專(zhuān)利名稱(chēng)：工程機(jī)械節(jié)能控制方法和壓力感應(yīng)排量直接補(bǔ)償柴油機(jī)恒阻力矩節(jié)能控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工程機(jī)械節(jié)能控制方法和壓力感應(yīng)排量直接補(bǔ)償柴油機(jī)恒阻力矩節(jié) 能控制系統(tǒng)，屬工程機(jī)械的節(jié)能控制。
背景技術(shù)：
工程機(jī)械工作時(shí)，外負(fù)荷急劇大幅起落，造成柴油機(jī)輸出軸阻力矩、轉(zhuǎn)速大幅波動(dòng)， 是使柴油機(jī)實(shí)際輸出功率降低、耗油量增加的主要原因。保持柴油機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，是工程機(jī) 械功率匹配節(jié)能控制的共識(shí)。當(dāng)前工程機(jī)械節(jié)能控制，以挖掘機(jī)為例，主要在兩個(gè)方面進(jìn) 行。 一是柴油機(jī)與主泵環(huán)節(jié)的節(jié)能控制方式，主要是人工選擇動(dòng)力分工況控制。根據(jù)工作 過(guò)程中工況識(shí)別依據(jù)的不同，可分為目前普遍應(yīng)用的柴油機(jī)轉(zhuǎn)速感應(yīng)電子節(jié)能控制系統(tǒng)， 和理論上有所研究的壓力(功率)感應(yīng)電子節(jié)能控制系統(tǒng)兩種類(lèi)型。二是液壓系統(tǒng)內(nèi)部的 節(jié)能控制。
轉(zhuǎn)速感應(yīng)電子節(jié)能控制系統(tǒng)節(jié)能原理是當(dāng)工程機(jī)械在某種動(dòng)力模式下工作時(shí)，不斷 檢測(cè)柴油機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，并與控制器內(nèi)所存儲(chǔ)的該模式下的柴油機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速相比較，若實(shí) 際轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速之差在一定范圍內(nèi)，則認(rèn)為柴油機(jī)負(fù)荷匹配；若轉(zhuǎn)速差達(dá)到一定數(shù)值， 說(shuō)明柴油機(jī)超載(負(fù)載過(guò)輕)，則通過(guò)相應(yīng)機(jī)構(gòu)減小(增加)液壓泵排量以減小(增大) 柴油機(jī)負(fù)載，直至柴油機(jī)轉(zhuǎn)速恢復(fù)至目標(biāo)轉(zhuǎn)速附近。從轉(zhuǎn)速感應(yīng)節(jié)能控制系統(tǒng)節(jié)能原理中 可以看出，該系統(tǒng)本身就是一個(gè)與節(jié)能要求在很大程度上相矛盾的理論只有當(dāng)檢測(cè)到柴 油機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速變化達(dá)到一定數(shù)值后，才對(duì)柴油機(jī)負(fù)載進(jìn)行調(diào)節(jié)。另外，.利用柴油機(jī)轉(zhuǎn)速 變化作為工程機(jī)械負(fù)載識(shí)別依據(jù)，還存在實(shí)時(shí)性不高的問(wèn)題。所以，工程機(jī)械轉(zhuǎn)速感應(yīng)電 子節(jié)能控制系統(tǒng)，只能實(shí)現(xiàn)一定程度的功率匹配，不可能從根本上實(shí)現(xiàn)工程機(jī)械的節(jié)能控 制。這也是為什么當(dāng)前工程機(jī)械整機(jī)節(jié)能效果不很明顯的原因。
