吨旋挖钻机电控系统解析

1、,三一重机有限责任公司,品质改变世界,40吨旋挖钻机电控系统培训目录,一：概述 二：动力部分组成及原理 2.1 电源部分 2.2 启动部分 2.2.1启动设备 2.2.2旋挖钻机启动保护原理及实现过程 2.3 电子节能控制装置 2.3.1四种工作模式下的转速控制 2.3.2自动怠速系统 2.4 柴油机转速控制原理 2.4.1 数据控制方法 2.4.2 中速启动控制 2.4.3 过热保护控制 2.5 故障诊断,三：泵阀控制部分 3.1泵阀分类 3.2旋挖专用泵阀 3.3挖掘机泵的特性 3.4旋挖专用阀及挖掘机液压件的自动怠速检测区别 四：电气系统技术保养,三一重机有限责任公司,品质改变世界,本篇

2、将以40吨川崎液压系统旋挖钻机为例讲述旋挖钻机的电气系统基本原理、基本构造、操作说明、故障分析。,一：概述 旋挖钻机基本上都以柴油机作为动力，为改善我们的生存环境，减少污染，柴油机技术得到了飞速发展，电喷应用是最新技术之一，供油系统由电子控制实现喷射燃油，使燃烧更适合工况的需要，燃烧更充分、效率更高。与普通机械式供油系统相比较，升功率增大，降低了排气污染、噪声和燃油消耗率。 目前， 40吨旋挖钻机采用了CAN总线技术，CAN总线技术代表欧洲最先进的技术水平，可以简化整车线束，提高整车电气线路的可靠性和安全性，提高维修性，具有数据共享和配置灵活的优点。CAN总线技术为汽车内部各种复杂的电子设备、

3、控制器、测量仪器等提供了统一数据交换渠道。 国内开发的旋挖钻机基本上都以普通机械式供油系统柴油机为动力，通过在发动机上安装繁多的检测元件实现对发动机的监控。,三一重机有限责任公司,品质改变世界,SY420R运用电喷发动机及CAN总线技术的旋挖钻机，通过电控柴油机的应用，减少了排放对大气的污染；燃油经济性好、工作效率提高，给用户带来可观的经济效益；利用CAN总线技术直接采集发动机的参数，线及接插件的使用量减少以及制作工时的减少，大大降低了生产成本；同时使得线束制作简单化，减少了误接线引起的故障，可靠性增强。 机电一体化是液压旋挖钻机的主要发展方向，其最终目的是机器人化，实现全自动运转，这是旋挖钻

4、机技术的又一次飞跃。作为工程机械主导产品的液压旋挖钻机，在近几十年的研究和发展中，已逐渐完善，其工作装置、主要结构件和液压系统已基本定型。人们对液压旋挖钻机的研究，逐步向机电液控制系统方向转移。控制方式不断变革，使旋挖钻机由简单的杠杆操纵发展到液压操纵、气压操纵、电气操纵、液压伺服操纵、无线电遥控、电液比例操纵和计算机直接控制。所以，对旋挖钻机机电一体化的研究，主要是集中在液压旋挖钻机的控制系统上。 液压旋挖钻机电气控制系统主要是对发动机、液压泵、多路换向阀和执行元件（液压缸、液压马达）的一些温度、压力、速度、开关量的检测并将有关检测数据输入给旋挖钻机的专用控制器，控制器综合各种测量值、设定值

5、和操作信号发出相关控制信息，对发动机、液压泵、液压控制阀和整机进行控制。,外观图,旋挖工作状态图,三一重机有限责任公司,品质改变世界,底盘电气控制系统具有以下功能：,1：控制功能：负责对发动机、液压泵、液压控制阀和整机的复合控制。 2：检测和保护功能：通过一系列的传感器、油压开关、蜂鸣器、熔断器和显示屏等对挖机的发动机、液压系统、气压系统和工作状态进行检测和保护。 3：故障诊断功能：主要对发动机及液压系统进行故障诊断。,三一重机有限责任公司,品质改变世界,二：动力部分组成及原理,420R旋挖钻机动力系统由电源部分、启动部分、发动机数据采集及转速控制、节能控制及故障诊断报警系统等组成。 2.1

