挖掘机电气控制系统说明.doc

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1、三一重机 电气系统SANY 第 1 页 共 16 页挖掘机电气控制系统本篇将以 SY2XXC5 挖掘机为例讲述挖掘机的电气系统基本原理、基本构造、操作说明、故障分析。一、概述机电一体化是液压挖掘机的主要发展方向,其最终目的是机器人化,实现全自动运转,这是挖掘机技术的又一次飞跃。作为工程机械主导产品的液压挖掘机,在近几十年的研究和发展中,已逐渐完善,其工作装置、主要结构件和液压系统已基本定型。人们对液压挖掘机的研究,逐步向机电液控制系统方向转移。控制方式不断变革,使挖掘机由简单的杠杆操纵发展到液压操纵、气压操纵、电气操纵、液压伺服操纵、无线电遥控、电液比例操纵和计算机直接控制。所以,对挖掘机机电

2、一体化的研究,主要是集中在液压挖掘机的控制系统上。液压挖掘机电气控制系统主要是对发动机、液压泵、多路换向阀和执行元件(液压缸、液压马达)的一些温度、压力、速度、开关量的检测并将有关检测数据输入给挖掘机的专用控制器EC-7,EC-7 控制器综合各种测量值、设定值和操作信号发出相关控制信息,对发动机、液压泵、液压控制阀和整机进行控制。(一)电气控制系统具有以下功能:1:控制功能:负责对发动机、液压泵、液压控制阀和整机的复合控制。2:检测和保护功能:通过一系列的传感器、油压开关、蜂鸣器、熔断器和触摸屏等对挖机的发动机、液压系统、气压系统和工作状态进行检测和保护。3:照明功能:主要有司机室厢灯、工作装

3、置作业灯及检修灯。4:其它功能:主要有刮雨器、喷水器、空调器和收放音机等。(三)系统组成及原理SY2XXC5 挖掘机电气系统由电源部分、启动部分、照明部分、电气操纵机构、空气调节装置、音响设备、节能控制及故障诊断报警系统等组成。2.1 电源部分系统电源为直流 24V 电压供电、负极搭铁方式;采用 2 节 12V 120AH 蓄电池串联作发动机启动电源,由带内置硅整流和电压调节装置的交流发电机充电,以维持蓄电池电量和稳定系统电压;蓄电池输出端装设电源继电器,由钥匙开关控制,以增加电源系统的安全性。1) 蓄电池:采用 12V 120AH 免维护型蓄电池,2 组串联。三一重机 电气系统SANY 第

4、2 页 共 16 页2) 发电机:27V 35A 交流发电机,由发动机自带,内置硅整流电路及电压调节器,带有频率输出。D+为中性点电压输出端子,B+为电源输出端子,E 为接地端子。D+端子接充电报警灯,在启动初状态,当发电机电压尚未建立时 D+端电压为 0V,充电报警灯亮,蓄电池正电源通过报警灯灯丝流向 D+端作为发电机的励磁电流,使发电机迅速建立起电压并进入发电工作状态。发电机进入发电状态后,D+端电压达 24V,充电报警灯熄灭。3) 电源继电器:装于电瓶的正极控制总电源,由钥匙开关控制,以增加电源系统的安全性。a)接通:把钥匙开关打到“接通”位置以启动电路系统,此时电源继电器接通,系统得电

5、。在启动发动机之时,钥匙开关必须是接通的。b)断开:把钥匙开关打到“断开”位置,电源继电器断电,以切断电路系统。注意:维修电路系统和机器的其它部件时,请把钥匙开关打到“断开”位置或拔掉钥匙开关以切断蓄电池电路。2.2 启动部分2.2.1 启动设备1) 启动电机:24V 4KW起动电机三个接线柱的作用和连接如下:a) 50 接线柱接启动开关。b) 31 接线柱为负极搭铁。c) 30 接线柱可接车上的用电器的正极。2) 钥匙开关:用于启动发动机。3) 转速传感器:用于检测启动过程中发动机转速。4) 液压操纵:液压操纵杆在“锁住”位置,发动机才能启动。 2.2.2 挖掘机启动保护原理及实现过程SY2

6、XXC5 挖掘机由 EC-7 来控制起动马达,并通过程序设置实现保护。柴油机起动前,钥匙开关先打到“通电”档时,由 EC-7 控制器检测各传感器及相关开关输入信号,检测此时冷却液温度是否低于 3,若是,则接通预热继电器,直到冷却液温度高于此值时断开,同时驱动油门机构向油门高位走一行程,以保证油门打开。钥匙开关打到“启动”档后,EC-7 控制器检测到“柴油机启动信号”的输入,同时判断“液压操纵秆”信号是否为闭合,若闭合,再判断此时转速是否低于 650r/m,若是,则接通启动继电器,直到转速高于 650r/m,则断开启动继电器,起动后启动继电器不再输出。此时 EC-7 控制器完成发动机的发动。三一

