CN201858030U - 工程机械的发动机转速控制装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种工程机械的发动机转速控制装置，包括转速给定装置（1）、控制器（2）和驱动机构，转速给定装置（1）通过控制器（2）与驱动机构相连并通过驱动机构驱动油门控制杆（4）控制发动机（5）的转速，控制器（2）与一个用于检测油门控制杆（4）当前转角的转角传感器（22）相连，控制器（2）根据转速给定装置（1）输出的目标转速和油门控制杆（4）的当前转角输出控制信号至所述驱动机构。本实用新型根据发动机的工况实现实时、准确、稳定的转速控制，具有速度控制精确及时、控制平稳、电机负载小、使用寿命长的优点。

Description

工程机械的发动机转速控制装置
技术领域
本实用新型涉及工程机械领域，具体涉及一种工程机械的发动机转速控制装置。
背景技术
转速控制装置被广泛的应用于工程机械发动机，当工程机械在不同的施工工况时，发动机需要对外提供不同的功率，需要通过转速控制装置将发动机转速调节至所需要的速度。目前，广泛采用步进电机驱动机械连杆伸缩带动油门控制杆旋转从而改变发动机转速。如图1所示，传统的转速控制装置包括转速给定装置1、控制器2和驱动机构，转速给定装置1通过控制器2与驱动机构相连并通过驱动机构驱动油门控制杆4控制发动机5的转速，控制器2包括检测发动机5的当前转速的转速传感器21，转速给定装置1给出目标速度，控制器2根据目标速度并根据工程机械运动速度的输出控制信号至驱动机构。其中，驱动机构包括电机302、机械连杆303和拉线304，电机302通过电机驱动器301与控制器2相连，拉线304与油门控制杆4相连，电机302带动机械连杆303伸缩，进而带动拉线304伸缩带动油门控制杆4旋转以调节发动机5的转速。
但是，这种转速控制装置的油门控制杆4绕一轴心旋转，使得机械连杆303和电机302的轴受一定的径向力，在振动剧烈的工程机械上容易出现机械连杆303或电机302的轴发生断裂的情况，导致整个装置寿命短、故障多，影响甚至中断工程机械的施工，而且，这种转速控制装置采用速度单闭环控制的方法，当油门控制杆4和机械连杆303、电机302的轴等存在间隙时，将有速度调节滞后的现象，造成实际转速波动大。针对此问题，也出现过一些改进措施：1、采用液压油缸活塞杆直接带动油门控制杆，油缸支座可绕安装支座旋转，增强了驱动机构的强度和负载能力。但是油管连接繁琐，且动作较电气控制慢。2、采用较大轴径的电机和加大机械连杆的尺寸，以增强径向承载能力。而这种方法必需加大电机的功率，否则会有过载烧毁电机的危险。3、采用电机带软轴的方法，然而软轴伸缩位移不易检测，不便于精确控制，均无法满足工程机械的发动机转速控制的需要。
实用新型内容
本实用新型针对上述现有技术的缺点，提供一种能够根据发动机的不同工况实时、准确、稳定的调整转速至需要值，速度控制精确及时、控制平稳、电机负载小、使用寿命长的工程机械的发动机转速控制装置。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种工程机械的发动机转速控制装置，包括转速给定装置、控制器和驱动机构，所述转速给定装置通过控制器与驱动机构相连并通过驱动机构驱动油门控制杆控制发动机的转速，所述控制器与一个用于检测油门控制杆当前转角的转角传感器相连，所述控制器根据转速给定装置输出的目标转速和油门控制杆的当前转角输出控制信号至所述驱动机构。
作为本实用新型工程机械的发动机转速控制装置的进一步改进：
所述控制器包括速度控制单元、转角控制单元和用于检测发动机当前转速的转速传感器，所述速度控制单元分别与转速给定装置和转速传感器相连并根据目标转速和当前转速输出设定转角信号至转角控制单元，所述转角控制单元分别与速度控制单元和转角传感器相连并根据所述设定转角和当前转角输出控制信号至所述驱动机构。
