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三一挖掘机电气系统

2014/12/27 22:50:10

三一挖掘机新版电气系统

1. 三一挖掘机电气系统构成与功能

1.1三一挖掘机电气结构、功能

电源系统：24V蓄电池（2块12V串联），带整流的27V交流发电机。

电控系统：一台EPS控制器或者一台EC-7控制器，5个压力传感器、9个压力开关、2个比例阀、4个电磁阀、1个步进电机驱动器、1个油门旋钮传感器、1个油门位置传感器、1个水温传感器、1个柴油油位传感器、1个机油压力传感器、1个发动机转速传感器（脉冲量）。其中EC-7控制器包含一块EC-7综合转换板，实现通信规约转换、发动机频率匹配等功能。

其它部分：空调、收音机、雨刷、大灯等。

1.2三一挖掘机模拟量传感器配置及其关系

前泵有主压传感器和负压传感器，后泵有主压传感器和负压传感器，主阀有背压传感器；这5个传感器用于采集两个变量泵的工作状态，从而对其排量进行调节，以维持整机的最经济、有效运行。（P=pq,q=Vn）

油门旋钮传感器采集当前油门旋钮的位置，控制器根据该采样值确定当前档位，进而将发动机调节到与之对应的转速。

油门位置传感器采集当前发动机油门开度，是发动机转速调节过程中的反馈值。

水温传感器、柴油油位传感器和机油压力传感器一方面用于向用户显示水温、柴油量和机油压力，另一方面提供越限报警功能。

1.3三一挖掘机脉冲传感器

1路脉冲传感器信号用于采集发动机当前转速，发动机每旋转一周，传感器发出127个脉冲。如果控制器使用EC-7，该信号经过EC-7综合转换板整形并4分频处理后送入控制器。

1.4三一挖掘机开关量采集器配置及作用

9个油压力开关包括铲斗挖掘、铲斗卸载、斗杆挖掘、斗杆卸载、动臂提升、动臂下降、左回转、右回转和行走，控制器通过这些压力开关获取当前挖机的动作信息，用于电控调节的依据。

其它开关量包括：一个二次升压按钮用于5秒钟的压力补偿、一个启动和一个熄火开关量用于获取钥匙开关的当前位置。一个先导开关量用于获取先导手柄是否在“锁定”位置。

1.5 三一挖掘机开关量输出配置及作用

1路步进方向输出，用于控制步进电机旋转方向。

1路启动继电器输出，用于发动机启动（给启动电机上电）。

1路预热继电器输出，用于温度过低时启动预热。

1路熄火继电器输出，用于发动机熄火后维持3秒钟的蓄电池供电，以便于电控系统作一些收尾工作。

1路二次升压输出，用于驱动二次升压阀。

1路液压先导输出，用于驱动液压先导阀。

1路高速行驶输出，用于驱动高速行驶阀。

1.6 PWM输出配置及作用

1路步进脉冲输出，用于驱动步进电机。该脉冲与步进方向输出一起控制发动机的升速和降速。

2路比例阀控制输出，用于前泵和后泵的排量调节，输出电流越大，泵排量越小。

2. 三一挖掘机电气控制原理

2.1三一挖掘机发动机执行机构的构造与调节原理

发动机转速调节系统包括：控制器（EPS或者EC-7）、触摸屏、蓄电池、钥匙开关、启动电机、水温传感器、发动机转速传感器、预热器、步进电机驱动器、步进电机、油门机构。

三一挖掘机发动机转速控制器主要流程如下：

正常情况下使发动机运行在油门旋钮档位对应的转速下。

启动时不管油门旋钮停在几档，都运行在1档转速，直到用户改变档位。

发动机运行在4档以上（包括4档），并且触摸屏上自动怠速按钮有效时，如果5秒钟没有负荷，发动机将进入怠速状态，控制器自动将转速调到1400转/分，以节约燃油、降低噪音。在怠速状态下如果控制器检测到动作或者档位变化，则自动恢复到相应档位转速。

发送机运行在4档以下（不包括4档），如果有动作，控制器自动将转速提高到1400转，以防止由于转速过低而懑车熄火。

2.2三一挖掘机启动过程

1、钥匙开关达到上电位置，整车得电，控制器启动，自检。

2、钥匙开关打到启动位置，控制器检查水温，如果低于3度，启动预热器。不管是否预热，都将油门位置调节到1档，使启动电机得电，带动发动机运转。

3、等待发动机转速达到800转，停止启动电机，启动成功。此时用户可以松开钥匙开关，使其自动返回上电位置。（EPS控制器如果启动成功后用户不松开钥匙开关，启动电机会继续运行，EC-7已经做了改进。）

