挖掘机电液控制系统研究——发动机和泵的联合控制系统

摘要

由于国内基础设施建设的蓬勃发展,用于工程基础设施建设的工程机械在最近十年中发展势头也相当好,其中作为工程机械主力机种的挖掘机在所有机种中所占比重较大,并且其技术相对于其他机种来说也较为全面和复杂.挖掘机一般来说,人们都把它作为大功率机种,这类大功率机械在工作时难免会产生能量上的浪费,人们通过总结得到,传统液压挖掘机的发动机的能量使用率仅为30％.在较为先进的采用了模式控制技术的挖掘机在发动机到泵这一环节上仍然有相当大的能量浪费.所以本文以液压挖掘机作为载体,分析其发动机和泵的联合控制系统,尽量减少发动机到泵这一个环节的能量浪费.并设计完成硬件和软件电路.在分析系统之前首先对挖掘机行业和其本身的技术发展做了分析,例如挖掘机国内国外的技术现状和发展趋势,然后简单描述了挖掘机的各个部分的控制技术,接着转到本人所要研究的发动机和泵的联合控制技术,分析了为什么我们要研究这项技术.文章分析了发动机和泵的各自的特性,并以不同的例子完成了系统建模,通过对两者的分析完成了发动机和泵的联合控制系统的建模.模型建立完成之后,通过对国外两种机型的模式控制的介绍,向读者说明了这种模式控制的优点和缺点,同时提出自己所提出的模式控制理论,并做了详尽的论述.接着对自己所论述的控制系统进行了硬件设计,其中涉及到电源模块的设计、最小控制系统的设计、外围信号采集和功率驱动电路的设计,并且对所有模块作为一个整体进行了一定程度的论述.再次,在硬件设计完成的基础之上,完成了软件的设计.这里详细论述了主控制模块的设计,对模式控制理论的内容进行了补充.还提到了各种辅助模块的设计,例如怠速模块、程序滤波模块等等.在硬件和软件设计完成的基础之上,本人利用实验室现有的条件,基本完成了所设计系统的测试,得出的测试数据结果基本符合结论,在文章的最后提出了本论文的不足之处和有待改进的地方,并对课题进行了展望.

目录

文摘

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第1章绪论

1.1挖掘机的发展概况

1.1.1国外挖掘机的发展和现状

1.1.2国内挖掘机的发展和现状

1.2挖掘机电液控制系统基本组成和关键技术

1.2.1阀的控制

1.2.2单泵控制

1.2.3多泵控制

1.2.4发动机的控制

1.2.5泵和发动机联合控制系统

1.2.6控制系统的关键技术

1.3关于泵和发动机联合控制系统开发的应用前景

1.3.1自主开发泵和发动机联合控制系统的目的和可行性

1.3.2泵和发动机联合控制系统的主要内容

1.3.3本文研究的重点

本章小节

第2章泵和发动机系统的数学建模

2.1发动机的特性

2.1.1柴油机的速度特性

2.1.2柴油机的调速特性

2.1.3柴油机的负荷特性及万有特性

2.2柴油机数字模型的建立求解

2.3泵的输出特性

2.4泵和发动机的联合工作输出特性

本章小节

第3章泵和发动机的模式控制理论分析

3.1泵和发动机联合控制系统介绍

3.1.1小松PC200-3的EOLSS系统

3.1.2神钢SK200MARKⅢ液压挖掘机

3.1.3分工况控制的特点

3.1.4改进的模式控制方式

3.2改进的模式控制的实现

本章小节

第4章发动机和泵联合控制系统的硬件设计

4.1总体控制方案的设计

4.2系统控制器设计

4.2.1微控制器的选型

4.2.2最小系统的开发

4.3功能模块电路设计

4.3.1电源电路

4.3.2转速信号处理电路

4.3.3模拟信号处理电路

4.3.4功率驱动电路

4.4发动机油门驱动部件的选择

4.5控制系统电路的总体布置及结构

本章小节

第5章控制系统的软件设计

5.1采样周期的选取

5.1.1香农采样定理

5.1.2采样周期的选取

5.2软件主控制模块

5.3软件的编制

5.3.1软件项目的组织

5.3.2辅助模块的设计

本章小节

第6章联合控制系统的台架试验

6.1试验设备

6.1.1试验系统原理

6.1.2系统测试

6.2试验内容

6.2.1系统部件基本性能测试

6.2.1扭矩控制试验

6.2.2不同功率下的系统响应特性

本章小节

第7章全文总结及展望

7.1总结

7.2展望

谢辞

参考文献

附录A康明斯D41系列6CT8.3-215型柴油机特性参数

附录B等比油耗曲线数据拟合点

附录C省油曲线拟合点数据

附录D实验系统实物

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果