7、重机 电气系统SANY 第 3 页 共 16 页2.3 照明部分为了保证夜间行车或作业安全,提高工作效率,外部照明旋转台工作灯、动臂工作灯均采用大功率工作灯,内部照明为驾驶室厢灯,触摸屏具有光控与温控电路,在光线阴暗时自动打开背光,照明液晶屏,在不同的温度下,自动调节液晶屏的灰度,以达到最佳的视觉效果。2.4 电气操纵机构包括各启动开关、断路开关、继电器等电气控制机构。2.5 空气调节装置为了营造一个舒适的工作环境,本机采用工程机械专用工程空调,能实现制冷与制暖、风量以及温度调节。2.6 音响设备采用国际先进的挖掘机专用收音机(以实物为准),配以大功率放音喇叭,能获得震撼的收音效果。2.7 故

8、障诊断报警装置故障诊断报警装置对挖掘机的运行状态进行监视, 一旦发生异常能及时报警,并指出故障部位,从而可及早清除事故隐患,减少维修时间,降低保养和维护费用,改善作业环境,提高作业效率。其硬件主要由 EC-7 控制器和显示器为系统核心,辅以其他检测和保护控制元件,实现对控制对象的各种监测目的,它有如下特点:1) 触摸屏面板能防水、防尘,整个装置抗干扰能力强,并能防震。2) 能对机器的运行情况进行连续监测,并根据要求进行报警。3) 装置在硬件上具有光控电路,在光线阴暗时自动打开背光,照明液晶屏,在不同温度下,自动调节液晶屏的灰度,以达到最佳视觉效果。4) 装置具有工作小时总计,系统时间显示且能对

9、其进行调整,使其与当地时间一致。5) 可以对液晶屏进行翻屏操作,可查阅采集的各路参数的具体数值或者各开关量的正常与否。6) 工作后每次只选一个工作模式,选定一个新的工作模式之后,原工作模式自动消除。每次重新启动挖掘机后,功率模式重新回到 S(标准)模式。7) 每次重新接通并启动挖掘机后,行驶高低速选择开关处于低速状态,只有当按下开关后才依次在高速与低速之间转换。8) 每次重新启动挖掘机后,自动怠速开关处于自动怠速有效模式,只有按下自动怠速三一重机 电气系统SANY 第 4 页 共 16 页开关,自动怠速功能才能取消。9) 本装置自动查找故障,根据测得的故障参数找出发生故障的部位,并能查询某个故

10、障发生的时间及某个时间内所发生的故障名称。图 1 故障诊断报警系统结构图本监控报警系统各功能显示方式、采集信号具体情况列表如下:显示 类别 输入或输出信号方式燃油箱油位表 油量传感器 模拟量发动机冷却液温度表 水温传感器 模拟量机油压力表 油压传感器 模拟量油门旋钮 油门旋钮 模拟量五个压力传感器 压力传感器 模拟量指示仪表方式实时监测EC-7 控制器采集到的所有 开关输入输出点状态开关量机油压力不足 油压传感器 模拟量发动机冷却液过热 水温传感器 模拟量 空气滤清器阻塞 压力继电器 开关量油门旋钮故障 油门旋钮 模拟量液晶显示报警菜单燃油油量不足 油量传感器 模拟量三一重机 电气系统SANY

11、 第 5 页 共 16 页显示屏界面如下:界面 1:主画面 界面 6:工作状态监测表界面 3:输入点状态 1 界面 5:输出点状态三一重机 电气系统SANY 第 6 页 共 16 页2.8 电子节能控制装置本系统由 EC-7 控制器、显示器、油门控制单元以及一些必要的模拟量、开关量传感器、模式电磁阀组、开关阀等组成。通过对发动机和液压泵系统进行综合控制,使二者达到最佳匹配,以达到明显的节能效果。该装置主要实现四种工作模式的选择,自动怠速功能、过热保护及柴油机转速控制等功能。各种控制指令(包括触摸屏控制指令)和检测信号以开关量或模拟量形式进入 EC-7 控制器后,EC-7 控制器根据要求输出控制

