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解析機電一體化技術(shù)在挖掘機中的應用
1 普遍采用電子節能技術(shù)的大中型液壓挖掘機
美國市場(chǎng)在發(fā)動(dòng)機排放上的要求非常嚴格，要求符合Tire 3標準的發(fā)動(dòng)機才能在其國內市場(chǎng)上銷(xiāo)售。所以進(jìn)入美國市場(chǎng)的挖掘機多數都采用了高排放標準的發(fā)動(dòng)機，尤其是中大型挖掘機，電噴發(fā)動(dòng)機已經(jīng)成為標準配置，該種發(fā)動(dòng)機無(wú)論在可控性還是節能方面都較機械式發(fā)動(dòng)機有很大的改善。
2 采用自動(dòng)怠速功能的小型液壓挖掘機
對比上面所提到的大中型液壓挖掘機普遍采用電噴發(fā)動(dòng)機的現狀，由于成本問(wèn)題，在10噸以下的小型挖掘機上，機械發(fā)動(dòng)機還是被廣泛采用;因此，在其節能方面，國外的挖掘機公司采用了不同的技術(shù)。
JCB小型挖掘機上采用的一種電控的油門(mén)執行機構，驅動(dòng)器采用了一種液壓缸，在結構上采用角度傳感器實(shí)時(shí)反饋油門(mén)的位置，另外配合連接到液壓缸上的一個(gè)電磁閥實(shí)現電子油門(mén)及自動(dòng)怠速功能。
NewHolland小挖的自動(dòng)怠速系統，其油門(mén)仍采用機械拉桿(軟軸)的形式，只是設計了一個(gè)自動(dòng)怠速結構，當系統監測到需要自動(dòng)怠速的時(shí)候，電磁鐵吸合，機構動(dòng)作，發(fā)動(dòng)機回到怠速狀態(tài)。
3 采用電液比例控制技術(shù)的液壓挖掘機
該類(lèi)型產(chǎn)品是指在普通的液壓先導式操作挖掘機的基礎上，采用電液比例技術(shù)控制挖掘機，相應的運用電比例手柄取代液壓先導手柄。其基本原理是采集電手柄的動(dòng)作信號，利用控制器進(jìn)行運算，輸出相應的PWM值控制比例閥。結合布置于機器上的傳感器，還可以實(shí)現某些自動(dòng)或者半自動(dòng)功能�，F場(chǎng)展出的比較典型的電控挖掘機有：
(1)Leica公司研發(fā)的挖掘機工作平臺，該平臺是Leica公司為演示其電控挖掘機控制技術(shù)專(zhuān)門(mén)定制的，既采用電液比例技術(shù)，同時(shí)具有輔助挖掘操作裝置，通過(guò)安裝在平臺上的顯示屏及工作裝置上的傾角傳感器，可以實(shí)時(shí)的顯示鏟斗的軌跡。
(2)山河智能的SWEL55型挖掘裝載機，該機型不同與平常的兩頭忙，其工作裝置位于一端，從挖掘機切換成裝載機時(shí)，只需將工作裝置折疊即可完成，反之亦然。為了便于工作裝置的模式轉換，該機器采用了全電控技術(shù)，通過(guò)控制器可以輕松完成模式的轉換及電手柄在不同模式下的不同功能。
(3)Doosan的主從式挖掘機，控制原理為：屬于一種主從方式的控制形式，通過(guò)手指，手腕，大臂對應控制鏟斗，斗桿與動(dòng)臂;小臂的左右偏轉來(lái)控制挖掘機的回轉。在操作過(guò)程中，當操作者(主控制方)的相應關(guān)節動(dòng)作后，計算機采集到該信號，并與安裝在挖掘機(從控制方)上的角度傳感器的信號進(jìn)行比較，如果存在偏差;發(fā)出遙控信號控制挖掘機消除偏差，從而達到控制挖掘機的目的。其原理還是點(diǎn)到點(diǎn)控制，因此，在同步性上存在誤差。
(4)采用Husco技術(shù)的液壓挖掘機，其工作原理為：動(dòng)臂和回轉仍采用常用的液壓先導式主閥，在系統中裝有能量回收機構，回收動(dòng)臂下降的能量，并儲存起來(lái)，供給其他的工作裝置;斗桿與鏟斗采用特殊的電控閥，而且該閥分別布置在靠近工作裝置液壓缸的位置，而不是傳統的所有主閥布置在一起的方式，該電控閥由四個(gè)插裝閥構成，對閥的A口和B口分別進(jìn)行控制;而不同于常用的單閥芯的形式;具研究者聲稱(chēng)：采用該項技術(shù)后，挖掘機可以節能25%。
4 應用于液壓挖掘機上的各種監控技術(shù)
為了方便操作手查看機器的重要參數，實(shí)時(shí)的了解整機的狀態(tài);儀表技術(shù)已經(jīng)廣泛的應用到液壓挖掘機中，只是出于成本的考慮，不同噸位的挖掘機采用不同層次的儀表。一般說(shuō)來(lái)，10噸以下的小型履帶式挖掘機多采用機械式儀表或者黑白液晶顯示屏。
在挖掘機上，尤其是20噸以上的挖掘機，高品質(zhì)液晶彩色顯示屏的采用，在國內外都得到廣泛的認可�，F以展會(huì )現場(chǎng)兩款比較精美的儀表加以分析：Trimble公司為挖掘機開(kāi)發(fā)的CB430型儀表，Komastu中挖儀表。其中Trimble以動(dòng)畫(huà)的形式實(shí)時(shí)顯示挖掘機的運動(dòng)軌跡，并提供坐標。顯示屏的按鈕可以提供視角的切換。Komastu的儀表界面分為兩部分：一部分顯示整機的工作參數，另外還可以單屏和雙屏的形式顯示車(chē)體尾部安裝的攝像頭采集到的圖像。兩套操作儀表整體效果好，顯示/監控系統界面直觀(guān)，簡(jiǎn)潔;標識準確，易懂，便于進(jìn)行操作。在儀表方面，國內廠(chǎng)家都均已采用;但國外產(chǎn)品儀表的高品質(zhì)性，值得國內的挖掘機生產(chǎn)廠(chǎng)家學(xué)習。
