单斗液压挖掘机分工况节能控制系统

　　单斗液压挖掘机是重要的工程机械，具有作业灵活方便、适应范围广等优点。但由于单斗液压挖掘机作业工况复杂、作业过程中负荷变化频繁、变化范围大，因而存在着不少环节的能量损失，其中主要有：发动机—变量泵系统的非经济性匹配运行产生的损失、液压系统压力油的流量损失和压力损失。这些损失不仅浪费了能量，而且引起液压系统发热，工作性能恶化。为此，节能控制已经成为液压挖掘机的重点发展方向之一。

　　随着电子技术及微型计算机（单片机）技术在控制领域中的广泛应用，将液压挖掘机与电子技术、信号处理、预警技术及微型计算机有机地结合起来，对液压挖掘机实现在线工况检测、自动控制、故障诊断，可以达到节能和减轻司机劳动强度、提高工作效率的目的。

　　目前国外各大公司的挖掘机产品均不同程度地配备了电子节能控制系统，，如德国O&K公司的PMS系统、Link-Belt的CAPS系统；美国卡特皮勒的EPC系统；日本日立的OHS系统、粘松的OLSS系统、加藤的APC系统、神钢的ITCS系统；韩国大宇的EPOS系统等。

　　笔者针对上述挖掘机能量损失情况，采用单片机，以液压系统的压力为判断信号，来判断液压挖掘机的工作状态，进而由步进电机控制发动机的油门，从而使油门的开度始终处于适应负载的合适值上，达到节能的目的。

　　1 系统的组成

　　系统是在不改变液压系统和发动机内部结构的前提下进行的，其硬件框图如图1所示。

　　本节能控制系统采用了负荷传感，即以液压系统压力为判断信号，判断挖掘机的工作状态，由微机根据挖掘机所处的不同状态，通过控制步进电机的输入出，进而控制发动机油门，使发动机稳定在要求的转速附近，以达到节能和实现其它功能的目的。

　　由硬件框图可知，控制系统硬件的系统由单片机、I/O接口电路、A/D转换电路、信号调理电路、驱动电路、显示报警和光电隔离电路等部分组成。

　　1.1 单片机系统

　　单片机采用美国ATMEL公司生产的AT89C51单片机。该芯片不仅具有MCS51系列单片机的所有特性，而且片内集成有2K字节的电擦除闪存（Flash ROM），价格低，目前性能价格比较高的单片机芯之一。

　　AT89C51的工作频率为6～40MHz。本系统利用单片机的内部振荡器外加石英晶体构成时钟源，为了工作可靠，晶体振荡频率选为12MHz。

　　为了满足控制接口的需要，本控制器又扩展了一片I/O口芯片，选有1C55，这有两个可编程的8位并行I/O口PA和PB、一个可编程的6位并行I/O口PC，通过设备其命令状态寄存器中的控制字来将它们分别定义成输入/输出口。