壓力(功率)感應(yīng)電子節(jié)能控制系統(tǒng)，自動(dòng)識(shí)別依據(jù)是油泵出口壓力變化。根據(jù)識(shí)別 結(jié)果及一定控制策略，直接自動(dòng)調(diào)節(jié)柴油機(jī)油門(mén)位置和液壓泵排量。利用壓力P進(jìn)行工程 機(jī)械節(jié)能控制，要比采用轉(zhuǎn)速n進(jìn)行控制響應(yīng)速度快，實(shí)時(shí)性強(qiáng)。但這種控制系統(tǒng)根據(jù)液 壓系統(tǒng)壓力P，直接就調(diào)節(jié)柴油機(jī)油門(mén)開(kāi)度和液壓泵排量。調(diào)節(jié)油門(mén)開(kāi)度就相當(dāng)于調(diào)節(jié)柴 油機(jī)轉(zhuǎn)速，結(jié)果是柴油機(jī)轉(zhuǎn)速隨著外負(fù)載的變化而變化。顯然，這將使柴油機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)更 為劇烈，能量損失更大。而對(duì)柴油機(jī)而言，實(shí)際工作中，頻繁改變油門(mén)位置并不能很好解 決柴油機(jī)輸出功率與負(fù)載的匹配問(wèn)題，相反不利于柴油機(jī)穩(wěn)定工作，反而使能耗更為嚴(yán)重，甚至影響柴油機(jī)壽命。另外，柴油機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)是大時(shí)滯系統(tǒng)，油門(mén)開(kāi)度調(diào)節(jié)和泵排量調(diào)節(jié) 并不能保持同步，因此，釆用這種控制系統(tǒng)并不能達(dá)到預(yù)期的節(jié)能目的。這種節(jié)能控制系 統(tǒng)在實(shí)踐中沒(méi)有應(yīng)用。
液壓系統(tǒng)內(nèi)部的節(jié)能控制方式對(duì)工程機(jī)械節(jié)節(jié)能效果的影響。工程機(jī)械液壓系統(tǒng)一般 都同時(shí)釆用幾種節(jié)能控制系統(tǒng)，如恒功率控制、正/負(fù)流量控制、負(fù)荷傳感控制、壓力切 斷控制等。目前所有傳統(tǒng)工程機(jī)械恒功率變量泵控制系統(tǒng)，是在假設(shè)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速不變的前 提下，理論上的恒功率控制系統(tǒng)。在實(shí)現(xiàn)形式上，多采用復(fù)合彈簧或比例電磁鐵與恒功率 調(diào)節(jié)彈簧等控制結(jié)構(gòu)，來(lái)近似實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)節(jié)，恒功率調(diào)節(jié)精度低；主泵性能為一條或若 干條由不同斜率直線構(gòu)成的近似恒功率雙曲線，如附圖3、 4、 5所示。挖掘工作前，首先
選定特定動(dòng)力模式下的恒功率控制曲線。挖掘工作過(guò)程中，恒功率控制是選定恒功率曲線 下液壓系統(tǒng)壓力和流量參數(shù)的極限約束條件。只有當(dāng)泵壓力和流量乘積達(dá)到設(shè)定功率時(shí)， 恒功率控制才起作用，且由于轉(zhuǎn)速是變化的，實(shí)質(zhì)近似為恒阻力矩控制。當(dāng)壓力和流量乘 積沒(méi)有達(dá)到功率約束時(shí)，恒功率控制不起作用，柴油機(jī)阻力矩、轉(zhuǎn)速隨外負(fù)載變化而變化， 耗油量增加。其他控制方式下，柴油機(jī)阻力矩均隨負(fù)載變化而變化。
申請(qǐng)?zhí)枮?00510200185.1、公開(kāi)號(hào)為CN1651665A公布的名為"工程機(jī)械全功率控 制系統(tǒng)及方法"，其節(jié)能原理仍然是基于轉(zhuǎn)速感應(yīng)電子節(jié)能控制系統(tǒng)。與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)速感應(yīng)電 子節(jié)能控制系統(tǒng)的不同之處是，在液壓泵出口增加了前饋-反饋調(diào)節(jié)器，改進(jìn)了控制算法， 采用二維模糊控制算法對(duì)主泵壓力和主泵負(fù)流量壓力進(jìn)行運(yùn)算，采用PID算法對(duì)柴油機(jī) 轉(zhuǎn)速檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，兩種算法輸出結(jié)果迭加后驅(qū)動(dòng)電液比例閥，調(diào)節(jié)泵排量調(diào)節(jié)以達(dá) 到功率匹配。