CN101624941B

CN101624941B - 工程机械节能控制方法和压力感应排量直接补偿柴油机恒阻力矩节能控制***

Info

Publication number: CN101624941B
Application number: CN2009101262547A
Authority: CN
Inventors: 苏秀平; 李威; 王柏华; 封士彩; 焦兴明; 王禹桥; 杨雪峰; 秦家升
Original assignee: Xuzhou Normal University
Current assignee: Xuzhou Normal University
Priority date: 2008-11-15
Filing date: 2009-03-05
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2029-03-05
Also published as: CN101624941A

Abstract

本发明公开了一种工程机械节能控制方法和压力感应排量直接补偿柴油机恒阻力矩节能控制***。是对引起柴油机转速发生变化的柴油机输出轴阻力矩进行恒阻力矩控制。在液压泵输出口和主泵排量控制机构之间有一压力感应排量直接补偿柴油机恒阻力矩控制器。在该控制器中，预先存储若干条柴油机(主泵)恒阻力矩工作曲线。当负载变化引起主泵出口压力变化时，由该控制器自动控制主泵排量相应按恒阻力矩规律变化，以补偿压力变化，维持柴油机恒阻力矩。优点是节能效果好。

Description

工程机械节能控制方法和压力感应排量直接补偿柴油机恒阻力矩节能控制***

技术领域

本发明涉及一种工程机械节能控制方法和压力感应排量直接补偿柴油机恒阻力矩节能控制***，属工程机械的节能控制。

背景技术

工程机械工作时，外负荷急剧大幅起落，造成柴油机输出轴阻力矩、转速大幅波动，是使柴油机实际输出功率降低、耗油量增加的主要原因。保持柴油机转速稳定，是工程机械功率匹配节能控制的共识。当前工程机械节能控制，以挖掘机为例，主要在两个方面进行。一是柴油机与主泵环节的节能控制方式，主要是人工选择动力分工况控制。根据工作过程中工况识别依据的不同，可分为目前普遍应用的柴油机转速感应电子节能控制***，和理论上有所研究的压力(功率)感应电子节能控制***两种类型。二是液压***内部的节能控制。

转速感应电子节能控制***节能原理是：当工程机械在某种动力模式下工作时，不断检测柴油机的实际转速，并与控制器内所存储的该模式下的柴油机目标转速相比较，若实际转速与目标转速之差在一定范围内，则认为柴油机负荷匹配；若转速差达到一定数值，说明柴油机超载(负载过轻)，则通过相应机构减小(增加)液压泵排量以减小(增大)柴油机负载，直至柴油机转速恢复至目标转速附近。从转速感应节能控制***节能原理中可以看出，该***本身就是一个与节能要求在很大程度上相矛盾的理论：只有当检测到柴油机输出轴转速变化达到一定数值后，才对柴油机负载进行调节。另外，利用柴油机转速变化作为工程机械负载识别依据，还存在实时性不高的问题。所以，工程机械转速感应电子节能控制***，只能实现一定程度的功率匹配，不可能从根本上实现工程机械的节能控制。这也是为什么当前工程机械整机节能效果不很明显的原因。

压力(功率)感应电子节能控制***，自动识别依据是油泵出口压力变化。根据识别结果及一定控制策略，直接自动调节柴油机油门位置和液压泵排量。利用压力P进行工程机械节能控制，要比采用转速n进行控制响应速度快，实时性强。但这种控制***根据液压***压力P，直接就调节柴油机油门开度和液压泵排量。调节油门开度就相当于调节柴油机转速，结果是柴油机转速随着外负载的变化而变化。显然，这将使柴油机转速波动更为剧烈，能量损失更大。而对柴油机而言，实际工作中，频繁改变油门位置并不能很好解决柴油机输出功率与负载的匹配问题，相反不利于柴油机稳定工作，反而使能耗更为严重，甚至影响柴油机寿命。另外，柴油机动力***是大时滞***，油门开度调节和泵排量调节并不能保持同步，因此，采用这种控制***并不能达到预期的节能目的。这种节能控制***在实践中没有应用。

液压***内部的节能控制方式对工程机械节节能效果的影响。工程机械液压***一般都同时采用几种节能控制***，如恒功率控制、正/负流量控制、负荷传感控制、压力切断控制等。目前所有传统工程机械恒功率变量泵控制***，是在假设柴油机转速不变的前提下，理论上的恒功率控制***。在实现形式上，多采用复合弹簧或比例电磁铁与恒功率调节弹簧等控制结构，来近似实现恒功率调节，恒功率调节精度低；主泵性能为一条或若干条由不同斜率直线构成的近似恒功率双曲线，如附图3、4、5所示。挖掘工作前，首先选定特定动力模式下的恒功率控制曲线。挖掘工作过程中，恒功率控制是选定恒功率曲线下液压***压力和流量参数的极限约束条件。只有当泵压力和流量乘积达到设定功率时，恒功率控制才起作用，且由于转速是变化的，实质近似为恒阻力矩控制。当压力和流量乘积没有达到功率约束时，恒功率控制不起作用，柴油机阻力矩、转速随外负载变化而变化，耗油量增加。其他控制方式下，柴油机阻力矩均随负载变化而变化。

