電器系統(tǒng)作為液壓挖掘機(jī)重要的配套產(chǎn)品中的一種，其性能和功能對(duì)液壓挖掘機(jī)有著重大的影響。*，由于電器系統(tǒng)在汽車(chē)領(lǐng)域中的重要地位，國(guó)內(nèi)的汽車(chē)電器行業(yè)非常活躍，但與國(guó)外相比無(wú)論在產(chǎn)值上還是在技術(shù)水平上都有非常大的差距。同樣，在工程機(jī)械領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)電器系統(tǒng)與國(guó)外相比也有一定的差距。但由于工程機(jī)械行業(yè)與汽車(chē)行業(yè)有很大的不同，汽車(chē)行業(yè)的技術(shù)到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展得非常成熟，功能結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，決定了其電器系統(tǒng)的復(fù)雜性；而工程機(jī)械由于其功能的特殊性和專(zhuān)一性，與汽車(chē)領(lǐng)域大批量生產(chǎn)相比，決定了其電器系統(tǒng)目前只能走小批量、多品種的發(fā)展道路。
　　
　　總的來(lái)講，工程機(jī)械電器系統(tǒng)畢竟與汽車(chē)電器系統(tǒng)有很大的相似之處，尤其是挖掘機(jī)、裝載機(jī)等的電器系統(tǒng)，與汽車(chē)一樣，都屬于行走機(jī)械領(lǐng)域，因此盡管挖掘機(jī)電器系統(tǒng)有一定的特殊性，但還是可以從發(fā)展相對(duì)成熟的汽車(chē)電器領(lǐng)域借鑒到一些發(fā)展經(jīng)驗(yàn)。本文將主要對(duì)挖掘機(jī)電器系統(tǒng)的功能、發(fā)展方向作出一定的闡述。
　　
　　一．電器系統(tǒng)在挖掘機(jī)工作監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)
　　
　　電器系統(tǒng)在液壓挖掘機(jī)中的監(jiān)測(cè)作用都有目共睹，其主要組成部分就是顯示儀表和各種傳感器。目前，在顯示儀表上，有著這樣一種趨勢(shì)，將盡可能多的挖掘機(jī)工作參數(shù)顯示在儀表上，如燃油量、發(fā)動(dòng)機(jī)水溫、液壓油溫、機(jī)油壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等，顯示儀表功能越來(lái)越多，越來(lái)越復(fù)雜。
　　
　　實(shí)際上，挖掘機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能的不斷*是發(fā)展的必然趨勢(shì)，但監(jiān)測(cè)儀表的設(shè)計(jì)也是多方面因素綜合的結(jié)果，包括基本功能的需要，用戶(hù)心理的研究、維修服務(wù)的考慮等多方面因素。
　　
　　在基本功能需求方面，實(shí)際上監(jiān)測(cè)儀表顯示zui需要的功能是燃油量，另外還有工作時(shí)間，這也是在早期的挖掘機(jī)顯示中zui*的數(shù)量上的顯示，其他的顯示都以報(bào)警量的形式給出。限于當(dāng)時(shí)的發(fā)展水平和成本考慮，這些報(bào)警量的具體值往往并不加以采集。但發(fā)展到今天，儀表顯示技術(shù)得到了很大得發(fā)展，從機(jī)械式電動(dòng)儀表發(fā)展到段式液晶顯示和發(fā)光二極管顯示，又發(fā)展到單色點(diǎn)陣式液晶顯示，進(jìn)而發(fā)展到目前流行的彩色液晶顯示，加上電子技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展，使得過(guò)去這些報(bào)警量的數(shù)據(jù)采集和顯示變得成本低廉，形成一種將所有工作數(shù)據(jù)的具體值都顯示在儀表上的趨勢(shì)。
　　
