機(jī)械社區(qū)
標(biāo)題: 對(duì)于電控液壓挖掘機(jī)的展望 [打印本頁(yè)]
作者: taiyuankejizhu 時(shí)間: 2011-9-1 22:04
標(biāo)題: 對(duì)于電控液壓挖掘機(jī)的展望
目前液壓挖掘機(jī)的操縱方式主要為先導(dǎo)液壓控制（中大型挖掘機(jī)）和機(jī)械控制（小型挖掘機(jī)），先導(dǎo)液壓控制操作比較舒適，但是如果采用先導(dǎo)液壓控制就需要一套額外的液壓系統(tǒng)（先導(dǎo)液壓系統(tǒng)），這就造成挖掘機(jī)的液壓管路布線十分復(fù)雜故障率較高，而且不易于挖掘機(jī)的自動(dòng)化控制。
電控液壓挖掘機(jī)的優(yōu)點(diǎn)有很多比如可以輕松實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控（山河智能SWEROB、SWEROB2010），或是對(duì)于挖掘軌跡的自動(dòng)控制從而實(shí)現(xiàn)水平挖掘。電控液壓挖掘機(jī)的多路閥可以采用單電液比例閥，可以實(shí)現(xiàn)高精度的控制，最近比較關(guān)注一種新穎的操縱方式的電控液壓挖掘機(jī)。如下圖：
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圖片摘自Henning Hayn & Dieter Schwarzmann的論文“A Haptically Enhanced Operational Concept for a Hydraulic Excavator”
傳統(tǒng)的液壓挖掘機(jī)操縱手柄對(duì)于司機(jī)的技能水平有很高的要求，上圖這種挖掘機(jī)操縱裝置（Personal Haptic Interface Mechanism）很明顯操縱很直觀，操縱裝置的姿勢(shì)會(huì)直接映射到工作裝置的姿勢(shì)，如果控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理不僅操縱方便而且會(huì)有一些額外的功能是傳統(tǒng)的先導(dǎo)操縱手柄所不能實(shí)現(xiàn)的，比如挖掘機(jī)水平面平整作業(yè)可以在這種操縱裝置的前方放置一塊板子操縱裝置的指尖貼在板子上挖掘就可以實(shí)現(xiàn)水平挖掘（可能會(huì)存在控制精度誤差）。下面是這種挖掘機(jī)的控制原理：
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圖片摘自Joseph George Frankel 的論文“Development of a Haptic Backhoe Testbed”
上圖的原創(chuàng)作者（Joseph George Frankel）在做這個(gè)項(xiàng)目時(shí)應(yīng)用一臺(tái)裝有Matlab的主控機(jī)（Host pc）和目標(biāo)機(jī)（Target pc）通信把控制程序傳到目標(biāo)機(jī)，然后有目標(biāo)機(jī)控制挖掘機(jī)的動(dòng)作，液壓系統(tǒng)多路閥采用的是PVG32的電液比例閥，在液壓缸上安裝了位置傳感器，在主回路上安裝了壓力傳感器，整個(gè)控制系統(tǒng)為閉環(huán)PID控制系統(tǒng)。
在這種電液比例液壓系統(tǒng)中最為困難的是控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，由于液壓系統(tǒng)，電磁轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，機(jī)械系統(tǒng)都存在一定的非線性因素和參數(shù)的不確定性，所以設(shè)計(jì)出來(lái)的控制系統(tǒng)的魯棒性很難得到保證。
Matlab在最近的版本中完善了一些模擬液壓系統(tǒng)（SimHydraulics）、模擬機(jī)械系統(tǒng)（SimMechanics）的建模功能，可以將Pro/e,solidworks中的實(shí)體模型導(dǎo)入到SimMechanics中，再與SimHydraulics結(jié)合進(jìn)行仿真，Matlab的控制工具箱功能十分強(qiáng)大，可以利用GUI界面對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，提供了多種方法對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。