12、信号给受控元件,达到控制的目的。另外将各种信号以通信的方式送入触摸屏。通过触摸屏实现相关控制的操作、实时显示和报警信息提示。2.8.1 四种工作模式控制挖掘机配备工作模式控制系统,可以使操作者根据作业工况不同,选择适合的作业模式,使发动机输出最合理的动力。SY2XXC5 挖掘机有四种作业模式可供选择,模式的选择通过显示屏上的“模式”选择按钮实现。挖掘机工作后每次只选一个工作模式,选定一个新的工作模式后,原工作模式自动消除。H 模式:即重负荷挖掘模式,发动机油门处于最大供油位置,发动机以全功率投入工作;S 模式:即标准作业模式,液压泵输入功率的总和约为发动机最大功率的 90%;L 模式:即普通作

13、业模式,液压泵输入功率的总和约为发动机最大功率的 80%。 B 模式:即轻载作业模式,液压泵输入总功率约为发动机最大功率的 70%,适合于挖掘机的平整作业或破碎模式。2.8.2 功率优化系统该功率优化系统采用闭环控制,工作中它能根据发动机负荷的变化,自动调节液压泵所吸收的功率,使液压泵的功率始终与发动机的功率相匹配,EC-7 控制器即对发动机采取分段功率控制,不再追求完全用足发动机功率,而是根据具体的工作状况设定发动机的工作能力,减轻发动机的工作强度,使发动机稳定地运行在经济工况点上。三一重机 电气系统SANY 第 7 页 共 16 页图 2 功率优化系统原理图该系统由恒功率泵、模式阀组(功率

14、阀) 、发动机转速传感器、油门位置传感器、EC-7 控制器、触摸屏及 5 个压力传感器组成。发动机转速传感器为电磁感应式,他固定在飞轮壳的上方,用以检测发动机的实际转速。油门位置传感器为电阻感应式,他固定在油门机构转盘上,用以检测油门的实际位置。通过 5 个压力传感器测得的工装实时负荷大小,由 EC-7 控制器程序计算液压泵的需求功率,从而自动调节功率阀电流,实现液压泵的功率调节,使液压系统充分吸收柴油机发出的功率,又不会使柴油机熄火,充分发挥挖掘机的工作能力。2.8.3 柴油机转速控制原理 本系统采用 EC-7 控制器,油门控制器作为控制单元,油门机构作为执行机构控制柴油机油门的开度 。升速

15、时,由 EC-7 控制器给出步进脉冲信号,驱动油门机构正转,柴油机油门开度加大,柴油机转速上升,同时油门位置参数减少,达到设定的油门位置后,升速信号停止,进入转速自动调节阶段。油门位置信号由安装在油门机构上的油门位置传感器获得,EC-7 控制器通过模拟通道采集此信号,并送入 EC-7 控制器内部寄存器处理,EC-7 控制器根据实际油门位置与设定油门位置的差值,进行处理运算后,输出相应数量的脉冲,控制步进电机运行,从而实现对柴油机转速的自动控制及自动调节。降速时,EC-7 控制器给出步进脉冲和步进方向信号,转速自动调节断开,油门机构反转,油门开度减少,柴油机转速下降,达到怠速状态时,EC-7 控

16、制器给出停止信号,油门机构停止运行,柴油机在怠速状态运行。三一重机 电气系统SANY 第 8 页 共 16 页图 3 柴油机闭环控制原理框图当挖掘机在低怠速下工作(1300rpm 以下) ,油门调速机构能自动将发动机转速提升到1300rpm,以避免因发动机输出功率不足引起的懑车熄火现象。为了防止柴油机转速超过允许的最高工作速度,以免造成设备的损坏,对柴油机的转速进行限幅。在柴油机升速和降速调节过程中,油门机构的油门位置信号反馈回 EC-7 控制器,由EC-7 控制器进行分析,步进电机正转,油门位置传感器参数减小;步进电机反转,油门位置传感器参数增加,EC-7 控制器自动分析柴油机正常运行时的步

17、进电机正转步数,并进行运算处理得出步进电机允许正转的最高步数,当由于意外原因引起柴油机转速向最高转速上升时,到达异常油门位置区,EC-7 控制器能自动封锁步进电机,以保证柴油机不会超过所允许的最高转速。2.8.4 自动怠速系统SY2XXC5 挖掘机具有自动怠速装置,当操纵杆回中位达 5 秒后,发动机自动进入低速运转,从而可减小液压系统的空流损失和发动机的磨损,起到节能和降低噪声的作用。当扳动操纵杆重新作业时,发动机自动恢复到原来的转速状态。2.8.5 过热保护控制当冷却水达到一定温度时,EC-7 控制器控制工作模式自动降低一档,即从 H 模式降至 S 模式再至 L 模式、B 模式。当冷却水温过

