2024年5月25日发(作者:青春琳)
设计·计算
Design and Catcutation
杠俄
第49卷I第5期
总第535期
挖掘机电控发动机控制系统
电磁千扰抑制设计
石岩’,武娜z
1.力士德工程机械股份有限公司;2.临沂蒙纳德电器有限公司
摘要I随着电控发动机在挖掘机上的普遍应用,在国二排放标准发动机升级为国三排放标准发动机的挖掘机电控系统
中由电磁干扰引发的发动机电控系统(ECM)故障频繁出现,必须在挖掘机整机电气系统中,进行电磁干扰抑制设计来匹
配电控发动机控制系统。对有典型故障挖掘机发动机的电控系统进行电磁干扰信号幅度测量和频谱分析
确定干扰源的类
型;分析挖掘机电气系统中电源、开关、传感器和电磁阀等可能产生的电磁干扰类型和方式,综合运用接地技术
屏蔽技术
,
、
和布线技术来设计挖掘机的整车电气系统,抑制对电控发动机控制系统的电磁干扰。通过测试
验证了电磁干扰抑制设计
的有效性。
,
关键词:挖掘机;电控发动机;电磁干扰;CAN线抗干扰;抑制
电磁f 扰 成为挖捌机除排放污染和噪声污染之外
的第三人 染。电磁f扰(EMI)赴十扰 常信号并降低
估0完 的 r.噪 。随荇l一 机械非道路f 三排放
源产生,r}1于各控制单元通过CAN总线汇集侄 车控制
器I , 此, 控制 元之问就会通过导线产 }j传导丁
扰,所以抑制对电控发动机摔制系统的电磁f 扰足挖掘
杯准IJ 式实施,fu 发动机 遍 『i]到挖掘机上,发动机
也摔系统(ECM)完成发动机 种参数的采集和喷油 、
机设计时一个m受任务。
在ffff 二排放标准发动机升级为闻一_排放标准f 控
发动机的挖掘机电 系统中,除发动机控制系统外部
经长期市场验证的成熟抑制电磁干扰没汁拊施, 满足
阳三排放标准的人部分【Ⅱ控发动机的控制系统赴怫
界知名公司的成熟产『li1I1,控制系统l大J部抑制电磁f 扰
喷汹定【l1f的控制以及^叟障信 、输…。女l_果整车电 系统
对发动机电控系统的『{IJ磁1 扰趟}fll_一定范m,发动机将
频繁报敝障 停机, r程施工中}11于电磁_卜扰噪声
问接引发的 J{敝,也 不鲜 。EMI通常 电磁辐射发
作街简介: 1 (1974一), ,…尔临沂人,高级lr程师,颁上,研究方 :1一程机械研发。
2018.5 l工
I
轼1 29
f
设计·计算
Design and Catcutation
的设计措施也很完善。因此,电控发动机的控制系统和挖
掘机整车电气系统如何匹配是电控发动机电控系统电磁
干扰设计的关键任务。
步分析为电磁干扰使发动机ECM基准电位异常,造成采
样信号和输出信号产生随机性错误。测量ECM接地基准
电位电磁干扰结果如图1所示。
∞ ∞ 2 f ∞
电控发动机控制器基准电位正常工作要求受到的电
册 4
1 某型号挖掘机电控发动机ECM地线电磁干
扰信号幅值测量和频谱分析
某国二排放标准成熟型号24 t级挖掘机升级国三排
放标准的电控发动机后,发动机自诊断系统频繁随机报
故障码。按常规方法检查相关系统零部件,功能正常,初
磁干扰电压峰峰值不超过500 mV。图1中电磁干扰电压
峰峰值近900 mV。CLUb,由图1可以查出此电磁干扰是
周期性近5 ms出现一次的窄带干扰,其频率为200 Hz。
根据图2所示频谱分析,200 Hz频率的电磁干扰为电源
开关产生的电磁干扰。
一
图1发动机ECM电磁干扰测试结果
相对
幅度
\
-
\ \ I.:颛干楫 频于扰 竺 塑: (:R开 “
\\J lIJ 羹一一 靛
。 ’
.
i自噪声 、、、
t . \ ..
l lO l()4
.
l
.
l0
.
