工程机械负荷传感同步控制系统

负荷传感同步控制系统介绍林德液压系统在挖掘机上的应用林德中国液压技术保障中心TechnicalSupportCenterforLindeHydraulics1配备LSC液压系统的挖掘机功能简介☆闭心负荷传感系统，充分利用发动机功率，无溢流损失，节约燃料；☆回转、动臂、斗杆、铲斗……各执行元件的动作相互独立，互不干扰，驾驶员轻松实现复合动作，减轻工作强度，显著提高作业效率；☆独特的回转控制机能，驾驶员可自如完成上车回转动作，加速迅捷、制动平稳；☆良好的人机界面，驾驶员可根据实际工况自主设定发动机转速和选取挖掘机作业模式；☆电控系统实时监控发动机工况，自动调节，保证挖掘机满负荷工作时驾驶员无发动机过载之忧；☆电控系统自动实现过热保护、自动怠速、自动暖机、故障检测等功能；2林德LSC液压系统简介LSC负荷传感同步控制系统是林德公司专门为挖掘机设计的液压系统。十多年来为欧美许多挖掘机生产厂采用，并不断升级完善。该系统现已进入成熟应用阶段。一.LSC液压系统的基本性能1．很高的作业效率和优良的操纵性LSC系统的核心是一个主泵（开式负荷传感泵）和一组带压力补偿功能的主阀组。各个主阀口的开度由驾驶员通过手柄（液压先导阀）进行控制，手柄的位置和该手柄控制的主阀口的开度一一对应，主泵输出的流量通过每个主阀口分配给各个执行元件，如：行走马达、回转马达、动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸、辅助油缸。每个主阀的压力补偿阀都集成在主阀口的下游。挖掘机工作时，各个执行元件的实际工作压力有所不同。此时各个主阀将自动进行压力补偿，通过该功能将每个主阀口两端的压差始终保持在预先设定的压力ΔP。这样，根据液压原理，通过某个主阀口流向相应执行元件的流量将只与该主阀口开度有关，而与其工作压力和其它执行元件的工作状态无关。这一特性在挖掘机实际作业中表现为复合动作时，各个执行元件之间没有相互干扰，驾驶员可用更短的时间完成挖掘机动作调整，降低驾驶员的劳动强度，提高作业效率。挖掘机上车的回转动作在挖掘机作业中占有相当大的比重。为了有效提高回转机构的工作效率，林德在回转马达上集成有扭矩控制阀、液控比例溢流阀。扭矩控制功能使驾驶员能够通过操纵手柄在调节流量的同时，控制回转部分液压系统的工作压力。上车部分加速时，其压力将始终小于液控比例溢流阀的开启压力，因此当驾驶员为提高作业效率而将先导控制手柄很快推到头时时，回转系统也无溢流损失。上车制动时，驾驶员可通过反向操纵手柄来调节液控比例溢流阀的溢流压力，也就是调节制动力矩。这样既可以迅速制动，又可以有效避免制动时的冲击。使用林德的LSC系统，驾驶员只要经过很短时间的培训即可操纵挖掘机在1分钟内完成5个正常的工作循环。2.节能：LSC系统的主泵是负荷传感泵，主阀组为中位闭心结构。主泵只向各用户提供其需要的流量，没有多余的流量输出，因而没有溢流损失；当所有执行元件无动作时，主泵排量基本回到零位，有效降低燃油消耗。系统典型工况见附图一、二、三。3二.控制系统功能介绍1.发动机工作转速的设定发动机的油门由一个带位置传感器（通常是一个电位计）的直流电机(VDO)驱动。发动机上装有转速传感器。在挖掘机出厂测试的自检标定过程(Learn-in)中，调试人员标定出VDO位置传感器（对应于发动机油门位置）和发动机转速控制旋钮与根据发动机空载转速之间的关系。标定结果存储在E-box的存储器中。作业时由驾驶员通过操纵面板上的发动机转速控制旋钮给出届时他所需要的发动机空载转速，发动机起动后，E-box根据转速控制旋钮的设定发信号给直流电机，驱动发动机的油门，发动机转速开始升高；当直流电机内位置传感器的反馈信号与标定过程中存储在E-box的相应信号一致时，直流电机停止动作。