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如何利用单片机实现液压挖掘机的节能控制

亚洲流体网 发布时间:2017/5/31 8:39:21 浏览次数:28975 来源:亚洲液压网编辑整理 我要投稿
【导读】 液压挖掘机是一种多功能机械,被广泛应用于交通运输水利工程电力工程和矿山采掘等机械施工中。但由于其工作状况复杂,操作员在作业中要操作的机构较多,无暇根据负载的大小来调节发动机油门,往往使油门处于固定位置,因而造成大量的能量损失和严重的机械损耗

亚洲液压网液压挖掘机是一种多功能机械,被广泛应用于交通运输水利工程电力工程和矿山采掘等机械施工中。但由于其工作状况复杂,操作员在作业中要操作的机构较多,无暇根据负载的大小来调节发动机油门,往往使油门处于固定位置,因而造成大量的能量损失和严重的机械损耗。

如何利用单片机实现液压挖掘机的节能控制

如何利用单片机实现液压挖掘机的节能控制

随着微机控制技术的发展,特别是机电、液一体化迅速发展,将微机用于液压挖掘机控制己成为可能。在我国工程机械行业中,微机控制技术的应用仅处于探索和起步阶段。把压力作为判断信号,实现节能控制,目前在国内外尚未见到类似的文章。笔者针对上述挖掘机能量损失情况,采用单片机控制,以液压系统的压力为判断信号,来判断液压挖掘机的工作状态,进而由步进电机控制发动机的油门,从而使油门的开度始终处于适应负载的合适值上,达到节能的目的。

1、节能的原理和实现

1.1、节能原理液压传动动力机械节能原理的研究认为:发动机工作时有一条最佳比油耗线(或最佳节能线),如中的AC线,发动机只要在最佳比油耗线上或尽量接近最佳比油耗线工作,就可以降低油耗值。

按照工作情况,合理的选择发动机一一液压泵系统联合工作特性,使其在各种工况下都处于最佳经济工作状态,实现节能。

发动机在不同的转速下所对应的最低油耗点的扭矩是不一样的,每个转速都有一个响应的扭矩,在该扭矩下,发动机油耗最低。

空载时,液压泵“零”排量调节,发动机怠速工作,机器处于“休眠”状态,大大节能。

超载时,液压泵按压力控制线工作,减小溢流损失,因而节能。

液压挖掘机在实际工作中,除了一般的管道,沿程损失的机械损失外,主要能量损失有:发动机喷油提前角不正确引起效率降低;(2)发动机和液压泵不匹配造成能量损失;(3)液压流量损失及压力损失;(4)溢流损失。

1.2、节能的实现针对上述能量损失,依据液压传动动力机械节能原理,提出下列设计:依据实际工作情况,设定各种不同的工作模式,利用计算机控制系统控制发动机,使其稳定在相应工作模式所对应的转速附近工作,由于全功率变量泵的吸收扭矩在恒功率调节区段是不变的,因此发动机功率正比设定的转速,实现节能。

空载时,实现自动怠速控制。当操纵阀处于中位时,计算机控制系统关小油门,使发动机处于怠速状态,控制系统继续监视载荷的变化,一旦系统压力超过设定值时,计算机控制系统立即控制发动机,使其迅速恢复设定的工作转速。

溢流控制。当液压系统压力大于溢流阀开启压力时将发生溢流功率损失。为防止该损失,本控制系统当检测出油压大于溢流阀开启压力时,立即控制发动机关小油门,将发动机转速降低到某一设定值,减小溢流损失,当液压系统压力小于设定的最大压力时,使发动机转速恢复到原设定值。

2、节能控制系统硬件设计

由结构框图可知,控制系统的硬件电路由单片机处理器、采样电路、A/D转换、脉冲隔离放大电路、扩展电路等部分组成。它们是8031单片机、27128EPROM和ADC0809模激转换以及扩展电路8255芯片等,通过编程将其PAPBPC口定义为所需的输入或输出口,例如设定转速输入,步进电机输出等。

系统的硬件框图如所示

本控制系统以液压系统的压力为判断信号,判别挖掘机的工作状态,从而控制步进电机动作。因此采用了两路CYR-1A型压力变送器,采样液压系统的压力,经A/D转换输入单片机8031,由其分柝判断,发出相应的控制指令。

为保证系统的安全和工作的可靠性,控制主板和步进电机的驱动电路间采用TLP- 521-4型光电耦合器起隔离、传输作用。其原理图如所示。光电耦合器共有三路,以驱动步进电机的三相绕组,输入端接到8255的I/O接口,信号经隔离后送入步进电机的驱动电路,经放光电隔离电路大后带动步进电机运行。

3、节能控制系统的软件设计为实现步进电机动作随负载变化的控制功能,本控制系统的软件由主程序和测速程序、测压程序、步进电机控制程序滤波程序等各个子程序组成,其中主程序的框图如所示(图中的数据皆为设计系统时设定的速度和压力值)。

机器通电后首先进行初始化工作,如上控制系统主程序框图电复位、关中断、清零等,然后判断液压系统的压力。根据压力情况,控制系统自动进行相应的操作。工作过程中,可以通过按键选择,进入别的工况,进行手动控制。

4、结束语

通过前期的研究,成功地开发了液压挖掘机的节能控制系统,由实验结果分析可知节能效果提高1(%~15%.说明了节能理论的正确性技术上的可行性。另外在节能控制系统中,由于采用了单片机技术,具有体积小调整方便灵活、控制准确等特点。在抗干扰方面,硬件中采用了光电隔离,软件中采用滤波、WATCHDOG等措施,使控制系统的抗干扰能力又大大强,因此具有一定的社会效益和经济效益。


责任编辑:黄能文  QQ:2355932152

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