10 l0—2
f|Hz
图2电磁干扰的频谱分布
30 l工霏杠献l 2。18 5
l j
杠械
第49卷I第5期
总第535期
控制器等功能通过OEM线束与发动机ECM相连。根据
2电控发动机控制系统的电磁干扰抑制设计
从电控发动机的控制系统框图(见图3)可以看出,匹
配设计指示框内是OEM(主机厂)匹配部分。挖掘机整车
发动机控制器接线图(见图4)逐项分析电磁干扰产牛的
原因并提出抑制措施。
图3电控发动机控制系统框图
,一—
发动机控制器 I
-=¨ 芝ECM =匿毫意
主控 『一 …………— 。 龇 3‘B |+ { 0————j —————
兰
发动 1
、
、
羔 关
(1)发电机等高电流附件接地设计。发电机以及其他
图4发动机控制器接线图
2.1 ECM电源干扰源分析和抑制设计
接地回路及电磁干扰是导致当今电控发动机的一系列
问题的根源。挖掘机整车电源发电机是高电流装置。发电机
产生电磁干扰(EMI)经导线和缸体至ECM电源+和电源
一
电流超过10 A的附件应当通过启动机负极端子接地(必须
遵守启动机制造商的建议),而不是通过缸体接地。这样可
以将整个系统中的电子噪声和接地回路噪声降到最小。可
(接地)。继电器在高速工作时产生的高频率电磁噪声传 选择的接地位置为蓄电池负极或缸体中部。如果发电机通
过缸体中部接地,比如接地螺栓或接地n台,该接地位置必
须连接到启动机或蓄电池负极的同一位置。
(2)发动机缸体接地在电磁抑制设计中的作用。缸体
人缸体,缸体又将电磁噪声传入ECM电源一。为了将这些
电磁干扰碱到最少,应综合运用接地技术和布线技术。设计
电源接线分布图如图5所示。
2。侣 5 I工 氟斌l 31
设计·计算
Design and Catcutation
应当具有公共接地点,以减少接地回路。车架接地回路通常
是多种问题的根源,应尽量避免使用。
2_2 ECM开关和传感器接地设计
为了降低大电流产生的电磁干扰和防止信号失真,所
有和ECM直接连接的开关和传感器都必须使用一个
ECM开关回路。
图5电源接线分布图
(1)电感负载分配。应当避免在同一电路中使用多个
继电器线圈,这样可隔离回路中的电磁噪声,而电磁噪声会
降低开关或传感器输入的稳定性。
对于接地系统来说是一个很大的电容,从而形成非常高效
的RF(射频)分流。因此,包括ECM在内的许多装置都选
择缸体接地避免RF噪声。但是,如果缸体中产生了由电流
引起的电压噪声,则缸体成为了噪声的进入点。对于连续供
电装置来说,将缸体作为回路是可以的。对于传送高电流
(如电流大于10 A的发动机附件)或开关频繁的装置,接地
回路应接到启动机或蓄电池负极上。
(3)启动机接地设计。使用35 n'ln'l 的导线作为启动机
负极或使用更大线规的导线连接至缸体有助于避免电磁噪
声。扁平编织导线比圆形绞合电缆的抗干扰效果更好。由于
(2)专用传感器。在设计特定的模拟传感器(如压力、
温度)回路时,应当单独使用一个ECM开关,因为辐射测
量式或电阻式传感器对信号输入非常敏感,即使极小的电
压压降变化都会影响检测的数值。
(3)ECM开关回路接地必须和机械底盘接地分离。
(4)独立开关回路。为了防止电源过载,独立ECM开
关回路不能给其他回路提供电源。
(5)星形接地。在主要开关的开关面板建立一个由双
重冗余ECM开关回路馈电的星形接地,见图6。正确的星
编织导线不绝缘,也可选择绝缘焊接电缆,而且焊接电缆通
常具有更长的使用寿命。设计低阻抗接地通路时还应考虑
长期使用老化的问题。
形接地对每个开关形成单独的回路。当按照这种方法设
计时,单点开路回路故障仅会造成一个开关损失。
