CN101086232A - 一种混凝土输送泵的节能控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混凝土输送泵的节能控制方法，根据施工现场的工况要求，中央控制单元中由负载压力P_L和发动机功率匹配的关系，初步计算出发动机的转速ne和油泵电流I，发动机转速ne的控制信号通过中央控制单元传送给混凝土输送泵的底盘发动机，并根据底盘发动机反馈的当前速度大小，进行转速闭环调节，使当前速度n与设定速度ne一致；底盘发动机再经传动机构(分动箱)将动力传给油泵，油泵电流I的控制则由中央控制单元直接送信号给油泵，油泵将底盘发动机的功率传递给液压***实现混凝土输送泵工作过程的控制。本发明能根据实际工况的要求实时调整发动机转速与油泵排量的控制模式，以适应各种不同的功率场合，降低燃油消耗，提高整机工作效率。

Description

一种混凝土输送泵的节能控制方法

技术领域

本发明主要涉及到工程机械的控制领域，特指一种混凝土输送泵的节能控制方法。

背景技术

现有技术中，混凝土输送泵在泵送作业时发动机的有效输出功率由液压泵输出给液压***。在工作过程中，常规控制模式均为发动机设定在额定转速下工作，使发动机在确保扭矩、功率输出的情况下，工作在燃油消耗率很高的区域，没有工作在经济运行区，造成底盘动力***的经济性能下降、机械损耗增加。

在重负载工况时，柴油机与油泵全负荷工作，基本上没功率损失；但在中载或轻载工况时，柴油机及油泵所输出的功率就会大大高于负载所需功率，多余的功率就以各种损失的形式在***中消耗掉，造成极大的能量浪费。因为混凝土输送泵不全在满负荷下工作，所以整个作业过程中能量损耗率是非常可观的。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有混凝土输送泵柴油机油耗过高的问题，本发明提供了一种操作简便、自动化程度高，能够根据实际工况的要求实时调整发动机转速与油泵排量的控制模式，以适应各种不同的功率场合，大幅度降低燃油消耗，从而提高整机工作效率的混凝土输送泵的节能控制方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的解决方案为：一种混凝土输送泵的节能控制方法，其特征在于：根据施工现场的工况要求，中央控制单元中由负载压力P_L和发动机功率匹配的关系，初步计算出发动机的转速ne和油泵电流I，发动机转速ne的控制信号通过中央控制单元传送给混凝土输送泵的底盘发动机，并根据底盘发动机反馈的当前速度大小，进行转速闭环调节，使当前速度n与设定速度ne一致；底盘发动机再经传动机构(分动箱)将动力传给油泵，油泵电流I的控制则由中央控制单元直接送信号给油泵，油泵将底盘发动机的功率传递给液压***实现混凝土输送泵工作过程的控制。

当施工现场的工况处于无负载时，中央控制单元将自动控制发动机转速使其自动降到怠速，主油泵排量相应调到最小位置，即减小变量泵电流。

当施工现场的工况处于正常负载时，由各种函数关系、发动机与变量泵的固有特性曲线计算出变量泵的电流与发动机的经济转速：

(1)、构建柴油机最佳燃油消耗率试验模型，利用现场试验可获得发动机稳态输出扭矩与发动机转速的关系及发动机在各种转速下的燃油消耗率的关系，对各种数据进行分析处理，找出不同功率下的最佳工况点后，可得出发动机功率、扭矩、转速及燃油消耗率的关系；

(2)、构建发动机——油泵间的动力匹配关系，由动力***的传动关系可知，在液压***中主油泵的吸收扭矩等于发动机的输出扭矩，根据以下发动机与油泵功率、扭矩及转速等的公式①、②、③，对应于一定的负载压力P_L，改变变量泵排量V的发动机转速n_e，使发动机在各节油工况点处工作：

I、液压传动过程中，由传动关系可知发动机的输出扭矩M_e等于变量泵的吸收扭矩M_b，函数表达式如下：

M_e＝f₁(M_b)       ①

II、变量泵的负载特性表现为恒扭矩特性，变量泵扭矩M_b与外部负载压力P_L及变量泵排量V之间的函数表达式如下：

M_b＝f₂(P_L，V)    ②

III、发动机输出功率P_e与发动机的输出扭矩M_e及发动机转速n_e之间的的函数表达式如下：

Pe＝f₃(M_e，n_e)＝f₃[f₁(M_b)，n_e]＝f₃{f₁[f₂(P_L，V)]，n_e}

  ＝f(P_L，V，n_e) ③。

与现有技术相比，本发明的优点就在于：

1、本发明的混凝土输送泵的节能控制方法，根据不同的泵送工况，结合控制器单元中的柴油机工作点和油泵功率特性配置单元，得到不同工况下合理的发动机转速及油泵排量。这种根据实际工况及时调整混凝土输送泵发动机转速与油泵流量的方式，既能够使发动机满足执行机构或行驶机构对动力***输出扭矩、功率的需求，并留有适当的储备，同时能提高整机液压***的工作效率；

