一種液壓挖掘機(jī)功率保護(hù)控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于工程機(jī)械控制技術(shù)，具體設(shè)及一種液壓挖掘機(jī)功率保護(hù)控制裝置，用 W提高挖掘機(jī)的操縱性和節(jié)能性。
【背景技術(shù)】
[0002] 液壓挖掘機(jī)是一種復(fù)雜的工程裝備，作業(yè)時(shí)液壓系統(tǒng)的壓力和流量都隨著操作動(dòng) 作和外加負(fù)載的變化而變化，從而導(dǎo)致液壓累功率需求的變化。液壓累功率需求可能會(huì)瞬 時(shí)超過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)功率，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)嚴(yán)重掉速甚至焰火，影響挖掘機(jī)的連續(xù)平順工作。功率保護(hù) 控制的目標(biāo)是使液壓累充分吸收發(fā)動(dòng)機(jī)功率的同時(shí)，保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)在液壓累功率需求突然增 加時(shí)掉速在允許的范圍內(nèi)，避免發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的大范圍調(diào)節(jié)，保證發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率滿足工作 需要又能減少燃油消耗量，經(jīng)濟(jì)快捷地完成工程作業(yè)任務(wù)。
[0003] 常用的液壓挖掘機(jī)功率保護(hù)控制方法有全功率控制、分功率控制、交叉功率控制 等方式，均根據(jù)作業(yè)狀況的變化自動(dòng)對(duì)液壓累和發(fā)動(dòng)機(jī)功率進(jìn)行調(diào)整。
[0004] 全功率控制中，多臺(tái)液壓累的排量靠機(jī)械或液壓機(jī)構(gòu)保持一致，任何情況下所有 累的流量都相同。其優(yōu)點(diǎn)在于：第一，能夠在一定條件下充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率；第二，多臺(tái) 累各自都能夠吸收100%的發(fā)動(dòng)機(jī)功率，提高了工作裝置的作業(yè)能力；第Ξ，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。由 于W上特點(diǎn)，全功率控制曾經(jīng)在挖掘機(jī)上得到大量應(yīng)用。但由于其本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，全功率 控制系統(tǒng)不可避免地存在功率損失。
[0005] 分功率控制系統(tǒng)是將k臺(tái)恒功率液壓累組合在一起，每臺(tái)液壓累最多吸收1/k的 發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率。運(yùn)種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于，k臺(tái)累的流量可W根據(jù)各自回路的負(fù)載單獨(dú)變化， 對(duì)負(fù)載的適應(yīng)性優(yōu)于全功率系統(tǒng)。其主要缺點(diǎn)在于，由于每個(gè)累最多只能吸收1/k的發(fā)動(dòng) 機(jī)功率，而當(dāng)其中一個(gè)累空閑時(shí)，另外一個(gè)累卻不能吸收運(yùn)部分空余出來(lái)的功率，使發(fā)動(dòng)機(jī) 功率得不到充分利用，從而限制了挖掘機(jī)的工作能力。
[0006] 交叉功率控制系統(tǒng)既能像全功率控制系統(tǒng)那樣充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率，又能像分功 率控制系統(tǒng)那樣根據(jù)每一個(gè)累的負(fù)載狀況調(diào)整輸出流量，能充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率，但也存 在著同全功率系統(tǒng)一樣的缺點(diǎn)，累的工作點(diǎn)被局限在幾條曲線上，與負(fù)載工作點(diǎn)不能很好 匹配，不可避免地存在功率損失，且不節(jié)能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種液壓挖掘機(jī)比例交叉功率保護(hù)控制裝 置，根據(jù)所有液壓累的功率需求，按照當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)功率與各液壓累的功率需求比例，動(dòng)態(tài)調(diào) 節(jié)每個(gè)液壓累的最大允許功率。當(dāng)液壓累的實(shí)際功率小于最大允許功率時(shí)，液壓累可W工 作在小于此功率的任一功率點(diǎn)上，而不像普通的交叉功率控制將液壓累工作點(diǎn)不局限在幾 條恒功率曲線上。當(dāng)某一液壓累功率需求較小或不工作時(shí)，其余液壓累可W最大限度地利 用發(fā)動(dòng)機(jī)剩余功率。
[0008] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：包括操作桿、液壓粟流量指令生成 器、液壓累流量限制器、液壓累功率限制器、發(fā)動(dòng)機(jī)功率計(jì)算器、壓力傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器。