此刻发动机转速即是驾驶员需要的转速。高怠速终点2.发动机过载保护（失速补偿）当某个（或多个）执行元件开始工作时，随着主泵工作压力升高，排量增大，发动机实际输出扭矩（与主泵排量与工作压力的乘积成正比）逐渐提高，转速则逐渐下降；在这期间，转速传感器始终不停地将发动机实际转速调节低怠速调节高怠速油门拉杆摆角VDO转角4传给E-box。当发动机实际转速低于设定空载转速的某个百分比（表明再增加负荷，发动机将会超载）时，直流电机VDO自动转过一个角度增加燃油供给（油门加大）；与此同时，E-box增加主泵流量调节比例电磁铁VD3的供电电流，降低主阀阀芯两端压差ΔP，使得主泵变量调节机构开始动作，主泵排量变小（降低载荷），在两者的共同作用下，发动机转速回升，直至恢复到其预先设定的范围，整个调节过程结束。这个自动控制过程可保证发动机的功率得以充分利用又不会因过载而熄火。发动机转速最高怠速最高可调怠速油门终点卸载后转速增加值额定转速发允许失速值失速补偿完成后空载转速转速设定线最低可调怠速失速保护线最低怠速0%Rs阻值100%VDO终点0%VDO转角95%0%100%3．挖掘机作业模式选择驾驶员可根据不同的作业情况对象选择不同的作业模式，其过程是：通过调节工作模式电位计来改变输入到主泵VD3上的电流，进而改变主阀芯开口两端压差ΔP。ΔP越小，同样的阀口开度下流入执行元件的流量越小，执行元件运动的可控运动精度越高（精细作业模式）。目前林德多采用通过调节旋钮无级地设定发动机转速和负荷传感压差，方便有经验的驾驶员根据自己的需要自由地搭配出不同的作业模式。转速差须与发动机有关参数吻合标定时调整点标定时调整点5ΔPΔPmax=23barΔPmin=4barRs阻值0…10%90…100%4．挖掘机行走时平稳起步当驾驶员踩下行走踏板时，行走压力继电器闭合。E-box收到这个信号后，将VD3的输入电流加大，降低主阀芯开口两端压差ΔP。即使驾驶员猛踩踏板，挖掘机也会平稳起步。数秒钟后，E-box自动将输入到VD3的电流恢复到工作模式电位计设定值。ΔPΔP=23barΔP=10bar0s1.5s时间05.发动机作业间歇时的自动低怠速（Autoidlespeed）在挖掘机的工作间歇，各执行元件均无动作。如果这种状况超过事先设定的时间（一般为几秒钟），E-box会自动将发动机调到低怠速，以节约燃油，减少发动机和主泵的磨损以及系统发热。当驾驶员操作任何一个先导控制手标准设定：0%=MaxΔP标准设定：100%=MinΔP行走继电器闭合，挖掘机开始行走ΔP恢复正常值所需时间6柄准备再次作业时，E-box又会将发动机恢复到设定转速。4.过热保护整车系统中有两个温度继电器（一个测发动机油温，另一个测液压系统油温），彼此串联。如果其中有一个温度达到设定值，E-box将通过提高VD3的电流，使ΔP减小，主泵排量减小，继而降低发动机载荷。此时即使因系统工作压力过高导致发动机转速下降，直流电机VDO也不参与发动机转速补偿，即油门不再加大，不向发动机提供更多的油料。而仅是通过进一步降低主泵排量来保护发动机不过载。5.自动暖机在发动机机油温度低于20°C时启动发动机，E-box会按一定的程序逐渐改变发动机转速，对发动机和液压系统进行预热。整个过程约需3分钟。三分钟或发动机机油温度超过20°C时，暖机结束。此后若驾驶员不发出其它指令，发动机将在低怠速下运转。发动机转速ΔP=Rp设定值Rs设定转速ΔP=8bar1500rpm1400rpm1200rpm最小设定怠速（Rs=0%）1min2min时间电源接通且发动机油温开关处于开启状态76．