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圖片摘自Joseph George Frankel 的論文“Development of a Haptic Backhoe Testbed”
PID閉環(huán)反饋控制是在機(jī)械控制工程中經(jīng)常用到的控制方法，但是對(duì)于挖掘機(jī)這種非線性系統(tǒng)來(lái)講參數(shù)調(diào)整非常困難，而且由于模型本身的不確定性很可能導(dǎo)致控制系統(tǒng)完全失效，模糊控制（Fuzzy logic）這種控制方法很適合這種非線性系統(tǒng)，能夠好的保證系統(tǒng)的魯棒性，以上是我對(duì)與這種具有新穎的操縱裝置的電液控制挖掘機(jī)的一些展望，其中參考了一些外文的文獻(xiàn)，目前正在研究模糊控制的一些理論知識(shí)，如果有什么進(jìn)展會(huì)盡快跟大家分享，由于本人學(xué)識(shí)有限很多東西都是一知半解，很多東西讓大家見(jiàn)笑了，非常期盼大家的交流和指點(diǎn)。
作者: bacon1989 時(shí)間: 2011-9-1 22:21
師兄終于露面了。。。
作者: taiyuankejizhu 時(shí)間: 2011-9-2 18:31
bacon1989 發(fā)表于 2011-9-1 22:21 
D$ n' J H/ b6 H
師兄終于露面了。。。
! J- _+ k+ L6 p7 l" @我一直在呀，只不過(guò)最近比較活躍，歡迎交流，哈哈.....
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作者: xiaodoudou996 時(shí)間: 2012-5-13 12:07
如果把液壓馬達(dá)換為電馬達(dá)，那個(gè)左先導(dǎo)手柄上如何接呀？求高手解釋一下？
作者: xiaodoudou996 時(shí)間: 2012-5-13 12:08
樓主寫(xiě)得很好，就是太謙虛了
作者: xiaoshxin 時(shí)間: 2012-5-14 19:55
這么高深的東西
作者: 英德康 時(shí)間: 2012-5-15 06:14
本帖最后由 英德康 于 2012-5-15 06:22 編輯 ' E- [" N" W8 d, F L
9 u/ x" A$ g& P2 v# ?- g; C( M
謝謝樓主詳細(xì)介紹，目前挖掘機(jī)先導(dǎo)控制跑冒滴漏，微控性差，尤其在推廣使用國(guó)III，國(guó)IV電控發(fā)動(dòng)機(jī)的今天，先導(dǎo)控制更是無(wú)法與發(fā)動(dòng)機(jī)電控模塊接口，限制了電噴發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)能功能。電液比例控制低成本的做法是利用原有國(guó)產(chǎn)的液控多路閥，用電液比例減壓閥控制液控多路閥即可實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)的電液比例控制。挖掘機(jī)電液比例控制取代先導(dǎo)潛力很大，若能以此系統(tǒng)做平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)水平作業(yè)，那將是成本低，收益高的好方案。
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詳見(jiàn)裝載機(jī)電控升級(jí)改造一：工作機(jī)構(gòu)多路閥電液比例控制及發(fā)動(dòng)機(jī)變工況功率匹配
5 T6 {3 F/ z* M7 L- Bhttp://bbs.cmiw.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=260197" T, ~5 ^3 j# w6 N( X# M1 B2 @
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作者: red1945 時(shí)間: 2012-12-24 10:39
電控的優(yōu)勢(shì)就是延遲短，而且成本是越來(lái)越低，起初肯定高！延遲短了操作性能好，也省油，畢竟挖機(jī)的工況復(fù)雜，負(fù)荷變化快
作者: 英德康 時(shí)間: 2012-12-28 04:49
xiaodoudou996 發(fā)表于 2012-5-13 12:07 - d, ^9 y, V/ l o3 W4 \
如果把液壓馬達(dá)換為電馬達(dá)，那個(gè)左先導(dǎo)手柄上如何接呀？求高手解釋一下？
$ f r) v8 c0 u1 c% t液壓馬達(dá)換電機(jī)驅(qū)動(dòng)？還是電機(jī)液壓泵？' O2 ^7 l# z+ \0 A1 l! g( S