[0009] 所述的操作桿接收駕駛員指令并反饋電信號(hào)至液壓累流量指令生成器，由液壓累 流量指令生成器生成挖掘機(jī)上各液壓累的流量指令，所述的壓力傳感器測(cè)量各液壓累的出 口壓力，發(fā)送至液壓累功率限制器得到各個(gè)液壓累的功率需求，所述的轉(zhuǎn)速傳感器檢測(cè)發(fā) 動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，發(fā)送至發(fā)動(dòng)機(jī)功率計(jì)算器，計(jì)算得到發(fā)動(dòng)機(jī)功率并輸出液壓累功率限制器， 液壓累功率限制器W液壓累最大可用功率限制各個(gè)液壓累的功率需求，液壓累流量限制器 根據(jù)限制后的功率需求驅(qū)動(dòng)各個(gè)液壓累。
[0010] 本發(fā)明的有益效果是：結(jié)合使用比例交叉功率控制和發(fā)動(dòng)機(jī)掉速保護(hù)控制方法， 綜合進(jìn)行功率保護(hù)控制，極大地提高了液壓累-發(fā)動(dòng)機(jī)的功率匹配程度，同時(shí)允許液壓累 零功率運(yùn)行，在提高了工作裝置的作業(yè)效率的同時(shí)還提高了液壓挖掘機(jī)的節(jié)能性。該方法 在實(shí)際測(cè)試中控制效果良好，在由于外部負(fù)載導(dǎo)致的液壓累功率需求突增條件下，能夠有 效地對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)功率進(jìn)行了保護(hù)，防止了發(fā)動(dòng)機(jī)嚴(yán)重掉速與焰火，同時(shí)使挖掘機(jī)的工作裝置 運(yùn)動(dòng)更加平順。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1為對(duì)應(yīng)最大可用功率Nai的液壓累P功率曲線；
[0012] 圖2為減小液壓累最大可用功率進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)掉速保護(hù)示意；
[0013] 圖3為結(jié)合掉速保護(hù)的比例交叉功率保護(hù)控制框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實(shí)施 例。
[0015]本發(fā)明包括操作桿、液壓累流量指令生成器、液壓累流量限制器、液壓累功率限制 器、發(fā)動(dòng)機(jī)功率計(jì)算器、壓力傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器。所述的操作桿接收駕駛員指令并反饋電 信號(hào)至液壓累流量指令生成器，由液壓累流量指令生成器生成挖掘機(jī)上各液壓累的流量指 令，所述的壓力傳感器測(cè)量各液壓累的出口壓力，發(fā)送至液壓累功率限制器得到各個(gè)液壓 累的功率需求，所述的轉(zhuǎn)速傳感器檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，發(fā)送至發(fā)動(dòng)機(jī)功率計(jì)算器，計(jì)算得 到發(fā)動(dòng)機(jī)功率并輸出液壓累功率限制器，液壓累功率限制器W液壓累最大可用功率限制各 個(gè)液壓累的功率需求，液壓累流量限制器根據(jù)限制后的功率需求驅(qū)動(dòng)各個(gè)液壓累。
[0016] 設(shè)單臺(tái)挖掘機(jī)共裝有k臺(tái)液壓累，第i臺(tái)液壓累的流量需求為9。1、（單位：升每 分），該臺(tái)累出口實(shí)測(cè)壓力為Pi(單位：兆帕），則其功率需求Nu(單位：千瓦）可由式（1) 計(jì)算得到。
[0017]
巧
[0018] 設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)可提供的總功率為啡，則第i臺(tái)液壓累的最大可用功率Nu可由下式計(jì)算 得到：
[0019]
口）
[0020] 當(dāng)所有液壓累功率需求之和超過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)明顯掉速甚至焰 火。運(yùn)就要求第i臺(tái)液壓累運(yùn)行時(shí)的實(shí)際功率不超過(guò)最大可用功率Nu。對(duì)于Nu的壓力-流 量（P-Q)曲線如附圖1所示，工程中使用該曲線的邊界來(lái)限制給定壓力Pi下液壓累最大可 用流量指令也1的大小，從而保證第i臺(tái)液壓累的實(shí)際功率不超過(guò)N。,。附圖1中的〇_為 第i臺(tái)液壓累受發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速和累最大排量限制最大輸出流量；為第i臺(tái)液壓累受 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)溢流壓力限制的最大壓力。
[0021] 在液壓累功率需求瞬間快速增加時(shí)，采用上述功率保護(hù)方法時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)仍然可能瞬 時(shí)嚴(yán)重掉速，也即不能在所有情況下對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)功率進(jìn)行有效保護(hù)。針對(duì)此問(wèn)題，本發(fā)明同時(shí) 采用發(fā)動(dòng)機(jī)掉速保護(hù)控制，控制框圖見(jiàn)附圖2。通過(guò)引入發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速信號(hào)，判斷在發(fā)動(dòng) 機(jī)掉速大于允許值（例如：50轉(zhuǎn)每分）時(shí)，將液壓累最大可用流量指令也1減小為Q' 。1，由 式（1)可知此時(shí)累最大可用功率Ngi由下降為Ν' 。1，從而減緩發(fā)動(dòng)機(jī)掉速的現(xiàn)象。
