液压挖掘机电气与电子控制新版系统.doc

第十章 挖掘机电气和电子控制系统
挖掘机电气和电子控制系统关键实现挖掘机电气系统控制及工作状态监测。二十世纪九十年代前挖掘机电气系统只起辅助作用,功效简单，关键包含发动机电路,简单仪表电路如水温表、燃油表、机油压力表、液压油温表、工作小时计等及必需整车电气线路如灯光、嗽叭、刮雨器等，有机型会配置空调器。但二十世纪九十年代以后，伴随挖掘机技术发展，发动机、液压系统控制越来越复杂，对电气控制系统要求也越来越高，挖掘机电气和电子控制系统地位也越来越关键，成为挖掘机关键组成部分，代表了挖掘机整车技术发展水平及方向。
10.1 挖掘机整车电路系统组成和分析
图10-1为经典挖掘机整机电气系统原理图。
挖掘机电器系统关键由电源电路、发动机电路、数字组合仪表、作业电气控制系统、整车电器附件电路等组成：
1． 电源电路
电源电路由蓄电池1、电源总开关2、发电机4、起动开关5、保险盒7等组成。
蓄电池负极搭铁，正极接电源总开关，并经过保险丝接起动开关B端，操作人员将起动开关转至ON位置，起动开关B端和BR端接通，电源总开关线圈通电，开关主触点接通，蓄电池经过开关主触点和保险盒相连，整车电路通电。发动机起动后，发电机开始发电，发电机B端和电源总开关输出端并联，首先对蓄电池充电，其次向整机供电。此时发电机L端电压升高，仪表充电指示灯熄灭。
10路保险盒分别向空调、行走电磁阀、先导电磁阀、雨刮器、大灯、工作灯、预热电路等供电。

2． 发动机电路
发动机电路关键由起动、预热、熄火三部分电路组成。
1）起动电路
起动电路由蓄电池1、起动开关5、起动复合继电器6、起动马达3等组成。发动机起动时，点火钥匙插入起动开关，转动钥匙至起动位置START，起动开关B端和C端连通，电路经B→C→起动复合继电器常开继电器线圈→起动复合继电器常闭继电器主触点→地，常开继电器主触点因线圈通电而吸合，从而起动马达内部继电器线圈通电，起动马达内部继电器主触点B、S接通，电流经蓄电池负极（地）→蓄电池正极→电源总开关→起动马达S→起动马达B→马达定子线圈→蓄电池负极，起动马达转动，发动机被起动。发动机起动后，发电机开始发电，L端电压升高，从而使起动复合继电器常闭继电器线圈通电，其主触点断开，起动复合继电器常开继电器主触点因线圈断电而断开，起动马达断电而停止运转，从而保护了起动马达在发动机起动后被拖动运转而损坏。
2） 预热电路
冬天起动时，因气温低，发动机起动困难，这时起动前须预热，预热电路由蓄电池1、起动开关5、预热继电器10、预热器11等组成。起动前，起动钥匙转至预热位置HEAT，电流经起动开关B端→起动开关R1端→预热继电器线圈→低，预热继电器主触点吸合，电流经蓄电池负极（地）→蓄电池正极→电源总开关→预热继电器主触点→预热器，预热器通电加热对发动机进气管加热，同时，预热信号传送至仪表33，预热指示灯亮，预热约20秒后（不一样发动机要求会不一样），点火钥匙再转至起动位置START，起动发动机。
这种预热电路简单，不过否需要预热、预热时间均靠操作人员掌握，有些发动机采取带预热控制器火焰预热器。图10－2是带预热控制器火焰预热器原理图。

图10－2 预热控制器外部接线图
K1:点火开关ON档 K2:点火开关ST档 P:预热塞 DL:预热指示灯
D:供油电磁阀 D+:接发电机D+端 K:预热继电器 Rt温度传感器