由于該控制系統(tǒng)基本節(jié)能原理沒(méi)有突破，因此仍然不能達(dá)到真正意義上的節(jié) 能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)已有技術(shù)中存在的不足之處，提供一種工程機(jī)械節(jié)能控制方 法，實(shí)現(xiàn)真正意義上的節(jié)能控制。
本發(fā)明的另一目的是提供一種壓力感應(yīng)排量直接補(bǔ)償柴油機(jī)恒阻力矩節(jié)能控制系統(tǒng)， 采用電子控制方式取代機(jī)械控制方式。能控保證在每一工況下，實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)恒阻力矩、恒 轉(zhuǎn)速、恒功率運(yùn)行且輸出功率完全被液壓泵吸收，實(shí)現(xiàn)了真正意義上對(duì)節(jié)能。同時(shí)，通過(guò) 過(guò)對(duì)柴油機(jī)實(shí)行恒阻力矩控制，可以把柴油機(jī)阻力矩匹配在其特性曲線上的位置提高甚至 匹配在最大功率扭矩附近，減少柴油機(jī)防過(guò)載扭矩儲(chǔ)備，充分發(fā)揮柴油機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì) 性，而不必?fù)?dān)心柴油機(jī)過(guò)載熄火。同時(shí)滿(mǎn)足環(huán)保要求。
保持柴油機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，應(yīng)該是保持柴油機(jī)阻力矩穩(wěn)定。柴油^l在恒阻力矩作用下，轉(zhuǎn)速就會(huì)始終保持不變。本節(jié)能控制系統(tǒng)發(fā)明的出發(fā)點(diǎn)就是對(duì)引起柴油機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化的柴 油機(jī)阻力矩進(jìn)行恒阻力矩控制。
本發(fā)明節(jié)能控制原理:柴油機(jī)阻力矩M與液壓系統(tǒng)壓力P與泵排量Vb之間的關(guān)系是
M=PXVb;
因此，對(duì)柴油機(jī)進(jìn)行恒阻力矩控制，需要泵排量Vb隨壓力P變化自動(dòng)按反比例曲線 規(guī)律變化，即當(dāng)壓力P變化范圍在泵排量Vb調(diào)節(jié)范圍內(nèi)時(shí)，由負(fù)載變化引起的液壓系統(tǒng) 壓力P的變化，能從泵排量Vb自動(dòng)按恒轉(zhuǎn)矩規(guī)律調(diào)整中得到補(bǔ)償。此時(shí)，主泵特性曲線 如圖2所示，由公式(1)可知，主泵及柴油機(jī)是真正的恒阻力矩曲線。
本發(fā)明的具體技術(shù)方案是 一種工程機(jī)械節(jié)能控制方法，其特征是通過(guò)對(duì)柴油機(jī)實(shí)行
恒阻力矩控制，把柴油機(jī)阻力矩匹配在其特性曲線上的位置提高甚至匹配在最大功率扭矩 附近，以減少柴油機(jī)防過(guò)載扭矩儲(chǔ)備，達(dá)到柴油機(jī)發(fā)揮最大的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性并不熄火，
具體是
1) 對(duì)主泵出口壓力進(jìn)行檢測(cè)，將檢測(cè)結(jié)果送到壓力感應(yīng)排量直接補(bǔ)償柴油機(jī)恒阻力 矩電子節(jié)能控制器；
