CN102976222A - 工程机械及液压***投入负载功率控制设备、方法、*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及工程机械及液压***投入负载功率控制设备、方法、***。所述液压***包括电控阀，该投入负载功率控制设备包括：接收装置，用于接收负载工况；控制装置，根据所述负载工况选择对应的发动机负载率，根据该发动机负载率计算出控制所述电控阀的电流，并输出该电流至所述电控阀。本发明可以根据负载工况的变化选择相应的发动机负载率，从而可以优化发动机的投入负载功率，从而节约了能量，并能够使发动机安全运行。

Description

工程机械及液压***投入负载功率控制设备、方法、***

技术领域

本发明涉及工程机械领域，尤其涉及工程机械及液压***投入负载功率控制设备、方法、***。 

背景技术

图1A和图1B为现有技术液压***原理。图1A为主动投入负载部分，图1B闭式卷扬***部分。液压***可以包括油泵1（例如，可为负载敏感泵）、溢流阀2和多路阀4。图1A中，油泵1的出油口与多路阀4的进油口连接，所述多路阀4的一个工作油口通过多路阀换向与所述换向阀3的进油口连接，所述换向阀的出油口与其他执行机构连接，所述换向阀3的溢油口与溢流阀2连接。油泵1向多路阀4（例如电液比例多路阀）供油，多路阀4通过改变控制电流的大小改变其阀芯的开度，从而改变进入换向阀3的流量，换向阀3（例如插装式换向阀）用于其他执行机构9（例如空闲的执行机构）动作与投入负载的选择，溢流阀2用于设定投入负载回路的压力，通过溢流阀2的不断的溢流消耗功率，来平衡卷扬***的超越负载。图1B中，闭式泵6驱动卷扬马达8上升或下降，补油泵5用于补偿因闭式卷扬***的泄漏损失的液压油，缓冲补油阀7用于缓冲闭式卷扬***产生的冲击及补偿因闭式卷扬***的泄漏损失的液压油。 

由于闭式卷扬***的超越负载随起升重物的重量、惯性力及风力等因素的影响而动态变化，而投入负载功率根据实验数据确定。出于安全的考虑，现有技术中为了防止发动机“飞车”，一般在某个起升吨位区间给定一个偏大的固定发动机负载率，导致发动机负载率无法随着工况的变化而变化，从而造成极大的能量损失。 

发明内容

本发明的目的是提供一种工程机械及液压***投入负载功率控制设备、方法、***，其可以解决现有技术中发动机负载率不随工况变化而造成的能量损失的问题。 

本发明提供了一种工程机械液压***投入负载功率控制设备，所述液压***包括电控阀，该控制设备包括：接收装置，用于接收工程机械的负载工况；控制装置，根据所述负载工况选择对应的发动机负载率，根据该发动机负载率计算出控制所述电控阀的电流，并输出该电流至所述电控阀。 

相应地，本发明还提供了一种工程机械液压***投入负载功率控制方法，所述液压***包括电控阀，该控制方法包括：接收工程机械的负载工况；以及根据所述负载工况选择对应的发动机负载率，根据该发动机负载率计算出控制所述电控阀的电流，并根据该电流控制所述电控阀。 

相应地，本发明还提供了一种工程机械液压***投入负载功率控制***，该***包括：检测装置，用于检测工程机械的负载工况；以及所述的控制设备。 

相应地，本发明还提供了一种工程机械，该工程机械包括所述的控制***。 

相应地，本发明还提供了一种工程机械，该工程机械包括检测装置和所述的控制设备；所述检测装置用于检测所述负载工况；所述液压***还包括连接在所述多路阀与所述溢流阀之间的换向阀，该换向阀包括进油口、出油口和溢油口，其中：所述多路阀的一个工作油口与所述换向阀的进油口连接，所述换向阀的出油口与其他执行机构连接，所述换向阀的溢油口与所述溢流阀连接。 

本发明可以根据工程机械的负载工况的变化选择相应的发动机负载率， 从而可以优化发动机的投入负载功率，从而节约了能量，并能够使发动机安全运行。 

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。 

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中： 

图1A是液压***的主动投入负载部分示意图； 

图1B是液压***的闭式卷扬***部分示意图； 

图2是本发明提供的工程机械液压***投入负载功率控制设备结构示意图； 

图3是本发明提供的工程机械液压***投入负载功率控制流程图； 

图4是本发明提供的工程机械液压***投入负载功率控制***结构示意图。 

附图标记说明 

1油泵          6闭式泵 

2溢流阀        7缓冲补油阀 

3换向阀        8卷扬马达 

4多路阀        9其他执行机构 

5补油泵        100接收装置 

200控制装置    300检测装置 

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是， 此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。 

