淺談工程機械電子節(jié)能控制技術(shù)

修玲芳

（山東鼎安檢測技術(shù)有限公司，山東 濟南 250032）

隨著科技水平的迅速發(fā)展，特別是在社會注重資源節(jié)約的當(dāng)下，操作舒適性和能耗降低以及操作舒適性在現(xiàn)代工程機械中重視度越來越高，并要求工程機械設(shè)備也要做到節(jié)能化以適應(yīng)當(dāng)代的生產(chǎn)要求[1]。當(dāng)前，工程機械對作業(yè)性能和操作簡便性以及消耗能量低的要求一直在升高，機械工程在國內(nèi)實現(xiàn)能量控制性和動力傳動鏈中的優(yōu)化記憶方面有很大的進步，但與世界先進水平還是有一定的差距，我們需要重視怎樣將工程機械電子節(jié)能控制技術(shù)上升到部分能量最佳化。事實證明電子節(jié)能控制技術(shù)對實現(xiàn)節(jié)省工程機械能耗有著特別重要的推動性作用，它是基于廣義概念下的工程機械電子節(jié)能控制技術(shù)，本文圍繞工程機械電子節(jié)能控制技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用展開粗淺的探析，以期為打破傳統(tǒng)的節(jié)能控制技術(shù)以及達到更完善的節(jié)能效果做一定理論的鋪墊[2]。

1 廣義節(jié)能概論

1.1 功率流程

輸出有效功率實際上就是工程機械電子節(jié)能，對外負載做有效功是其最終目的，輸出功率在工程機械中主要通過將支流中不同的功率以及對功率進行有效的傳輸和配合的方式來增強，對于工程機械功率流程的剖析是分析節(jié)能的關(guān)鍵[3]。我們分析工程機械功率流控制方面的問題主要是根據(jù)柴油機的工作方式，圖1是以柴油機為例的對工程機械典型功率流的分析，本質(zhì)上是把不同的能量形式在工程機械工作過程中進行轉(zhuǎn)換，工程機械如果以柴油機為動力，柴油的化學(xué)能是其轉(zhuǎn)化為機械能的動力的來源，目前改善柴油機的動力特性和能耗特性可以通過全程調(diào)速或電控噴油等控制技術(shù)[4]。能量的供需方分別是柴油機和液壓泵，柴油機輸出的機械能被液壓汞吸收，同時將機械能轉(zhuǎn)化為液壓能，為了改善其供需之間的關(guān)系，通常對二者采用轉(zhuǎn)速感應(yīng)控制等，從而進一步完善能耗和動力特性在二者中的聯(lián)和[5]。液壓能被液壓泵傳送出來然后被液壓閥吸收，相對應(yīng)的運行結(jié)構(gòu)會接收節(jié)液壓系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)而產(chǎn)生的的流量、壓力和方向，大多數(shù)為使各運行結(jié)構(gòu)可以協(xié)同作業(yè)的目的會通過控制可變流量的方式[2]。在液壓閥的控制系統(tǒng)中，油缸或馬達會吸收液壓閥輸出的液壓能，同時機械能被輸出； 執(zhí)行元件輸出的機械能轉(zhuǎn)換成負載做功，而它的有效做工最終成為執(zhí)行元件對外負載的有效功率[6]。

圖1 工程機械典型功率流圖

1.2 節(jié)能理念

對于工程機械來說，廣義的節(jié)能主要是指作業(yè)效率和動態(tài)匹配、不同功率流以及工作效率四大性能之間的有效配合[3]。對其所有能量進行傳輸與改變的作用在于對外界做有用功，因為一般都是由幾個共同協(xié)作的運行結(jié)構(gòu)組成機械電子工程，所以對有效功率輸出有影響的因素有：不同功率表之間的相互配合以及其傳遞的過程，單位時間內(nèi)，工程機械所完成的工作量即為作業(yè)效率，而對于節(jié)能型的比較，必須建立在基于相同功率的前提下[7]。

1.3 節(jié)能控制系統(tǒng)

為建立更加完善的工程機械電子節(jié)能控制系統(tǒng)，在工程機械施工過程中，為了實現(xiàn)廣義節(jié)能意義下的節(jié)能控制，分析研究整個工程機械運作系統(tǒng)進行非常有必要。為實現(xiàn)最優(yōu)化的節(jié)能控制，同時還需要將整個運行系統(tǒng)作為研究對象，將傳統(tǒng)節(jié)能控制技術(shù)、作業(yè)效率以及多執(zhí)行機構(gòu)的協(xié)同控制統(tǒng)一在共同的節(jié)能目標(biāo)下[5]。

2 節(jié)能控制技術(shù)