6、电源部分 系统电源为直流24V电压供电、负极搭铁方式；采用4节12V 80AH蓄电池串联作发动机启动电源，由带内置硅整流和电压调节装置的交流发电机充电，以维持蓄电池电量和稳定系统电压；蓄电池输出端装设电源继电器，由钥匙开关控制，以增加电源系统的安全性。 1)蓄电池：采用12V 80AH免维护型蓄电池，2组串联。 2)发电机：24V 50A交流发电机，由发动机自带，内置硅整流电路及电压调节器，带有频率输出。I为中性点电压输出端子，BAT为电源输出端子，GND为接地端子。I端子接充电报警灯，在启动初状态，当发电机电压尚未建立时I端电压为0V，充电报警灯亮，蓄电池正电源通过报警灯灯丝流向I端作为发电

7、机的励磁电流，使发电机迅速建立起电压并进入发电工作状态。发电机进入发电状态后，I端电压达24V，充电报警灯熄灭。,3)充电指示灯,当转动钥匙开关至接通位置时，该指示灯亮。钥匙开关至起动位置后，发电机正常发电后，该指示灯会熄灭，如果该灯一直亮，则请检查发电机是否出现故障。,4) 电源继电器：装于电瓶的正极控制总电源，由钥匙开关控制，以增加电源系统的安全性。 a)接通：把钥匙开关打到“接通”位置以启动电路系统，此时电源继电器接通，系统得电。在启动发动机之时，钥匙开关必须是接通的。 b)断开：把钥匙开关打到“断开”位置，电源继电器断电，以切断电路系统。 注意： 维修电路系统和机器的其它部件时，请把钥

8、匙开关打到“断开”位置或拔掉钥匙开关以切断蓄电池电路。 2.2 启动部分 1)启动电机：24V 5KW 起动电机三个接线柱的作用和连接如下： a)50接线柱接启动马达继电器。 b)31接线柱为负极搭铁。 c)30接线柱可接车上的用电器的正极 2)钥匙开关：用于启动发动机。 3)转速传感器：用于检测启动过程中发动机转速。 4)液压操纵：液压操纵杆在“锁住”位置，发动机才能启动。 5) 启动马达继电器: 容量200A,三一重机有限责任公司,品质改变世界,2.2.2 旋挖钻机启动保护原理及实现过程 420R旋挖钻机由控制器控制起动马达，并通过程序设置实现保护。柴油机起动前，钥匙开关先打到“通电”档时

9、，充电报警灯亮;钥匙开关打到“启动”档后，控制器检测到“柴油机启动信号”的输入，同时判断“液压操纵秆”信号是否为闭合，若闭合，再判断此时转速是否低于650r/m，若是，则接通启动继电器，直到转速高于650r/m，则断开启动继电器，起动后启动继电器不再输出。此时控制器完成发动机的发动, 充电报警灯熄灭。,2.3 电子节能装置,发动机主要由三方面实现节能 1.ECM对发动机实现精确喷油控制 2.控制器自动怠速功能 3.模式选择实现转速限制(泵节能在第三章) 本系统由控制器、显示屏、发动机ECM电子控制模块、油门控制单元以及一些必要的模拟量、开关量传感器、模式电磁阀组、开关阀等组成。通过对发动机和液

10、压泵系统进行综合控制，使二者达到最佳匹配，以达到明显的节能效果。该装置主要实现四种工作模式的选择，自动怠速功能、过热保护及柴油机转速控制等功能。各种控制指令（包括显示屏控制指令）和检测信号以开关量或模拟量形式进入控制器后，控制器根据要求输出控制信号给受控元件，达到控制的目的。另外将各种信号以通信的方式送入显示屏。通过显示屏实现相关控制的操作、实时显示和报警信息提示。,2.3.1 四种模式下的转速控制,通过显示屏设置工作模式来限制发动机的最高空转转速,2.3.2 自动怠速系统,旋挖钻机具有自动怠速装置，当操纵杆回中位达3秒后，发动机自动进入低速运转，从而可减小液压系统的空流损失和发动机的磨损，起