(4)合理设计车架和驾驶室接地。驾驶室和底盘部件
图6星形接地
2.3电磁阀接地要求
直接连接到ECM的电磁阀和继电器线圈可以通过
现接地。
2.4 CAN线抗干扰措施
CAN线采用双绞屏蔽线,双绞屏蔽线是在双绞线与
良好的底盘接地点接地,或使用一个ECM电磁阀回路实
32 l工稚靠拭【2。侣‘5
I 【
拭
第49卷l第5期
总第535期
外层绝缘封套之间设置一个金属』jf蔽层或金属刚 搭
铁。双绞线一J-以让产生电磁干扰的高频率电磁波在屏蔽
良好的金属罩内产生涡流,并使 以热能的形式消耗掉,
避免外部和内部产生的电磁波丰I1互卜扰,屏蔽层还能较
好地抑制静电干扰。因此,屏敲双绞线具有更高、史稳定
的传输速率。
2.5整车布线设计
挖掘机中各种线缆捌绑成线乘沿乍 .1 源线
叶】的瞬变干扰粕合剑f } 线战摔制线I11会肜成 模信
,
对ECM产牛 磁 扰。没计L}1 进免发IU机、 动机
等电源线与其他线乘K 扁平行走线.以减少IU磁1 扰;
信号线和电源电缆交义时,应尽町能他 et ̄'J按【)I)。『『j交
义;必须将电源线币l 制 的屏蔽 迎接剑 l
} 。设计帮车布线 意 【 图7。
按地点
图7整车布线示意图
的电磁T扰进 测 ,测 结果见图8.挖捌机㈠ 他用
3设计方案实施及测量验证
前文所述某型24t级挖掘机按} 述原则设计其与
咀器对发动机ECM 准岑电位的干扰控制 J 5(10 mV
以内,满足n也控发动机ECM对电磁_f 扰的 术,发动
机运转正常,不再报故障。
三发动机ECM相匹配的整车电气系统。
对匹配设计后的发动机ECM基准零电位地线受到
-
400
().()
图8改进后发动机ECM电磁干扰测试
2018.5 工 敞『33
I
设计·计算
Design and Catcutation
l’j石岩,李永羽液压挖掘机发动机噪声分析与降噤设计 j
4结束语
为r抑制电控发动机ECM受到的电磁干扰,综合采
程欹械。2olo(I):38-39.
嘲王幸之.单片机应踊系统电磁f扰与抗干扰技术fM 北隶:j_l
京航空航天大学L{{皈社。2006
刚r接地技术消除电磁 f 扰,屏蔽技术减少电磁干扰,布
线技术改善电磁十扰。有效减少或消除了对发动机电控
系统ECM的电磁r扰,对类似机械设备发动机排放标准
升级时的电气系统设计具有一定参考价值。
I41 ̄.开关电源输入端屯磁于扰及抑制所.电子工程,199J
(4):25—30
l51高晋占.微弱信号检测}M1北京:清华大学出皈社.201I
通信地址:山东省临沂市临沭县常林西大街112号力士德
参考文献
…林 l .电磁f拙及扎翱_Ml北京:电fj 业出皈社.2003
工程机械股份有限公司技术研发部(276700)
(收稿日期:2017-12—07)
推土机变速器弧齿锥齿轮
悬臂式轴承受力分析及寿命计算
续鲁宁 ,王闽:,胡凯
1.山推工程机械股份有限公司;2.济宁市公共资源交易服务中心
摘要I介绍了一种推土机变速器弧齿锥齿轮悬臂式齿轮传动结构,建立了锥齿轮及其支承轴承的力学模型
对不同齿轮
旋向的锥齿轮进行了受力分析和轴承寿命计算。通过实例,对锥齿轮载荷和轴承寿命进行对比验算
得出了锥齿轮的旋向改
,
,
变对轴承寿命具有重要影响的结论。
关键词:推土机;弧齿锥齿轮;轴承;寿命计算
统计,某型推土机变速器弧齿锥
齿轮”)出现了早期打齿故障,不利于
新产品的国内外市场推广。F扫于锥齿轮齿形复杂
安装方
式不同,其受力分析干H对复杂
因此.研究推土机变速器
、
。
34 l工 辅1 20,8.5
I
2024年5月25日发(作者:青春琳)