图2是本发明提供的工程机械液压***投入负载功率控制设备的结构示意图。如图2所示，该控制设备包括：接收装置100，用于接收工程机械的负载工况；控制装置200，根据所述负载工况选择对应的发动机负载率，根据该发动机负载率计算出控制电控阀的电流，并输出该电流至所述电控阀。电控阀可以是能够通过电信号来调整流量或者压力的阀，例如多路阀4或溢流阀2等。本发明中为了防止出现“飞车”，需要根据工程机械的负载工况来确定投入负载功率。一般地，投入负载功率为压力与流量的乘积，具体而言，本实施例的投入负载功率为通过溢流阀的溢流消耗的功率，因此投入负载功率为溢流阀的压力与流经溢流阀的流量的乘积。本发明中，在确定需要投入的负载功率后，就可以根据下述三种方式实现稳定的投入负载功率：1、设定压力（例如溢流阀2的压力），改变流量（例如多路阀的流量），使得压力与流量的乘积与确定的投入负载功率相同；2、设定流量（例如多路阀4的流量），改变压力值（例如溢流阀2的压力），使得流量与压力的乘积与确定的投入负载功率相同；3、同时改变压力（例如溢流阀2的压力）以及流量（例如多路阀4的流量），但使流量与压力的乘积与确定的投入负载功率相同。藉此，可以根据工程机械的负载工况选择对应的发动机负载率，从而可以得到多路阀4对应的电流，即可根据该电流控制多路阀的开度来控制油的流量，使根据该流量与溢流阀设定的压力的乘积所确定的投入负载功率能够保证发动机负载率大于或等于零；或者可以根据工程机械的负载工况选择对应的发动机负载率，从而可以得到溢流阀2对应的电流，即可根据该电流控制溢流阀2的开度来控制溢流阀2的压力，使根据该压力与多路阀4设定的流量的乘积所确定的投入负载功率能够保证发动机负载率大于或等于零；或者可以根据工程机械的负载工况选择对应的发动机负载率，从而可以得到溢 流阀2以及多路阀4对应的电流，即可根据该电流控制溢流阀2以及多路阀4的开度来控制溢流阀2的压力以及多路阀4的流量，使根据溢流阀的压力与多路阀4的流量的乘积所确定的投入负载功率能够保证发动机负载率大于或等于零。通过上述的方案，可以防止“飞车”，并应地可以使发动机投入的负载功率可以得到优化，因而减少不必要的能量消耗。 

通过以上的描述可知，为了投入负载功率，需要对多路阀4和/或溢流阀2进行控制，而多路阀4和溢流阀2存在不同的类型，为了简单起见，本发明中以电比例多路阀作为示例进行说明，并在示例中设定了溢流阀的压力。需要说明的是，此处的电比例多路阀仅用作示例而非对本发明的限制。 

具体而言，下面的式（1）为发动机负载率的计算公式，由于固定负载P_s远远小于重物负载下降时产生的功率P_m，因此为了保证η大于零或者更大，必须要投入一定的负载功率以防止发送机出现“飞车”。 

$\mathrm{\η}=\frac{P_t+P_s-P_m}{P_p}---\left(1\right)$

式（1）中，η：发动机负载率，P_t：投入负载功率；P_s：固定负载所需功率（如散热器所需功率、多路阀二通压力补偿阀所需功率等）；P_m：重物负载下降时产生的功率；P_p：发动机额定功率； 

P_t＝PQ                      （2） 

式（2）中，P_t：投入负载功率；P：溢流阀的设定压力；Q：电比例多路阀的流量。 

P_m＝(P_H-P_L)V_mn_mη_m          （3） 

式（3）中，P_H：卷扬马达高压腔压力；P_L：卷扬马达低压腔压力；V_m：卷扬马达的排量；n_m：卷扬马达的转速；η_m：卷扬马达的效率。 

控制装置为了得到电比例多路阀的控制电流值，需要得到电比例多路阀的计算流量。式（2）涉及电比例多路阀的流量，由于式（2）中溢流阀设定 压力P已知，也就是说接收装置可以接收到该溢流阀设定压力P，因而只要知道投入负载功率P_t就可以计算出电比例多路阀的流量Q。进一步地，式（1）中，只有投入负载功率P_t和发动机负载率η是未知量，而固定负载所需功率P_s、重物负载下降时产生的功率P_m、以及发动机额定功率P_p已知，其中重物负载下降时产生的功率P_m可以根据式（3）计算出来，这意味着接收装置可以收到固定负载所需功率P_s、重物负载下降时产生的功率P_m、以及发动机额定功率P_p，因此只要知道发动机负载率η就可以计算出投入负载功率P_t，从而再利用式（2）计算出电比例多路阀的流量Q，并根据电比例多路阀的Q/I特性曲线得到相应的电流，并向电比例多路阀输出。 