　　但從工程學(xué)角度來(lái)講，顯示量的設(shè)置與司機(jī)的經(jīng)驗(yàn)、習(xí)慣有很大關(guān)系。因?yàn)榕c儀表顯示zui相關(guān)的人是司機(jī)，他只需要知道與操作挖掘機(jī)工作zui有關(guān)的量就可以了，顯然這就是燃油量和工作時(shí)間。燃油量顯示可以提醒司機(jī)何時(shí)加油以保證工作的連續(xù)性；工作時(shí)間的顯示則有助于司機(jī)把握自己的工作量。對(duì)于有經(jīng)驗(yàn)的司機(jī)來(lái)講，發(fā)動(dòng)機(jī)水溫、燃油溫度也是*的，有助于司機(jī)調(diào)整自己的工作節(jié)奏，避免挖掘機(jī)*工作在超負(fù)荷狀態(tài)下，但這些量也可以以報(bào)警量的形式提醒司機(jī)；但對(duì)于沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)的司機(jī)和用戶(hù)來(lái)講，則所顯示的水溫和油溫有可能產(chǎn)生誤解和歧義。
　　
　　二．電器系統(tǒng)在挖掘機(jī)管理中的應(yīng)用
　　
　　隨著無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，利用GSM網(wǎng)絡(luò)或CDMA網(wǎng)絡(luò)傳遞挖掘機(jī)工作信息成為一種潮流。由于手機(jī)網(wǎng)絡(luò)具有距離遠(yuǎn)、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的特點(diǎn)，可以通過(guò)短信的形式傳遞挖掘機(jī)的各種工作信息，如利用GPS系統(tǒng)的位置信息，工作時(shí)間信息，耗油量信息，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力信息等，因此產(chǎn)生了以下幾個(gè)方面的應(yīng)用。
　　
　　首先，有利于機(jī)主對(duì)挖掘機(jī)進(jìn)行管理，因?yàn)榭梢岳檬謾C(jī)或計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控工作時(shí)間、工作地點(diǎn)和燃油消耗量，準(zhǔn)確計(jì)算挖掘機(jī)的實(shí)際工作量。
　　
　　其次，有利于對(duì)挖掘機(jī)的維護(hù)和保養(yǎng)，因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)短信形式獲得挖掘機(jī)的各種工作參數(shù)，供專(zhuān)業(yè)人士評(píng)估。
　　
　　第三，有利于生產(chǎn)廠家和經(jīng)銷(xiāo)商對(duì)按揭的監(jiān)督。
　　
　　第四，有利于生產(chǎn)廠家和經(jīng)銷(xiāo)商對(duì)挖掘機(jī)使用故障的評(píng)估，并能節(jié)約服務(wù)費(fèi)用。
　　
　　三．電器系統(tǒng)在挖掘機(jī)工作安全中的應(yīng)用和發(fā)展方向
　　
　　挖掘機(jī)作為一種工程機(jī)械，其工作環(huán)境經(jīng)常處于危險(xiǎn)之中，每年都有傷亡事故發(fā)生，其中絕大多數(shù)都是因?yàn)樗緳C(jī)的不重視所引起，因此非常有必要利用傳感器對(duì)周?chē)h(huán)境的危險(xiǎn)程度進(jìn)行評(píng)估，以提醒司機(jī)注意危險(xiǎn)。
　　
　　造成事故的因素主要有：傾翻、回轉(zhuǎn)誤傷和誤撞、塌方等。
　　
　　對(duì)于傾翻，往往是由于挖掘機(jī)在斜坡上工作引起的，因此可以利用一個(gè)傾斜傳感器來(lái)提醒司機(jī)工作的危險(xiǎn)程度，并系好安全帶。只這一項(xiàng)措施，就能避免很多傷亡事故的發(fā)生。
　　
　　對(duì)于回轉(zhuǎn)誤撞，可以采取兩種措施，*是在挖掘機(jī)尾部安裝聲光報(bào)警裝置，第二是在挖掘機(jī)尾部安裝距離傳感裝置，并將距離傳感裝置與回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)連接起來(lái)，在監(jiān)測(cè)到有障礙物時(shí)切斷液壓動(dòng)力或先導(dǎo)動(dòng)力，時(shí)回轉(zhuǎn)動(dòng)作停止以避免事故。