4、为了防止由于发动机启动故障而损坏蓄电池，控制器具有如下保护：如果从开始启动计时3秒仍未启动成功，不管用户是否松开钥匙开关，都强行停止启动电机，等待用户重新启动。如果连续三次启动失败，需要整车断电后才可以再次启动。

2.3 三一挖掘机熄火过程

钥匙开关打到熄火位置，控制器使熄火继电器闭合。

使发动机持续减速（方向继电器失电，输出步进脉冲）。

等待其转速降到600转以下（此转速不可能再维持其运行，必然会停下来），停止减速控制输出（停止步进脉冲的输出）。

等待发动机转速为0。

3秒后分开熄火继电器，整车断电，熄火成功。

2.4三一挖掘机调速过程

1、控制器读取当前用户设定的档位值，在内部查表得到对应的转速的油门位置（转速越高对应的油门位置值越小），然后和当前的油门位置比较。

2、如果当前转速高过设定值50转（油门位置值比设定值小），则输出步进脉冲，同时使方向继电器分开（减速）。

3、如果当前转速低过设定值50转（油门位置值比设定值大），则输出步进脉冲，同时使方向继电器闭合（升速）。

4、如果当前转速在设定值的正负50转之内（EC-7的控制精度提高到了正负30转），则不做任何动作。

2.5 三一挖掘机转速自动校准（EPS没有）

一般作为挖机下线之前的最后一道工序，不过如果挖机在外长时间运行后转速偏差较大，也可以由服务人员进行再次校准。所需工具：

大十字螺丝刀一把，用于打开后盖板；

两线短路插头一个，用于连通校准端口。

具体步骤如下：

打开后盖板。

将油门旋钮打到1档，启动发动机。将模式改成H。

在触摸屏上点击“系统”，输入口令后进入监控界面，观察当前转速，如果转速在900－1100范围之外，需要手工调节油门拉杆到此范围之内。（新机下线必需，二次校准如果不是所有档都向一个方向偏则不需要）

将短路插头插入校准端口（在EC-7控制器上方）。

2.5 三一挖掘机转速自动校准(续)

5. 缓慢将油门旋钮转到11档（在每一档至少停留1秒），观察当前转速，等待其稳定在2200转左右时（大约需1－5秒），将油门旋钮转到10档，依此类推，直至1档。

6. 拔下校准端口上的短路插头。

7. 检查各档位转速是否合格。

8. 点击触摸屏，返回主显示界面。

9. 检查各档位是否跳档。

10. 如果步骤7或步骤9发现异常，可以从步骤4开始重复整个过程，重新校准一次。

11. 档位及转速都正常后，合上后盖板。（须确认短路插头已经拔下）

12. 熄火。（熄火前必须再次确认短路插头已经拔下，否则本次校准可能不会生效）

2.6三一挖掘机步进电机驱动器

步进电机驱动器（简称步驱）负责接受控制器的指令驱动步进电机以设定的速度正转或反转，以调节发动机油门开度，进而实现对发动机转速的动态调节。步驱从控制器接收两个信号，一个步进方向（开关量），一个步进脉冲（PWM），其中步进方向控制步进电机旋转的方向，步进脉冲控制步进电机旋转的速度。

其中步进脉冲方面EPS控制器和EC-7控制器的接线方式有所不同：EPS控制器的PWM输出为低电平有效，EC-7控制器的PWM输出为高电平有效。而步驱的脉冲输入有两根线（一正一负）。所以对于EPS控制器，步驱的正接24V电源（29号线），步驱的负接控制器步进脉冲输出。而对于EC-7控制器，步驱的正接控制器步进脉冲输出，步驱的负接地（0号线）。

2.7三一挖掘机变量泵流量调节系统

变量泵流量调节原理如下：

1、每个泵都有一个主压传感器和一个负压传感器，其中主压为液压泵出口压力，负压为不做功流量压力，另外两个泵还有一个公共的背压，反映液压系统的回油压力。

2、因为主压反映液压泵出口压力，所以主压乘以流量就正比与液压泵输出功率。所以如果希望输出功率恒定，则需要在主压升高的时候减少排量（增大比例阀电流），主压降低的时候增加排量（减小比例阀电流）。

3、另一方面，负压反映液压泵不做功流量压力，越大表示不做功流量越多，就意味着用户需要的排量越小，其物理意义就是操作手柄的动作幅度越小（某一确定转速下负压最大的时候是用户没有动任何一个手柄的时候）。所以根据负压可以计算出用户需求功率的大小。（实际上参与计算的值是负压－背压，因为两个压力的差值才反映实际的不做功流量。其实从理论上讲主压计算的时候也应该减去背压，只不过与主压相比背压实在太小，才忽略不计。但负压与背压是一个数量级，所以不可以忽略）