以上的实现方式是通过固定压力值，通过电比例多路阀的电流来调整流量值以获得相应的投入负载功率。作为替换，也可以固定流量值，根据所需的压力，通过溢流阀的压力与电流之间的关系得到相应的电流，从而根据该电流来调整溢流阀的压力值获得相应的投入负载功率。作为替换，可以不固定溢流阀的压力值和电比例多路阀的流量值，只是通过调整电流来保证电比例多路阀的流量和溢流阀的压力的乘积与所需的投入负载功率相同，也可以实现本发明。 

优选地，所述的发动机负载率为根据工程机械的负载工况选取的经验值。优选地，所选择的发动机负载率优选为根据经验值得到的最优发送机负载率。 

优选地，所述工程机械的负载工况包括发动机额定转速工况、额定起重量工况以及吊臂滑轮组倍率工况等参数。本领域技术人员可以理解的是，本领域技术人员可以根据要求考察作为工程机械的负载工况的不同参数，也就是说工程机械的负载工况可以不限于所述工程机械的负载工况包括发动机额定转速工况、额定起重量工况以及吊臂滑轮组倍率工况。 

优选地所述工程机械的负载工况与最优的发动机负载率的对应关系如下表： 

典型的工程机械的负载工况与最优的发动机负载率对应关系 

“——”表示无需投入负载功率 

优选地，所述多路阀为电比例多路阀。对于本领域技术人员而言，可以选用适于液压***的各种多路阀来完成本发明，因此本发明的多路阀不限于电磁电比例多路阀。 

相应地，本发明提供了一种工程机械液压***投入负载功率控制方法，该控制方法包括：接收工程机械的负载工况；以及根据所述负载工况选择最优的发动机负载率，根据该发动机负载率计算出控制电控阀的电流，并根据该电流控制所述电控阀。有关该控制方法的具体细节与益处与上述控制设备相对应，于此不再赘述。 

具体而言，图3示出了本发明提供的工程机械液压***投入负载功率控制流程图。在该流程中，根据工程机械的负载工况选择相应的发动机负载率（步骤101），然后利用式（1）计算出发动机需要投入的负载功率（因为此时式中仅有发动机投入负载功率为未知数，因此可以计算出发动机需要投入的负载功率）（步骤102）。此后，可以根据式（2）计算出多路阀4的流量（步骤103），最后根据多路阀4的流量/电流特性曲线得到相应的电流，并将该电流输出到多路阀4（步骤104）。藉此，发动机的投入负载功率可以得到优化。 

具体而言，上述的流程也参照上面的式（1）和式（2）来计算出多路阀的流量，并根据多路阀的Q/I特性曲线得到相应的电流并输出到多路阀。由于根据式（1），知道了发动机负载率η就可以得到投入负载功率P_t，并从而可以根据式（2）得到多路阀的流量，因此在步骤101中首先选取相应的发动机负载率η，从而可以在步骤102计算出投入负载功率P_t。在计算投入负载功率P_t的过程中所需的固定负载所需功率P_s、重物负载下降时产生的功率P_m、以及发动机额定功率P_p是已知的，因此完全可以根据式（1）计算出投入负载功率P_t。在得到投入负载功率P_t后，可以在步骤103中根据式（2）计算出多路阀的流量Q，并根据该多路阀的流量Q和多路阀Q/I特性曲线得到相应的电流并输出至该多路阀。该示例中，已经设定了溢流阀的压力，但该示例仅用于说明，并非对本发明的限制。 

需要说明的是，为了对本发明进行充分的说明，给出了上述的式（1）和式（2），但该公式仅用于示例的目的而并非限制，应当理解的是，本领域技术人员也可以根据其他的公式以及发动机负载率η来计算出输出至多路阀的电流。 

图4为本发明提供的工程机械液压***投入负载功率控制***的结构示意图。如图4所示，相应地，本发明还提供了一种工程机械液压***投入负 载功率控制***，该***包括：检测装置300，用于检测工程机械的负载工况；以及上述的控制设备。 

