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解析機(jī)電一體化技術(shù)在挖掘機(jī)中的應(yīng)用
1 普遍采用電子節(jié)能技術(shù)的大中型液壓挖掘機(jī)
美國市場在發(fā)動機(jī)排放上的要求非常嚴(yán)格，要求符合Tire 3標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)動機(jī)才能在其國內(nèi)市場上銷售。所以進(jìn)入美國市場的挖掘機(jī)多數(shù)都采用了高排放標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)動機(jī)，尤其是中大型挖掘機(jī)，電噴發(fā)動機(jī)已經(jīng)成為標(biāo)準(zhǔn)配置，該種發(fā)動機(jī)無論在可控性還是節(jié)能方面都較機(jī)械式發(fā)動機(jī)有很大的改善。
2 采用自動怠速功能的小型液壓挖掘機(jī)
對比上面所提到的大中型液壓挖掘機(jī)普遍采用電噴發(fā)動機(jī)的現(xiàn)狀，由于成本問題，在10噸以下的小型挖掘機(jī)上，機(jī)械發(fā)動機(jī)還是被廣泛采用;因此，在其節(jié)能方面，國外的挖掘機(jī)公司采用了不同的技術(shù)。
JCB小型挖掘機(jī)上采用的一種電控的油門執(zhí)行機(jī)構(gòu)，驅(qū)動器采用了一種液壓缸，在結(jié)構(gòu)上采用角度傳感器實(shí)時(shí)反饋油門的位置，另外配合連接到液壓缸上的一個(gè)電磁閥實(shí)現(xiàn)電子油門及自動怠速功能。
NewHolland小挖的自動怠速系統(tǒng)，其油門仍采用機(jī)械拉桿(軟軸)的形式，只是設(shè)計(jì)了一個(gè)自動怠速結(jié)構(gòu)，當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測到需要自動怠速的時(shí)候，電磁鐵吸合，機(jī)構(gòu)動作，發(fā)動機(jī)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(jī)
該類型產(chǎn)品是指在普通的液壓先導(dǎo)式操作挖掘機(jī)的基礎(chǔ)上，采用電液比例技術(shù)控制挖掘機(jī)，相應(yīng)的運(yùn)用電比例手柄取代液壓先導(dǎo)手柄。其基本原理是采集電手柄的動作信號，利用控制器進(jìn)行運(yùn)算，輸出相應(yīng)的PWM值控制比例閥。結(jié)合布置于機(jī)器上的傳感器，還可以實(shí)現(xiàn)某些自動或者半自動功能�，F(xiàn)場展出的比較典型的電控挖掘機(jī)有：
(1)Leica公司研發(fā)的挖掘機(jī)工作平臺，該平臺是Leica公司為演示其電控挖掘機(jī)控制技術(shù)專門定制的，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(jī)，該機(jī)型不同與平常的兩頭忙，其工作裝置位于一端，從挖掘機(jī)切換成裝載機(jī)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(zhuǎn)換，該機(jī)器采用了全電控技術(shù)，通過控制器可以輕松完成模式的轉(zhuǎn)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(jī)，控制原理為：屬于一種主從方式的控制形式，通過手指，手腕，大臂對應(yīng)控制鏟斗，斗桿與動臂;小臂的左右偏轉(zhuǎn)來控制挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)。在操作過程中，當(dāng)操作者(主控制方)的相應(yīng)關(guān)節(jié)動作后，計(jì)算機(jī)采集到該信號，并與安裝在挖掘機(jī)(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(jī)消除偏差，從而達(dá)到控制挖掘機(jī)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(jī)，其工作原理為：動臂和回轉(zhuǎn)仍采用常用的液壓先導(dǎo)式主閥，在系統(tǒng)中裝有能量回收機(jī)構(gòu)，回收動臂下降的能量，并儲存起來，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(tǒng)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(gòu)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：采用該項(xiàng)技術(shù)后，挖掘機(jī)可以節(jié)能25%。
4 應(yīng)用于液壓挖掘機(jī)上的各種監(jiān)控技術(shù)
為了方便操作手查看機(jī)器的重要參數(shù)，實(shí)時(shí)的了解整機(jī)的狀態(tài);儀表技術(shù)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到液壓挖掘機(jī)中，只是出于成本的考慮，不同噸位的挖掘機(jī)采用不同層次的儀表。一般說來，10噸以下的小型履帶式挖掘機(jī)多采用機(jī)械式儀表或者黑白液晶顯示屏。