工作原理以下：在发动机水道安装有负温度系数温度传感器Rt，当环境温度高于0℃时，开关拧到ON档指示灯亮2S后熄灭，系统不进入预热程序；当环境温度低于0℃时，把钥匙开关拧到ON档，温度传感器感应信号传送到电子式火焰预热控制器, 电路进人工作状态, 预热指示灯点亮, 电子式火焰顶热控制器内电磁式继电器K触点闭合, 开始向预热塞P供电，指示灯亮28S后熄灭，此时把钥匙开关拧到START档，发动机在开启马达拖动下运转，电磁阀D自动打开油路，向处于炽热火焰预热塞供油，在进气管内喷射火焰，辅助柴油发动机在短时间内开启，当完成要求工作程序后，控制盒自动切断电源，停止工作。假如在30秒内不起动发动机, 火焰预热装置电路停止工作。发动机运转舌, 交流发电机端子D＋电压很快上升到28V, 电子式火焰预热控制器接收到该信号后,自动切断燃油电磁阀供电。
3） 熄火电路
现在发动机已普遍采取熄火电磁阀熄火电路，电路由起动开关5，熄火继电器8，熄火电磁阀9组成。
当起动开关置于ON档时，电流经起动开关B→Acc→熄火电磁阀保持线圈→地，熄火电磁阀保持线圈通电，但线圈吸力不够，熄火电磁阀不能吸合，保持熄火位置，当起动开关置于起动档START时，电流经起动开关B→C→熄火继电器线圈→地，熄火继电器主触点接通，从而熄火电磁阀吸合线圈通电，电磁阀吸合，脱离熄火状态，使发动机能起动工作，起动完成后，起动开关回至ＯＮ档，熄火电磁阀吸合线圈断电，但保持线圈继续有电，使熄火电磁阀保持吸合状态，发动机能正常工作，发动机要熄火时，起动开关置于0档，起动开关Acc端断电，使熄火电磁阀保持线圈断电，熄火电磁阀脱离吸合状态，发动机熄火。
3． 数字组合仪表
图10－3为经典组合仪表图。

图10－2

图10－3 仪表
组合仪表关键由以下部分组成：
－ 指示仪表：指针式燃油表、指针式水温表；
－ 汉字点阵液晶屏：显示液压油温、发动机转速、工作小时计、其它用户定制内容；液晶屏还用于整机工作状态监控，整机工作正常时，显示“工作正常”，当整机工作出现故障时，显示故障内容，如“机油压力低”。
－ 报警指示灯：报警内容可依据用户要求定制，通常包含充电指示、预热指示、发动机过热报警、机油压力过低报警、液压油温过高报警、空滤堵塞报警、液压油滤堵塞报警等；当报警信号出现时，指示灯点亮或闪烁，液晶屏显示对应故障内容，必需时，蜂鸣器同时发出报警声，从而实现三级报警提醒；
－ 行走速度选择按钮：用于选择高速或低速行走；
－ 切换键：当液晶屏上转速显示区若还要显示电压（或其它用户要求参数），经过切换键进行显示切换以显示；
－消音键：出现故障报警时，操作人员已知道出现故障并准备排除时，可按该键消除报警声，以避免长时间报警，造成不愉快感觉。但操作人员应立即排除故障，或请服务人员维修，如不排除故障，仅仅按消音键消音，下次开机，会继续报警；
－ 传感器：为提供仪表显示和报警相关测量和控制信号。包含水温传感器、液压油温度传感器、燃油传感器、转速传感器、机油压力报警开关、空滤报警开关等。
4．作业电气控制系统
不一样挖掘机要求不一样，图10－1中，作业电气包含行走速度控制电路，先导操纵控制电路。
行走速度控制电路由高低速选择开关28、行走速度继电器26、行走电磁阀25组成，高低速选择开关不按下时，挖掘机行走速度为低速，按下高低速选择开关，行走速度继电器动作，行走电磁阀动作，使行走变量液压马达斜盘角度改变，马达排量减小，从而转速提升，行走速度切换为高速。松开高低速选择开关，行走电磁阀断电，行走马达转速回到低速状态，行走速度降低。
先导操纵控制电路是为了保障安全而设置，由先导开关27、先导继电器24、先导电磁阀23组成，挖掘机座椅左侧操纵箱上安装有安全锁定杆，图10－4所表示，安全锁定杆控制先导开关通断，当操作员坐上座椅，操作准备工作做好后，将安全锁定杆置于解除锁定位置，先导开关接通，先导电磁阀通电，先导油路才能正常供油，从而正常操作挖掘机；当操作员要离开

图10－4 安全锁定杆
锁定位置
解除锁定位置
座椅下车，安全锁定杆挡住了其下车，她必需先将安全锁定杆抬起，置于锁定位置才能下车，从而切断了先导开关，先导电磁阀断电，先导油路供油中止，下车后再操纵挖掘机手柄，挖掘机不能动作，从而强制确保了挖掘机在操作员不在时不会被误动作而造成危险。现在，有些挖掘机设计时，甚至要求在安全锁定杆处于锁定位置时，才能起动发动机，深入提升了安全性。
除了行走速度控制电路，先导操纵控制电路外，现代挖掘机还带有瞬时增力控制电路，动臂优先控制电路，回转优先控制电路等，大多经过电液阀控制，原理类似。
5．整车电气附件
整车电气附件包含空调、车灯、雨刮器、喷水器、喇叭、音响等。
1）空调
1. 压缩机 2. 冷凝器 3. 低压开关 4. 储液干燥灌
5. 高压阀 6. 蒸发器 7. 热控开关 8. 膨胀阀
图10－5 空调系统组成