18、热达到二极报警(冷却液温度超过 103 度)时,柴油机自动进入自动怠速工作状态(转速下降) ,直至冷却液温度降至正常温度为止。三:SY2XXC5 挖机电气操作说明书3.1 开机3.1.1 起动前:柴油机起动前,钥匙开关先打到“运行”档,发动机第一次没有顺利启动,请稍等 15 秒钟后再启动,连续三次启动不成功需等待 2 分钟后再启动。如每次停机后都存在此故障,请与我们的服务工程师联系。3.1.2 柴油机起动后:挖机还没有操作启动时,此时柴油机在 950 转左右运转;当第一次操纵启动,则直接进入默认值:模式工作为 S;以后每次操纵重新启动时,系统模式工作回到三一重机 电气系统SANY 第 9 页

19、共 16 页S。3.1.3 在触摸屏上设置一个“模式”按钮,当按住触摸屏上的模式选择按钮时,在触摸屏上以 “S” 、 “H”、 “L”、 “B”、 “S”的顺序显示,同时速度档位相应的上升一档(由 B-L -S- H) ,而由 H-L 时速度档位是下降 3 档。松开按钮时,显示定格,同时该模式生效。3.2 系统功能3.2.1 自动怠速自动怠速有效,即在触摸屏上提示为“自动怠速” 。当系统液压操纵杆回中位时间超过 5 秒后。EC-7 控制器自动减少发动机油门开度,使发动机在 1350 转运转,当扳动操纵杆重新作业时,EC-7 控制器立即控制发动机,使它迅速恢复到设定的工作速度。或通过右手柄中间的

20、按钮可由高速降到 1350 转或由 1350 转上升到显示的档位速度。起到节能和降低噪声的作用。3.2.2 怠速取消当不使用自动怠速功能时,在触摸屏上按下“自动怠速”按钮将取消怠速,同时触摸屏提示“取消怠速”信息。3.2.3 雨刮器开关1) 按下开关右侧以接通雨刮。按下开关左侧以断开雨刮器。2) 如果开关在“接通”位置而雨刮不动,应立即切断开关。检查原因。如果开关一直开着,会损坏雨刮电机。3.2.4 喷水器开关3) 按下并压住开关右侧以启动前洗涤器。按下开关时,洗涤液会从喷嘴喷出。当放松开关三一重机 电气系统SANY 第 10 页 共 16 页后,洗涤器便会停止。4) 如果洗涤器连续使用超过

21、20 秒,或使用中没有洗涤液喷出时,应立即切断开关,否则会导致电机损坏。3.2.5 工作灯开关按下工作灯开关右侧,则动臂左、右工作灯与旋转台工作灯亮,按下开关左侧以断开工作灯。 3.2.6 发动机油门控制盘 可通过调节该发动机油门控制盘改变油门位置的大小,从而改变发动机的转速。速度档位对应设定的柴油机转速如下表:速度档位 柴油机转速(转/分) 速度档位 柴油机转速(转/分)1 1000 7 17002 1150 8 18003 1250 9 19004 1350 10 20005 1500 11 21006 16003.2.7 模式选择本系统实现四种工作模式的控制,及重负荷作业模式(H 模式)

22、 ,标准作业模式(S 模式) ,普通作业模式(L 模式) ,破碎作业模式(B 模式) 。H 模式时,发动机油门处于最大供油位置,发动机以全功率投入工作;S 模式时,液压泵输入功率的总和约为发动机最大功率的 90%;L 模式时,液压泵输入功率的总和约为发动机最大功率的 80%;B 模式,液压泵输入功率的总和约为发动机最大功率的 70%;工作后每次只选一个工作模式,选定一个新的工作模式后,原工作模式自动消除。工作模式的选择由触摸屏上的“模式”按钮控制。3.2.8 行驶速度选择控制“高速”或“低速”行驶速度选择。每次启动挖掘机时,系统处于低速状态提示“低速” 。按下 “低速“按钮系统进入高速提示“高速” 。行驶速度的选择由触摸屏控制。3.2.9 二次升压补偿当液压系统压力过小,发动机工作在 1400 转以上时,在右操纵手柄上按下“升压按钮” ,触摸屏上将提示“压力补偿 5 秒” ,同时发动机转速上升到 2200 转/分,5 秒后提示消失,发动机转速回到原设定档位。

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