2、本发明的混凝土输送泵的节能控制方法中，对混凝土输送泵发动机的转速采用自适应的PID调节，使其在同样生产率的状况下，即便其它原因引起实际载荷的变化过大，也能够自动地调节发动机油门(增加或减少)以适应工况的变化，达到稳速的目的，从而降低工作***的工作强度，延长整机的使用寿命；

3、本发明的混凝土输送泵的节能控制方法，混凝土输送泵具有自动回怠速的功能，即混凝土输送泵在作业过程中，需要暂停操作时，发动机会自动回到怠速值以节省能源；

4、采用本发明混凝土输送泵的节能控制方法，能够使混凝土输送泵在轻负载情况下发动机转速与油泵排量分别按功率匹配要求减少，从而使整机噪声有所下降、并可减少泵送作业过程中对整机的冲击；

5、采用本发明混凝土输送泵的节能控制方法，在同等工况下泵送混凝土，可根据不同工况实时调整其转速与排量，能够使混凝土输送泵的发动机时刻处在最合理的转速下工作，比常规的工作模式节油至少15％以上。

附图说明

图1是本发明的动力***组成简化示意图；

图2是本发明的控制***框图；

图3是本发明具体实施例中某种底盘控制原理示意图；

图4是本发明控制方法的控制流程示意图。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施对本发明做进一步详细说明。

本发明的一种混凝土输送泵的节能控制方法，根据施工现场的工况要求，中央控制单元中由负载压力P_L和发动机功率匹配的关系，初步计算出发动机的转速ne和油泵电流I，发动机转速ne的控制信号通过中央控制单元传送给混凝土输送泵的底盘发动机，并根据底盘发动机反馈的当前速度大小，进行转速闭环调节，使当前速度n与设定速度ne一致；底盘发动机再经传动机构(分动箱)将动力传给油泵，油泵电流I的控制则由中央控制单元直接送信号给油泵，油泵将底盘发动机的功率传递给液压***实现混凝土输送泵工作过程的控制。在具体实施例中，参见图1、图2和图4所示，混凝土输送泵的底盘发动机通过传动机构(分动箱)，将动力传递给油泵，再带动其它负载。转速与排量调节机构分别控制底盘发动机与油泵实现转速与排量的调节。

当施工现场的工况处于无负载时，中央控制单元将自动控制发动机转速使其自动降到怠速，主油泵排量相应调到最小位置，即减小变量泵电流。

当施工现场的工况处于正常负载时，由各种函数关系、发动机与变量泵的固有特性曲线计算出变量泵的电流与发动机的经济转速：

(1)、构建柴油机最佳燃油消耗率试验模型，利用现场试验可获得发动机稳态输出扭矩与发动机转速的关系及发动机在各种转速下的燃油消耗率的关系，对各种数据进行分析处理，找出不同功率下的最佳工况点后，可得出发动机功率、扭矩、转速及燃油消耗率的关系；由于每种底盘的万有特性曲线及工况点运行状况不同，故每种底盘的最佳燃油消耗率的关系不尽相同.

(2)、构建发动机——油泵间的动力匹配关系，由动力***的传动关系可知，在液压***中主油泵的吸收扭矩等于发动机的输出扭矩，根据以下发动机与油泵功率、扭矩及转速等的公式①、②、③，对应于一定的负载压力P_L，改变变量泵排量V的发动机转速n_e，使发动机在各节油工况点处工作：

I、液压传动过程中，由传动关系可知发动机的输出扭矩M_e等于变量泵的吸收扭矩M_b，函数表达式如下：

M_e＝f₁(M_b)       ①

II、变量泵的负载特性表现为恒扭矩特性，变量泵扭矩M_b与外部负载压力P_L及变量泵排量V之间的函数表达式如下：

M_b＝f₂(P_L，V)    ②

III、发动机输出功率P_e与发动机的输出扭矩M_e及发动机转速n_e之间的的函数表达式如下：

Pe＝f₃(M_e，n_e)＝f₃[f₁(M_b)，n_e]＝f₃{f₁[f₂(P_L，V)]，n_e}

  ＝f(P_L，V，n_e) ③。

参见图2所示，本发明的技术原理就是在不同的负载工况条件下，依据各种发动机的最佳油耗曲线，负载和功率匹配关系，通过中央控制单元对发动机转速与油泵排量进行联合调节，实现发动机、液压油泵和负载三者之间的自动匹配。在具体实施例中，按***的工况要求，中央控制单元根据负载压力及功率匹配的关系，初步计算出发动机的转速及油泵电流。发动机转速的控制由中央控制单元送信号给底盘柴油机，并根据发动机转速传感器反馈的当前速度大小，进行转速PID闭环调节，使当前速度与设定速度一致；底盘柴油机再经传动机构(分动箱)将动力传给油泵；而油泵电流的控制则由中央控制单元直接送信号给油泵，油泵将发动机的功率传递给液压***实现工作过程控制。

