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  农用小型挖掘机属于高能耗的工程机械,大部分功率损失于液压元件的节流和溢流调节,因此节能研究成为挖掘机研究的热点。电于节能及控制技术成为农用小型挖掘机技术发展的主要方向,一方面围绕挖掘机各重要环节.采用混合动力、电喷发动机、正拼i量控制、负流量控制等技术提高动力源、传动系统和执行机构三个环节的效率;另一方面围绕农用小型挖掘机整机的性能匹配进行展开,根据工作装置和用途的不同采用分工况、分功率控制的方法,提高整机的动力性、经济性和操作性。

  挖掘机主要由发动机、液压系统、控制系统和工作装置构成,其中工作装置的国产化已基奉完成,而发动机和液压系统均采用进口产品,因此各主机厂的节能研究主要是采用相关技术提高发动机以及发动机与液压系统匹配的利用率。

节能技术在农用小型挖掘机液压系统上的应用分析

  一、控制系统功能改进
  1、设定经济挡位.充分利用发动机低油耗区
  发动机工作在高转速时,由于曲轴高速旋转,活塞与气缸的磨损加剧,将有更多的能量消耗在摩擦上,导致能量利用率较低。而低速九扭矩情况下,由于转速低、负荷大.进气系统、涡轮增压器等性能在不同程度上都会下降.导致进气冲量系数低,燃烧恶化,燃油利用率极低。发动机在中间转速时,油耗值最低。各参数变化的详细情况可参见发动机万有特性曲线。
  挖掘机在使用过程中,由于工况不同,负载变化较大,对发动机所需提供的转速和扭矩瞬态变化较大。为响应不同工况的作业要求,电控系统设定重载(H)、正常(s),轻载(L)、破碎(B】四种模式.发动机油门旋钮设定十挡电流。
  根据泵的功率曲线分别计算出在不同的转速下,泵所需吸收的蛀太扭矩,在发动机万有特性曲线上标住出H、s,L三种模式下扭矩区间,我们可以发现:在H模式下,转速设定区间为1750~l950rpm,发动机油耗曲线为最低油耗的】05‰;在s{{l式下、转速世定区问为l550~l75叶Dm.发动机汕耗帅线为最低油耗的101--102%;L模式下.枉转速1350-I550rpm区间内,发动机油耗随线为昂低油耗的102‰一105‰。在s和L横式下。整机运行在发动机打有特件曲线的最峨油耗M域,使系统不住能获得较尚的工作效率,而R能降低燃油的消耗和发动机噪声。
  根据作业的要求,由驾驶员先选定工作模式,非设定捎位电流,系统将自葫悄节柴油机油门开度。通过柴油机一液压泵的联台耐节,使液压泵的吸入功率等于柴油机的输出功率,同时可以使柴油机工作在最佳工作点。
  2、根据作业工况.优化发动机控制
  与挖掘机由于等待i耋辅车辆等原因而短暂停m操作时.控制柴汕机汕门开度,使其处于自动怠速状态1350rpm。重新操纵挖栅仇作业时.柴油机转述自动恢复到正常上作时的转建状卷。采用自动怠速替代柴油机的高怠速工况.不仅降低了空载时的能量清耗,同时乜降低了噪声,有利于柴油机寿命的延长。
  当负救超过限值时,控制系统进人瞬时增力模式。通过驾驶室内侧先导手柄上的增力按钮,在挖掘作业过程巾.接一下瞬时增力控钮,则瞬时增力电磁闻接通9s。连续按下超越9s时,瞬时增力电磁阀要断开9s,然后再接通(即连续增力默认为9s.超过9s要断开,9s后才能继续增力)。此时系统压力将由330bar升至350bar,挖拙力可增加6%。
  在动臂下降回路增加压力检测,由于重力作用原因,对工作压力和流量要求不高.系统功率需求较小;通过电控系统自动调节油门开度.由于载荷较轻,发动机转速提高,泵排量增加.在不影响工作效率的情况下,降低了发动机能量消耗。
  3、化加载特性.提高响应速度
  充分利用发动机的调速率.康明斯发动机调速率为12%。调速率越小.发动机突加载时的瞬态供应量越太,总油耗也就越高。控制系统通过监测发动机的实际转速.调节泵的电磁比例阀电流,改变泵的排量,从而使泵的吸收功率与发动机的输出功率相同,使发动机转速稳定在设定值附近,减小油耗。

  选用高灵敏度的油门执行饥钩.调高控制器采集转速的处理速度,提高泵排量改变的响应速度,提高整机的工作效率.降低油耗。

节能技术在农用小型挖掘机液压系统上的应用分析

  二、液压系统的优化
  1、能量再生和回收利用
  在挖掘机作业过程中,位能和动能的损失较大。工作装置回路和回转系统都可考虑能量再生利用。目前.大多数挖掘机上动臂或斗扦都采用了再生回路,高了工作装性的作业速度.改善了复台操纵性能,使液压系统的能耗降低,效率提高。
  2、降低液压系统沿程损失
  液压油通过管道和接头等的沿程损失.这种损失是不可避免的。液压系统的沿程压力损失所造成的功率损失也是不可小视的。在泵出口处测得的空流压力中有很大一部分是沿程压力损失。调整液压系统胶管走向.将回转马达泄油.行走马达泄油,主阀泄油口由原来的随系统回油经回油滤清器回油箱,现调整为直接回油箱,降低泄油口背压;增大主泵出u处胶管通径,调整高压胶臂、回油管路中低压胶管材料等。通过一系列改进,改善了液压系统沿程失,降低油耗,降低液压系统热平衡温度。
  3、增加系统压力切断功能
  压力切断是为了消除系统过载时的溢流损失而代替溢流阀的一种压力嘲节控制,在液压泵高压出口下游设置了压力切断阀,如果镀压泵的出口压力超过压力切断阀设定压力,压力切断阀输出一个与压力增加成比例的控制信号给液压泉,将液压泵流量降到接近零流量,而输出仍保持在系统压力附近。当液压泵进人压力切断控制时,虽然系统压力很高,但由于此时液压泵的输出流量接近零,功率损耗很小。
  三、整机性能优化
  1、发动机布局的改进
  选用优质进口散热器产品,优化冷却系统的设计和布置,降低风道的压力损失,避免热风回流.提高系统散热能力,控制液压系统油温在80℃左右,从而提高液压元件效率,延妊使用寿命;选用低功耗的风扇,降低发动机功率损耗。
  2、液压泵和发动机的功率匹配
  转速波动是导致发动机燃油利用率下降的主要原因之,因此作业时降低转速波动可有效提高发动机的燃油利用率。一方面控制系统采用分工况的功率控制方式,设置3种功率模式和10挡油门,以满足不同的作业工况,提供系统利用率-另方面增加辅助的控制功能,如自动怠速,自动减速和机械怠速等功能,进一步降低能耗。
节能技术在农用小型挖掘机液压系统上的应用分析


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