　　
　　對(duì)于塌方的危險(xiǎn)，可以通過(guò)監(jiān)測(cè)挖掘工作中掌子面的高度來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)監(jiān)測(cè)到掌子面的高度過(guò)高時(shí)，就發(fā)出警報(bào)，提醒司機(jī)注意。
　　
　　四．電器系統(tǒng)在挖掘機(jī)檢測(cè)、維護(hù)和測(cè)試中的應(yīng)用和發(fā)展方向
　　
　　挖掘機(jī)在工作中的可靠性對(duì)于其工作效益有*的影響。前面介紹過(guò)，可以將挖掘機(jī)的所有工作參數(shù)都用模擬傳感器記錄下來(lái)，一方面給司機(jī)報(bào)警，起到提醒的作用，另一方方面可以給專(zhuān)業(yè)人士進(jìn)行評(píng)估，也可以觸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行自我維護(hù)操作，例如觸發(fā)強(qiáng)制潤(rùn)滑系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)作。
　　
　　另外，利用點(diǎn)陣式液晶顯示，還可以為司機(jī)提供很多有益的提示，例如顯示操作手冊(cè)，到一定的工作時(shí)間后自動(dòng)提示司機(jī)應(yīng)當(dāng)完成的維護(hù)工作等。
　　
　　在挖掘機(jī)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，有時(shí)也迫切需要了解很多挖掘機(jī)工作的參數(shù)，此時(shí)需要挖掘機(jī)電器系統(tǒng)能夠支持這種功能，以完成液壓系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中負(fù)載大小的檢測(cè)和多路閥、液壓馬達(dá)、液壓泵、液壓缸等的工作參數(shù)的記錄，以及在*工作狀態(tài)下這些參數(shù)的變化情況，以便對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行完整的評(píng)估，如操縱性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性、節(jié)能性等。
　　
　　五．電器系統(tǒng)在挖掘機(jī)節(jié)能控制中的應(yīng)用和發(fā)展方向
　　
　　同汽車(chē)電器一樣，挖掘機(jī)電器系統(tǒng)中技術(shù)含量zui高的部分在于其動(dòng)力系統(tǒng)的控制——節(jié)能控制。
　　
　　*，挖掘機(jī)工作過(guò)程中存在各種功率損失，其中占主導(dǎo)地位的是液壓系統(tǒng)內(nèi)部損失和功率匹配損失。針對(duì)液壓系統(tǒng)功率損失，國(guó)內(nèi)外工程機(jī)械生產(chǎn)商開(kāi)發(fā)了多種節(jié)能控制技術(shù)，較好地解決了這一問(wèn)題。功率匹配損失是由于挖掘機(jī)工況復(fù)雜，負(fù)載變化劇烈，導(dǎo)致柴油機(jī)嚴(yán)重偏離經(jīng)濟(jì)工作區(qū)，造成燃油利用率不高，尤其是在高轉(zhuǎn)速、小負(fù)載的情況下。為解決這一問(wèn)題，國(guó)外很早就展開(kāi)了研究，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓泵采取功率匹配控制，目的是控制柴油機(jī)在各種負(fù)載功率條件下都工作在經(jīng)濟(jì)工作區(qū)。
　　