2) 壓力感應(yīng)排量直接補(bǔ)償柴油機(jī)恒阻力矩電子節(jié)能控制器根據(jù)主泵出口壓力，根據(jù) 選定恒阻力矩變化規(guī)律，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、輸出排量控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)主泵排量控制機(jī)構(gòu)及主泵 排量變量機(jī)構(gòu)，對(duì)主泵排量進(jìn)行調(diào)整。
一種壓力感應(yīng)排量直接補(bǔ)償柴油機(jī)恒阻力矩節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征是包括設(shè)置在主泵 出口用于檢測(cè)主泵出口壓力的壓力傳感器，壓力感應(yīng)排量直接補(bǔ)償柴油機(jī)恒阻力矩電子節(jié) 能控制器，所述的壓力傳感器與所述的控制器連接；還包括用于對(duì)泵的排量進(jìn)行調(diào)整的泵 排量變量機(jī)構(gòu)和泵排量控制機(jī)構(gòu)，泵排量變量機(jī)構(gòu)和泵排量控制機(jī)構(gòu)依次串聯(lián)在主泵和排 量調(diào)節(jié)泵之間，泵排量控制機(jī)構(gòu)還與壓力感應(yīng)排量直接補(bǔ)償柴油機(jī)恒阻力矩電子節(jié)能控制 器的輸出端連接;壓力感應(yīng)排量直接補(bǔ)償柴油機(jī)恒阻力矩電子節(jié)能控制器根據(jù)輸入的主泵 出口壓力和恒阻力矩變化規(guī)律進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、輸出排量控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)泵排量控制機(jī)構(gòu)，對(duì) 主泵排量進(jìn)行調(diào)整。在壓力感應(yīng)排量直接補(bǔ)償柴油機(jī)恒阻力矩電子節(jié)能控制器中，根據(jù)各 工況動(dòng)力性或經(jīng)濟(jì)性要求，預(yù)先存儲(chǔ)有若干條柴油機(jī)恒阻力矩工作曲線，即主泵出口壓力 與主泵排量按反比例關(guān)系變化的工作曲線。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是壓力感應(yīng)排量直接補(bǔ)償柴油機(jī)恒阻力矩電子節(jié)能控制系統(tǒng)，在節(jié)能 原理上，優(yōu)于轉(zhuǎn)速感應(yīng)電子節(jié)能控制系統(tǒng)和壓力(功率)感應(yīng)電子節(jié)能控制系統(tǒng)。在負(fù)載 阻力急劇大幅變化情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)主泵及柴油機(jī)的恒阻力矩、恒轉(zhuǎn)速、恒功率運(yùn)行且輸出 功率完全被液壓泵吸收。實(shí)現(xiàn)了真正意義上的節(jié)能。另外，通過(guò)對(duì)柴油機(jī)實(shí)行恒阻力矩控制，可以把柴油機(jī)阻力矩匹配在其特性曲線上的位置提高甚至匹配在最大功率扭矩附近， 可以減少柴油機(jī)防過(guò)載扭矩儲(chǔ)備，充分發(fā)揮柴油機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。而不必?fù)?dān)心柴油機(jī) 過(guò)載熄火。而且符合環(huán)保要求。同時(shí)控制器該還可利用液壓系統(tǒng)其他節(jié)能控制方式，以及 柴油機(jī)轉(zhuǎn)速、油門(mén)位置等信息，對(duì)壓力P值超出泵排量Vb調(diào)節(jié)范圍的復(fù)雜工況進(jìn)行綜合 控制，以盡可能維持柴油機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。


屈1是本發(fā)明的原理示意圖2是本發(fā)明的主泵性能曲線；
