專利名稱：一種混凝土輸送泵的節(jié)能控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及到工程機械的控制領(lǐng)域，特指一種混凝土輸送泵的節(jié)能控制方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，混凝土輸送泵在泵送作業(yè)時發(fā)動機的有效輸出功率由液壓泵輸出給液壓系統(tǒng)。在工作過程中，常規(guī)控制模式均為發(fā)動機設(shè)定在額定轉(zhuǎn)速下工作，使發(fā)動機在確保扭矩、功率輸出的情況下，工作在燃油消耗率很高的區(qū)域，沒有工作在經(jīng)濟運行區(qū)，造成底盤動力系統(tǒng)的經(jīng)濟性能下降、機械損耗增加。
在重負載工況時，柴油機與油泵全負荷工作，基本上沒功率損失；但在中載或輕載工況時，柴油機及油泵所輸出的功率就會大大高于負載所需功率，多余的功率就以各種損失的形式在系統(tǒng)中消耗掉，造成極大的能量浪費。因為混凝土輸送泵不全在滿負荷下工作，所以整個作業(yè)過程中能量損耗率是非常可觀的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于針對現(xiàn)有混凝土輸送泵柴油機油耗過高的問題，本發(fā)明提供了一種操作簡便、自動化程度高，能夠根據(jù)實際工況的要求實時調(diào)整發(fā)動機轉(zhuǎn)速與油泵排量的控制模式，以適應(yīng)各種不同的功率場合，大幅度降低燃油消耗，從而提高整機工作效率的混凝土輸送泵的節(jié)能控制方法。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的解決方案為一種混凝土輸送泵的節(jié)能控制方法，其特征在于根據(jù)施工現(xiàn)場的工況要求，中央控制單元中由負載壓力PL和發(fā)動機功率匹配的關(guān)系，初步計算出發(fā)動機的轉(zhuǎn)速ne和油泵電流I，發(fā)動機轉(zhuǎn)速ne的控制信號通過中央控制單元傳送給混凝土輸送泵的底盤發(fā)動機，并根據(jù)底盤發(fā)動機反饋的當前速度大小，進行轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)節(jié)，使當前速度n與設(shè)定速度ne一致；底盤發(fā)動機再經(jīng)傳動機構(gòu)(分動箱)將動力傳給油泵，油泵電流I的控制則由中央控制單元直接送信號給油泵，油泵將底盤發(fā)動機的功率傳遞給液壓系統(tǒng)實現(xiàn)混凝土輸送泵工作過程的控制。
當施工現(xiàn)場的工況處于無負載時，中央控制單元將自動控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速使其自動降到怠速，主油泵排量相應(yīng)調(diào)到最小位置，即減小變量泵電流。
當施工現(xiàn)場的工況處于正常負載時，由各種函數(shù)關(guān)系、發(fā)動機與變量泵的固有特性曲線計算出變量泵的電流與發(fā)動機的經(jīng)濟轉(zhuǎn)速(1)、構(gòu)建柴油機最佳燃油消耗率試驗?zāi)Ｐ?，利用現(xiàn)場試驗可獲得發(fā)動機穩(wěn)態(tài)輸出扭矩與發(fā)動機轉(zhuǎn)速的關(guān)系及發(fā)動機在各種轉(zhuǎn)速下的燃油消耗率的關(guān)系，對各種數(shù)據(jù)進行分析處理，找出不同功率下的最佳工況點后，可得出發(fā)動機功率、扭矩、轉(zhuǎn)速及燃油消耗率的關(guān)系；(2)、構(gòu)建發(fā)動機——油泵間的動力匹配關(guān)系，由動力系統(tǒng)的傳動關(guān)系可知，在液壓系統(tǒng)中主油泵的吸收扭矩等于發(fā)動機的輸出扭矩，根據(jù)以下發(fā)動機與油泵功率、扭矩及轉(zhuǎn)速等的公式①、②、③，對應(yīng)于一定的負載壓力PL，改變變量泵排量V的發(fā)動機轉(zhuǎn)速ne，使發(fā)動機在各節(jié)油工況點處工作I、液壓傳動過程中，由傳動關(guān)系可知發(fā)動機的輸出扭矩Me等于變量泵的吸收扭矩Mb，函數(shù)表達式如下Me＝f1(Mb) ①II、變量泵的負載特性表現(xiàn)為恒扭矩特性，變量泵扭矩Mb與外部負載壓力PL及變量泵排量V之間的函數(shù)表達式如下Mb＝f2(PL，V)②III、發(fā)動機輸出功率Pe與發(fā)動機的輸出扭矩Me及發(fā)動機轉(zhuǎn)速ne之間的的函數(shù)表達式如下Pe＝f3(Me，ne)＝f3[f1(Mb)，ne]＝f3{f1[f2(PL，V)]，ne}＝f(PL，V，ne) ③。