傳統(tǒng)的節(jié)能控制技術(shù)在改善局部上已有一定的成果，接下來我們應(yīng)構(gòu)建全新的工程機械功率節(jié)能控制體系，我們就要對一些技術(shù)實施突破，如通過以下幾點對傳統(tǒng)的節(jié)能控制技術(shù)進行改善：對作業(yè)模式要選擇識別技術(shù)，建立相對應(yīng)的功率動態(tài)配置系統(tǒng)的操作方式；對固定功率的配置進行提升，實現(xiàn)分工況的柔性參數(shù)的動態(tài)功率匹配；明確駕駛員的操作目的，基于操作模式建立作業(yè)效率管理系統(tǒng)等以至于取得更好的節(jié)能效果[1]。

2.1 全電控的功率控制系統(tǒng)

對于機械系統(tǒng)工程來說，目前想要達到更完善的節(jié)能效果唯有打破傳統(tǒng)節(jié)能控制技術(shù)，電控噴油柴油機和電比例控制閥綜合以及電比例液壓汞構(gòu)建成全電控的傳動系統(tǒng)[6]，因為電控所采用的轉(zhuǎn)換原件和功率輸出裝置，所以其硬件功能可以達到最小化，同時硬件的合適范圍也大幅度增強，如若想實現(xiàn)工程機械的動態(tài)功率配置，就必須通過打破傳統(tǒng)的節(jié)能控制技術(shù)，同時還可以實現(xiàn)智能控制的高級化，感知的深入化。

2.2 分布式節(jié)能控制技術(shù)

對于全電控的功率系統(tǒng)，特別是建設(shè)完成全電控液壓控制系統(tǒng)，需要高速度的信息傳輸，尤其是全電控液壓系統(tǒng)之后，實現(xiàn)節(jié)能控制系統(tǒng)的長遠發(fā)展目標(biāo)可以通過解決液壓系統(tǒng)中存在的壓力信息問題[8]。

僅憑現(xiàn)階段的工程機械的控制器械的技術(shù)條件不能夠及時處理壓力信息的方法，應(yīng)該對專門的液壓閥控制設(shè)備和發(fā)動機控制設(shè)備以及液壓泵控制設(shè)備進行開發(fā)以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)處理速度的要求，建立總線的分布式控制系統(tǒng)可以通過系統(tǒng)的總線與每個控制設(shè)備相連。

利用發(fā)動機工作時的數(shù)據(jù)和用戶的指令進行發(fā)動機噴油量的控制發(fā)動機的控制設(shè)備，同時總線接收到相關(guān)數(shù)據(jù)，其它控制器的控制指令被傳回總線；通過泵出口的壓力信息對其接收信息的過程進行調(diào)節(jié)液壓泵控制設(shè)備，同時總線接收相關(guān)數(shù)據(jù)，然后從總線上接收其它控制器的控制指令；操作者將指令傳達到液壓閥控制器，通過指令控制液壓閥，同時總線接收到相關(guān)數(shù)據(jù)，進而接收其它控制設(shè)備的控制指令于總線上，系統(tǒng)處理控制信息以及傳輸信息的速度的提高可以通過總線的分布式控制系統(tǒng)[2]。

2.3 全局節(jié)能控制技術(shù)

節(jié)能技術(shù)在發(fā)展道路上不停的開發(fā)創(chuàng)新，全局技能對機械工作性能的進一步增強，能耗的進一步降低而言有著至關(guān)重要的影響意義。將整機以及外界負載作為分析主體，從而構(gòu)建廣義概念下的全局節(jié)能控制系統(tǒng)，進而更好地實現(xiàn)它[9]。

全局節(jié)能控制目標(biāo)可以分解為傳統(tǒng)節(jié)能和作業(yè)效率以及協(xié)同作業(yè)目標(biāo)，每個目標(biāo)又可以分為系統(tǒng)節(jié)能目標(biāo)和部件節(jié)能目標(biāo)以及元件節(jié)能目標(biāo)，其特點是保持各個結(jié)構(gòu)控制目標(biāo)一致，實現(xiàn)節(jié)能的全局面和科學(xué)有效性的控制，將最終目標(biāo)定位于整體結(jié)構(gòu)節(jié)能； 節(jié)能目標(biāo)是作業(yè)高效和經(jīng)濟性的統(tǒng)一； 評價體系指標(biāo)合理化并具有說服力[10]。

總而言之，若要更創(chuàng)新的電子節(jié)能控制系統(tǒng)工作實現(xiàn)，就要將傳統(tǒng)性的電子控制系統(tǒng)存在的不足進行改進，不同工程機械情況的柔性參數(shù)的動態(tài)功率配置可以通過電子節(jié)能控制技術(shù)實現(xiàn)，構(gòu)建操作方式的工作效率管理系統(tǒng)和工作效率方式的動態(tài)功率配置系統(tǒng)，從而為工程機械電子節(jié)能控制技術(shù)的構(gòu)建路上擴展更多的可能性，希望能夠為工程機械節(jié)能技術(shù)指明方向，進而有效引導(dǎo)現(xiàn)代工業(yè)節(jié)能技術(shù)的發(fā)展。