所述驱动机构包括相互连接的电机驱动器和电机，所述电机驱动器的控制信号输入端与所述转角控制单元的输出端相连，所述电机的输出端与油门控制杆相连。
所述驱动机构还包括减速机构，所述电机通过减速机构与油门控制杆相连。
所述驱动机构还包括安装座，所述电机和减速机构均固设于安装座上。
所述电机为步进电机。
本实用新型具有下述优点：本实用新型的控制器通过转角传感器和驱动机构实现了对油门控制杆的闭环控制，使得机械间隙和外界负载扰动的影响减到最小，优化了控制方法，改善了其转速调节控制性能。本实用新型还能够通过转速传感器和转角传感器一起实现基于速度和角度的双闭环控制，可以根据发动机的不同工况快速、精确、稳定的调整转速至需要值，速度控制精确及时、控制平稳；电机通过减速机构与油门控制杆相连，三个部件的受力处于同一方向，动作更加灵活，电机和减速机构不受径向拉力，电机负载小，且提高了装置的寿命；电机和减速机构均固设于一个安装座上，电机和减速机构之间没有相对振动，有利于保证速度调节的平稳度。
附图说明
图1为现有技术的框架结构示意图；
图2为本实用新型实施例的框架结构示意图；
图3为本实用新型实施例的双闭环控制结构示意图；
图4为本实用新型实施例驱动机构的安装结构示意图；
图5为本实用新型实施例的控制器的控制流程示意图。
图例说明：1、转速给定装置；2、控制器；21、转速传感器；22、转角传感器；23、速度控制单元；231、速度调节器；24、转角控制单元；241、转角调节器；301、电机驱动器；302、电机；303、机械连杆；304、拉线；31、减速机构；32、安装座；33、联轴器；4、油门控制杆；5、发动机。
具体实施方式
如图2所示，本实用新型实施例的工程机械的发动机转速控制装置包括转速给定装置1、控制器2和驱动机构，转速给定装置1通过控制器2与驱动机构相连并通过驱动机构驱动油门控制杆4控制发动机5的转速，控制器2与一个用于检测油门控制杆4当前转角的转角传感器22相连，控制器2根据转速给定装置1输出的目标转速和油门控制杆4的当前转角输出控制信号至驱动机构。
如图3所示，本实施例的控制器2包括速度控制单元23、转角控制单元24和用于检测发动机5当前转速的转速传感器21，速度控制单元23分别与转速给定装置1和转速传感器21相连并根据目标转速和当前转速输出设定转角信号至转角控制单元24，转角控制单元24分别与速度控制单元23和转角传感器22相连并根据设定转角和当前转角输出控制信号至驱动机构。
本实施例中，速度控制单元23包括速度调节器231，速度调节器231用于根据目标转速、当前转速通过预设算法获取用于控制转角控制单元24的设定转角；转角控制单元24包括转角调节器241，转角调节器241用于根据设定转角、当前转角通过预设算法获取用于控制驱动机构的驱动信号。驱动机构包括相互连接的电机驱动器301和电机302，电机驱动器301的控制信号输入端与转角控制单元24的输出端相连，电机302的输出端与油门控制杆4相连，电机302通过电机驱动器301接收转角控制单元24输出的转角控制指令控制油门控制杆4的转角。本实施例中电机302采用步进电机，用于控制驱动机构的驱动信号为脉冲信号。
如图4所示，本实施例中，驱动机构还包括减速机构31、安装座32和联轴器33。电机302通过减速机构31与油门控制杆4相连；电机302和减速机构31均固设于安装座32上，用于防止电机302和减速机构31之间发生相对振动；减速机构31通过联轴器33与油门控制杆4相连；转速传感器21安装于发动机5的飞轮附近。
如图5所示，本实施例的制器2的控制步骤如下：
1）首先，假定当前发动机5上转速传感器21输出转速为ncurrent，而由转速给定装置1给出的目标转速为naim。