故障诊断E-box可在作业中对发动机转速传感器、直流电机VDO、直流电源、主泵流量调节比例电磁铁VD3、发动机转速设定电位计、工作模式设定电位计的工作状态进行实时监控。若发生故障，故障内容由故障指示灯指示,驾驶员可根据故障指示灯闪烁次数判断故障产生位置故障指示灯闪烁次数闪烁x次，停两秒，然后重复）故障内容1速度传感器(10)失常2直流电机VDO(12)电位计位置有误3主泵调节比例电磁铁VD3(9)错误4直流电源（5）电压过低5电位计供电电压超差678空闲9发动机未标定或标定不正确8附表：与电控器有关元件一览表编号名称用途1发动机转速设定电位计Rs设定发动机工作怠速2工作模式设定电位计Rp设定主阀开口两端压差ΔP3转速补偿/故障指示灯显示发生故障元件的位置4标定指示灯/标定按钮标定5电控器直流电源向E-box供电6挖掘机型号设定选定本电控器控制的挖掘机型号7行走压力继电器告诉E-box行走系统是否开始工作8自动怠速压力继电器告诉E-box是否有执行元件在工作9主泵流量调节比例电磁铁VD3通过改变主泵排量控制ΔP10发动机转速传感器测量发动机转速11燃油泵向发动机提供燃油12直流电机VDO（内含位置传感器）控制发动机油门位置13发动机机油温度继电器机油温度过热时发信号给电控器14液压油温度继电器液压油温过热时发信号给电控器15重载开关提高主泵溢流阀压力16自动怠速开关闭合时挖掘机具有自动怠速功能9E-box输入/输出示意图VD3,流量调节比例电磁铁5V电源M位置传感器5VVDO,直流电机Rs转速设定电位计Rp工作模式设定电位计E-boxP行走压力继电器挖掘机型号设定P怠速压力继电器自动怠速开关标定指示灯故障指示灯标定按钮转速传感器存储器发动机飞轮T温度继电器重载按钮10执行元件3执行元件2执行元件1压力补偿阀LSTPL主阀口主阀口主阀口压力补偿阀梭阀梭阀负荷传感压力梭阀压力补偿阀图一.发动机运转，主阀口关闭，所有执行元件均无动作…..负载压力为零。主泵出口压力同时引入主泵变量缸的大、小腔，由于大小腔的面积差，主泵排量基本变到零。此刻主泵的工作压力约为30bar左右。PCO阀PV阀主泵出口压力负荷传感压力PV阀：保证主泵出口压力与最大负载压力（负荷传感压力）之差不高于一定值，避免压力冲击。一般设定为60bar。PCO阀：压力切断阀。当最大负载压力超过设定压力时开启。同时调整主泵排量变小，减少溢流损失。VW1VW2VW3VW阀组负荷传感泵11执行元件3执行元件2执行元件1压力补偿阀LSTPL主阀口主阀口主阀口压力补偿阀梭阀梭阀负荷传感压力梭阀压力补偿阀图二.执行元件1动作，2、3不动作…..驾驶员通过先导阀手柄开启VW1主阀口，负载压力引入主泵变量机构，变量缸大腔通油箱，主泵排量增大；当该主阀口两端压差ΔP达到预先的设定值时，变量缸大腔到油箱的通路被随动阀切断，主泵排量停止变化。PCO阀PV阀主泵出口压力主泵出口压力负载压力回油压力负荷传感泵负荷传感压力VW阀组随动阀VW1VW2VW312执行元件3执行元件2执行元件1压力补偿阀LSTPL主阀口主阀口主阀口压力补偿阀梭阀梭阀负荷传感压力梭阀压力补偿阀图三.执行元件1、2动作，3不动作,1的负载压力高于2…..梭阀将最大负载压力作为负荷传感压力传给主泵变量机构；VW2阀的压力补偿阀动作，关小主阀口下游到执行元件2的油道，提高主阀口下游压力，使其与VW1阀主油口下游压力相等；主泵排量随VW1、VW2主阀口开度变化而变化，仅向系统提供执行元件1、2需要的流量；由于VW1、VW2主阀口两端压差始终保持设定值，因而流向执行元件1、2的流量大小只同各自的主阀芯开度有关，与各自的负载大小无关。PCO阀PV阀主泵出口压力主泵出口压力最大负载压力较低负载压力回油压力负荷传感压力VW1VW2WVW3负荷传感泵VW阀组