设计·计算
Design and Catcutation
杠俄
第49卷I第5期
总第535期
挖掘机电控发动机控制系统
电磁千扰抑制设计
石岩’,武娜z
1.力士德工程机械股份有限公司;2.临沂蒙纳德电器有限公司
摘要I随着电控发动机在挖掘机上的普遍应用,在国二排放标准发动机升级为国三排放标准发动机的挖掘机电控系统
中由电磁干扰引发的发动机电控系统(ECM)故障频繁出现,必须在挖掘机整机电气系统中,进行电磁干扰抑制设计来匹
配电控发动机控制系统。对有典型故障挖掘机发动机的电控系统进行电磁干扰信号幅度测量和频谱分析
确定干扰源的类
型;分析挖掘机电气系统中电源、开关、传感器和电磁阀等可能产生的电磁干扰类型和方式,综合运用接地技术
屏蔽技术
,
、
和布线技术来设计挖掘机的整车电气系统,抑制对电控发动机控制系统的电磁干扰。通过测试
验证了电磁干扰抑制设计
的有效性。
,
关键词:挖掘机;电控发动机;电磁干扰;CAN线抗干扰;抑制
电磁f 扰 成为挖捌机除排放污染和噪声污染之外
的第三人 染。电磁f扰(EMI)赴十扰 常信号并降低
估0完 的 r.噪 。随荇l一 机械非道路f 三排放
源产生,r}1于各控制单元通过CAN总线汇集侄 车控制
器I , 此, 控制 元之问就会通过导线产 }j传导丁
扰,所以抑制对电控发动机摔制系统的电磁f 扰足挖掘
杯准IJ 式实施,fu 发动机 遍 『i]到挖掘机上,发动机
也摔系统(ECM)完成发动机 种参数的采集和喷油 、
机设计时一个m受任务。
在ffff 二排放标准发动机升级为闻一_排放标准f 控
发动机的挖掘机电 系统中,除发动机控制系统外部
经长期市场验证的成熟抑制电磁干扰没汁拊施, 满足
阳三排放标准的人部分【Ⅱ控发动机的控制系统赴怫
界知名公司的成熟产『li1I1,控制系统l大J部抑制电磁f 扰
喷汹定【l1f的控制以及^叟障信 、输…。女l_果整车电 系统
对发动机电控系统的『{IJ磁1 扰趟}fll_一定范m,发动机将
频繁报敝障 停机, r程施工中}11于电磁_卜扰噪声
问接引发的 J{敝,也 不鲜 。EMI通常 电磁辐射发
作街简介: 1 (1974一), ,…尔临沂人,高级lr程师,颁上,研究方 :1一程机械研发。
2018.5 l工
I
轼1 29
f
设计·计算
Design and Catcutation
的设计措施也很完善。因此,电控发动机的控制系统和挖
掘机整车电气系统如何匹配是电控发动机电控系统电磁
干扰设计的关键任务。
步分析为电磁干扰使发动机ECM基准电位异常,造成采
样信号和输出信号产生随机性错误。测量ECM接地基准
电位电磁干扰结果如图1所示。
∞ ∞ 2 f ∞
电控发动机控制器基准电位正常工作要求受到的电
册 4
1 某型号挖掘机电控发动机ECM地线电磁干
扰信号幅值测量和频谱分析
某国二排放标准成熟型号24 t级挖掘机升级国三排
放标准的电控发动机后,发动机自诊断系统频繁随机报
故障码。按常规方法检查相关系统零部件,功能正常,初
磁干扰电压峰峰值不超过500 mV。图1中电磁干扰电压
峰峰值近900 mV。CLUb,由图1可以查出此电磁干扰是
周期性近5 ms出现一次的窄带干扰,其频率为200 Hz。
根据图2所示频谱分析,200 Hz频率的电磁干扰为电源
开关产生的电磁干扰。
一
图1发动机ECM电磁干扰测试结果
相对
幅度
\
-
\ \ I.:颛干楫 频于扰 竺 塑: (:R开 “
\\J lIJ 羹一一 靛
。 ’
.
i自噪声 、、、
t . \ ..
l lO l()4
.
l
.
l0
.
