机电一体化技术在挖掘机中的应用

2008年3月11日-15日在拉斯维加斯召开的ConEXPO 2008虽然规模不是最大的，也不同于欧洲展会对于外型、环保的关注，但她有着自己的特点，更强调安全、实用。作者在感受众多主机厂家的产品不断更新发展的同时，经过对现场产品细致的参观与分析，发觉一种技术――机电一体化，在挖掘机上也逐步显示了其地位。
　　1 普遍采用电子节能技术的大中型液压挖掘机
　　美国市场在发动机排放上的要求非常严格，要求符合Tire 3标准的发动机才能在其国内市场上销售。所以进入美国市场的挖掘机多数都采用了高排放标准的发动机，尤其是中大型挖掘机，电喷发动机已经成为标准配置，该种发动机无论在可控性还是节能方面都较机械式发动机有很大的改善。
　　2 采用自动怠速功能的小型液压挖掘机
　　对比上面所提到的大中型液压挖掘机普遍采用电喷发动机的现状，由于成本问题，在10吨以下的小型挖掘机上，机械发动机还是被广泛采用；因此，在其节能方面，国外的挖掘机公司采用了不同的技术。
　　JCB小型挖掘机上采用的一种电控的油门执行机构，驱动器采用了一种液压缸，在结构上采用角度传感器实时反馈油门的位置，另外配合连接到液压缸上的一个电磁阀实现电子油门及自动怠速功能。
　　NewHolland小挖的自动怠速系统，其油门仍采用机械拉杆（软轴）的形式，只是设计了一个自动怠速结构，当系统监测到需要自动怠速的时候，电磁铁吸合，机构动作，发动机回到怠速状态。
　　3 采用电液比例控制技术的液压挖掘机
　　该类型产品是指在普通的液压先导式操作挖掘机的基础上，采用电液比例技术控制挖掘机，相应的运用电比例手柄取代液压先导手柄。其基本原理是采集电手柄的动作信号，利用控制器进行运算，输出相应的PWM值控制比例阀。结合布置于机器上的传感器，还可以实现某些自动或者半自动功能。现场展出的比较典型的电控挖掘机有：
　　（1）Leica公司研发的挖掘机工作平台，该平台是Leica公司为演示其电控挖掘机控制技术专门定制的，既采用电液比例技术，同时具有辅助挖掘操作装置，通过安装在平台上的显示屏及工作装置上的倾角传感器，可以实时的显示铲斗的轨迹。
　　（2）山河智能的SWEL55型挖掘装载机，该机型不同与平常的两头忙，其工作装置位于一端，从挖掘机切换成装载机时，只需将工作装置折叠即可完成，反之亦然。为了便于工作装置的模式转换，该机器采用了全电控技术，通过控制器可以轻松完成模式的转换及电手柄在不同模式下的不同功能。
　　（3）Doosan的主从式挖掘机，控制原理为：属于一种主从方式的控制形式，通过手指，手腕，大臂对应控制铲斗，斗杆与动臂；小臂的左右偏转来控制挖掘机的回转。在操作过程中，当操作者（主控制方）的相应关节动作后，计算机采集到该信号，并与安装在挖掘机（从控制方）上的角度传感器的信号进行比较，如果存在偏差；发出遥控信号控制挖掘机消除偏差，从而达到控制挖掘机的目的。其原理还是点到点控制，因此，在同步性上存在误差。
　　（4）采用Husco技术的液压挖掘机，其工作原理为：动臂和回转仍采用常用的液压先导式主阀，在系统中装有能量回收机构，回收动臂下降的能量，并储存起来，供给其他的工作装置；斗杆与铲斗采用特殊的电控阀，而且该阀分别布置在靠近工作装置液压缸的位置，而不是传统的所有主阀布置在一起的方式，该电控阀由四个插装阀构成，对阀的A口和B口分别进行控制；而不同于常用的单阀芯的形式；具研究者声称：采用该项技术后，挖掘机可以节能25%。
　　4 应用于液压挖掘机上的各种监控技术
　　为了方便操作手查看机器的重要参数，实时的了解整机的状态；仪表技术已经广泛的应用到液压挖掘机中，只是出于成本的考虑，不同吨位的挖掘机采用不同层次的仪表。一般说来，10吨以下的小型履带式挖掘机多采用机械式仪表或者黑白液晶显示屏。
　　在挖掘机上，尤其是20吨以上的挖掘机，高品质液晶彩色显示屏的采用，在国内外都得到广泛的认可。现以展会现场两款比较精美的仪表加以分析： Trimble公司为挖掘机开发的CB430型仪表，Komastu中挖仪表。其中Trimble以动画的形式实时显示挖掘机的运动轨迹，并提供坐标。显示屏的按钮可以提供视角的切换。Komastu的仪表界面分为两部分：一部分显示整机的工作参数，另外还可以单屏和双屏的形式显示车体尾部安装的摄像头采集到的图像。两套操作仪表整体效果好，显示/监控系统界面直观，简洁；标识准确，易懂，便于进行操作。在仪表方面，国内厂家都均已采用；但国外产品仪表的高品质性，值得国内的挖掘机生产厂家学习。
　　5 GPS技术在液压挖掘机上的应用
　　（1）用于远程维护、信息管理的GPS技术。
　　该类技术的定位精度不高，一般为米级。主要利用GPS控制器采集远程维护所需的信号上传到服务器中，通过Internet可以查看机器的状态（通过采集传感器信息），历史工作记录等。现场JohnDeere、Hitachi、Hyandai、CAT、Komastu等纷纷展出自己的该项技术，其中 JohnDeere更是可以现场操作，如图16