柳工CLG886H智能化裝載機(jī)

沈洪偉，王 濤

（廣西柳工機(jī)械股份有限公司，廣西 柳州 545007）

1 主要技術(shù)性能

整機(jī)主要技術(shù)參數(shù)為滿足客戶對(duì)裝載機(jī)的智能化、自動(dòng)化需求，同時(shí)考慮到客戶對(duì)設(shè)備管理的便利化需求，柳工最新研發(fā)成功CLG886H大型輪式裝載機(jī)（見表1）。

2 產(chǎn)品的智能化特點(diǎn)

該機(jī)應(yīng)用了恒功率變量液壓系統(tǒng)、智能溫控散熱系統(tǒng)、智能自動(dòng)降擋功能、智能電子控制系統(tǒng)、智能動(dòng)力切斷功能、遠(yuǎn)程物聯(lián)管理系統(tǒng)、智能輔助鏟裝系統(tǒng)等一系列新技術(shù)。

表1 CLG886H主要性能參數(shù)表

2.1 恒功率變量合流液壓系統(tǒng)

傳統(tǒng)的定量液壓系統(tǒng)，泵的排量是固定的。不管實(shí)際需要多少流量，泵總是輸出固定的流量。而多出部分的流量通過(guò)溢流的方式流回油箱，這部分的液壓功率并沒有做功，而是白白損失掉了，也就是說(shuō)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的能量浪費(fèi)掉了。在變量液壓系統(tǒng)中，工作、轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)采用變量液壓柱塞泵，系統(tǒng)可以根據(jù)工作負(fù)載的變化調(diào)節(jié)液壓泵的排量、壓力，做到“按需供油”，克服負(fù)載需要多少能量，系統(tǒng)就自動(dòng)輸出多少能量，大大減少能量損失，從而達(dá)到節(jié)能至少10%以上的目的。設(shè)定恒功率調(diào)節(jié)，根據(jù)壓力和流量計(jì)算并自動(dòng)調(diào)節(jié)泵排量，使泵輸出的功率穩(wěn)定在一個(gè)預(yù)設(shè)的恒定值，控制液壓系統(tǒng)功率占比不會(huì)過(guò)高（見圖1、圖2）。

圖1 傳統(tǒng)定量液壓系統(tǒng)

圖2 變量液壓系統(tǒng)

圖3 自由輪變矩器與普通變矩器對(duì)比

雙泵合流、轉(zhuǎn)向優(yōu)先的設(shè)計(jì)，使機(jī)器在作業(yè)時(shí)雙泵同時(shí)為油缸快速供油，減少動(dòng)臂提升時(shí)間，提高機(jī)器作業(yè)效率。

電比例先導(dǎo)指尖操縱輕松省力，舒適性好，輕松實(shí)現(xiàn)復(fù)合動(dòng)作，保證高效作業(yè)，同時(shí)大大降低司機(jī)的作業(yè)強(qiáng)度。

2.2 自由輪變矩器＋智能降擋功能

普通定導(dǎo)輪變矩器的效率曲線如圖3藍(lán)線所示，在速比超過(guò)一定值時(shí)，效率會(huì)逐漸下降，也就是說(shuō)在中長(zhǎng)距離作業(yè)工況下，變矩器的能量轉(zhuǎn)換效率不高，整機(jī)的油耗會(huì)比較高。自由輪變矩器的效率如圖3黃線所示，可以看到當(dāng)速比高過(guò)一定值時(shí)，自由輪作用下變矩器的效率不降反升，使液力變矩器向偶合器演變，變矩器的能量傳遞效率大幅提高，意味著整機(jī)在中長(zhǎng)距離運(yùn)輸工況下燃油的經(jīng)濟(jì)性得以大幅提高。

整機(jī)具備自動(dòng)降擋功能，當(dāng)整機(jī)Ⅱ擋插入物料遇到阻力時(shí)，自動(dòng)降為前進(jìn)Ⅰ擋，以增大整機(jī)牽引力，使鏟斗更容易插入物料。在完成物料鏟挖后，整機(jī)自動(dòng)恢復(fù)為Ⅱ擋，提高整機(jī)車速，快速退出料堆，升降擋過(guò)程無(wú)需人工操作，機(jī)器自主判斷完成，提高了作業(yè)效率，減輕了司機(jī)勞動(dòng)強(qiáng)度（見圖4）。

2.3 智能電子控制系統(tǒng)

CLG886H輪式裝載機(jī)集成智能電子控制系統(tǒng)，包含發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)、變速箱電控系統(tǒng)、操作電控系統(tǒng)、散熱電控系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、儀表系統(tǒng)、維護(hù)和故障診斷系統(tǒng)及相應(yīng)的傳感器、控制器等。