　　在傳統(tǒng)的功率匹配控制中，只有在zui大負(fù)載功率下，柴油機(jī)與液壓泵的功率才能匹配得較好，使柴油機(jī)工作點(diǎn)位于經(jīng)濟(jì)工作區(qū)。由于負(fù)載的劇烈波動(dòng)，zui大和zui小負(fù)載功率是交替變化的，加到柴油機(jī)輸出軸上的扭矩也劇烈波動(dòng)，使柴油機(jī)在小負(fù)載時(shí)工作點(diǎn)嚴(yán)重偏離經(jīng)濟(jì)工作區(qū)，因此這種傳統(tǒng)的功率匹配是不*的。另外，為滿(mǎn)足zui大負(fù)載工況的要求，在工程機(jī)械的設(shè)計(jì)中必須按照工作過(guò)程中的峰值功率來(lái)選擇柴油機(jī)，因此柴油機(jī)功率普遍偏大，燃油經(jīng)濟(jì)性較差。當(dāng)選不到大功率柴油機(jī)時(shí)，很容易造成發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)載，這在一些小挖上表現(xiàn)得非常明顯——柴油機(jī)經(jīng)常過(guò)熱。
　　
　　為解決這些問(wèn)題，國(guó)外各工程機(jī)械生產(chǎn)廠家普遍將研究開(kāi)發(fā)方向轉(zhuǎn)向了混合動(dòng)力系統(tǒng)。2003年，日立建機(jī)推出了世界上*臺(tái)輪式裝載機(jī)；2004年5月，小松公司則推出了世界上*臺(tái)試驗(yàn)型混合動(dòng)力液壓挖掘機(jī)。隨后，神戶(hù)制鋼，卡特彼勒等公司也推出了自己的混合動(dòng)力挖掘機(jī)。這些公司普遍采用的是油電混合的解決方案，借助蓄電池、超級(jí)電容等儲(chǔ)能元件，在小負(fù)載工況下由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)向儲(chǔ)能元件蓄能，在大負(fù)載工況下再將儲(chǔ)存的能量釋放出來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，作為輔助動(dòng)力與柴油機(jī)一起滿(mǎn)足峰值負(fù)載功率的要求，或者用電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)輸出功率和扭矩的均衡控制。這樣，就可以在設(shè)計(jì)中按照平均負(fù)載功率來(lái)選擇柴油機(jī)，用功率較小的柴油機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)大噸位挖掘機(jī)，而且柴油機(jī)的運(yùn)行工況平穩(wěn)，始終處于運(yùn)行狀態(tài)，因此能大幅提高燃油效率。
　　
　　油電混合動(dòng)力的優(yōu)點(diǎn)是，不但能對(duì)內(nèi)燃機(jī)輸出扭矩進(jìn)行均衡控制，使內(nèi)燃機(jī)工作點(diǎn)始終位于經(jīng)濟(jì)工作區(qū)，而且可以利用電機(jī)控制技術(shù)，對(duì)每一個(gè)液壓缸都采用閉式傳動(dòng)方案，從而取消了多路閥控制，*消除閥內(nèi)的節(jié)流損失，同時(shí)可以對(duì)回轉(zhuǎn)動(dòng)能、工作裝置的重力勢(shì)能等進(jìn)行回收。小松、神鋼等公司采用的就是這種方案。這種方案的zui大缺點(diǎn)是，由于能量轉(zhuǎn)換經(jīng)歷了柴油機(jī)—發(fā)電機(jī)—蓄電池—電動(dòng)機(jī)—液壓泵—液壓缸、液壓馬達(dá)等多個(gè)環(huán)節(jié)，每一個(gè)環(huán)節(jié)都存在能量損失，因此導(dǎo)致整個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程中的能量損失較大，從而在一定程度上抵消了采用這種技術(shù)所能取得的節(jié)能效果。
　　
　　這種系統(tǒng)的另一個(gè)缺點(diǎn)是，由于能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)多，導(dǎo)致系統(tǒng)趨于復(fù)雜，技術(shù)要求也相應(yīng)提高，如電池壽命、電源轉(zhuǎn)換效率、重量、可靠性等，都有待進(jìn)一步提高。此外，油電混合動(dòng)力技術(shù)使挖掘機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上發(fā)生了根本變化，對(duì)整個(gè)挖掘機(jī)制造體系影響巨大，從而造成生產(chǎn)成本的上升。這些缺點(diǎn)無(wú)疑嚴(yán)重制約了油電混合動(dòng)力技術(shù)在工程機(jī)械上的應(yīng)用。