2）控制器2对两者进行差值计算得到Δn=|naim-ncurrent|。
3）控制器2对Δn与预先设定的εn进行比较：如果Δn≤εn，则退出控制程序进入步骤8）；如果Δn＞εn,则进入下一步骤4）。
4）控制器2内程序开始调用速度调节器231，将ncurrent、naim两个参数输入到速度调节器231，速度调节器231按照预定的速度调节算法，计算得出发动机5的油门控制杆4应达到的设定转角Θset，速度调节器231起着反馈控制的外环调节作用。
5）控制器2对设定转角Θset和实时检测到的当前转角Θcurrent进行差值计算得到ΔΘ=|Θset-Θcurrent|。
6）控制器2对ΔΘ与预先设定的εΘ进行比较：如果ΔΘ≤εΘ，则进入步骤3）；如果ΔΘ＞εΘ，则进入下一步骤7）。
7）控制器2内程序开始调用转角调节器241，将Θset、Θcurrent两个参数输入到转角调节器241，转角调节器241按照预定的角度调节算法，计算得出电机302应动作的脉冲，并输出到电机驱动器301驱动电机302动作，经过减速机构31从而控制油门控制杆4转动，转角调节器241起着反馈控制的内环调节作用。
接着控制器2返回上述步骤6）。
8）在本步骤中，由于Δn≤εn，满足了机器的要求，达到了调节的效果，则控制器2结束控制。
从上面的描述可以看出：在调节过程中或者等待过程中，电机302、油门控制杆4、减速机构31之间动作灵活，且不存在径向拉力，因此有效的保护了电机302和相关的机械连接部件，同时速度和角度（位置）的双闭环控制，使得机械间隙和外界负载扰动的影响减到最小，优化了控制方法，改善了其性能。为了描述方便，本实施例驱动机构采用步进电机实现，此外在工程机械中也可以采用电控比例阀控制液压马达实现。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种工程机械的发动机转速控制装置，包括转速给定装置（1）、控制器（2）和驱动机构，所述转速给定装置（1）通过控制器（2）与驱动机构相连并通过驱动机构驱动油门控制杆（4）控制发动机（5）的转速，其特征在于：所述控制器（2）与一个用于检测油门控制杆（4）当前转角的转角传感器（22）相连，所述控制器（2）根据转速给定装置（1）输出的目标转速和油门控制杆（4）的当前转角输出控制信号至所述驱动机构。
2.根据权利要求1的工程机械的发动机转速控制装置，其特征在于：所述控制器（2）包括速度控制单元（23）、转角控制单元（24）和用于检测发动机（5）当前转速的转速传感器（21），所述速度控制单元（23）分别与转速给定装置（1）和转速传感器（21）相连并根据目标转速和当前转速输出设定转角信号至转角控制单元（24），所述转角控制单元（24）分别与速度控制单元（23）和转角传感器（22）相连并根据所述设定转角和当前转角输出控制信号至所述驱动机构。
3.根据权利要求2的工程机械的发动机转速控制装置，其特征在于：所述驱动机构包括相互连接的电机驱动器（301）和电机（302），所述电机驱动器（301）的控制信号输入端与所述转角控制单元（24）的输出端相连，所述电机（302）的输出端与油门控制杆（4）相连。
4.根据权利要求3的工程机械发动机转速控制装置，其特征在于：所述驱动机构还包括减速机构（31），所述电机（302）通过减速机构（31）与油门控制杆（4）相连。
5.根据权利要求4的工程机械发动机转速控制装置，其特征在于：所述驱动机构还包括安装座（32），所述电机（302）和减速机构（31）均固设于安装座（32）上。
6.根据权利要求3或4或5的工程机械发动机转速控制装置，其特征在于：所述电机（302）为步进电机。
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