图10－5为空调系统图。关键包含压缩机、冷凝器、蒸发器、储液灌、膨胀阀、管路附件等组成。
压缩机经过带电磁离合器皮带轮和发动机相连，利用发动机动力工作，冷凝器通常同液压油冷却器一起安装在发动机水箱后面，利用发动机风扇散热，蒸发器安装在司机室内，进行热交换，达成制冷目标，储液罐用于制冷剂储藏、干燥、过滤。
2） 车灯
挖掘机上灯具关键有前大灯，动臂灯，司机室内照明灯。对轮胎式挖掘机还有转向指示灯、制动指示灯、示宽灯等。车灯控制电路简单，关键经过司机室内仪表台灯光开关控制，通常不需要另外增加继电器。
3）雨刮器、喷水器
雨刮器用于雨天司机室前窗玻璃刮雨用，经过司机室内仪表台雨刮器开关控制，喷水器用于向司机室前窗玻璃喷水，配合雨刮器对前窗玻璃除尘、清洗，经过司机室内仪表台喷水按钮控制。
4） 喇叭
电喇叭用于操作职员作时向外面发出警示用，如开始挖掘时，按喇叭警示挖掘机周围人离开机器周围危险区域。经过喇叭按钮控制，喇叭按钮通常安装在先导手柄上，因为先导手柄上按钮触点能经过电流较小，必需加装喇叭继电器，先导手柄按钮仅控制喇叭继电器线圈通断电以控制喇叭开关。
5） 音响
挖掘机音响原来多配置磁带收放机，但故障率高，现在多配置数字收音机，高级可带MP3播放器。因为挖掘机工作环境差，机器工作时振动大，通常不配CD音响。

10.2 现代挖掘机电子控制系统
二十世纪九十年代以后，首先，伴随现代挖掘机对节能、环境保护及操作人性化要求，对挖掘机电气控制系统提出越来越高要求；其次，电液百分比控制技术、微电子技术、计算机技术、通讯技术发展，为挖掘机电气系统发展提供了强大技术支撑。从而，推进了挖掘机电气控制系统飞跃发展，挖掘机电气控制系统已成为机、电、液、信一体化集成控制系统，大大提升了挖掘机智能化控制水平及整机性能。现代挖掘机机、电、液、信一体化控制技术发展关键表现在以下方面：
1． 电子监控及故障诊疗系统，实现了挖掘机工作状态智能监控及故障诊疗；
2． 发动机电子控制系统，经过专用控制器MC（Main controller）实现发动机电子油门控制，发动机、液压泵功率匹配及功率模式控制，工作模式控制，自动怠速控制等，大大推进了现代挖掘机节能控制技术。另外，对于发动机本身，采取高压共轨燃油喷射系统电喷发动机已是大势所趋，电喷发动机燃油喷射等是经过发动机专用控制模块ECM（Engine control module）实现,并经过CAN总线和整机实现通讯和控制；
3． 远程智能控制和通讯技术，集成GPS技术，GSM/CDMA技术，INTERNET技术，实现挖掘机远程通讯、监测、监控；
4． CAN总线技术，经过CAN总线技术，实现电子监控系统，发动机电子控制系统，远程智能控制和通讯系统智能互联，大大增强了整机电子控制系统集成控制水平。
10－6为日立ZX-3挖掘机电子控制系统总体组成。

