小型挖掘机动力系统节能控制研究

万 理

（96885 部队，河南三门峡 472000）

0 引言

挖掘机能够代替人工在气候恶劣且地理环境比较复杂的地方进行高强度作业，并且挖掘机比人工劳动的效率更高，不同类型的挖掘机拥有各自的优势特点，能够应用在不同的施工环境中。随着社会经济的发展，工程机械的的种类和数量随之增多，再加上环保理念的普及和发展，国内外对于工程机械的污染问题都有了更高的重视度，这些都是促进挖掘机等工程机械产品朝着环保节能型方向发展的重要因素。

1 挖掘机概述

挖掘机是一种非常重要的工程机械，是可以实现不间歇作业的工程机械，不仅可以具有挖掘性能，同时也具有装卸和平整土地的功能，在工业和民用建筑等方面得到非常广泛的应用。我国从20 世纪60 年代开始引进液压挖掘机机械，前期是引进欧美发达国家的机械，改革开放后，国产挖掘机开始走向快速发展的阶段。虽然整体制造工艺和水平与国外发达国家相比还有一定的差异，但随着国外众多的先进挖掘机进入中国市场后，国内外挖掘机系统配置的差别开始逐渐缩小。

挖掘机市场的迅速增长给社会经济的发展带来了重要影响，同时，大量的工程机械会消耗大量的资源，也会排放很多污染物，因此需要在节能控制方面进行重点研究。小型挖掘机具有很大的灵活性，能够在很多小型工程中应用。小型挖掘机一般将柴油发动机作为动力系统，容易出现工作负荷大和消耗大、产生环境污染问题。尤其是在人口密集的城市中使用，会对正常生活和生产造成不利影响。目前，我国挖掘机行业整体技术条件较为落后，因此必须要做好节能方面的研究。目前国内小型挖掘机主要是通过手动控制油门调节发动机转速，这种操作方法不仅影响工作效率，还容易产生无谓的消耗。

2 小型挖掘机动力系统节能控制

挖掘机一般是全制式调速器和调速曲线共同作用，因此工作状况出现变化时会对负载压力和起调压力以及泵出口的压力造成影响，通过控制泵的排量和发动机的调速拉杆，能够让泵的吸收功率与柴油机的输出功率尽可能的匹配，可以使发动机转速更好的适应负荷的变化，也能够更好的实现动力性和经济性，同时也能避免发动机熄火。将柴油机、变量泵以及负载作为是一个系统，实现对三者的匹配。

2.1 发动机的节能措施

（1）采用电子控制式调速器。挖掘机作业时一般都有比较复杂的动作，工作装置的启动和制动次数比较频繁，这就导致在短时间内会有较大的负荷，并且在户外作业时还会受作业环境和温度的影响，因此会对挖掘机的控制有一定要求。小型挖掘机的柴油机一般采用机械离心式调速器，容易受到发动机转速的影响，因此容易出现负荷问题。但电子控制调速器能够减少发动机转速对燃料喷射的影响，可以让喷射一直处在高压细化状态，同时还能参考发动机的运行状态对喷油规律和状态进行有效调整，采用电子调速器能够让喷射更好地适应变化的负荷状态，对提升燃料效率具有重要意义。

（2）采用电子控制燃油喷射系统。电子控制燃油喷射系统主要是对喷油系统的电子化控制，这种方式能够对喷油量的状况实施实时控制，同时将有效的监测数据输入计算机，与已经设置好的参数值进行对比，将经过对比的数据进行一定的处理后，可以按照最佳值或计算后的目标值，将指令发到执行器，执行器将计算机指令应用到喷油量控制，还要对废气再循环阀门以及预热塞等结构进行控制，使柴油机保持在最佳运行状态，进而获得最佳燃油经济性，减少废气排放量，起到节能环保效果。

2.2 智能功率匹配优化系统

小型的挖掘机普遍使用机械拉线的方式对油门进行调节，容易在输出功率和输入功率上出现问题，两者容易出现不匹配现象，影响机械作业效率，同时还会产生功率的浪费。实现动力系统的节能控制，需要重视智能功率匹配问题，采用优化后的系统进行控制，通过车载计算机对液压泵进行功率控制，还能让发动机始终保持在额定转速附近，这样不仅可以充分利用发动机功率提高挖掘机的作业效率，还能预防发动机过载熄火问题。

2.3 柴油机的转速控制

2.3.1 通过设定经济模式降低燃油消耗

柴油机的耗油量与其循环供油量有着重要关系，因为柴油机的循环供油量会随着转速的变化而变化。一般来说，柴油机的有效燃油消耗在某一区间转速最低，因为高速的运转会让指示效率和机械效率下降，导致柴油机有效消耗率上升，而低转速运转会导致柴油机的有效燃油消耗率上升。因此，应对柴油机的转速进行控制，让其保持中等转速，并且将油门设定为经济模式，降低燃油消耗，同时也可以实现挖掘机节能，实现对环境的保护。

2.3.2 采用发动机油门电子控制系统降低能耗

挖掘机的柴油机油门控制器可以对油门电压和发动机油门控制电机的位置进行监测，然后进行对比分析，按照油门设定器制定的位置驱动电机。一般来说，油门设定器与电位器的电压保持一致时，油门控制器就切断电机电流，这样就可以停止转动，实现对发动机油门的电子控制。

2.3.3 利用自动怠速控制节能

挖掘机工作时，并不是一直都处于大负荷状态，普遍都会有一段时间的准备阶段，这个阶段挖掘机操纵杆处于中位状态，因此液压泵的输出功率较低，不然容易浪费燃油，同时也会对柴油机造成一定的磨损，之外，还会存在一定的污染问题，容易造成环境污染。挖掘机驾驶员不可能在何时何地都能改变油门，因此需要重视发动机的自动化控制，利用发动机自动降速的控制性能解决上述问题。挖掘机工作期间，工作装置如果一直处在无动作状态，挖掘机系统压力就会变低，但这种状态持续的时间超过规定的时间，安装在液压控制阀上的传感器就会将信息发给控制器，然后控制油门控制拉杆使其转动，进而降低发动机的转速，使其处在低怠速状态，以达到节约燃油的目的，同时还能减轻柴油机和液压泵的磨损。驾驶员在操作控制手柄进时，控制器会再次将柴油机恢复到原来设定的转速，等到操纵杆处在中位位置时，压力开关处在关闭状态，这样就可以实现节能的目的。

3 结语

综上所述，小型挖掘机动力系统的节能控制，要从柴油机自身方出发，关注其节能性，同时还要重视智能化系统的应用，通过优化配置实现其节能性，提高挖掘机动力系统性能，让挖掘机的使用更具有环保性，减少对环境的污染，同时提高燃油的利用率。