申请号为200510200185.1、公开号为CN1651665A公布的名为：“工程机械全功率控制***及方法”，其节能原理仍然是基于转速感应电子节能控制***。与传统转速感应电子节能控制***的不同之处是，在液压泵出口增加了前馈-反馈调节器，改进了控制算法，采用二维模糊控制算法对主泵压力和主泵负流量压力进行运算，采用PID算法对柴油机转速检测数据进行运算，两种算法输出结果迭加后驱动电液比例阀，调节泵排量调节以达到功率匹配。由于该控制***基本节能原理没有突破，因此仍然不能达到真正意义上的节能。

发明内容

本发明的目的就是针对已有技术中存在的不足之处，提供一种工程机械节能控制方法，实现真正意义上的节能控制。

本发明的另一目的是提供一种压力感应排量直接补偿柴油机恒阻力矩节能控制***，采用电子控制方式取代机械控制方式。能控保证在每一工况下，实现柴油机恒阻力矩、恒转速、恒功率运行且输出功率完全被液压泵吸收，实现了真正意义上对节能。同时，通过过对柴油机实行恒阻力矩控制，可以把柴油机阻力矩匹配在其特性曲线上的位置提高甚至匹配在最大功率扭矩附近，减少柴油机防过载扭矩储备，充分发挥柴油机的动力性和经济性，而不必担心柴油机过载熄火。同时满足环保要求。

保持柴油机转速稳定，应该是保持柴油机阻力矩稳定。柴油机在恒阻力矩作用下，转速就会始终保持不变。本节能控制***发明的出发点就是对引起柴油机转速发生变化的柴油机阻力矩进行恒阻力矩控制。

本发明节能控制原理：柴油机阻力矩M与液压***压力P与泵排量Vb之间的关系是：

M＝P×Vb；

因此，对柴油机进行恒阻力矩控制，需要泵排量Vb随压力P变化自动按反比例曲线规律变化，即当压力P变化范围在泵排量Vb调节范围内时，由负载变化引起的液压***压力P的变化，能从泵排量Vb自动按恒转矩规律调整中得到补偿。此时，主泵特性曲线如图2所示，由公式(1)可知，主泵及柴油机是真正的恒阻力矩曲线。

本发明的具体技术方案是：一种工程机械节能控制方法，其特征是通过对柴油机实行恒阻力矩控制，把柴油机阻力矩匹配在其特性曲线上的位置提高甚至匹配在最大功率扭矩附近，以减少柴油机防过载扭矩储备，达到柴油机发挥最大的动力性和经济性并不熄火，具体是：

1)对主泵出口压力进行检测，将检测结果送到压力感应排量直接补偿柴油机恒阻力矩电子节能控制器；

2)压力感应排量直接补偿柴油机恒阻力矩电子节能控制器根据主泵出口压力，根据选定恒阻力矩变化规律，进行数据处理、输出排量控制信号驱动主泵排量控制机构及主泵排量变量机构，对主泵排量进行调整。

一种压力感应排量直接补偿柴油机恒阻力矩节能控制***，其特征是包括设置在主泵出口用于检测主泵出口压力的压力传感器，压力感应排量直接补偿柴油机恒阻力矩电子节能控制器，所述的压力传感器与所述的控制器连接；还包括用于对泵的排量进行调整的泵排量变量机构和泵排量控制机构，泵排量变量机构和泵排量控制机构依次串联在主泵和排量调节泵之间，泵排量控制机构还与压力感应排量直接补偿柴油机恒阻力矩电子节能控制器的输出端连接；压力感应排量直接补偿柴油机恒阻力矩电子节能控制器根据输入的主泵出口压力和恒阻力矩变化规律进行数据处理、输出排量控制信号驱动泵排量控制机构，对主泵排量进行调整。在压力感应排量直接补偿柴油机恒阻力矩电子节能控制器中，根据各工况动力性或经济性要求，预先存储有若干条柴油机恒阻力矩工作曲线，即主泵出口压力与主泵排量按反比例关系变化的工作曲线。

本发明的优点是：压力感应排量直接补偿柴油机恒阻力矩电子节能控制***，在节能原理上，优于转速感应电子节能控制***和压力(功率)感应电子节能控制***。在负载阻力急剧大幅变化情况下，实现对主泵及柴油机的恒阻力矩、恒转速、恒功率运行且输出功率完全被液压泵吸收。实现了真正意义上的节能。另外，通过对柴油机实行恒阻力矩控制，可以把柴油机阻力矩匹配在其特性曲线上的位置提高甚至匹配在最大功率扭矩附近，可以减少柴油机防过载扭矩储备，充分发挥柴油机的动力性和经济性。而不必担心柴油机过载熄火。而且符合环保要求。同时控制器该还可利用液压***其他节能控制方式，以及柴油机转速、油门位置等信息，对压力P值超出泵排量V_b调节范围的复杂工况进行综合控制，以尽可能维持柴油机稳定运行。