4、根据负压算出的需求功率如果大于发动机输出功率，说明用户需求功率已经超出了发动机的输出能力，此时液压泵的功率只能等于发动机最大功率，而不能完全满足用户要求，所以比例阀控制电流按照根据主压计算出的与发动机最大功率对应的电流输出。此时挖机在自己的能力范围之内以最快的速度动作。

5、如果根据负压计算出的需求功率小于发动机输出功率，说明用户不希望挖机以最快的速度动作，所以此时的比例阀控制电流按照根据负压计算出的电流值输出。此时挖机的动作与用户操作手柄的幅度基本成正比。

3. 三一挖掘机常见故障的分析

以下故障分析适用于经过初步分析、检查，已经排除液压系统、发动机本身、燃油等电气系统以外故障的情况下。

1. 无法启机启动电机故障，钥匙开关损坏，启动继电器故障，水温传感器故障，控制器(EPS/EC-7)故障，

原理分析

三一挖掘机发动机启动过程为：钥匙开关旋转到“启动”位置，11号线得电；控制器检测到11号线得电，检测当前水温，如果低于3摄氏度，闭合预热继电器（K7），同时闭合启动继电器（K3），此时启动电机得电带动发动机旋转，直到达到预定启动转速（800转/分），然后控制器分开启动继电器，启动电机失电停止旋转，启动成功。

故障排查线索

首先查看触摸屏显示是否正常，如果水温、油位、机油压力全为零，则可能是控制器没有上电，需要检查42号线的保险丝是否烧断。

确认钥匙开关打到“启动”位置时启动电机是否旋转（如果旋转应该可以听到声音），如果启动电机旋转，并且发动机本身和供油系统也没有问题，可以检查油门位置传感器的显示值是否在1档位置（约为3V左右）。如果偏离此值太多，则说明油门驱动机构可能有问题（即使启动成功也将会难以升速和熄火），解决方法参见下面的“无法升速和熄火”部分。

如果启动电机不旋转，则需要在触摸屏上查看钥匙开关达到“启动”位置时启动继电器是否有输出，如果有输出，则说明启动继电器（K3）或者启动电机可能已经损坏，或者两者的接线有问题。

如果开关量无输出，需要检查钥匙开关打到“启动”位置时控制器是否检测到11号线得电（查看触摸屏输入表中“发动机启动”对应的开关量输入是否有效），如果控制器可以检测到11号线上电，并且13号线也一直保持得电状态，则说明可能是控制器故障。（早期出厂的少量机器可能在水温过低时保持预热8秒后才启动，所以如果触摸屏显示水温为0，可以将钥匙开关停在“启动”位置8秒以上，看其是否可以启动。）

如果钥匙开关打到“启动”位置时控制器检测不到11号线上电，则说明可能是钥匙开关的故障。

2 三一挖掘机无法升速和熄火（始终运行在1档转速）

步进电机驱动器故障

步进电机故障

油门位置传感器故障

EPS/EC-7故障

调速过程说明：

控制器通过方向继电器和步进脉冲控制步驱发出正转或者反转信号，步进电机在步驱发出的信号的驱动下旋转，直到油门位置传感器的采样值到达设定值附近。无法升速和熄火说明步进电机不旋转。

故障排查线索：

首先检查油门位置传感器的采样值是否在1档附近（3V左右），如果偏差较大，则说明油门位置传感器损坏。

如果油门位置传感器正常，需要将油门旋钮打到较高档位，然后查看触摸屏上输出表中的方向继电器输出是否有效。如果无效，说明可能是控制器故障。

如果方向继电器有输出，需要检查步进脉冲有无输出。

具体方法为：可以使用带频率测量的万用表测量29号线和701号线（EPS）或者701号线和0号线（EC-7）之间的频率，EPS的频率应该在80Hz左右，EC-7的频率应该在350Hz左右。如果所测频率基本没有或偏差太大，则说明可能是控制器故障。如果所用万用表没有频率测量功能，可以简单的使用直流电压档测量两线之间的平均电压，如果有脉冲输出，所测电压应该为电源电压（28V）的一半左右。

3 三一挖掘机启动后转速不正常

油门位置传感器损坏

步进电机故障

EPS/EC-7故障

转速传感器故障

4. 三一挖掘机EC-7系统介绍

4.1 研发背景介绍

（1）现场出现的质量问题比较多。(损坏、控制效果差)

（2）供应商规模过小，工艺质量不高，在质量保障方面难以达到高品质的要求。

（3）程序由供应商实现，难以实现控制技术的改进和所有权的保护。

（4）代码均由汇编语言编写，在可读性和扩充性方面有很大的约束。

（5）受硬件平台的约束，控制器厂商无法提供二次软件开发平台，所有工作必须在原代码级实现，对工程师有较高的技术要求。