10－6 日立ZX-3挖掘机电子控制系统组成
日立ZX-3挖掘机电子控制系统由电子监控器、以主控制器（MC）为关键发动机电子控制系统、以高压共轨控制器（ECM）为关键电喷控制系统、以信息控制器（ICF）为关键通讯控制系统组成，各系统经过CAN总线实现系统互联，
10．2．1 电子监控及故障诊疗系统
挖掘机电子监控及故障诊疗，就是利用传感或测量技术对挖掘机工作参数进行检测，再经过控制器对检测结果进行对应比较分析，以监测挖掘机作业工况和运行状态，方便及早发觉及排除故障，降低其维修成本，还能够改善机器作业条件， 提升作业效率。
10．2．1．1 电子监控系统发展
挖掘机电子监控系统发展经历了三个阶段，在上世纪9O年代以前，挖掘机基础上没有电子监控系统，挖掘机发生故障时，挖掘机厂商派出专业维修人员现场检验维修，90年代以后， 微电子等优异技术在工程机械应用推进了挖掘机状态监测和故障诊疗技术发展，从而产生了挖掘机电子监控系统。电子监控系统以微处理器为关键，经过多种传感器来采集挖掘机状态信号，然后经过诊疗软件来进行信号处理和状态识别，在显示面板上输出其诊疗结果。假如挖掘机一些工作参数超出限定值，就会发出声、光报警， 甚至还能将挖掘机运行状态资料储存起来，由技术维修人员经过人机对话调出查阅，作出诊疗决议。从实现形式来看，这种监测系统又可分为两种，第一个方法是采取独立便携式诊疗工具，如日立掌上电脑Palm诊疗系统，名为“Dr.ZX”，不作为挖掘机基础配置，只供维护、维修技术人员使用。机器经过接口连接Dr.ZX时，维护、维修技术人员可检测机器运行参数是否正常，可查询故障码，再依据故障码排除故障，可下载机器数据至Palm诊疗系统，带回企业分析，还可设置机器相关技术参数，如发动机转速及泵流量等，从而使机器适应不一样工况。但因为操作人员不能自己作出判定，仍需要维护人员到场，维护立即性仍难确保。第二种方法是随机安装电子监控系统。该电子监控系统安装在挖掘机上，自动完成挖掘机运行状态数据采集、分析和故障诊疗，并经过彩色液晶显示器向驾驶员显示挖掘机机油压力、液压油温、冷却液温度等多项工作参数，和发出声、光报警提醒故障，该系统还能够存放故障历史数据， 对司机不合理操作给提醒等，现在这种电子监控系统越来越普及。
挖掘机电子监控系统下一步发展方向将是含有较高人工智能挖掘机教授诊疗系统开发研究，这种系统结合了教授诊疗思绪和宝贵经验，使得监控和诊疗功效变得更为强大， 同时还能够经过人机对话方法， 由系统依据人工输入原始数据来进行分析判定，作出故障决议， 指导驾驶员采取对应方法进行机器日常维护。
10．2．1．2 挖掘机电子监测系统组成和功效
现代挖掘机电子监控系统通常由信号输入部分（模拟信号、开关信号）、信号处理部分、控制器、监控器及控制实施机构组成。图10－7所表示：

信
号
处
理
电
路
模拟量
开关量
数字信号

微处理器
监视器
控制驱动

图10－7 电子监控系统组成

现代挖掘机电子监控系统应含有以下功效：
1．实时显示机器运行状态功效
包含发动机工作状态指示，如发动机燃油油位、发动机冷却液温度、工作小时计等状态参数显示及故障报警及提醒信息，如发动机过热信息、发动机机油压力油压过低、液压油温过热信息，发动机充电、预热信息，整机维护时间提醒等；工作状态指示，如功率模式状态，工作模式状态；其它信息显示，如时钟等。
2．故障监控和诊疗功效
监控器（机器带专用控制器时，和控制器共同完成）经过各类传感器实时监测整机工作状态，监测参数经过监控器按键及液晶屏菜单提醒进行查询，机器出现故障时，可对故障进行诊疗并统计、存放故障信息，以帮助维护人员经过储存故障统计进行故障分析和排除。
3. 设置和调整功效
监控器部分显示内容如语言、时钟及故障报警点参数等对不一样用户及机器全部需进行不一样定制或调整，监控器应含有这些设置和调整功效。
4. 通讯功效
GPS在现代挖掘机应用越来越普遍，监控器（或专用控制器）应能和GPS模块之间进行通讯，将挖掘机工作状态信息、故障诊疗信息、维护保养信息等传送至GPS，并经过GPS系统传送至远程运行管理中心，并用于主机厂、代理商、售后服务人员等对机器监控和管理。
5．含有良好人机界面、易于操作、高性价比
监控系统作为操作和控制关键部件，其在司机室内安装和部署要合理，以方便操作人员操作、观察；显示部分应含有友好用户界面，易于操作人员学习、使用。
以下以日立ZX系列挖掘机电子监控器为例，对电子监控系统关键功效进行简单介绍，具体功效可参阅日立相关技术手册。图10－8为日立ZX系列挖掘机电子监控器面板部署图。

日立ZX监控器关键功效包含以下几部分：
1. 机器运行状态指示
1）仪表
l 冷却液温度表
l 小时表
l 燃油表、燃油消耗表
l 时钟

2）工作模式显示
l 挖掘模式
l 附件模式－破碎锤、粉碎器、液压剪、振动锤、其它。
3）指示和报警信息显示
l 自动怠速指示
l 预热指示
l 充电指示
l 燃油传感器故障显示
当燃油传感器发生故障或传感器和监控器之间线束断路时，在燃油表上会显示故障信息。图10－9所表示。
l 冷却液温度传感器故障显示
当冷却液温度传感器发生故障或传感器和监控器之间线束短路时，在冷却液温度表上会显示故障信息。图10－9所表示。