相应地，本发明还提供了一种工程机械，该工程机械包括上述的控制***。 

相应地，本发明还提供了一种工程机械，该工程机械包括检测装置和所述的控制设备；所述检测装置用于检测所述负载工况；所述液压***还包括连接在所述多路阀与所述溢流阀之间的换向阀，该换向阀包括进油口、出油口和溢油口，其中：所述多路阀的一个工作油口与所述换向阀的进油口连接，所述换向阀的出油口与其他执行机构连接，所述换向阀的溢油口与所述溢流阀连接。 

所述其他执行机构可以为副卷扬液压支路的中执行元件或配重液压支路中的执行元件。以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。 

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。 

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。 

Claims (11)

1.一种工程机械液压***投入负载功率控制设备，所述液压***包括电控阀，该控制设备包括：

接收装置，用于接收工程机械的负载工况；

控制装置，根据所述负载工况选择对应的发动机负载率，根据该发动机负载率计算出控制所述电控阀的电流，并输出该电流至所述电控阀。

2.根据权利要求1所述的控制设备，其特征在于，所述对应的发动机负载率为根据所述负载工况选取的经验值。

3.根据权利要求2所述的控制设备，其特征在于，所述负载工况包括发动机额定转速工况、额定起重量工况以及吊臂滑轮组倍率工况。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的控制设备，其特征在于，所述液压***还包括油泵、溢流阀和多路阀，所述油泵的出油口与所述多路阀的进油口连接，所述多路阀的一个工作油口与所述溢流阀连接，所述电控阀为该液压***的所述溢流阀和/或所述多路阀；

所述控制设备根据下式计算出所述溢流阀的压力和/或多路阀的流量：

$\mathrm{\η}=\frac{P_t+P_s-P_m}{P_p};$

P_t＝PQ；

其中，η为发动机负载率，P_t为投入负载功率，P_s为固定负载所需功率，P_m为重物负载下降时产生的功率，P_p为发动机额定功率，P为所述溢流阀的压力，Q为所述多路阀的流量；

根据所述溢流阀的压力P和/或所述多路阀的流量Q与电流之间的对应关系得到控制所述溢流阀和/或所述多路阀的电流。

5.一种工程机械液压***投入负载功率控制方法，所述液压***包括电控阀，该控制方法包括：

接收工程机械的负载工况；以及

根据所述负载工况选择对应的发动机负载率，根据该发动机负载率计算出控制所述电控阀的电流，并根据该电流控制所述电控阀。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述发动机负载率为根据所述负载工况选取的经验值。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述负载工况包括发动机额定转速工况、额定起重量工况以及吊臂滑轮组倍率工况。

8.根据权利要求5-7中任一项所述的控制方法，其特征在于，所述液压***还包括油泵、溢流阀和多路阀，所述油泵的出油口与多路阀的进油口连接，所述多路阀的一个工作油口与所述溢流阀连接，所述电控阀为该液压***的所述溢流阀和/或所述多路阀；

所述根据该发动机负载率计算出控制所述电控阀的电流包括根据下式计算出所述溢流阀的压力和/或所述多路阀的流量：

$\mathrm{\η}=\frac{P_t+P_s-P_m}{P_p};$

P_t＝PQ；

其中，η为发动机负载率，P_t为投入负载功率，P_s为固定负载所需功率，P_m为重物负载下降时产生的功率，P_p为发动机额定功率，P为所述溢流阀的压力，Q为所述多路阀的流量；

根据所述溢流阀的压力P和/或所述多路阀的流量Q与电流之间的关系得到控制所述溢流阀和/或所述多路阀的电流。

9.一种工程机械液压***投入负载功率控制***，该***包括：

检测装置，用于检测工程机械的负载工况；以及

根据权利要求1-4中任一项所述的控制设备。

10.一种工程机械，其特征在于，该工程机械包括根据权利要求9所述的控制***。

11.一种工程机械，其特征在于，该工程机械包括检测装置和根据权利要求4所述的控制设备；

所述检测装置用于检测所述负载工况；

所述液压***还包括连接在所述多路阀与所述溢流阀之间的换向阀，该换向阀包括进油口、出油口和溢油口，其中：

所述多路阀的一个工作油口与所述换向阀的进油口连接，所述换向阀的出油口与其他执行机构连接，所述换向阀的溢油口与所述溢流阀连接。

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