樊菁敏

摘 要：随着交通运输车辆的急剧增加，柴油机排放的尾气已经成为对地球环境污染的主要来源，杭州市区对排放标准也进行了相应提升，杭重工程机械有限公司为了更好地响应政府号召，要求将强夯机上使用的柴油机升级换代，决定用电控发动机来替代原有的柴油发动机。文章主要是介绍电控发动机在QH4000强夯机上的应用。

关键词：发动机选型；控制模块；功能要求；电控系统；图纸

1 QH4000强夯机电控发动机及电气附件选型

电控发动机机型：QSL8.9-C325-30。

进气预热器：方型进气预热器，规格：24V/100A。安装在进气盖板上，接线柱参考坐标：（213，483，-406），带搭铁线。

空调压缩机：24V电压系统空调，排量167cm3/r。

冷却液辅助加热：只含1个螺堵，无冷却液加热器。

发电机：规格：28V/70A，供应商：北京佩特来，端子B+/D+/E/N/L。

转速传感器：机械转速传感器，安装在飞轮壳上。

机油压力传感器：选件号SD 9294。

起动机：规格：24V/7.5kW，大模数，减速式，干式起动机，供应商：北京佩特来，带继电器。

电压：24V电气系统。

2 电控发动机QSL8.9-C325-30的简单介绍

发动机机型号： 东风康明斯QSL8.9-C325-30。

额定点功率/转速： 242kW/2100r/min。

最大扭矩： 1385Nm/1500r/min。

低怠速： 700-900 r/min。

排放标准： 国Ⅲ。

3 电控发动机控制模块及实现方案的考虑

电控发动机模块：QSL8.9电控发动机的电控模块为CM2150A。

仪表要求：能支持CAN总线，同时要符合J1939通讯协议。

设计考虑如下：首先，仪表方面，如果采用从发动机的ECM读取数据，必须选用支持CAN总线的仪表，因此设计选用HSM的5.7寸智能监测仪表；其次，要符合SAEJ1939协议J1939是通过串行通信方式在不同控制器接受或发送数据。最后，采用从发动机上外接的水温、油压、转速传感器读取数据，传感器与机械式发动机的传感器相同。

4 电控系统具体配置说明

显示器：ICP6600，7寸，一台；控制器：IMCT3940，一台；高度限位开关：A2B-Z，带锤，一只；高度限位开关电缆：8m，一根；121芯线束总成：2m，一根；显示器相关电缆：W100-8m，CAN1，一根。

5 强夯机电控系统功能要求

5.1 显示要求

（1）主界面显示：臂架图形，电控柴油机转速、水温、机油压力。臂架角度、先导油路压力、燃油液位、液压油温，发动机累计工作时间，作业半径。（2）开关量显示：空滤堵塞报警、回油口堵塞报警、先导油口堵塞报警、先导油路开启指示、液压油箱总阀状态指示、急停控制指示、液压油位低报警、变幅棘爪状态提示、主卷提升高度限位报警、变幅卷扬三圈保护器限位报警（备用）。（3）故障报警：各传感器报警及Can总线通讯报警。发动机故障报警以及GPS故障或者锁车提示信息等。（4）端口查詢：控制器I/O口的状态检测显示。

5.2 控制要求

（1）输出端口按照要求设置。（2）当先导控制信号输入时，输出先导继电器控制信号，打开先导油路。（3）变幅棘爪位置检测信号输入时，判定变幅棘爪处于打开状态，此时变幅上限位继电器控制信号输出失效，变幅下限位继电器控制信号输出失效。可以进行变幅操作。（4）倾角传感器感应角度为79.5°时，变幅上限位继电器控制信号输出，禁止变幅仰动作。指令优先级大于b项。（5）三圈保护器控制信号输入时，变幅下限位继电器控制信号输出，禁止变幅俯动作。指令优先级大于b项。（6）应保证控制器与GPS模块通讯顺畅，锁车防拆功能完善。（7）应保证控制器与电控柴油机（康明斯电控发动机）通讯顺畅。（8）油门脚踏板电位计，油门旋钮电位计接控制器走Can口控制柴油机油门。（9）GPS锁车时，锁发动机油门信号的同时也锁先导继电器控制信号。（10）显示器可输入动态解锁密码，根据显示器的动态密码给出解锁密码，每十分钟更换一次。

5.3 通讯要求

CAN通讯，配置120欧姆电阻，按照双方约定的通讯协议。

6 力限器的功能要求

6.1 力矩限制功能

当操作者通过显示器上的按键设置完毕强夯机当前的工况和倍率后，通过油压传感器将力的信号传入控制器并最终计算出实际重量，通过角度传感器将主臂角度信号传入控制器最终计算出工作幅度，微处理器通过查表功能利用当前的工作幅度找到此时的额定起重量并在显示器上显示，同时控制器中微处理器将实际力矩和额定力矩相比较，当达到额定力矩时，显示器提示过载警告信号并发出声音警告，控制器发出控制信号，此时危险方向的操作被禁止。

6.2 报警提示功能

当力限器系统出现异常时，系统内部的专家诊断程序将发出警告信号，并将此信号通过CAN总线发送给显示器，在显示器主页面最上方的状态栏显示。

6.3 角度、高度和幅度区域限制功能

此功能的工作原理是根据强夯机需求而设计的起重性能曲线，现场的工作环境定位，通过分析强夯设备的自身重量随着起重工况的变化而变化数据模型，结合起重设备吊臂的挠区模型，采用微电子技术，实时计算分析，使强夯设备工作在安全的工作范围内。在接近超载（保护吊臂，支腿等机构安全），超力矩（整车倾翻安全），碰撞周围建筑物，强夯设备构等危险情况时，发出预警信号；在超出危险情况时，及时切断危险方向的动作。

6.4 端口状态查询和实时监控功能

力限器可以根据系统开关量和模拟量端口的不同配置，设计出对应的端口状态实时查询监控功能，来确保力限器对各端口的实时监控。

6.5 系统故障专家诊断功能，及解决方案

在系统出现故障时，力限器通过专家诊断功能，能够自动实现对故障的诊断，并提示故障原因；操作者可以根据系统自备的故障解决方案来解决问题。

6.6 数据记录功能

主机的数据记录功能，可通过通讯接口将最近3000条超载记录下载到计算机，并通过专业软件将其转换为EXCEL文件以方便阅读。

数据记录模块可以记录力限器系统每一次的改动：工况改变，倍率改变，起升高度限位器状态改变，系统断电、通电状态的改变，力限器故障，当超载时将记录所有可能的强夯机数据。

7 强夯机的电气设计原理

7.1 电控系统组成

传感器、控制器和执行器三部分。

电控系统的基本组成：信号输入装置（各种传感器）——电子控制单元（ECU）——执行元件。

7.2 电气设计原理

设计的相关图纸主要有电气原理图、接线图、线束图、ECU接线图、控制系统接线图等。

8 结束语

安装调试之后，在厂内对设备进行了各参数的性能试验，试验报告显示各试验参数达到预先设定的指标，并且操作方便，满足了用户的实际需求。