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點就在于1、本發(fā)明的混凝土輸送泵的節(jié)能控制方法，根據(jù)不同的泵送工況，結(jié)合控制器單元中的柴油機工作點和油泵功率特性配置單元，得到不同工況下合理的發(fā)動機轉(zhuǎn)速及油泵排量。這種根據(jù)實際工況及時調(diào)整混凝土輸送泵發(fā)動機轉(zhuǎn)速與油泵流量的方式，既能夠使發(fā)動機滿足執(zhí)行機構(gòu)或行駛機構(gòu)對動力系統(tǒng)輸出扭矩、功率的需求，并留有適當?shù)膬?，同時能提高整機液壓系統(tǒng)的工作效率；2、本發(fā)明的混凝土輸送泵的節(jié)能控制方法中，對混凝土輸送泵發(fā)動機的轉(zhuǎn)速采用自適應(yīng)的PID調(diào)節(jié)，使其在同樣生產(chǎn)率的狀況下，即便其它原因引起實際載荷的變化過大，也能夠自動地調(diào)節(jié)發(fā)動機油門(增加或減少)以適應(yīng)工況的變化，達到穩(wěn)速的目的，從而降低工作系統(tǒng)的工作強度，延長整機的使用壽命；3、本發(fā)明的混凝土輸送泵的節(jié)能控制方法，混凝土輸送泵具有自動回怠速的功能，即混凝土輸送泵在作業(yè)過程中，需要暫停操作時，發(fā)動機會自動回到怠速值以節(jié)省能源；4、采用本發(fā)明混凝土輸送泵的節(jié)能控制方法，能夠使混凝土輸送泵在輕負載情況下發(fā)動機轉(zhuǎn)速與油泵排量分別按功率匹配要求減少，從而使整機噪聲有所下降、并可減少泵送作業(yè)過程中對整機的沖擊；5、采用本發(fā)明混凝土輸送泵的節(jié)能控制方法，在同等工況下泵送混凝土，可根據(jù)不同工況實時調(diào)整其轉(zhuǎn)速與排量，能夠使混凝土輸送泵的發(fā)動機時刻處在最合理的轉(zhuǎn)速下工作，比常規(guī)的工作模式節(jié)油至少15％以上。


圖1是本發(fā)明的動力系統(tǒng)組成簡化示意圖；圖2是本發(fā)明的控制系統(tǒng)框圖；圖3是本發(fā)明具體實施例中某種底盤控制原理示意圖；圖4是本發(fā)明控制方法的控制流程示意圖。
具體實施例方式
以下將結(jié)合附圖和具體實施對本發(fā)明做進一步詳細說明。
本發(fā)明的一種混凝土輸送泵的節(jié)能控制方法，根據(jù)施工現(xiàn)場的工況要求，中央控制單元中由負載壓力PL和發(fā)動機功率匹配的關(guān)系，初步計算出發(fā)動機的轉(zhuǎn)速ne和油泵電流I，發(fā)動機轉(zhuǎn)速ne的控制信號通過中央控制單元傳送給混凝土輸送泵的底盤發(fā)動機，并根據(jù)底盤發(fā)動機反饋的當前速度大小，進行轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)節(jié)，使當前速度n與設(shè)定速度ne一致；底盤發(fā)動機再經(jīng)傳動機構(gòu)(分動箱)將動力傳給油泵，油泵電流I的控制則由中央控制單元直接送信號給油泵，油泵將底盤發(fā)動機的功率傳遞給液壓系統(tǒng)實現(xiàn)混凝土輸送泵工作過程的控制。在具體實施例中，參見圖1、圖2和圖4所示，混凝土輸送泵的底盤發(fā)動機通過傳動機構(gòu)(分動箱)，將動力傳遞給油泵，再帶動其它負載。轉(zhuǎn)速與排量調(diào)節(jié)機構(gòu)分別控制底盤發(fā)動機與油泵實現(xiàn)轉(zhuǎn)速與排量的調(diào)節(jié)。
當施工現(xiàn)場的工況處于無負載時，中央控制單元將自動控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速使其自動降到怠速，主油泵排量相應(yīng)調(diào)到最小位置，即減小變量泵電流。
當施工現(xiàn)場的工況處于正常負載時，由各種函數(shù)關(guān)系、發(fā)動機與變量泵的固有特性曲線計算出變量泵的電流與發(fā)動機的經(jīng)濟轉(zhuǎn)速(1)、構(gòu)建柴油機最佳燃油消耗率試驗?zāi)Ｐ?，利用現(xiàn)場試驗可獲得發(fā)動機穩(wěn)態(tài)輸出扭矩與發(fā)動機轉(zhuǎn)速的關(guān)系及發(fā)動機在各種轉(zhuǎn)速下的燃油消耗率的關(guān)系，對各種數(shù)據(jù)進行分析處理，找出不同功率下的最佳工況點后，可得出發(fā)動機功率、扭矩、轉(zhuǎn)速及燃油消耗率的關(guān)系；由于每種底盤的萬有特性曲線及工況點運行狀況不同，故每種底盤的最佳燃油消耗率的關(guān)系不盡相同.