图10－9 燃油、冷却液温度报警指示
l 其它报警及报警信息指示
当监控器接收到来自各控制器报警信号时，报警标识会出现在屏幕下方，按压对应按钮能够显示具体报警信息。图10－10，左图当冷却液过热时，过热指示灯亮，按下下方对应按键，显示右侧报警信息。

冷却液过热

图10－10过热报警信息指示
l 监控功效
除经过上述仪表及指示灯指示机器工作状态外，控制系统还能对整机多项工作及状态参数进行监测，并经过监控器菜单操作在彩色液晶屏上进行显示，监控项目多达几十项。图10－11显示部分监控参数。

10－11 监控参数显示

2. 设定功效
1）机器保养设定
显示器显示保养项目时间小时表读数及到下一次保养时所剩小时数。
因为保养项目在列表中显示，从列表中选择一项，即显示该项目保养设定及保养情况。图10－12所表示。

10－12 保养时间设置
保养项目包含：
发动机机油、机油滤清器、液压油、液压油先导滤清器、液压油全流滤清器、行走装置机油、回转装置机油、回转支承润滑脂、空气滤清器滤芯、发动机/空调V 型皮带、燃油滤清器、空调滤清器等。
各保养项目及保养时间能够重新设定。对到时间未保养项目，开机时，系统会提醒。
2） 语言设定
依据机器工作地点语言环境，从预设语言中选择屏幕上使用语言。如10－13所表示。

10－13语言设置

3）时间设定
对仪表显示日期立即钟显示时间进行设定及校准。
3. 故障诊疗
图10－14 a中，选择故障诊疗项，显示b图故障显示器，选择一项故障点，出现图c故障代码屏。依据故障代码可查故障排除手册即可查出对应故障原因。一共可显示20 个故障代码。不过，一个屏幕只能显示10 个故障代码。假如屏幕已显示了10 个故障代码，按下键1 可查看下一页其它故障代码。要回到上一页时，按下键2。

a b c

图10－14 故障诊疗

日立ZX挖掘机，除了利用电子监控器进行故障诊疗外，还配置Dr. ZX 用于包含 MC（主控制器）、ECM（发动机控制器）、ICF（通讯控制器） 和监测器在内电气系统故障诊疗。Dr. ZX关键用于专业维修人员对电子控制器系统进行系统、综合故障诊疗。Dr. ZX故障诊疗步骤图10－15所表示。具体诊疗过程可参阅相关技术手册。

图10－15 日立Dr. ZX诊疗步骤

10．2．2 发动机电子控制系统
因为液压挖掘机通常采取柴油机驱动，工作时间长，作业负荷重，消耗大量燃料，排放大量废气。据统计，发动机输出功率只有20%左右变为挖掘机有效功。除有效功之外约40%损失于液压元件，约20％损失于车体和作业装置运动，约20%损失于节流调速控制。为了降低挖掘机功率损失，国外从上世纪70年代中期就开始将机电一体化技术应用于挖掘机上。进入80年代后，美、日、德等国在液压系统节能基础上，纷纷研制电子节能液压挖掘机，如小松OLLS及CLSS系统，德国力士乐BODAS系统，美国卡特皮勒AEC系统,神钢ITCS系统，韩国大宇EPOS系统等。发动机电子控制技术关键目标就是系统节能，节能控制系统应用能够达成节能20％以上。发动机电子控制技术关键包含电子油门控制，发动机和液压泵功率匹配及功率模式控制，自动怠速等。
另外，伴随非公路车辆废弃排放标准不停提升，采取采取高压共轨技术电喷发动机越来越普遍，电喷发动机控制系统经过专门发动机控制器ECM实施控制，再经过总线和外部进行通讯和控制。
图10－16为日立ZX-3挖掘机发动机电子控制系统组成图。ZX－3 发动机电子控制系统能够实现电子油门控制、发动机功率模式控制、工作模式控制、行走高低速控制、自动怠速控制，并实现电喷发动机各项控制功效。关键组成部分包含：
1. 控制器
包含主控制器MC，电喷发动机高压共轨控制器ECM。
主控制器，实现电子油门、发动机功率模式（HP模式，E模式，P模式）、工作模式（挖掘模式，附件模式，起重模式），自动怠速控制。ECM控制器实现燃油喷射控制，发动机起动控制，EGR（废气再循环）控制，燃油喷射量修正及发动机停机控制；
2. 传感器
包含主泵输出压力传感器、控制压力传感器，作业装置压力传感器，温度传感器等
3. 控制开关及按钮
包含点火开关、油门旋钮、自动怠速开关(A/I)、功率模式按钮（HP模式，E模式，P模式）、工作模式按钮（Dig.，Att.，ML.），行走高低速按钮（Hi，Lo）。

