与外部进行通讯与控制。

图10－16为日立ZX-3挖掘机发动机电子控制系统组成图。

ZX－3发动机电子控制系统可以实现电子油门控制、发动机功率模式控制、工作模式控制、行走高低速控制、自动怠速控制，并实现电喷发动机的各项控制功能。

主要组成部分包括：

1.控制器

包括主控制器MC，电喷发动机高压共轨控制器ECM。

主控制器，实现电子油门、发动机功率模式（HP模式，E模式，P模式）、工作模式（挖掘模式，附件模式，起重模式），自动怠速的控制。

ECM控制器实现燃油喷射控制，发动机起动控制，EGR（废气再循环）控制，燃油喷射量修正及发动机的停机控制；

2.传感器

包括主泵输出压力传感器、控制压力传感器，作业装置压力传感器，温度传感器等

3.控制开关及按钮

包括点火开关、油门旋钮、自动怠速开关（A/I）、功率模式按钮（HP模式，E模式，P模式）、工作模式按钮（Dig.，Att.，ML.），行走高低速按钮（Hi，Lo）。

10．2．2．1电子油门控制系统

油门控制电子化是发动机电子控制系统的基础，只有实现了电子油门控制，下面介绍的功率模式控制、自动怠速控制才能实现。

图10－17为电子油门控制系统原理。

图10－17电子油门控制系统原理

系统是由油门控制器、油门电机、油门位置反馈传感器、油门刻度盘（模式控制盘）等组成。

发动机的转速通过油门刻度盘来设定，油门刻度盘与电位器相连，将油门刻度盘旋至不同的位置，电位器便输出不同的电压，油门控制器根据此电压可计算出所选定的发动机转速大小及油门拉杆设定位置，同时油门电机又通过齿轮传动带动另一电位器，油门控制器通过测量电位器的输出电压，获得油门电机轴的转角即油门拉杆的实际位置反馈信号，油门控制器比较油门设定位置与实际位置，驱动油门电机正传或反转，通过油门拉杆，调节油门至设定位置，使发动机达到设定转速。

整个控制过程是一个闭环控制系统，保证了油门控制的准确性。

上述讨论是针对非电喷发动机的，对于电喷发动机，油门控制是通过ECM进行的，主控制器（MC）根据接收的传感器信号、操作人员操作控制（油门旋钮、自动怠速开关、功率模式按钮、工作模式按钮，行走高低速按钮的操作）信号，进行处理，确定合适的油门位置（发动机转速）通过CAN总线与ECM进行通讯，ECM实现油门的自动控制，因而省去了上述复杂的电子油门控制系统，如油门控制器，油门电机等，系统得到简化，性能得以提高。

10．2．2．2发动机与液压泵功率匹配及功率模式的控制

挖掘机工作过程中，发动机与液压泵一般通过弹性联轴器连接，理论上，不考虑联接时的功率损失，泵的输入功率应始终等于发动机的输出功率，我们说这时，发动机与泵的功率是匹配的。

但实际上，泵与发动机很难实现始终匹配，首先，由于气压、环境温度、柴油质量等不同，通常情况下，发动机实际输出功率都会有所变化，即同样的油门，发动机输出功率是变化的。

其次，在挖掘机实际工作中，发动机调速手柄位置是驾驶员根据经验和作业任务的轻重来设定的。

调速手柄位置一旦设定，在一定作业范围和时间内，驾驶员一般不去改变其大小。

然而，在挖掘机的一个作业循环内需克服的负载是不一样的，即使只在挖掘过程中，土壤的切削阻力也会发生急剧的变化，因而对泵输出功率的需求也不一样。

如果泵处于轻载状态，则不能完全吸收发动机的功率，势必造成能量的浪费；

如果泵处于超载状态，将会引起发动机转速急剧下降，造成发动机工作不稳定和过热。

虽然恒功率变量泵的流量能随负载的变化而变化，这是在发动机发出的功率与泵吸收的功率相平衡（恒功率）的前提下的调节。

可见，实际操作时，发动机和泵的功率无法实现完全始终匹配，造成上述问题的原因是发动机输出功率和液压泵的消耗功率都无法随着工况的变化实时作出调整。

尤其在额定功率点附近，有时因发动机特性的变化而超载，造成转速急剧下降直至熄火。

因此，对于传统的变量泵系统，在挖掘机的功率匹配设计时，泵的功率曲线在任何负载情况下都必须低于发动机的功率曲线，一般为发动机的85%左右，以防发动机超载失速及过热