　　
　　因?yàn)橛碗娀旌蟿?dòng)力系統(tǒng)的缺點(diǎn)，一些公司將研發(fā)方向轉(zhuǎn)向液壓解決方案，如美國(guó)環(huán)境署支持研究的液壓混合動(dòng)力裝置。在這種解決方案中，利用蓄能器作為儲(chǔ)能元件，采用靜壓傳動(dòng)技術(shù)，用來(lái)驅(qū)動(dòng)以行走、回轉(zhuǎn)等動(dòng)作為主的行走設(shè)備，如汽車(chē)、裝載機(jī)、推土機(jī)等。這種解決方案適合于以液壓馬達(dá)為驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)備，但對(duì)于以液壓缸驅(qū)動(dòng)為主的設(shè)備如液壓挖掘機(jī)來(lái)講則不適用。
　　
　　針對(duì)油電混合動(dòng)力技術(shù)和靜壓傳動(dòng)技術(shù)的缺點(diǎn)，浙江工業(yè)大學(xué)機(jī)電研究所和徐州瑞隆公司提出了一種新的液壓解決方案，利用現(xiàn)有的成熟技術(shù)和液壓元件，在不改變現(xiàn)有挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)與油電混合技術(shù)相同的功能。
　　
　　由于采用了液壓解決方案，避免了油電混合動(dòng)力系統(tǒng)中由于能量的多次轉(zhuǎn)換所造成的效率損失，而且采用的是成熟的液壓元件和技術(shù)，因此能夠以低廉的成本大幅度降低挖掘機(jī)油耗。
　　
　　在傳統(tǒng)的功率匹配控制中，只有在峰值功率條件下才柴油機(jī)才能工作在經(jīng)濟(jì)工作區(qū)內(nèi)，而在其他非峰值功率條件下，柴油機(jī)通常工作在效率較低的空載狀態(tài)。采用扭矩均衡控制后，能使柴油機(jī)始終穩(wěn)定地工作在經(jīng)濟(jì)工作區(qū)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)真正意義上的功率匹配控制。
　　
　　在本方案中，整個(gè)裝置獨(dú)立于挖掘機(jī)主液壓系統(tǒng)之外，基本上不改變當(dāng)前液壓挖掘機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外液壓挖掘機(jī)的制造體系基本沒(méi)有影響，但挖掘機(jī)的節(jié)能性卻能大幅度提高。
　　
　　六．CAN總線在工程機(jī)械中的應(yīng)用和發(fā)展方向
　　
　　CAN總線在汽車(chē)領(lǐng)域中得到了非常成功的應(yīng)用，但目前在工程機(jī)械中的應(yīng)用還非常有限。在汽車(chē)中，由于存在非常多的微處理器，每一個(gè)微處理器負(fù)責(zé)一個(gè)汽車(chē)子系統(tǒng)，如安全、穩(wěn)定、剎車(chē)、發(fā)動(dòng)機(jī)控制、懸掛等，這些控制往往相互關(guān)聯(lián)，為節(jié)約布線成本而采用串行通訊的現(xiàn)場(chǎng)總線——CAN總線。但在液壓挖掘機(jī)中，目前遠(yuǎn)沒(méi)有那么多的智能系統(tǒng)，因此產(chǎn)生不了采用CAN總線的需求動(dòng)力。
　　
　　七．總結(jié)
　　
　　目前國(guó)內(nèi)的挖掘機(jī)電器系統(tǒng)還有待發(fā)展，其中zui重要的是要根據(jù)挖掘機(jī)實(shí)際應(yīng)用的需求來(lái)設(shè)計(jì)電器系統(tǒng)。其中，研究挖掘機(jī)的節(jié)能控制處于非常關(guān)鍵的地位，決定了國(guó)內(nèi)挖掘機(jī)今后的競(jìng)爭(zhēng)力。盡管?chē)?guó)外挖掘機(jī)節(jié)能控制已經(jīng)發(fā)展到了非常成熟的地步，但并不意味著我們沒(méi)有一點(diǎn)機(jī)會(huì)，混合動(dòng)力汽車(chē)的發(fā)展為我們挖掘機(jī)等工程機(jī)械的的節(jié)能提供了很好的借鑒，說(shuō)明挖掘機(jī)節(jié)能還有很大的潛力可挖，樂(lè)觀估計(jì)的話應(yīng)該還有50%的節(jié)能潛力。