你是不是講液壓泵換成泵電機(jī)組？若是這樣，都可以使用先導(dǎo)手柄控制，但微控性不好，不節(jié)能。( t6 B2 V$ E- I9 N) a( r; r; P; w
單比例調(diào)速：% j, c( _3 k( \# t$ S! G# r
電子手柄代替先導(dǎo)減壓手柄，用泵電機(jī)組控制器（CUTIS和ZAPI）控制電機(jī)的比例調(diào)速和開(kāi)關(guān)電磁換向閥，可以實(shí)現(xiàn)單功能比例調(diào)速。8 |' @* k8 Q, ~2 j
也可采用比例減壓閥對(duì)現(xiàn)有先導(dǎo)液控多路閥進(jìn)行電液比例改造，可以全功率比例調(diào)速。即：電機(jī)馬達(dá)實(shí)現(xiàn)一級(jí)調(diào)速，即：粗調(diào)，用比例減壓閥的先導(dǎo)多路閥實(shí)現(xiàn)“精調(diào)”，即可提高微控性，提高作業(yè)效率，也可節(jié)能。3 u! o2 d9 P& X0 F" ?- a
多機(jī)構(gòu)同步比例調(diào)速：$ W1 N0 X3 Z0 c/ k9 t, h4 ^
若想實(shí)現(xiàn)多功能同步動(dòng)作，則需采用電液比例多路閥和比例放大控制器（TECNORD， REXROTH，HAWE），新一代比例放大器可以實(shí)現(xiàn)四個(gè)通道雙向比例控制，同時(shí)具備電馬達(dá)控制器或發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)的控制接口，可以實(shí)現(xiàn)電馬達(dá)的比例調(diào)速和功率匹配。$ d) U. u# n( z$ S" A) r' Z
英德康 www.indcom.com.cn
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作者: 液壓iHydraulic 時(shí)間: 2012-12-30 07:57
這個(gè)電控液壓挖掘機(jī)應(yīng)用普遍嗎? 目前一些國(guó)產(chǎn)機(jī)連先導(dǎo)液控都做不大好!!
作者: taiyuankejizhu 時(shí)間: 2013-1-10 22:09
英德康 發(fā)表于 2012-12-28 04:49
3 o9 G; F% f- Y4 f4 a液壓馬達(dá)換電機(jī)驅(qū)動(dòng)？還是電機(jī)液壓泵？/ R1 N- O! h9 f& B
你是不是講液壓泵換成泵電機(jī)組？若是這樣，都可以使用先導(dǎo)手柄控 ...
/ {' ]% B4 e% w2 e2 Z 版主講的很全面，我看過(guò)您的裝載機(jī)電控升級(jí)的帖子，我理解的是裝載機(jī)的功率匹配要靠發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)控制接口來(lái)調(diào)節(jié)，但是挖掘機(jī)就不一樣了，就我所知挖掘機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)位置選擇好檔位后就不會(huì)變了，功率匹配一般是靠變量柱塞泵調(diào)節(jié)流量實(shí)現(xiàn)的，中大型的挖掘機(jī)會(huì)加上電控功率調(diào)節(jié)，也是基于變量柱塞泵上的調(diào)節(jié)（電液比例減壓閥），說(shuō)實(shí)話這也是個(gè)難點(diǎn)。另外不知道你的這個(gè)方案中的電液比例減壓閥的動(dòng)態(tài)特性有沒(méi)有可能實(shí)現(xiàn)這種閉環(huán)控制，畢竟這種直動(dòng)型的電液閥動(dòng)態(tài)特性是比不上伺服閥的，而且它的中位死區(qū)肯定也是不能忽略的。
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作者: liupeng1216 時(shí)間: 2013-3-29 23:03
謝謝分享啊 好好學(xué)習(xí)一下啊
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作者: 心似藍(lán)天 時(shí)間: 2013-6-16 22:45
長(zhǎng)見(jiàn)識(shí)
作者: mjwz5294 時(shí)間: 2013-12-31 11:59
電液比例閥取代先導(dǎo)...邏輯完全交由電控部分？？？？
作者: Iceman＿Dong 時(shí)間: 2014-1-6 10:54
好東西
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