通過(guò)CAN-bus擴(kuò)展功能實(shí)現(xiàn)以下主要功能：（1）信息通訊功能。使整車控制模塊（主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)ECM、變速箱控制器、散熱控制器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、數(shù)字儀表總成、功能按鈕總成）之間可以相互進(jìn)行信息交流與顯示（見圖5、圖6）；（2）維護(hù)/故障電子監(jiān)控提醒功能。智能化熱管理控制功能通過(guò)電子傳感器直接讀取或者與其他模塊的電控單元通訊，讀取水溫以對(duì)速度、壓力、介質(zhì)清潔度等參數(shù)做出報(bào)警或顯示等。

圖4 自動(dòng)降擋功能作業(yè)示意圖

圖5 CAN-bus原理簡(jiǎn)圖

圖6 數(shù)字儀表信息顯示

圖7 智能溫控散熱系統(tǒng)

圖8 手機(jī)端界面

2.4 智能溫控散熱系統(tǒng)

吸風(fēng)式散熱系統(tǒng)由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，散熱效率高。

電子溫控智能散熱系統(tǒng)會(huì)根據(jù)控制器收集到的水溫、油溫反饋信號(hào)，按預(yù)設(shè)的控制邏輯自動(dòng)調(diào)節(jié)散熱泵的排量，從而控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速維持在合理的水平。該系統(tǒng)下，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速并不強(qiáng)相關(guān)，對(duì)散熱性能和風(fēng)扇噪音方面均有積極影響。降低風(fēng)扇轉(zhuǎn)速以節(jié)省風(fēng)扇能耗，節(jié)省燃油（見圖7）。

該系統(tǒng)能讓散熱器有效工作，提高整機(jī)效率。選配正反轉(zhuǎn)風(fēng)扇，便于清潔散熱器組表面灰塵或雜物。

在以下情況，風(fēng)扇發(fā)揮節(jié)能作用：（1） 當(dāng)柴油機(jī)剛運(yùn)行時(shí) ；（2） 柴油機(jī)負(fù)荷較低時(shí) ；

（3） 低溫地區(qū)，如冬季和寒冷地區(qū) ；

（4） 清潔散熱器組時(shí)。

2.5 遠(yuǎn)程物聯(lián)管理系統(tǒng)

通過(guò)數(shù)據(jù)采集和傳輸模型的制定、數(shù)據(jù)分析建模、控制器硬件的設(shè)計(jì)開發(fā)、信息平臺(tái)的建設(shè)等方面的開發(fā)應(yīng)用，已取得以下技術(shù)突破：

（1） 可通過(guò)電腦或手機(jī)查詢整機(jī)信息。

設(shè)備管理者無(wú)需到現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)電腦或手機(jī)即可及時(shí)掌握設(shè)備的相關(guān)信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的故障或報(bào)警，及時(shí)報(bào)修或處理。

服務(wù)人員同樣可通過(guò)該系統(tǒng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，提前對(duì)客戶進(jìn)行預(yù)警，避免小問題引起大麻煩。

研發(fā)人員可以通過(guò)該系統(tǒng)查詢整機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的關(guān)鍵參數(shù)和報(bào)警信息，對(duì)后續(xù)問題處理提供及時(shí)準(zhǔn)確的判斷依據(jù)。同時(shí)可對(duì)整機(jī)作業(yè)過(guò)程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤、監(jiān)控和收集，為后續(xù)整機(jī)開發(fā)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)（見圖8）。

圖9 作業(yè)時(shí)間和油耗統(tǒng)計(jì)

圖10 怠速時(shí)間

圖11 關(guān)鍵部件故障

圖13 整機(jī)健康狀態(tài)

圖12 維護(hù)保養(yǎng)信息

（2） 可遠(yuǎn)程監(jiān)控裝載機(jī)作業(yè)狀態(tài)及故障信息。

相關(guān)人員可遠(yuǎn)程監(jiān)控機(jī)器作業(yè)的狀態(tài)及故障信息，包括工作時(shí)間、油耗、轉(zhuǎn)速、各種溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷、報(bào)警、故障等各種數(shù)據(jù)，便于故障判斷和提前預(yù)警（見圖9、圖10、圖11）。

（3） 顯示維護(hù)保養(yǎng)信息。

客戶、經(jīng)銷商、服務(wù)部門等授權(quán)人員可通過(guò)手機(jī)或電腦清晰的知曉機(jī)器維護(hù)保養(yǎng)和服務(wù)周期及內(nèi)容，便于整機(jī)的規(guī)范化維護(hù)保養(yǎng)，確保機(jī)器始終工作在最佳狀態(tài)，延長(zhǎng)機(jī)器使用壽命（見圖12）。

（4） 實(shí)現(xiàn)機(jī)器健康管理。

可以在主界面看到整機(jī)的健康信息。運(yùn)行狀態(tài)信息中，綠色的說(shuō)明健康，紅色的說(shuō)明不健康（見圖13）。

可以在主界面看到報(bào)警信息，有報(bào)警就會(huì)有相應(yīng)的指示燈亮起。

2.6 智能鏟裝系統(tǒng)

