液压挖掘机功率匹配的节能控制研究

液压挖掘机功率匹配的节能控制研究

液压挖掘机作为土方石工程作业中普遍使用的工程机械，它在土方石工程发展中占据着至关重要的地位。液压挖掘机是一种耗能极大的工程设备，液压挖掘机节能控制系统的安全性、有效性、经济性会严重影响工程进程和工程的投入成本。控制好动力系统的能量损耗、保证动力系统的工作效率是当前技术研究需首要解决的问题。在此背景下，本文将重点介绍液压挖掘机功率匹配的节能控制研究，主要从挖掘机的主要功率损失、国内液压挖掘机节能控制技术现状、液压挖掘机的功率匹配节能控制方案研究、液压挖掘机节能控制系统设计建议四个方面展开介绍，以期能够提升液压挖掘机的工作性能以及整个动力系统的经济性和可靠性，最终达到提高效率、节约燃油的目的。

液压挖掘机是当前土方石作业中极为重要的工程机械，对液压挖掘机的节能技术研究是当前一个比较热门的研究趋势。国内目前的液压挖掘机节能技术研究还不够完善，国产挖掘机的研制还存在很大空白。随着全球能源短缺的进一步升级，对液压挖掘机的节能研究更显迫切，其节能性能的好坏直接影响到液压挖掘机的应用前景和土方石工程的发展前途。为此，下面本文将具体来分析，分别从挖掘机的主要功率损失、国内液压挖掘机节能控制采用的技术状况、液压挖掘机的功率匹配节能控制方案研究、液压挖掘机节能控制系统设计建议四个方面展开介绍，以期能够实现对柴油机、液压泵、主阀的综合节能控制，促进液压挖掘机节能技术的发展和成熟。

1.挖掘机的主要功率损失

1.1负载过重导致的安全阀溢流耗能。液压挖掘机本身是一种大规模耗能设备，因工作量巨大而时常存在着过重负载的现象，为了保护液压挖掘机，延长使用寿命，往往会在作业过程中液压油达到设定压力后开启安全阀，保证压力油通过安全阀顺利流回油箱。但是，压力油流回油箱导致系统做了无用功，而且还带来了严重的能量损耗，这就是常说的溢流损失。此外还有重负荷挖掘和回转启动、制动过程中的过载耗能。

1.2微动操作时的功率损失。微动时的能耗主要是指在进行掘削和卸土时所发生的能量损耗。在进行掘削和卸土时往往会进行微动控制操作，以便控制进入执行机构的流量大小。此时为了克服工作负载往往会建立起相应的压力通道，为了克服压力，会有大部分的液压油溢流回油箱，这部分的能耗损失还是非常可观的。

1.3压力管道的沿程损失和局部损失严重。在高压液压油输送至执行机构的过程中存在着很大的局部损失和沿程损失。负责输送液压油的元件主要是管道、管接头、阀口和弯管，在输送的过程中会存在着很大的压力损失，主要是由于管道通径较小、液压管道走向不尽合理、管路弯曲过多、管径突变、管接头较多造成的管道压力较大等引起的。

1.4柴油机与液压泵匹配不恰当造成的损失。柴油机的每一个输出功率都有一个与之相对应的燃油能耗最佳点，如果作业过程中能够将能耗功率控制在这个最佳点附件则会极大的节省耗油总量。但是在实际的工作过程中，由于液压挖掘机的负载变化过大、而且正常工作时的油门基本上是定速的，往往会导致了液压泵的工况并不总是能合理控制在能耗最佳点上，造成严重的能耗损失。

2.国内液压挖掘机节能控制采用的技术状况

2.1引进先进的节能液压系统。节能液压系统在液压挖掘机节能控制系统中占据的地位非常重要，目前国内的液压挖掘机节能控制系统已经大规模引进了国外先进的节能液压系统，主要包括负流量控制、负载传感控制系统两大类。在选择多路阀以及液压泵方面，主要选用的是日本生产的多路阀和液压泵以及德国生产的多路阀及变量泵。

2.2引进国外高性能的柴油机。目前国内市场的工程机械柴油机的发展还较缓慢，并非专门为工程机械匹配而设计，主要是通过车用柴油机的调整办法来满足工程柴油机的需求，但是国内柴油机存在着扭矩储备低、附件消耗功率大、油耗大、做功效率低等情况，在此情况下，绝大部分国内挖掘机厂家主要是进口国外先进的高性能柴油机，例如美国康明斯、日本五十铃、洋马、久保田及英国帕金斯发动机等等，都是与国内挖掘机厂家经济往来密切的合作企业。

2.3发动机与液压系统相匹配。这项技术的节能性还是非常乐观的。为了有效提升液压挖掘机的节能性能，从该项技术入手来研究是非常有效的途径。为此很多工程机械制造商开始投入大量资金和技术力量来研制这项节能新技术，通过发动机与液压泵的电控程序控制，实现功率跟随，并且取得了很好的研究成果。

2.4合资企业和独资企业自主研究节能技术工作的广泛开展。目前很多著名的国内独资或者合资企业，例如小松、卡特、日立、神钢、斗山、现代等等，他们为了将液压挖掘机的节能技术产业化，已经开始了大规模自行研究节能关键技术的进程。通过自主研发先进的液压件和发动机，以及系统匹配的节能控制关键技术。