图10－16发动机电子控制系统组成

10．2．2．1电子油门控制系统
油门控制电子化是发动机电子控制系统基础，只有实现了电子油门控制，下面介绍功率模式控制、自动怠速控制才能实现。
图10－17为电子油门控制系统原理。

图10－17电子油门控制系统原理

系统是由油门控制器、油门电机、油门位置反馈传感器、油门刻度盘（模式控制盘）等组成。发动机转速经过油门刻度盘来设定，油门刻度盘和电位器相连，将油门刻度盘旋至不一样位置，电位器便输出不一样电压，油门控制器依据此电压可计算出所选定发动机转速大小及油门拉杆设定位置，同时油门电机又经过齿轮传动带动另一电位器， 油门控制器经过测量电位器输出电压，取得油门电机轴转角即油门拉杆实际位置反馈信号，油门控制器比较油门设定位置和实际位置，驱动油门电机正传或反转，经过油门拉杆，调整油门至设定位置，使发动机达成设定转速。整个控制过程是一个闭环控制系统，确保了油门控制正确性。

上述讨论是针对非电喷发动机，对于电喷发动机，油门控制是经过ECM进行，主控制器（MC）依据接收传感器信号、操作人员操作控制（油门旋钮、自动怠速开关、功率模式按钮、工作模式按钮，行走高低速按钮操作）信号，进行处理，确定适宜油门位置（发动机转速）经过CAN总线和ECM进行通讯，ECM实现油门自动控制，所以省去了上述复杂电子油门控制系统，如油门控制器，油门电机等，系统得到简化，性能得以提升。
10．2．2．2 发动机和液压泵功率匹配及功率模式控制
挖掘机工作过程中，发动机和液压泵通常经过弹性联轴器连接，理论上，不考虑联接时功率损失，泵输入功率应一直等于发动机输出功率，我们说这时，发动机和泵功率是匹配。但实际上，泵和发动机极难实现一直匹配，首先，因为气压、环境温度、柴油质量等不一样，通常情况下，发动机实际输出功率全部会有所改变，即一样油门，发动机输出功率是改变。其次，在挖掘机实际工作中，发动机调速手柄位置是驾驶员依据经验和作业任务轻重来设定。调速手柄位置一旦设定，在一定作业范围和时间内，驾驶员通常不去改变其大小。然而，在挖掘机一个作业循环内需克服负载是不一样，即使只在挖掘过程中，土壤切削阻力也会发生急剧改变，所以对泵输出功率需求也不一样。假如泵处于轻载状态，则不能完全吸收发动机功率，势必造成能量浪费；假如泵处于超载状态，将会引发发动机转速急剧下降，造成发动机工作不稳定和过热。即使恒功率变量泵流量能随负载改变而改变，这是在发动机发出功率和泵吸收功率相平衡（恒功率）前提下调整。可见，实际操作时，发动机和泵功率无法实现完全一直匹配，造成上述问题原因是发动机输出功率和液压泵消耗功率全部无法伴随工况改变实时作出调整。尤其在额定功率点周围，有时因发动机特征改变而超载，造成转速急剧下降直至熄火。所以，对于传统变量泵系统，在挖掘机功率匹配设计时，泵功率曲线在任何负载情况下全部必需低于发动机功率曲线，通常为发动机85%左右，以防发动机超载失速及过热而影响机器工作。即使这么，因为挖掘机在实际使用过程中受不确定性原因影响太多，常常存在着超载失速和过热等故障现象，影响了整机性能。
为了处理发动机和液压泵实时功率匹配问题，现代挖掘机采取了功率模式控制系统实现发动机功率和液压泵功率实时匹配。图10-18为功率模式控制系统原理图。
图10－18 发动机功率模式控制系统

系统包含电百分比调整液压泵， 控制器，电子油门系统等部分组成。
电百分比液压泵实际上就是在恒功率变量泵上加装一个电液百分比减压阀，电液百分比减压阀输入油压来自先导油路，电液百分比减压阀输出二次压力加至排量调整油缸一端。从而经过调整百分比阀电流大小，进而调整电液百分比减压阀二次压力，实现了对液压泵功率调整，形成不一样泵功率特征曲线，图10－19所表示，可见，液压泵和发动机共同工作工作点不再单一地沿某条特征曲线改变，而是扩展为面工况，泵实际功率调整曲线是依据发动力功率模式设定由控制器进行实时调整，以确保泵液压功率和发动机功率实时匹配。
图10－19 电百分比泵调整特征曲线

