旋挖鉆機(jī)功率控制與匹配技術(shù)

□ 劉 方 □ 張武林 □ 王安倉 □ 陸玉杰

柳工常州機(jī)械有限公司 江蘇常州 213168

1 研究背景

旋挖鉆機(jī)功率控制系統(tǒng)如圖1所示,主要由油門旋鈕、控制器、發(fā)動機(jī)、液壓泵四部分組成。在旋挖鉆機(jī)功率控制系統(tǒng)中,油門旋鈕輸出信號至控制器,控制器根據(jù)油門位置輸出轉(zhuǎn)速信號至發(fā)動機(jī),同時輸出電流值至液壓泵,液壓泵根據(jù)不同電流值輸出所需功率。

▲圖1 旋挖鉆機(jī)功率控制系統(tǒng)

旋挖鉆機(jī)在工作過程中,遇到較大負(fù)載時,發(fā)動機(jī)會出現(xiàn)嚴(yán)重掉速,甚至熄火。針對這一問題,現(xiàn)有技術(shù)通過選擇更大功率的發(fā)動機(jī)或采用極限載荷控制的方法來減小發(fā)動機(jī)掉速?，F(xiàn)有技術(shù)會帶來發(fā)動機(jī)成本增加、功率利用率降低、能耗過高等問題。筆者圍繞現(xiàn)有技術(shù)存在的問題,提出一種旋挖鉆機(jī)功率控制與匹配技術(shù)。

2 設(shè)定各擋位下液壓泵輸入扭矩

在進(jìn)行旋挖鉆機(jī)功率匹配計算時,第一步為確定各擋位對應(yīng)轉(zhuǎn)速下液壓泵的輸入扭矩。根據(jù)發(fā)動機(jī)的扭矩轉(zhuǎn)速特性曲線、液壓泵的壓力流量曲線,以及發(fā)動機(jī)的扭矩儲備因數(shù),計算出不同轉(zhuǎn)速下液壓泵的允許最大輸入扭矩,形成發(fā)動機(jī)液壓泵轉(zhuǎn)速扭矩擬合曲線,如圖2所示。

▲圖2 發(fā)動機(jī)液壓泵轉(zhuǎn)速扭矩擬合曲線

一般根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速,將旋挖鉆機(jī)的擋位劃分為12擋,各擋位下發(fā)動機(jī)扭矩儲備因數(shù)的設(shè)定遵循以下三點:

(1)在低擋位,即小于5擋時,旋挖鉆機(jī)主要進(jìn)行行走,負(fù)載較小,對扭矩輸出要求較低,為考慮省油,扭矩儲備因數(shù)一般設(shè)定為0.3以上;

(2)在高擋位,即不小于10擋時,旋挖鉆機(jī)主要用于較惡劣工況下的作業(yè),對扭矩輸出要求高,對油耗不做過多要求,扭矩儲備因數(shù)一般設(shè)定在0.05～0.1之間;

(3)在中間擋位時,旋挖鉆機(jī)處于最常用工況,追求較大的扭矩輸出,同時要考慮省油,扭矩儲備因數(shù)一般設(shè)定在0.1～0.2之間。

3 設(shè)定各擋位下輔助液壓泵應(yīng)扣除功率

一般中大型旋挖鉆機(jī)都會配置輔助液壓泵,當(dāng)旋挖鉆機(jī)需要進(jìn)行復(fù)合動作作業(yè)時,輔助液壓泵與主液壓泵同時工作,會出現(xiàn)發(fā)動機(jī)扭矩儲備不足的情況。對此,筆者重點介紹輔助液壓泵的功率扣除設(shè)定方法。輔助液壓泵功率扣除時,對旋挖鉆機(jī)輔助液壓泵工作時不同的壓力區(qū)間進(jìn)行劃分,設(shè)定各壓力區(qū)間要扣除的功率,來控制輔助液壓泵和主液壓泵的功率輸出。設(shè)定扣除功率,需要獲取輔助液壓泵的壓力和發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速,依據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速確定發(fā)動機(jī)功率,依據(jù)輔助液壓泵壓力選取對應(yīng)的輔助液壓泵扣除功率,依據(jù)發(fā)動機(jī)功率、輔助液壓泵扣除功率、主液壓泵壓力流量曲線計算主液壓泵功率控制電流值,向控制主液壓泵功率的電磁閥輸入對應(yīng)的主液壓泵功率控制電流,進(jìn)而控制旋挖鉆機(jī)復(fù)合動作作業(yè)時液壓泵的最大輸出功率,用于減小旋挖鉆機(jī)的發(fā)動機(jī)掉速,避免發(fā)動機(jī)熄火現(xiàn)象出現(xiàn)。

4 設(shè)定液壓泵控制電流

在設(shè)定液壓泵的控制電流時,需要設(shè)定電流起始值、電流加載步頻、電流延時三個參數(shù)。這三個參數(shù)決定了液壓泵輸入的扭矩是優(yōu)先還是滯后于發(fā)動機(jī)的扭矩輸出。如果液壓泵的輸入扭矩優(yōu)先于發(fā)動機(jī)的扭矩輸出,那么會引起發(fā)動機(jī)掉速過大甚至熄火。如果液壓泵的輸入扭矩滯后于發(fā)動機(jī)的扭矩輸出,那么會引起旋挖鉆機(jī)作業(yè)動作響應(yīng)遲鈍、延緩,影響客戶的操作感受,同時降低旋挖鉆機(jī)的作業(yè)效率。因此,在進(jìn)行旋挖鉆機(jī)功率匹配計算時,需要對設(shè)定的液壓泵電流起始值、電流加載步頻、電流延時三個參數(shù)進(jìn)行計算,并根據(jù)實際測試結(jié)果不斷優(yōu)化參數(shù),進(jìn)而確定一個較為合理的液壓泵控制電流上升曲線,使發(fā)動機(jī)輸出扭矩與液壓泵輸入扭矩實現(xiàn)最佳匹配。液壓泵控制電流上升曲線如圖3所示。

▲圖3 液壓泵控制電流上升曲線

筆者提出的旋挖鉆機(jī)功率控制與匹配技術(shù),相比現(xiàn)有技術(shù),可以極大改善發(fā)動機(jī)的掉速現(xiàn)象。發(fā)動機(jī)掉速測試結(jié)果對比如圖4所示,由圖4可以看出,發(fā)動機(jī)掉速現(xiàn)象改善效果非常顯著。

▲圖4 發(fā)動機(jī)掉速測試結(jié)果對比

5 結(jié)束語

研究旋挖鉆機(jī)功率控制與匹配技術(shù),旨在提高旋挖鉆機(jī)發(fā)動機(jī)的功率利用率,提高作業(yè)效率,改善操作性,降低能耗。筆者提出的旋挖鉆機(jī)功率控制與匹配技術(shù),相比現(xiàn)有技術(shù),在不增加成本的前提下,提高了發(fā)動機(jī)功率利用率,提高了旋挖鉆機(jī)施工效率,改善了發(fā)動機(jī)掉速狀況,解決了旋挖鉆機(jī)在遇到大負(fù)載時發(fā)動機(jī)出現(xiàn)熄火的現(xiàn)象。