圖3是復(fù)合彈簧控制的恒功率控制液壓系統(tǒng)主泵特性曲線； 圖4是比例電磁鐵控制的恒功率控制液壓系統(tǒng)主泵特性曲線； 圖5是恒功率調(diào)節(jié)彈簧控制的恒功率控制液壓系統(tǒng)主泵特性曲線。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，柴油機(jī)輸出軸與泵軸為剛性聯(lián)結(jié)。也可經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)聯(lián)結(jié)。壓力感應(yīng)排量 直接補(bǔ)償柴油機(jī)恒阻力矩電子節(jié)能控制系統(tǒng)包括有-
1、 兩個(gè)主泵壓力傳感器即壓力傳感器P1和壓力傳感器P2，對(duì)主泵出口壓力進(jìn)行檢
2、 泵排量變量機(jī)構(gòu)和泵排量控制機(jī)構(gòu)，對(duì)泵排量進(jìn)行調(diào)整。排量控制機(jī)構(gòu)可為電液比 例減壓閥，泵排量控制機(jī)構(gòu)為變量缸；
3、 在主泵出口和主泵變量機(jī)構(gòu)之間連接有壓力感應(yīng)排量直接補(bǔ)償柴油機(jī)恒阻力矩電子 節(jié)能控制器。該控制器為一微處理器或計(jì)算機(jī)，根據(jù)各工況動(dòng)力性或經(jīng)濟(jì)性要求，預(yù)先存 儲(chǔ)有若干條柴油機(jī)恒阻力矩工作曲線，即主泵出口壓力與主泵排量按雙曲線關(guān)系變化的工 作曲線。
工作時(shí)，由人工根據(jù)具體工況、工作要求選擇適當(dāng)工作模式，對(duì)柴油機(jī)來(lái)說(shuō)是選擇阻 力矩在其特性曲線上的匹配點(diǎn)，即驅(qū)動(dòng)力矩，對(duì)液壓泵而言是選擇恒阻力矩工作雙曲線。 挖掘時(shí)，由恒阻力矩控制器根據(jù)壓力變化自動(dòng)控制泵排量按相應(yīng)恒阻力矩工作雙曲線變 化。
具體控制方法是-
(1) 壓力傳感器P1和壓力傳感器P2對(duì)主泵出口壓力進(jìn)行檢測(cè)，將檢測(cè)結(jié)果送到壓 力感應(yīng)排量直接補(bǔ)償柴油機(jī)恒阻力矩電子節(jié)能控制器；
(2) 壓力感應(yīng)排量直接補(bǔ)償柴油機(jī)恒阻力矩電子節(jié)能控制器根據(jù)主泵出口壓力，根據(jù) 選定恒阻力矩變化規(guī)律，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、輸出排量控制信號(hào)，實(shí)時(shí)改變泵排量控制機(jī)構(gòu)(如
6電液比例減壓閥)的控制電流的大小，以改變排量控制機(jī)構(gòu)(電液比例減壓閥)的輸出流 量，進(jìn)而控制主泵的變量機(jī)構(gòu)，使主泵排量發(fā)生相應(yīng)變化。
從圖2可以看出，該電子節(jié)能制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)全工況下的主泵及柴油機(jī)恒阻力矩控律U、
恒轉(zhuǎn)速、恒功率運(yùn)行且輸出功率完全被液壓泵吸收，實(shí)現(xiàn)了真正意義上對(duì)節(jié)能。另外，通 過(guò)對(duì)柴油機(jī)實(shí)行恒阻力矩控制，可以把柴油機(jī)阻力矩匹配在其特性曲線上的位置提高甚至 匹配在最大功率扭矩附近，可以減少柴油機(jī)防過(guò)載扭矩儲(chǔ)備，充分發(fā)揮柴油機(jī)的動(dòng)力'性和 經(jīng)濟(jì)性。而不必?fù)?dān)心柴油機(jī)過(guò)載熄火。同時(shí)了滿(mǎn)足環(huán)保要求。
權(quán)利要求
1、一種工程機(jī)械節(jié)能控制方法，其特征是通過(guò)對(duì)柴油機(jī)實(shí)行恒阻力矩控制，把柴油機(jī)阻力矩匹配在其特性曲線上的位置提高甚至匹配在最大功率扭矩附近，以減少柴油機(jī)防過(guò)載扭矩儲(chǔ)備，達(dá)到柴油機(jī)發(fā)揮最大的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性并不熄火，具體是1)對(duì)主泵出口壓力進(jìn)行檢測(cè)，將檢測(cè)結(jié)果送到壓力感應(yīng)排量直接補(bǔ)償柴油機(jī)恒阻力矩電子節(jié)能控制器；2)壓力感應(yīng)排量直接補(bǔ)償柴油機(jī)恒阻力矩電子節(jié)能控制器根據(jù)主泵出口壓力，根據(jù)選定恒阻力矩變化規(guī)律，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、輸出排量控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)主泵排量控制機(jī)構(gòu)及主泵排量變量結(jié)構(gòu)，對(duì)主泵排量進(jìn)行調(diào)整。