在挖掘機(jī)上，尤其是20噸以上的挖掘機(jī)，高品質(zhì)液晶彩色顯示屏的采用，在國內(nèi)外都得到廣泛的認(rèn)可�，F(xiàn)以展會現(xiàn)場兩款比較精美的儀表加以分析：Trimble公司為挖掘機(jī)開發(fā)的CB430型儀表，Komastu中挖儀表。其中Trimble以動畫的形式實(shí)時(shí)顯示挖掘機(jī)的運(yùn)動軌跡，并提供坐標(biāo)。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(jī)的工作參數(shù)，另外還可以單屏和雙屏的形式顯示車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(jiān)控系統(tǒng)界面直觀，簡潔;標(biāo)識準(zhǔn)確，易懂，便于進(jìn)行操作。在儀表方面，國內(nèi)廠家都均已采用;但國外產(chǎn)品儀表的高品質(zhì)性，值得國內(nèi)的挖掘機(jī)生產(chǎn)廠家學(xué)習(xí)。
5 GPS技術(shù)在液壓挖掘機(jī)上的應(yīng)用
(1)用于遠(yuǎn)程維護(hù)、信息管理的GPS技術(shù)。
該類技術(shù)的定位精度不高，一般為米級。主要利用GPS控制器采集遠(yuǎn)程維護(hù)所需的信號上傳到服務(wù)器中，通過Internet可以查看機(jī)器的狀態(tài)(通過采集傳感器信息)，歷史工作記錄等。現(xiàn)場JohnDeere、Hitachi、Hyandai、CAT、Komastu等紛紛展出自己的該項(xiàng)技術(shù)，其中JohnDeere更是可以現(xiàn)場操作，如圖16所示。Hitachi展出了其GPS系統(tǒng)的構(gòu)成，如圖17所示。國內(nèi)很多的工程機(jī)械主機(jī)廠家也采用了該項(xiàng)技術(shù)，但是目前多數(shù)廠家的GPS系統(tǒng)不夠強(qiáng)大，需進(jìn)一步完善。
(2)高精度GPS系統(tǒng)的應(yīng)用。
該系統(tǒng)利用GPS差分技術(shù)，結(jié)合激光、全站儀、超聲波及多傳感器技術(shù)，通過軟件界面的設(shè)計(jì)，可以在系統(tǒng)的虛擬儀表中提供施工工地的三維圖形、機(jī)器的三維坐標(biāo)等信息;而且精度可以達(dá)到厘米級。該項(xiàng)技術(shù)在大型的施工現(xiàn)場，尤其是多種機(jī)型的工程機(jī)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(diào)度，提高集群的工作效率。
縱觀近三年來的三次展會，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，還專門布置了具有相當(dāng)規(guī)模的產(chǎn)品應(yīng)用展示區(qū)，所展示的產(chǎn)品無論從數(shù)量還是品種都遠(yuǎn)多于上兩次展會。其中Trimble的用戶主要為：CAT、Komastu，Topcon;的主要用戶為：CAT、JohnDeere及Volvo;Leica的用戶主要為：JohnDeere。產(chǎn)品類型包括挖掘機(jī)、兩頭忙、推土機(jī)、平地機(jī)、壓路機(jī)和農(nóng)業(yè)機(jī)械等。如此多產(chǎn)品的展出，也顯示了美國市場對于該項(xiàng)技術(shù)有著廣泛的運(yùn)用，而因成本及市場需求原因，該項(xiàng)技術(shù)在國內(nèi)還處于實(shí)驗(yàn)室階段。
6 具有輔助挖掘系統(tǒng)的液壓挖掘機(jī)
為提高作業(yè)效率，近幾年來，輔助操作系統(tǒng)逐步得到各主機(jī)廠的重視。在展會現(xiàn)場也展出了相關(guān)的產(chǎn)品。嚴(yán)格來說，高精度GPS技術(shù)的運(yùn)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，僅對單機(jī)的輔助挖掘系統(tǒng)進(jìn)行敘述。現(xiàn)舉幾個(gè)例子加以說明：CAT公司的挖掘機(jī)采用Trimble開發(fā)的挖掘機(jī)輔助系統(tǒng)，Prolec公司開發(fā)的挖掘機(jī)輔助挖掘系統(tǒng);JohnDeere 60D型挖掘機(jī)采用了Leica公司開發(fā)的整套輔助挖掘系統(tǒng)。該套系統(tǒng)的基本工作原理類似，主要利用安裝在挖掘機(jī)工作裝置上的角度或者傾角傳感器，實(shí)時(shí)檢測挖掘機(jī)的工作狀態(tài);利用系統(tǒng)中的儀表顯示工作裝置的軌跡及鏟斗末端的坐標(biāo)。在進(jìn)行精細(xì)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(yù)定的形狀。尤其是在挖掘復(fù)雜形狀的工作面和平整作業(yè)中，該系統(tǒng)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(guī)定深度的基坑，提高精度的同時(shí)，節(jié)約了人工成本。 以上在挖掘機(jī)中有關(guān)機(jī)電一體化的應(yīng)用，是筆者在此次展會上所看到的一角。
縱觀此次展會，并通過與前兩次展會的比較，不難發(fā)現(xiàn)：更多廠家展示了其挖掘機(jī)電控技術(shù)，尤其是不少廠家推出了成熟的具有電控功能的產(chǎn)品，顯示了國外很多廠商對于該技術(shù)的重視程度，也體現(xiàn)了機(jī)電一體化技術(shù)在美國市場已得到充分的認(rèn)可，并且今后將會有更大的發(fā)展。而在該領(lǐng)域，國內(nèi)的一些大學(xué)、工程機(jī)械生產(chǎn)廠家和研究院所已經(jīng)充分認(rèn)識到其重要性，但多數(shù)停留在實(shí)驗(yàn)室階段;因此，在其成熟性、可靠性和市場化的發(fā)展道路上，還需要有很長的一段路要走。
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