11、到节能和降低噪声的作用。当扳动操纵杆重新作业时，发动机自动恢复到原来的转速状态。,2.4 柴油机转速控制原理,本系统采用控制器，发动机ECM电子模块作为控制单元，通过改变总线数据来达到调节油门的开度的目的, 从而控制发动机的转速。 在紧急情况下采用线性油门控制发动机,油门旋钮顺时针旋动时, 即升速时，由控制器给出较高的电压信号，对应的柴油机油门开度加大，柴油机转速上升。 超速保护特性监测发动机速度并在检测到超速状况时切断发动机的燃油供应。检测到超速状况后，燃油切断阀关闭，阻止燃油流向发动机。将会记录故障，ECM将存储发生故障时的发动机数据。当发动机速度下降到辅助发动机速度临界值以下之后，燃油切

12、断阀重新开启。 发动机的停止不由总线控制,只与ECM的钥匙开关输入信号有关,康明斯欧三发动机ECM,油门旋钮逆时针旋动时, 即降速时，由控制器给出较低的总线数据信号，对应的柴油机油门开度减少，柴油机转速下降，达到设定的油门开度后，降速信号停止，进入转速自动调节阶段。,发动机油门控制盘,可通过调节该发动机油门控制盘改变发动机的转速 速度档位对应设定的柴油机转速如下表：,2.4.1数据控制方法,SAE J1939数据通信装置是一种高速网络，用于在250K 波特下工作的设备。它能够支持控制、信息共享、诊断、多路传输和专有通信。J1939（物理层）数据通信采用微分线路驱动器电路，允许最长的总线长度为4

13、0米。在给定的时间内，网络最多可提供30个节点连接。 SAE J1939为信息共享型,即网络上的任意一点既可得到网络上所有节点数据,同时可以根据协议向网络上发送本节点的数据,实现数据共享. 发动机也相当于一个节点,每隔10ms实时检测总线上是否有转速控制信号,如果有,则根据该信号控制发动机的转速.,2.4.2 中速油门(跛行回家功能),本功能实现在紧急情况下,实现发动机在某一固定转速下运转,如1600,不受其他油门控制方式控制.,2.8.5 过热保护控制,冷却水达到一定温度时，控制器将执行发动机保护工作 当冷却水温过热达到一极报警（冷却液温度超过98度）时,控制器将限制行走马达高速行驶 当冷却

14、水温过热达到二极报警（冷却液温度超过100度）时,控制工作模式自动降低一档，即从H模式降至S模式再至L模式、B模式。液压系统的吸收功率将从100%降至90% 、80% 当冷却水温过热达到三极报警（冷却液温度超过103度）时，柴油机自动进入自动怠速工作状态（转速下降），直至冷却液温度降至正常温度为止。,发动机数据线布置图,2.5发动机故障诊断 INSITE是一种基于windows PC的维修工具，用于康明斯Quantum发动机，它可以帮助对Quantum发动机进行故障判断和维修。该工具能进行诊断和编程,也可以通过指示灯读取故障代码. 故障检测 在设备自己工作期间，当钥匙开关处于ON位置时检测故障

15、。如果此时故障变为现行故障（当前检测到），存储器中就会记录故障，同时记录发动机参数速录数据。另外根据现行故障的严重程度，特定的故障可能会使警告指示灯（黄色）或停机指示灯（红色）、保指示灯或燃油含水（WIF）指示灯变亮。,闪烁故障代码 可通过诊断开关或油门踏板进入故障代码闪烁模式。要进入故障代码闪烁模式，钥匙开关必须处于ON（接通）位置并且发动机停机。使用诊断开关进入该模式时，在诊断开关转到ON位置后，ECM将自动闪烁第一个故障代码。诊断增加/减少将向前或向后调整现行故障代码。 左操作面板故障指示灯主要对发动机进行以下报警 左操作面板第一个红色故障指示灯为发动机停机指示灯,它的特性是闪烁诊断故障