10 l0—2
f|Hz
图2电磁干扰的频谱分布
30 l工霏杠献l 2。18 5
l j
杠械
第49卷I第5期
总第535期
控制器等功能通过OEM线束与发动机ECM相连。根据
2电控发动机控制系统的电磁干扰抑制设计
从电控发动机的控制系统框图(见图3)可以看出,匹
配设计指示框内是OEM(主机厂)匹配部分。挖掘机整车
发动机控制器接线图(见图4)逐项分析电磁干扰产牛的
原因并提出抑制措施。
图3电控发动机控制系统框图
,一—
发动机控制器 I
-=¨ 芝ECM =匿毫意
主控 『一 …………— 。 龇 3‘B |+ { 0————j —————
兰
发动 1
、
、
羔 关
(1)发电机等高电流附件接地设计。发电机以及其他
图4发动机控制器接线图
2.1 ECM电源干扰源分析和抑制设计
接地回路及电磁干扰是导致当今电控发动机的一系列
问题的根源。挖掘机整车电源发电机是高电流装置。发电机
产生电磁干扰(EMI)经导线和缸体至ECM电源+和电源
一
电流超过10 A的附件应当通过启动机负极端子接地(必须
遵守启动机制造商的建议),而不是通过缸体接地。这样可
以将整个系统中的电子噪声和接地回路噪声降到最小。可
(接地)。继电器在高速工作时产生的高频率电磁噪声传 选择的接地位置为蓄电池负极或缸体中部。如果发电机通
过缸体中部接地,比如接地螺栓或接地n台,该接地位置必
须连接到启动机或蓄电池负极的同一位置。
(2)发动机缸体接地在电磁抑制设计中的作用。缸体
人缸体,缸体又将电磁噪声传入ECM电源一。为了将这些
电磁干扰碱到最少,应综合运用接地技术和布线技术。设计
电源接线分布图如图5所示。
2。侣 5 I工 氟斌l 31
设计·计算
Design and Catcutation
应当具有公共接地点,以减少接地回路。车架接地回路通常
是多种问题的根源,应尽量避免使用。
2_2 ECM开关和传感器接地设计
为了降低大电流产生的电磁干扰和防止信号失真,所
有和ECM直接连接的开关和传感器都必须使用一个
ECM开关回路。
图5电源接线分布图
(1)电感负载分配。应当避免在同一电路中使用多个
继电器线圈,这样可隔离回路中的电磁噪声,而电磁噪声会
降低开关或传感器输入的稳定性。
对于接地系统来说是一个很大的电容,从而形成非常高效
的RF(射频)分流。因此,包括ECM在内的许多装置都选
择缸体接地避免RF噪声。但是,如果缸体中产生了由电流
引起的电压噪声,则缸体成为了噪声的进入点。对于连续供
电装置来说,将缸体作为回路是可以的。对于传送高电流
(如电流大于10 A的发动机附件)或开关频繁的装置,接地
回路应接到启动机或蓄电池负极上。
(3)启动机接地设计。使用35 n'ln'l 的导线作为启动机
负极或使用更大线规的导线连接至缸体有助于避免电磁噪
声。扁平编织导线比圆形绞合电缆的抗干扰效果更好。由于
(2)专用传感器。在设计特定的模拟传感器(如压力、
温度)回路时,应当单独使用一个ECM开关,因为辐射测
量式或电阻式传感器对信号输入非常敏感,即使极小的电
压压降变化都会影响检测的数值。
(3)ECM开关回路接地必须和机械底盘接地分离。
(4)独立开关回路。为了防止电源过载,独立ECM开
关回路不能给其他回路提供电源。
(5)星形接地。在主要开关的开关面板建立一个由双
重冗余ECM开关回路馈电的星形接地,见图6。正确的星
编织导线不绝缘,也可选择绝缘焊接电缆,而且焊接电缆通
常具有更长的使用寿命。设计低阻抗接地通路时还应考虑
长期使用老化的问题。
形接地对每个开关形成单独的回路。当按照这种方法设