在图10－18功率模式控制系统中，泵控制器接收操作人员模式设定信号，同时检测发动机转速信号，反应油门实际位置油门位置信号，依据控制要求、控制算法，输出控制信号，经过油门控制器控制油门，调整发动机转速；经过电百分比阀调整液压泵输出功率，使发动机输出转速及泵输出功率符合操作人员设定要求，实现发动机和液压泵功率匹配。在工作过程中，泵控制器一直监测反应发动机负载改变转速信号，并依据改变情况控制电子油门及电百分比阀，使发动机功率和液压泵功率实现动态匹配，并符合操作人员设定要求。
现在，实际功率模式控制系统，通常依据作业工况情况，将发动机功率控制设置为四种功率模式，即：
全功率模式(Power Mode，简称 P模式)：重视挖掘机生产效率，即发动机在全功率工况下工作， 对应发动机额定转速 ，发动机输出100％功率；
经济模式(Economy Mode，简称 E模式)：重视节省燃油，对应全功率时转速 85％。
轻载模 式(Light Mode，简称 L模式)：进行精细作业 ，对应全功率时转 速 70％。
怠速模 式(Idle Mode，简称 I模 式)：挖掘机不工作 ，对应 怠速工况 。
图10－20为发动机不一样功率模式下工作发动机、液压泵功率设置情况。
图10－20 发动机功率模式设置

在P模式下，将液压泵最大功率曲线设定在发动机功率曲线之上。表面上看起来，液压泵功率曲线在发动机之上，液压泵功率大于发动机功率，发动机处于超载运行。实际上经过控制器调整，能够使泵功率输出跟踪发动机功率输出，能够避免发动机超载，并充足利用发动机输出。控制过程为：驾驶员经过控制面板上设定功率模式，从而设定了目标转速和发动机功率曲线，并输入控制器，安装于飞轮壳上转速传感器一直检测发动机实际转速，并和目标转速相比较。假如实际转速低于目标转速，说明发动机负载功率大，这时控制器发出控制电流改变电液百分比减压阀输出二次压力，将液压泵排量变小，使泵输出功率降低；假如实际转速高于目标转速，说明发动机负载功率小，控制器发出控制电流改变电液百分比减压阀输出二次压力，将液压泵排量变大，使泵输出功率提升。经过控制器调整作用，使液压泵功率曲线总是从折线
段拉向恒功率曲线段（发动机功率曲线），这么可使液压泵输出功率一直跟踪

发动机功率输入，这种控制称为极限功率调整控制。

10．2．2．3 自动怠速控制
自动怠速控制关键作用是使挖掘机作业过程中短暂停止作业时，使发动机处于怠速状态，以降低油耗。自动怠速控制是和电子油门控制系统结合在一起。在图10－21中，油压开关检测操纵先导油压信号，当全部先导阀均处于中位，即没有操作时，油压开关输出一信号至泵控制器，控制器检测到信号后，延时约5秒（可调整），控制电子油门系统使发动机处于怠速状态，直至某一动作恢复作业，控制器检测到压力信号发生改变后，立即又控制电子油门机构，恢复到怠速前位置。自动怠速系统使用，可降低油耗约6％。
图10－21自动怠速系统

10．2．3工程机械远程监控系统
10．2．3．1 概述
工程机械远程监控系统是利用计算机技术、无线通讯技术和卫星定位技术，对正在工地上施工工程机械运行状态、位置及施工进度进行监测，对驾驶员进行远程指导，从而提升工程机械管理水平、优化机械化施工组织。
工程机械远程监控系统关键功效是：
1． 提升销售企业售后服务水平
2． 加强对租赁或分期付款机械管理和控制
3．建立机械动态档案，科学管理机械
4． 优化施工组织.提升机械使用效率
10．2．3．2 工程机械远程监控系统组成和功效
图10－22为远程监控系统总体组成。

