节能技术在挖掘机液压系统上的应用分析Energysavingstechnologyonexcavatorhydraulicsystem王玉林1，黄鸣辉1，张军2WANGYu-lin,HUANGMing-hui,ZHANGJun（1.常林股份有限公司，江苏常州213002；2.长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室，陕西西安710054）液压挖掘机属于高能耗的工程机械，大部分功率损失于液压元件的节流和溢流调节，因此节能研究成为挖掘机研究的热点。电子节能及控制技术成为液压挖掘机技术发展的主要方向，一方面围绕挖掘机各重要环节，采用混合动力、电喷发动机、正流量控制、负流量控制等技术提高动力源、传动系统和执行机构三个环节的效率；另一方面围绕液压挖掘机整机的性能匹配进行展开，根据工作装置和用途的不同采用分工况、分功率控制的方法，提高整机的动力性、经济性和操作性。挖掘机主要由发动机、液压系统、控制系统和工作装置构成，其中工作装置的国产化已基本完成，而发动机和液压系统均采用进口产品，因此各主机厂的节能研究主要是采用相关技术提高发动机以及发动机与液压系统匹配的利用率。目前市场上主流的中型挖掘机仍然以机械调速发动机和负流量的液压系统为主，探讨在此基础上的节能研究具有较大的现实意义。本文以福马公司近年新开发的21t挖掘机ZG3210-9C为对象分析其节能技术的应用。该机采用康明斯6BTAA5.9-C150发动机和川崎公司KMX型多路阀和K3V液压泵组成的液压系统，通过降低发动机能耗、改进控制系统性能、改善发动机与液压系统的功率匹配等方法，积极开展节能减排的研究，经整机试验发现比普通机型节省燃油消耗15％左右，取得了良好的效果。1控制系统功能改进1.1设定经济挡位，充分利用发动机低油耗区发动机工作在高转速时，由于曲轴高速旋转，活塞与气缸的磨损加剧，将有更多的能量消耗在摩擦上，导致能量利用率较低。而低速大扭矩情况下，由于转速低、负荷大，进气系统、涡轮增压器等性能在不同程度上都会下降，导致进气冲量系数低，燃烧恶化，燃油利用率极低。发动机在中间转速时，油耗值最低。各参数变化的详细情况可参见发动机万有特性曲线。挖掘机在使用过程中，由于工况不同，负载变化较大，对发动机所需提供的转速和扭矩瞬态变化较大。为响应不同工况的作业要求，电控系统设定重载（H）、正常（S）、轻载（L）、破碎（B）四种模式，发动机油门旋钮设定十挡电流。根据泵的功率曲线分别计算出在不同的转速下，泵所需吸收的最大扭矩，在发动机万有特性曲线上标注出H、S、L三种模式下扭矩区间，我们可以发现：在H模式下，转速设定区间为1750～1950rpm，发动机油耗曲线为最建筑机械化2011(0531低油耗的105%；在S模式下，转速设定区间为1550～1750rpm，发动机油耗曲线为最低油耗的101%～102%；L模式下，在转速1350～1550rpm区间内，发动机油耗曲线为最低油耗的102%～105%。在S和L模式下，整机运行在发动机万有特性曲线的最低油耗区域，使系统不仅能获得较高的工作效率，而且能降低燃油的消耗和发动机噪声。根据作业的要求，由驾驶员先选定工作模式，并设定挡位电流，系统将自动调节柴油机油门开度。通过柴油机—液压泵的联合调节，使液压泵的吸入功率等于柴油机的输出功率，同时可以使柴油机工作在最佳工作点。1.2根据作业工况，优化发动机控制当挖掘机由于等待运输车辆等原因而短暂停止操作时，控制柴油机油门开度，使其处于自动怠速状态1350rpm。重新操纵挖掘机作业时，柴油机转速自动恢复到正常工作时的转速状态。采用自动怠速替代柴油机的高怠速工况，不仅降低了空载时的能量消耗，同时也降低了噪声，有利于柴油机寿命的延长。当负载超过限值时，控制系统进入瞬时增力模式。通过驾驶室内侧先导手柄上的增力按钮，在挖掘作业过程中，按一下瞬时增力按钮，则瞬时增力电磁阀接通9s。连续按下超过9s时，瞬时增力电磁阀要断开9s，然后再接通（即连续增力默认为9s，超过9s要断开，9s后才能继续增力）。此时系统压力将由330bar升至350bar，挖掘力可增加6%。在动臂下降回路增加压力检测，由于重力作用原因，对工作压力和流量要求不高，系统功率需求较小；通过电控系统自动调节油门开度，由于载荷较轻，发动机转速提高，泵排量增...