计时,单点开路回路故障仅会造成一个开关损失。
(4)合理设计车架和驾驶室接地。驾驶室和底盘部件
图6星形接地
2.3电磁阀接地要求
直接连接到ECM的电磁阀和继电器线圈可以通过
现接地。
2.4 CAN线抗干扰措施
CAN线采用双绞屏蔽线,双绞屏蔽线是在双绞线与
良好的底盘接地点接地,或使用一个ECM电磁阀回路实
32 l工稚靠拭【2。侣‘5
I 【
拭
第49卷l第5期
总第535期
外层绝缘封套之间设置一个金属』jf蔽层或金属刚 搭
铁。双绞线一J-以让产生电磁干扰的高频率电磁波在屏蔽
良好的金属罩内产生涡流,并使 以热能的形式消耗掉,
避免外部和内部产生的电磁波丰I1互卜扰,屏蔽层还能较
好地抑制静电干扰。因此,屏敲双绞线具有更高、史稳定
的传输速率。
2.5整车布线设计
挖掘机中各种线缆捌绑成线乘沿乍 .1 源线
叶】的瞬变干扰粕合剑f } 线战摔制线I11会肜成 模信
,
对ECM产牛 磁 扰。没计L}1 进免发IU机、 动机
等电源线与其他线乘K 扁平行走线.以减少IU磁1 扰;
信号线和电源电缆交义时,应尽町能他 et ̄'J按【)I)。『『j交
义;必须将电源线币l 制 的屏蔽 迎接剑 l
} 。设计帮车布线 意 【 图7。
按地点
图7整车布线示意图
的电磁T扰进 测 ,测 结果见图8.挖捌机㈠ 他用
3设计方案实施及测量验证
前文所述某型24t级挖掘机按} 述原则设计其与
咀器对发动机ECM 准岑电位的干扰控制 J 5(10 mV
以内,满足n也控发动机ECM对电磁_f 扰的 术,发动
机运转正常,不再报故障。
三发动机ECM相匹配的整车电气系统。
对匹配设计后的发动机ECM基准零电位地线受到
-
400
().()
图8改进后发动机ECM电磁干扰测试
2018.5 工 敞『33
I
设计·计算
Design and Catcutation
l’j石岩,李永羽液压挖掘机发动机噪声分析与降噤设计 j
4结束语
为r抑制电控发动机ECM受到的电磁干扰,综合采
程欹械。2olo(I):38-39.
嘲王幸之.单片机应踊系统电磁f扰与抗干扰技术fM 北隶:j_l
京航空航天大学L{{皈社。2006
刚r接地技术消除电磁 f 扰,屏蔽技术减少电磁干扰,布
线技术改善电磁十扰。有效减少或消除了对发动机电控
系统ECM的电磁r扰,对类似机械设备发动机排放标准
升级时的电气系统设计具有一定参考价值。
I41 ̄.开关电源输入端屯磁于扰及抑制所.电子工程,199J
(4):25—30
l51高晋占.微弱信号检测}M1北京:清华大学出皈社.201I
通信地址:山东省临沂市临沭县常林西大街112号力士德
参考文献
…林 l .电磁f拙及扎翱_Ml北京:电fj 业出皈社.2003
工程机械股份有限公司技术研发部(276700)
(收稿日期:2017-12—07)
推土机变速器弧齿锥齿轮
悬臂式轴承受力分析及寿命计算
续鲁宁 ,王闽:,胡凯
1.山推工程机械股份有限公司;2.济宁市公共资源交易服务中心
摘要I介绍了一种推土机变速器弧齿锥齿轮悬臂式齿轮传动结构,建立了锥齿轮及其支承轴承的力学模型
对不同齿轮
旋向的锥齿轮进行了受力分析和轴承寿命计算。通过实例,对锥齿轮载荷和轴承寿命进行对比验算
得出了锥齿轮的旋向改
,
,
变对轴承寿命具有重要影响的结论。
关键词:推土机;弧齿锥齿轮;轴承;寿命计算
统计,某型推土机变速器弧齿锥
齿轮”)出现了早期打齿故障,不利于
新产品的国内外市场推广。F扫于锥齿轮齿形复杂
安装方
式不同,其受力分析干H对复杂
因此.研究推土机变速器
、
。
34 l工 辅1 20,8.5
I