16、代码和发动机保护。 左操作面板第二个黄色故障指示灯为发动机警告指示灯,它提供重要的操作者信息和描述诊断故障代码。 本装置自动查找故障，根据测得的故障参数找出发生故障的部位，并能查询某个故障发生的时间及某个时间内所发生的故障名称。,代码的两种读取方式,代码查询方法:,代码详情见,使用INSITE软件读取代码,应用 - 该连接器与一个康明斯维修工具相连接，例如Insite，允许进行维修、参数调整、以及标定下载。每个设备上都需要一个数据通信接口连接器。 硬件 - 该连接器为9-针Deutsch HD10系列连接器。有两种类型的端子，一种是实心的，一种是冲压成形的.,数据通信接口连接器,三一重机有限责

17、任公司,品质改变世界,2.7 故障诊断报警装置 故障诊断报警装置对旋挖钻机的运行状态进行监视， 一旦发生异常能及时报警，并指出故障部位，从而可及早清除事故隐患，减少维修时间，降低保养和维护费用，改善作业环境，提高作业效率。其硬件主要由控制器和显示屏为系统核心，辅以其他检测和保护控制元件，实现对控制对象的各种监测目的，它有如下特点： 1）显示屏面板能防水、防尘，整个装置抗干扰能力强，并能防震。 2）能对机器的运行情况进行连续监测，并根据要求进行报警。 3）装置在硬件上具有光控电路，在光线阴暗时自动打开背光，照明液晶屏，在不同温度下，自动调节液晶屏的灰度，以达到最佳视觉效果。 4）装置具有工作小时

18、总计，系统时间显示且能对其进行调整，使其与当地时间一致。,故障诊断报警系统结构图 (420R),SANYHM,三一重机有限责任公司,品质改变世界,显示屏界面如下,界面1：主画面,界面3：模拟量监测表,界面2：输入点状态,三一重机有限责任公司,品质改变世界,5）可以对液晶屏进行翻屏操作，可查阅采集的各路参数的具体数值或者各开关量的正常与否。 6）工作后每次只选一个工作模式，选定一个新的工作模式之后，原工作模式自动消除。每次重新启动旋挖钻机后，功率模式重新回到S（标准）模式。 7）每次重新接通并启动旋挖钻机后，行驶高低速选择开关处于低速状态，只有当按下开关后才依次在高速与低速之间转换。 8） 每次

19、重新启动旋挖钻机后，自动怠速开关处于自动怠速有效模式，只有按下自动怠速开关，自动怠速功能才能取消。,三一重机有限责任公司,品质改变世界,本监控报警系统各功能显示方式、采集信号具体情况列表如下：,三一重机有限责任公司,品质改变世界,三：泵阀控制部分,420R根据泵阀可以分为旋挖专用泵阀和挖掘机用泵阀,旋挖专用泵的特点:泵为单比例阀,控制前后泵的总输入功率,采集辅助泵的压力开关信号,做自动怠速判断,基本液压原理如下图:,挖掘机液压件的特点:使用30T泵阀代替旋挖专用液压件,使用后泵代替原有的专用辅助泵. 由此产生了两个电控要求: 1.限制后泵流量的问题,因后泵的流量大大超过原有的辅助泵,需要在立桅

20、加压展宽时限制后泵的最大流量,将后泵的流量限制在最大排量的一半 2.在立桅加压展宽任义一个动作时,需要控制上车液压系统的先导电磁阀打开,该电磁阀控制备用阀芯的开启,自动怠速的控制,旋挖专用液压件: 检测三个压力信号,1PX口 2PY口 3 辅助泵开启 挖掘机液压件: 检测十一个开关信号: 1.9个压力开关 2.立桅信号(由上车电气系统提供) 3.展宽信号(由上车电气系统提供),功率控制系统 旋挖钻机配备工作模式控制系统，可以使操作者根据作业工况不同，选择适合的作业模式，使发动机输出最合理的动力。420R旋挖钻机有四种作业模式可供选择，模式的选择通过显示屏上的“模式”选择按钮实现。旋挖钻机工作后每次只选一个工作模式，选定一个新的工作模式后，原工作模式自动消除。 H 模式(重载)：即重负荷挖