2、 一種壓力感應(yīng)排量直接補(bǔ)償柴油機(jī)恒阻力矩節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征是包括設(shè)置在 主泵出口用于檢測(cè)主泵出口壓力的壓力傳感器，壓力感應(yīng)排量直接補(bǔ)償柴油機(jī)恒阻力矩電 子節(jié)能控制器，所述的壓力傳感器與所述的控制器連接；還包括用于對(duì)泵的排量進(jìn)行調(diào)整 的泵排量變量機(jī)構(gòu)和泵排量控制機(jī)構(gòu)，泵排量變量機(jī)構(gòu)和泵排量控制機(jī)構(gòu)依次串聯(lián)在主泵 和排量調(diào)節(jié)泵之間，泵排量控制機(jī)構(gòu)還與壓力感應(yīng)排量直接補(bǔ)償柴油機(jī)恒阻力矩電子節(jié)能 控制器的輸出端連接；壓力感應(yīng)排量直接補(bǔ)償柴油機(jī)恒阻力矩電子節(jié)能控制器根據(jù)輸入的 主泵出口壓力和恒阻力矩變化規(guī)律進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、輸出排量控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)泵排量控制機(jī) 構(gòu)，對(duì)主泵排量進(jìn)行調(diào)整。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓力感應(yīng)排量直接補(bǔ)償柴油機(jī)恒阻力矩節(jié)能控制系統(tǒng)，其 特征是在壓力感應(yīng)排量直接補(bǔ)償柴油機(jī)恒阻力矩電子節(jié)能控制器是一微處理器，根據(jù)各工 況動(dòng)力性或經(jīng)濟(jì)性要求，其中預(yù)先存儲(chǔ)有若干條柴油機(jī)恒阻力矩工作曲線，即主泵出口壓 力與主泵排量按反比例關(guān)系變化的工作曲線。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種工程機(jī)械節(jié)能控制方法和壓力感應(yīng)排量直接補(bǔ)償柴油機(jī)恒阻力矩節(jié)能控制系統(tǒng)。是對(duì)引起柴油機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化的柴油機(jī)輸出軸阻力矩進(jìn)行恒阻力矩控制。在液壓泵輸出口和主泵排量控制機(jī)構(gòu)之間有一壓力感應(yīng)排量直接補(bǔ)償柴油機(jī)恒阻力矩控制器。在該控制器中，預(yù)先存儲(chǔ)若干條柴油機(jī)(主泵)恒阻力矩工作曲線。當(dāng)負(fù)載變化引起主泵出口壓力變化時(shí)，由該控制器自動(dòng)控制主泵排量相應(yīng)按恒阻力矩規(guī)律變化，以補(bǔ)償壓力變化，維持柴油機(jī)恒阻力矩。優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能效果好。
文檔編號(hào)F02D29/00GK101624941SQ20091012625
公開(kāi)日2010年1月13日 申請(qǐng)日期2009年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月15日
發(fā)明者封士彩, 威 李, 楊雪峰, 焦興明, 王柏華, 王禹橋, 秦家升, 蘇秀平 申請(qǐng)人:徐州師范大學(xué)