整個(gè)系統(tǒng)由一鍵預(yù)鏟裝、自動(dòng)鏟裝系統(tǒng)、一鍵卸料等子系統(tǒng)組成。可以通過(guò)3個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)機(jī)器的標(biāo)準(zhǔn)鏟裝卸作業(yè)流程，整個(gè)過(guò)程無(wú)需人為干預(yù)，由控制器自主判斷和控制執(zhí)行，且滿斗率達(dá)到100%。此系統(tǒng)能降低對(duì)操作手技能的要求，減輕操作手的勞動(dòng)強(qiáng)度。

圖14 自動(dòng)鏟裝動(dòng)作（M1為例）

圖15 柳工CLG886H智能化輪式裝載機(jī)

（1） 一鍵卸料功能。

一鍵卸料功能是指按下該按鈕后，機(jī)器會(huì)自動(dòng)地完成卸料，然后自動(dòng)回到找平位置的一項(xiàng)功能。

通過(guò)按一次按鍵即可替代持續(xù)前推鏟斗手柄和后拉鏟斗手柄2個(gè)動(dòng)作，有利于提升操作的便利性。

（2） 一鍵預(yù)鏟裝功能。

一鍵預(yù)鏟裝功能描述：通過(guò)按下一次該按鈕，無(wú)論動(dòng)臂和鏟斗處于任何位置，均能實(shí)現(xiàn)動(dòng)臂下降至貼地位置、鏟斗運(yùn)動(dòng)到找平位置的功能，完成插入物料前準(zhǔn)備動(dòng)作。

通過(guò)按下一次按鍵操作即可替代操縱手柄使鏟斗找平、持續(xù)前推動(dòng)臂手柄使動(dòng)臂貼近地面等動(dòng)作，提升操作便利性。

（3） 自動(dòng)鏟裝技術(shù)。

整個(gè)鏟裝過(guò)程無(wú)需操作者操縱，系統(tǒng)自動(dòng)判斷動(dòng)臂大腔壓力變化情況（趨勢(shì)＋壓力保持），由控制器自動(dòng)控制工作裝置完成鏟裝動(dòng)作，并提升動(dòng)臂至預(yù)設(shè)高度（見圖14）。

模式選擇： M1/M2/M3/M4/AUTO。

M1/M2/M3/M4：根據(jù)相應(yīng)物料調(diào)試完成的鏟裝參數(shù)組編號(hào)（鏟裝模式）。每組參數(shù)組包括提動(dòng)臂電流、提動(dòng)臂角度（時(shí)間）、動(dòng)臂停止時(shí)間、收斗電流、收斗角度（時(shí)間）和鏟斗停止時(shí)間等一系列參數(shù)的集合。

AUTO：根據(jù)具體工況，在M1～M4間根據(jù)某種算法、經(jīng)過(guò)多次自動(dòng)鏟裝過(guò)程，智能地選擇適用該種工況的自動(dòng)鏟裝模式。

3 結(jié)束語(yǔ)

柳工CLG886H智能化輪式裝載機(jī)是專門針對(duì)大型港口、大型礦山松散物料鏟裝等使用要求而研發(fā)的大型裝載機(jī)。其上創(chuàng)新性應(yīng)用了恒功率變量液壓系統(tǒng)、智能溫控散熱系統(tǒng)、智能自動(dòng)降擋功能、智能電子控制系統(tǒng)、智能動(dòng)力切斷功能、遠(yuǎn)程物聯(lián)管理系統(tǒng)、智能輔助鏟裝系統(tǒng)等一系列新技術(shù)。多方面全方位的技術(shù)性突破，對(duì)整機(jī)節(jié)能降耗、客戶的設(shè)備管理、降低操作手作業(yè)強(qiáng)度、降低對(duì)操作手技能要求等多個(gè)方面都有積極影響，該機(jī)的研發(fā)成功將國(guó)內(nèi)裝載機(jī)的研制能力提高到一個(gè)新的水平（見圖15）。在西南某大型水利工程施工中，柳工CLG886H裝載機(jī)經(jīng)受住了苛刻的考驗(yàn)，結(jié)果顯示整機(jī)作業(yè)能力強(qiáng)，特別是燃油效率優(yōu)于國(guó)際大品牌同噸位機(jī)型。

［1］ 章二平. 裝載機(jī)遠(yuǎn)程服務(wù)系統(tǒng)與智能化挖掘機(jī)[J]. 機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用, 2005, 05.

［2］ 邵善鋒, 吳國(guó)祥, 李玉河, 等. 裝載機(jī)智能控制系統(tǒng)研究[J]. 工程機(jī)械, 2009, 03.