[0022] 下面結(jié)合附圖3對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明，本發(fā)明包括W下步驟：
[0023] 步驟1 :挖掘機(jī)駕駛員通過(guò)操作駕駛艙內(nèi)的操縱手柄給出桿指令，此桿指令可對(duì) 應(yīng)為各液壓累（第i臺(tái)，i= 1，2,…，k)的流量指令；同時(shí)，駕駛員通過(guò)操作油口旋鈕，給定 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速指令；
[0024]驟2、測(cè)量各液壓累的出口壓力Pi，得到該液壓累的功率需求
[00巧]步驟3、計(jì)算第i臺(tái)液壓累的最大可用功率
其中，Ne為發(fā)動(dòng)機(jī) 可提供的總功率；
[00%] 步驟4、檢測(cè)當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速；若發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速下降大于允許值（運(yùn)里取允 許值為50轉(zhuǎn)每分），則采用圖2所示的方法進(jìn)行掉速保護(hù)，將液壓累最大可用流量指令Q。！ 減小為Q'。1，0'。1的取值不超過(guò)0。1取值的85%，此時(shí)累最大可用功率Ngi由下降為Ν' 。1; [0027] 步驟5、判斷各臺(tái)液壓累的功率需求是否大于該液壓累的最大可用功率也或 Ν'。1，若是，則根據(jù)圖1所示的P-Q曲線計(jì)算得到第i臺(tái)α= 1，2,…，k)液壓累的最大可 用流量指令限幅值，WNu或Ν' 。1計(jì)算得到該液壓累的流量指令，否則，執(zhí)行步驟1計(jì)算的 流量指令；
[002引步驟6、將經(jīng)過(guò)限幅的流量指令輸出至第i臺(tái)α= 1，2, ···，!〇液壓累，至此，完成 了功率保護(hù)控制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種液壓挖掘機(jī)功率保護(hù)控制裝置，包括操作桿、液壓栗流量指令生成器、液壓栗流 量限制器、液壓栗功率限制器、發(fā)動(dòng)機(jī)功率計(jì)算器、壓力傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器，其特征在于： 所述的操作桿接收駕駛員指令并反饋電信號(hào)至液壓栗流量指令生成器，由液壓栗流量指令 生成器生成挖掘機(jī)上各液壓栗的流量指令，所述的壓力傳感器測(cè)量各液壓栗的出口壓力， 發(fā)送至液壓栗功率限制器得到各個(gè)液壓栗的功率需求，所述的轉(zhuǎn)速傳感器檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí) 轉(zhuǎn)速，發(fā)送至發(fā)動(dòng)機(jī)功率計(jì)算器，計(jì)算得到發(fā)動(dòng)機(jī)功率并輸出液壓栗功率限制器，液壓栗功 率限制器以液壓栗最大可用功率限制各個(gè)液壓栗的功率需求，液壓栗流量限制器根據(jù)限制 后的功率需求驅(qū)動(dòng)各個(gè)液壓栗。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種液壓挖掘機(jī)功率保護(hù)控制裝置，操作桿接收駕駛員指令并反饋電信號(hào)至液壓泵流量指令生成器，由液壓泵流量指令生成器生成挖掘機(jī)上各液壓泵的流量指令，壓力傳感器測(cè)量各液壓泵的出口壓力，發(fā)送至液壓泵功率限制器得到各個(gè)液壓泵的功率需求，轉(zhuǎn)速傳感器檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，發(fā)送至發(fā)動(dòng)機(jī)功率計(jì)算器，計(jì)算得到發(fā)動(dòng)機(jī)功率并輸出液壓泵功率限制器，液壓泵功率限制器以液壓泵最大可用功率限制各個(gè)液壓泵的功率需求，液壓泵流量限制器根據(jù)限制后的功率需求驅(qū)動(dòng)各個(gè)液壓泵。本實(shí)用新型提高了液壓泵-發(fā)動(dòng)機(jī)的功率匹配程度、工作裝置的作業(yè)效率和液壓挖掘機(jī)的節(jié)能性，使挖掘機(jī)的工作裝置運(yùn)動(dòng)更加平順。
【IPC分類】E02F9/22, E02F9/24
【公開(kāi)號(hào)】CN205012398
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520656827
【發(fā)明人】宋科璞, 王東輝, 田一松, 李國(guó)玉, 劉宏明, 夏立群, 武曉光, 孫遜, 潘文俊, 袁豪放, 蘇安萍, 田貝, 王熙, 卓繼文, 蘇振毅, 崔洪光
【申請(qǐng)人】中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司西安飛行自動(dòng)控制研究所, 廈門廈工機(jī)械股份有限公司
【公開(kāi)日】2016年2月3日
【申請(qǐng)日】2015年8月27日