图10－22 远程监控系统组成

远程监控系统系统由机载GPS终端、GPS全球定位系统、移动通讯系统、运行管理中心、互联网系统四部分组成。
1．机载GPS终端
机载GPS终端首先接收GPS卫星信号，计算出自己定位数据，其次经过数据接口接收挖掘机电子监控系统机器工作状态信息。然后将定位信息和机器工作状态信息经过移动通讯系统传送至运行管理中心，经过运行管理中心对机器信息进行公布和管理。同时，接收并实施运行管理中心命令，对挖掘机进行信息查询和控制。
2. GPS全球定位系统
GPS卫星定位系统是由美国实施和管理全球卫星定位系统，该系统由围绕地球运转24颗卫星组成，这24颗卫星分别在6个轨道上运行，它们在不停地向地球发射定位信号，机载GPS终端收到卫星信号后，自动计算出机器所在处经纬度数据，并传送给运行管理中心。
3. 移动通讯GSM/GPRS系统
因为监控对象在不停地移动中，机载GPS终端只能经过移动通讯系统，才能把检测数据和位置信息传输到运行管理中心。移动.通讯系统有三种方法：.
卫星移动通讯模式：卫星通讯系统特点是覆盖范围广，可实现全球或某区域整体覆盖，很适合于工程机械野外施工特点，但通讯设备和通讯费用相对较贵；
GSM/GPRS移动通讯模式：采取GSM短消息方法传送数据，其特点是:通讯费用比“卫星”方法低，不过该通讯系统为点覆盖，在移动基站未覆盖区域，就无法通讯；
卫星 + GSM/GPRS：取前二者优点，在监控系统设计时，车载终端首先使用GSM/GPRS方法通讯，假如不成功则自动改用卫星方法通讯；
4. 运行管理中心和互联网系统
运行管理中心和互联网系统提供整个远程监控系统基于WEB管理和运行平台，不管是主机 厂、代理商向工地机器公布锁车/解车或其它指令，还是接收、分析机器传送回来定位或机器运行数据，全部需要经过这个平台进行。经过这个平台，制造商、代理商、机主、操作员组成一网络群体，实现了销售、服务、维护工作顺利、高效实施。
远程监控系统运行平台是经过运行管理中心服务器、互连网络终端及软件平台实现，运行方法跟制造商规模、销售量、营销模式、运行软件平台有着极大关系。规模大主机制造商全部建立了独立运行系统，其规模、组织不一样，尤其是软件提供增值服务功效更是各有特色。如小松“康查士”(KOMTRA)，日立“Global E-Service”系统，神钢“瞭望”系统，各具特色远程网络服务系统已成为各大厂商宣传亮点，既促进了销售，也实实在在提升了服务水平。
10．2．3．3 工程机械远程监控系统实例
下面以小松康查士GPS管理系统为例说明。
1. 康查士管理系统组成
图10－23 小松康查士GPS系统组成
图10－23所表示。

2. 康查士管理系统功效
1） 信息查询
（1） 使用手机短信查询
经过手机短信方法查询机器信息方法以下：
手机编辑查询请求代码发送：
→移动用户发送到 1
→联通用户发送到 3
代码表查询内容：（部分常见代码）
H：提供手机短信使用帮助
L：查询您所拥有车辆机号
机号：查询改车辆基础信息
机号＋P：查询该车辆所在位置
机号＋W：查询该车辆最新工作情况
机号＋M：查询该车辆最新保养信息
机号＋T：查询该车辆小时表数
机号＋A：查询车辆完整资料
系统将回复你机器工作时间，位置，水温，耗油量等信息。系统还能提供日报、月报、报警、保养、移动提醒等功效，只要在移动开通，系统会自动发送信息至用户手机上，大大方便了用户对车辆管理和监控。
（2）使用互联网查询
用户购置小松挖掘机，假如配置GPS，她将取得对应用户代码（ID）及登录密码，用用户代码及登录密码登录互联网，图10－24所表示，即可查询机器信息。

图10－24 小松康查士系统登陆

2）机群管理
对于拥有多台机器用户，康查士管理系统提供机群管理功效。用户建立了自己机群管理系统后，无须数次浏览，即可在同一电脑界面了解多台机器使用情况，并可对多台机器数据进行分析、对比，从而对多台机器进行系统化管理。
图10－25为机群定时保养及报警信息查询情况。

图10－25 机群定时保养及报警信息查询

3） 机器作业情况管理
机器作业情况管理能够掌握远程机器位置、作业情况信息。包含机器作业历史统计、机器位置信息、月度实际工作统计、月度油耗统计等。
图10－26 a, b, c, d分别说明了机器作业历史统计、作业位置、月度实际工作统计、月度油耗统计情况。

图10－26 a 机器作业历史统计

图10－26 b 机器作业位置统计

图10－26 c 机器作业时间统计

图10－26 d 机器月度油耗统计

4）机器安全管理
经过康查士管理系统能够具体了解机器移动时间、移动轨迹，并能进行远程锁车控制，从而有效预防机器被盗及使用者恶意破坏行为。图10－27为GPS提供机器移动轨迹地图。

图10－27 机器移动轨迹指示

5） 机器健康及维护保养
康查士管理系统机器健康及维护保养功效能够使用户远程了解机器健康情况，车辆多种运行参数，如发动机、液压系统参数，机器异常报警统计，机器负荷强度百分比，维护保养时间等。图10－28为机器保养统计表