5 GPS技術(shù)在液壓挖掘機上的應用
(1)用于遠程維護、信息管理的GPS技術(shù)。
該類(lèi)技術(shù)的定位精度不高，一般為米級。主要利用GPS控制器采集遠程維護所需的信號上傳到服務(wù)器中，通過(guò)Internet可以查看機器的狀態(tài)(通過(guò)采集傳感器信息)，歷史工作記錄等�，F場(chǎng)JohnDeere、Hitachi、Hyandai、CAT、Komastu等紛紛展出自己的該項技術(shù)，其中JohnDeere更是可以現場(chǎng)操作，如圖16所示。Hitachi展出了其GPS系統的構成，如圖17所示。國內很多的工程機械主機廠(chǎng)家也采用了該項技術(shù)，但是目前多數廠(chǎng)家的GPS系統不夠強大，需進(jìn)一步完善。
(2)高精度GPS系統的應用。
該系統利用GPS差分技術(shù)，結合激光、全站儀、超聲波及多傳感器技術(shù)，通過(guò)軟件界面的設計，可以在系統的虛擬儀表中提供施工工地的三維圖形、機器的三維坐標等信息;而且精度可以達到厘米級。該項技術(shù)在大型的施工現場(chǎng)，尤其是多種機型的工程機械進(jìn)行集群作業(yè)時(shí);能夠顯示其優(yōu)勢，有利于施工管理方進(jìn)行有序調度，提高集群的工作效率。
縱觀(guān)近三年來(lái)的三次展會(huì )，在該技術(shù)方面，做的比較領(lǐng)先的幾家企業(yè)分別為：Trimble、Topcon及Leica。這三家企業(yè)除了自己的展位之外，還專(zhuān)門(mén)布置了具有相當規模的產(chǎn)品應用展示區，所展示的產(chǎn)品無(wú)論從數量還是品種都遠多于上兩次展會(huì )。其中Trimble的用戶(hù)主要為：CAT、Komastu，Topcon;的主要用戶(hù)為：CAT、JohnDeere及Volvo;Leica的用戶(hù)主要為：JohnDeere。產(chǎn)品類(lèi)型包括挖掘機、兩頭忙、推土機、平地機、壓路機和農業(yè)機械等。如此多產(chǎn)品的展出，也顯示了美國市場(chǎng)對于該項技術(shù)有著(zhù)廣泛的運用，而因成本及市場(chǎng)需求原因，該項技術(shù)在國內還處于實(shí)驗室階段。
6 具有輔助挖掘系統的液壓挖掘機
為提高作業(yè)效率，近幾年來(lái)，輔助操作系統逐步得到各主機廠(chǎng)的重視。在展會(huì )現場(chǎng)也展出了相關(guān)的產(chǎn)品。嚴格來(lái)說(shuō)，高精度GPS技術(shù)的運用也屬于輔助操作的范疇，因上面已經(jīng)敘述，在此不加展開(kāi)，僅對單機的輔助挖掘系統進(jìn)行敘述�，F舉幾個(gè)例子加以說(shuō)明：CAT公司的挖掘機采用Trimble開(kāi)發(fā)的挖掘機輔助系統，Prolec公司開(kāi)發(fā)的挖掘機輔助挖掘系統;JohnDeere 60D型挖掘機采用了Leica公司開(kāi)發(fā)的整套輔助挖掘系統。該套系統的基本工作原理類(lèi)似，主要利用安裝在挖掘機工作裝置上的角度或者傾角傳感器，實(shí)時(shí)檢測挖掘機的工作狀態(tài);利用系統中的儀表顯示工作裝置的軌跡及鏟斗末端的坐標。在進(jìn)行精細作業(yè)時(shí)，可以在儀表中輸入要完成的工作面的形狀，操作者可以按照提示進(jìn)行工作，直到完成預定的形狀。尤其是在挖掘復雜形狀的工作面和平整作業(yè)中，該系統可以提高工作效率和精度。如果配合激光技術(shù)，還可以利用安裝在斗桿上的紅外接收裝置，挖掘規定深度的基坑，提高精度的同時(shí)，節約了人工成本。 以上在挖掘機中有關(guān)機電一體化的應用，是筆者在此次展會(huì )上所看到的一角。
縱觀(guān)此次展會(huì )，并通過(guò)與前兩次展會(huì )的比較，不難發(fā)現：更多廠(chǎng)家展示了其挖掘機電控技術(shù)，尤其是不少廠(chǎng)家推出了成熟的具有電控功能的產(chǎn)品，顯示了國外很多廠(chǎng)商對于該技術(shù)的重視程度，也體現了機電一體化技術(shù)在美國市場(chǎng)已得到充分的認可，并且今后將會(huì )有更大的發(fā)展。而在該領(lǐng)域，國內的一些大學(xué)、工程機械生產(chǎn)廠(chǎng)家和研究院所已經(jīng)充分認識到其重要性，但多數停留在實(shí)驗室階段;因此，在其成熟性、可靠性和市場(chǎng)化的發(fā)展道路上，還需要有很長(cháng)的一段路要走。
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