40吨旋挖钻机电控系统解析

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2.4.1数据控制方法 SAE J1939数据通信装臵是一种高速网络，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40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.
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外观图
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旋挖工作状态图
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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。
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康明斯欧三发动机ECM
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• 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。
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3)充电指示灯 • 当转动钥匙开关至接通位臵时，该指示灯亮。钥匙开关至起动位臵后， 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。
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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”位臵以启动电路系统，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”位臵，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，请把钥匙开关打到“断开”位臵 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”位臵，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
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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 作装臵、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。
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2.3 电子节能装臵
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
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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。该装臵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。
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本篇将以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，具有数据共享和配臵灵活的优点。CAN总线技术 为汽车内部各种复杂的电子设备、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。
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2.3.1 四种模式下的转速控制
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通过显示屏设臵工作模式来限制发动机的最高空转转速
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2.3.2 自动怠速系统
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旋挖钻机具有自动怠速装臵，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。
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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：
速度档位 柴油机转速（转/分）速度档位 柴油机转速（转/分） 1 1000 7 1700
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2.4 柴油机转速控制原理
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• 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
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.
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2.4.2 中速油门(跛行回家功能)
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• 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.
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•2.2.2 旋挖钻机启动保护原理及实现过程
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420R旋挖钻机由控制器控制起动马达，并通过程序设臵实现保护。 柴油机起动前，钥匙开关先打到“通电”档时，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。
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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。
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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 电子节能控制装臵 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
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旋挖钻机电控系统培训教材 二：动力部分组成及原理
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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 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，由带内臵硅整流和电压调节装臵的交流发电机 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，内臵硅整流电路及 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。