附图说明

图1是本发明的原理示意图；

图2是本发明的主泵性能曲线；

图3是复合弹簧控制的恒功率控制液压***主泵特性曲线；

图4是比例电磁铁控制的恒功率控制液压***主泵特性曲线；

图5是恒功率调节弹簧控制的恒功率控制液压***主泵特性曲线。

具体实施方式

如图1所示，柴油机输出轴与泵轴为刚性联结。也可经传动机构联结。压力感应排量直接补偿柴油机恒阻力矩电子节能控制***包括有：

1、两个主泵压力传感器：即压力传感器P1和压力传感器P2，对主泵出口压力进行检测；

2、泵排量变量机构和泵排量控制机构，对泵排量进行调整。排量控制机构可为电液比例减压阀，泵排量控制机构为变量缸；

3、在主泵出口和主泵变量机构之间连接有压力感应排量直接补偿柴油机恒阻力矩电子节能控制器。该控制器为一微处理器或计算机，根据各工况动力性或经济性要求，预先存储有若干条柴油机恒阻力矩工作曲线，即主泵出口压力与主泵排量按双曲线关系变化的工作曲线。

工作时，由人工根据具体工况、工作要求选择适当工作模式，对柴油机来说是选择阻力矩在其特性曲线上的匹配点，即驱动力矩，对液压泵而言是选择恒阻力矩工作双曲线。挖掘时，由恒阻力矩控制器根据压力变化自动控制泵排量按相应恒阻力矩工作双曲线变化。

具体控制方法是：

(1)压力传感器P1和压力传感器P2对主泵出口压力进行检测，将检测结果送到压力感应排量直接补偿柴油机恒阻力矩电子节能控制器；

(2)压力感应排量直接补偿柴油机恒阻力矩电子节能控制器根据主泵出口压力，根据选定恒阻力矩变化规律，进行数据处理、输出排量控制信号，实时改变泵排量控制机构(如电液比例减压阀)的控制电流的大小，以改变排量控制机构(电液比例减压阀)的输出流量，进而控制主泵的变量机构，使主泵排量发生相应变化。

从图2可以看出，该电子节能制***可以实现全工况下的主泵及柴油机恒阻力矩控制、恒转速、恒功率运行且输出功率完全被液压泵吸收，实现了真正意义上对节能。另外，通过对柴油机实行恒阻力矩控制，可以把柴油机阻力矩匹配在其特性曲线上的位置提高甚至匹配在最大功率扭矩附近，可以减少柴油机防过载扭矩储备，充分发挥柴油机的动力性和经济性。而不必担心柴油机过载熄火。同时了满足环保要求。

Claims

1.一种工程机械节能控制方法，其特征是通过对柴油机实行恒阻力矩控制，把柴油机阻力矩匹配在其特性曲线上的位置提高甚至匹配在最大功率扭矩附近，以减少柴油机防过载扭矩储备，达到柴油机发挥最大的动力性和经济性并不熄火，具体是：

1)对主泵出口压力进行检测，将检测结果送到压力感应排量直接补偿柴油机恒阻力矩电子节能控制器；所述的压力感应排量直接补偿柴油机恒阻力矩电子节能控制器是一微处理器，根据各工况动力性或经济性要求，其中预先存储有若干条柴油机恒阻力矩工作曲线，即主泵出口压力与主泵排量按反比例关系变化的工作曲线；

2)压力感应排量直接补偿柴油机恒阻力矩电子节能控制器根据主泵出口压力，根据选定恒阻力矩变化规律，进行数据处理、输出排量控制信号驱动主泵排量控制机构及主泵排量变量结构，对主泵排量进行调整。

2.一种压力感应排量直接补偿柴油机恒阻力矩节能控制***，其特征是包括设置在主泵出口用于检测主泵出口压力的压力传感器，压力感应排量直接补偿柴油机恒阻力矩电子节能控制器，所述的压力感应排量直接补偿柴油机恒阻力矩电子节能控制器是一微处理器，根据各工况动力性或经济性要求，其中预先存储有若干条柴油机恒阻力矩工作曲线，即主泵出口压力与主泵排量按反比例关系变化的工作曲线；所述的压力传感器与所述的控制器连接；还包括用于对泵的排量进行调整的泵排量变量机构和泵排量控制机构，泵排量变量机构和泵排量控制机构依次串联在主泵和排量调节泵之间，泵排量控制机构还与压力感应排量直接补偿柴油机恒阻力矩电子节能控制器的输出端连接；压力感应排量直接补偿柴油机恒阻力矩电子节能控制器根据输入的主泵出口压力和恒阻力矩变化规律进行数据处理、输出排量控制信号驱动泵排量控制机构，对主泵排量进行调整。