(2)、構(gòu)建發(fā)動機——油泵間的動力匹配關(guān)系，由動力系統(tǒng)的傳動關(guān)系可知，在液壓系統(tǒng)中主油泵的吸收扭矩等于發(fā)動機的輸出扭矩，根據(jù)以下發(fā)動機與油泵功率、扭矩及轉(zhuǎn)速等的公式①、②、③，對應(yīng)于一定的負載壓力PL，改變變量泵排量V的發(fā)動機轉(zhuǎn)速ne，使發(fā)動機在各節(jié)油工況點處工作I、液壓傳動過程中，由傳動關(guān)系可知發(fā)動機的輸出扭矩Me等于變量泵的吸收扭矩Mb，函數(shù)表達式如下Me＝f1(Mb) ①II、變量泵的負載特性表現(xiàn)為恒扭矩特性，變量泵扭矩Mb與外部負載壓力PL及變量泵排量V之間的函數(shù)表達式如下Mb＝f2(PL，V)②III、發(fā)動機輸出功率Pe與發(fā)動機的輸出扭矩Me及發(fā)動機轉(zhuǎn)速ne之間的的函數(shù)表達式如下Pe＝f3(Me，ne)＝f3[f1(Mb)，ne]＝f3{f1[f2(PL，V)]，ne}＝f(PL，V，ne) ③。
參見圖2所示，本發(fā)明的技術(shù)原理就是在不同的負載工況條件下，依據(jù)各種發(fā)動機的最佳油耗曲線，負載和功率匹配關(guān)系，通過中央控制單元對發(fā)動機轉(zhuǎn)速與油泵排量進行聯(lián)合調(diào)節(jié)，實現(xiàn)發(fā)動機、液壓油泵和負載三者之間的自動匹配。在具體實施例中，按系統(tǒng)的工況要求，中央控制單元根據(jù)負載壓力及功率匹配的關(guān)系，初步計算出發(fā)動機的轉(zhuǎn)速及油泵電流。發(fā)動機轉(zhuǎn)速的控制由中央控制單元送信號給底盤柴油機，并根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器反饋的當前速度大小，進行轉(zhuǎn)速PID閉環(huán)調(diào)節(jié)，使當前速度與設(shè)定速度一致；底盤柴油機再經(jīng)傳動機構(gòu)(分動箱)將動力傳給油泵；而油泵電流的控制則由中央控制單元直接送信號給油泵，油泵將發(fā)動機的功率傳遞給液壓系統(tǒng)實現(xiàn)工作過程控制。
正常泵送時，中央控制單元會根據(jù)操作者輸入的工況要求、當前負載壓力、各種底盤的最佳燃油消耗率試驗?zāi)Ｐ?注每種底盤與油泵的最佳燃油消耗率試驗?zāi)Ｐ筒煌?計算出變量泵的電流與發(fā)動機的經(jīng)濟轉(zhuǎn)速，并對轉(zhuǎn)速與排量調(diào)節(jié)機構(gòu)執(zhí)行相應(yīng)控制。工作過程中，如果壓力傳感器檢測出的負載壓力發(fā)生變化，系統(tǒng)將會根據(jù)負載的變化實時調(diào)整相應(yīng)的轉(zhuǎn)速與電流。
根據(jù)本發(fā)明中對動力系統(tǒng)傳動關(guān)系的分析，且經(jīng)過上述兩步過程處理后，可得出每種混凝土泵車底盤系統(tǒng)配置的最佳燃油消耗對應(yīng)表，如下表1所示表1發(fā)動機最佳燃油消耗率對應(yīng)表

由表1可知，正常泵送時，中央控制單元會根據(jù)操作者輸入的工況要求及當前負載壓力等具體條件，通過查表法計算出變量泵的電流與發(fā)動機的經(jīng)濟轉(zhuǎn)速.工作過程中，如果壓力傳感器檢測出的負載壓力發(fā)生變化，系統(tǒng)將會根據(jù)負載的變化實時調(diào)整相應(yīng)的轉(zhuǎn)速與電流，具體控制方式如下1)無負載時，中央控制單元將自動控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速使其自動降到怠速，主油泵排量相應(yīng)調(diào)到最小位置，即減小變量泵電流；2)正常負載時，由各種函數(shù)關(guān)系、發(fā)動機與變量泵的固有特性曲線計算出變量泵的電流與發(fā)動機的經(jīng)濟轉(zhuǎn)速。
參見圖3所示，為某種底盤具體實施的控制原理示意圖，從圖中可看出，PLC輸出點Q0.0為控制油泵排量信號，PLC輸出點Q0.1為控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號。當系統(tǒng)接收到不同工況要求的命令后，中央控制單元分別根據(jù)系統(tǒng)功率匹配關(guān)系實時改變Q0.0及Q0.1的信號◆中央控制單元通過改變該輸出點Q0.0的電壓大小來改變變量泵電流的大小，從而改變油泵排量的大?。弧糁醒肟刂茊卧ㄟ^對PLC輸出點Q0.1電壓大小來改變柴油機轉(zhuǎn)速，輸出點Q0.1。