正常泵送时，中央控制单元会根据操作者输入的工况要求、当前负载压力、各种底盘的最佳燃油消耗率试验模型(注：每种底盘与油泵的最佳燃油消耗率试验模型不同)计算出变量泵的电流与发动机的经济转速，并对转速与排量调节机构执行相应控制。工作过程中，如果压力传感器检测出的负载压力发生变化，***将会根据负载的变化实时调整相应的转速与电流。

根据本发明中对动力***传动关系的分析，且经过上述两步过程处理后，可得出每种混凝土泵车底盘***配置的最佳燃油消耗对应表，如下表1所示：

                            表1发动机最佳燃油消耗率对应表

序号	功率(KW)	输出扭矩(N.M)	转速(rpm)	排量(L)	压力(MPa)	油耗(g/kw.min)
							1	N1	M1	n1	q1	P1	g1
2	N2	M2	n2	q2	P2	g2
							3	N3	M3	n3	q3	P3	g3
4	N4	M4	n4	q4	P4	g4
							....	....	....	....	....	....	....

由表1可知，正常泵送时，中央控制单元会根据操作者输入的工况要求及当前负载压力等具体条件，通过查表法计算出变量泵的电流与发动机的经济转速.工作过程中，如果压力传感器检测出的负载压力发生变化，***将会根据负载的变化实时调整相应的转速与电流，具体控制方式如下：

1)无负载时，中央控制单元将自动控制发动机转速使其自动降到怠速，主油泵排量相应调到最小位置，即减小变量泵电流；

2)正常负载时，由各种函数关系、发动机与变量泵的固有特性曲线计算出变量泵的电流与发动机的经济转速。

参见图3所示，为某种底盘具体实施的控制原理示意图，从图中可看出，PLC输出点Q0.0为控制油泵排量信号，PLC输出点Q0.1为控制发动机转速信号。当***接收到不同工况要求的命令后，中央控制单元分别根据***功率匹配关系实时改变Q0.0及Q0.1的信号：

◆中央控制单元通过改变该输出点Q0.0的电压大小来改变变量泵电流的大小，从而改变油泵排量的大小；

◆中央控制单元通过对PLC输出点Q0.1电压大小来改变柴油机转速，输出点Q0.1。

信号经相关电路(图3所示)处理后送给底盘ECU电脑，柴油机油门控制器根据收到的信号来实现柴油机转速的实时控制。

Claims (3)

1、一种混凝土输送泵的节能控制方法，其特征在于：根据施工现场的工况要求，中央控制单元中由负载压力P_L和发动机功率匹配的关系，初步计算出发动机的转速ne和油泵电流I，发动机转速ne的控制信号通过中央控制单元传送给混凝土输送泵的底盘发动机，并根据底盘发动机反馈的当前速度大小，进行转速闭环调节，使当前速度n与设定速度ne一致；底盘发动机再经传动机构将动力传给油泵，油泵电流I的控制则由中央控制单元直接送信号给油泵，油泵将底盘发动机的功率传递给液压***实现混凝土输送泵工作过程的控制。

2、根据权利要求1所述的混凝土输送泵的节能控制方法，其特征在于：当施工现场的工况处于无负载时，中央控制单元将自动控制发动机转速使其自动降到怠速，主油泵排量相应调到最小位置，即减小变量泵电流。

3、根据权利要求1或2所述的混凝土输送泵的节能控制方法，其特征在于当施工现场的工况处于正常负载时，由各种函数关系、发动机与变量泵的固有特性曲线计算出变量泵的电流与发动机的经济转速：

(1)、构建柴油机最佳燃油消耗率试验模型，利用现场试验可获得发动机稳态输出扭矩与发动机转速的关系及发动机在各种转速下的燃油消耗率的关系，对各种数据进行分析处理，找出不同功率下的最佳工况点后，可得出发动机功率、扭矩、转速及燃油消耗率的关系；

(2)、构建发动机——油泵间的动力匹配关系，由动力***的传动关系可知，在液压***中主油泵的吸收扭矩等于发动机的输出扭矩，根据以下发动机与油泵功率、扭矩及转速等的公式①、②、③，对应于一定的负载压力P_L，改变变量泵排量V的发动机转速n_e，使发动机在各节油工况点处工作：

I、液压传动过程中，由传动关系可知发动机的输出扭矩M_e等于变量泵的吸收扭矩M_b，函数表达式如下：

M_e＝f₁(M_b)                                           ①

II、变量泵的负载特性表现为恒扭矩特性，变量泵扭矩M_b与外部负载压力P_L及变量泵排量V之间的函数表达式如下：

M_b＝f₂(P_L，V)                          ②

III、发动机输出功率Pe与发动机的输出扭矩M_e及发动机转速n_e之间的的函数表达式如下：

Pe＝f₃(M_e，n_e)＝f₃[f₁(M_b)，n_e]＝f₃{f₁[f₂(P_L，V)]，n_e}

  ＝f(P_L，V，n_e)                                  ③。

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