信號經(jīng)相關(guān)電路(圖3所示)處理后送給底盤ECU電腦，柴油機油門控制器根據(jù)收到的信號來實現(xiàn)柴油機轉(zhuǎn)速的實時控制。
權(quán)利要求
1.一種混凝土輸送泵的節(jié)能控制方法，其特征在于根據(jù)施工現(xiàn)場的工況要求，中央控制單元中由負載壓力PL和發(fā)動機功率匹配的關(guān)系，初步計算出發(fā)動機的轉(zhuǎn)速ne和油泵電流I，發(fā)動機轉(zhuǎn)速ne的控制信號通過中央控制單元傳送給混凝土輸送泵的底盤發(fā)動機，并根據(jù)底盤發(fā)動機反饋的當前速度大小，進行轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)節(jié)，使當前速度n與設(shè)定速度ne一致；底盤發(fā)動機再經(jīng)傳動機構(gòu)將動力傳給油泵，油泵電流I的控制則由中央控制單元直接送信號給油泵，油泵將底盤發(fā)動機的功率傳遞給液壓系統(tǒng)實現(xiàn)混凝土輸送泵工作過程的控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混凝土輸送泵的節(jié)能控制方法，其特征在于當施工現(xiàn)場的工況處于無負載時，中央控制單元將自動控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速使其自動降到怠速，主油泵排量相應(yīng)調(diào)到最小位置，即減小變量泵電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的混凝土輸送泵的節(jié)能控制方法，其特征在于當施工現(xiàn)場的工況處于正常負載時，由各種函數(shù)關(guān)系、發(fā)動機與變量泵的固有特性曲線計算出變量泵的電流與發(fā)動機的經(jīng)濟轉(zhuǎn)速(1)、構(gòu)建柴油機最佳燃油消耗率試驗?zāi)Ｐ?，利用現(xiàn)場試驗可獲得發(fā)動機穩(wěn)態(tài)輸出扭矩與發(fā)動機轉(zhuǎn)速的關(guān)系及發(fā)動機在各種轉(zhuǎn)速下的燃油消耗率的關(guān)系，對各種數(shù)據(jù)進行分析處理，找出不同功率下的最佳工況點后，可得出發(fā)動機功率、扭矩、轉(zhuǎn)速及燃油消耗率的關(guān)系；(2)、構(gòu)建發(fā)動機——油泵間的動力匹配關(guān)系，由動力系統(tǒng)的傳動關(guān)系可知，在液壓系統(tǒng)中主油泵的吸收扭矩等于發(fā)動機的輸出扭矩，根據(jù)以下發(fā)動機與油泵功率、扭矩及轉(zhuǎn)速等的公式①、②、③，對應(yīng)于一定的負載壓力PL，改變變量泵排量V的發(fā)動機轉(zhuǎn)速ne，使發(fā)動機在各節(jié)油工況點處工作I、液壓傳動過程中，由傳動關(guān)系可知發(fā)動機的輸出扭矩Me等于變量泵的吸收扭矩Mb，函數(shù)表達式如下Me＝f1(Mb) ①II、變量泵的負載特性表現(xiàn)為恒扭矩特性，變量泵扭矩Mb與外部負載壓力PL及變量泵排量V之間的函數(shù)表達式如下Mb＝f2(PL，V) ②III、發(fā)動機輸出功率Pe與發(fā)動機的輸出扭矩Me及發(fā)動機轉(zhuǎn)速ne之間的的函數(shù)表達式如下Pe＝f3(Me，ne)＝f3[f1(Mb)，ne]＝f3{f1[f2(PL，V)]，ne}＝f(PL，V，ne) ③。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種混凝土輸送泵的節(jié)能控制方法，根據(jù)施工現(xiàn)場的工況要求，中央控制單元中由負載壓力P
文檔編號F02D29/04GK101086232SQ200710035310
公開日2007年12月12日 申請日期2007年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月9日
發(fā)明者易小剛, 陳林, 譚凌群, 尹新和, 鐘社山 申請人:三一重工股份有限公司