CN101988434A - 一种极限载荷控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种极限载荷控制方法，该方法包括：获取发动机的目标转速和实际转速；根据所获取的所述目标转速和所述实际转速进行所述发动机的失速补偿量的计算；获取液压系统外部压力；根据所述失速补偿量和所述液压系统外部压力对液压泵的吸收功率进行调整。相应地，本发明实施例还提供了一种极限载荷控制系统。本发明实施例所提供的技术方案，通过对发动机的相关数据进行获取以及对液压系统外部压力的获取，并利用所获取的相关数据实现对液压泵吸收功率的调整，使液压泵的吸收功率与发动机的输出功率相匹配。

Description

一种极限载荷控制方法和系统

技术领域

本发明涉及工程机械领域，更具体地说，涉及一种极限载荷控制方法和系统。

背景技术

随着可编程控制器(PLC)等微电子控制技术的发展及其在国内中大吨位起重机上的逐步深入和广泛应用，以及液压集成技术的飞速发展，使得许多国际先进技术在起重机上得以方便的实现，极限载荷电子控制技术就是在这样一种环境下发展出的先进技术。

在发动机的传统设计中，一般将发动机最大扭点与液压系统的最大负荷点相匹配，此时机器处于正常的工作状态。但是在实际的工作中，由于液压系统负荷的不确定性，使得机器在工作时，就可能导致发动机与液压系统的负荷发生不匹配的现象，从而导致发动机失速过多，甚至导致发动机熄火。除此以外，在大吨位起重机中，液压系统均为多泵多马达系统，发动机的输出功率如果与液压泵的吸收功率不匹配的话，为油泵的管理也带来了很大的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种极限载荷控制方法和系统，以解决现有技术中发动机最大扭点与液压系统的最大负荷无法较好匹配的问题。

本发明实施例是这样实现的：

本发明提供了一种极限载荷控制方法，包括：

获取发动机的目标转速和实际转速；

根据所获取的所述目标转速和所述实际转速进行所述发动机的失速补偿量的计算；

获取液压系统外部压力；

根据所述失速补偿量和所述液压系统外部压力对液压泵的吸收功率进行调整。

所述获取发动机的目标转速，包括：

采集所述发动机的当前油门的位置；

根据所采集到的所述油门的位置计算所述发动机的目标转速。

所述获取发动机的实际转速，包括：

通过采用传感器对所述发动机的实际转速进行获取。

所述根据所获取的所述目标转速和所述实际转速进行所述发动机的失速补偿量的计算，包括：

根据所获取的所述发动机的实际转速，根据功率模式和调速器特性，计算所述发动机的允许失速；

根据所求得的所述允许失速进行实际失速的估计；

根据所求得的所述实际失速和所述目标转速，通过比例、积分、微分控制的方式，求得所述发动机的失速补偿量。

所述根据所述失速补偿量对液压泵的吸收功率进行调整，包括：

将所述失速补偿量转化为电信号；

通过所述电信号对所述液压泵的吸收功率进行调整。

所述通过所述电信号对所述液压泵的吸收功率进行调整，包括：

通过所述电信号对斜盘式柱塞泵的斜盘倾斜角度进行调整；

利用所述斜盘式柱塞泵的斜盘倾斜角度的变化对液压泵的吸收功率进行调整。

本发明实施例提供了一种极限载荷控制系统，包括：发送机数据获取单元、计算单元、压力数据获取单元和调整单元，其中，

所述发动机数据获取单元，用于获取发动机的目标转速和实际转速；

所述计算单元，用于根据所获取的所述目标转速和所述实际转速进行所述发动机的失速补偿量的计算；

所述压力数据获取单元，用于获取液压系统的外部压力；

调整单元，用于根据所述失速补偿量对液压泵的吸收功率进行调整。

所述发动机数据获取单元包括：

目标转速获取子单元，用于获取发动机的目标转速；

实际转速获取子单元，用于获取发动机的实际转速。

所述计算单元包括：

允许失速计算子单元，用于根据所获取的所述发动机的实际转速，根据功率模式和调速器特性，计算所述发动机的允许失速；

实际失速计算子单元，用于根据所求得的所述允许失速进行实际失速的估计；

失速补偿子单元，用于根据所求得的所述实际失速和所述目标转速，通过比例、积分、微分控制的方式，求得所述发动机的失速补偿量。

所述调整单元包括：

转化单元，用于将所述失速补偿量和所述液压系统外部压力转化为电信号；

调整子单元，用于通过所述电信号对所述液压泵的吸收功率进行调整。

对现有技术相比，本发明实施例提供的技术方案具有以下优点和特点：本发明实施例所提供的技术方案，通过对发动机的相关数据进行获取以及对液压系统外部压力的获取，并利用所获取的相关数据实现对液压泵吸收功率的调整，使液压泵的吸收功率与发动机的输出功率向匹配。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所涉及的一种极限载荷控制方法流程图；

图2为本发明实施例所涉及的一种发动机速度曲线示意图；

图3为本发明实施例所涉及的一种极限载荷控制系统结构示意图；

图4为本发明实施例所涉及的一种极限载荷控制系统中某一单元的结构示意图；

图5为本发明实施例所涉及的一种极限载荷控制系统中某一单元的结构示意图；

图6为本发明实施例所涉及的一种极限载荷控制系统中某一单元的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一般情况下，发动机与液压泵通过弹性联轴器直接相连，在不计摩擦转矩和传动效率的情况下，液压传动系统的功率平衡方程为M_en_e(n_e)＝∑P_bQ_b，其中M_e表示发动机的扭矩，n_e表示发动机的当前转速，相应地，M_en_e(n_e)就表示在转速为n_e的情况下发动机的输出功率，由于在正常情况下，发动机的输出功率等于液压泵的吸收功率，因此∑P_bQ_b表示液压泵的吸收功率，其中，由于一个液压泵中存在多个柱塞泵，而液压泵的总的吸收功率等于所有柱塞泵的功率的总和，在∑P_bQ_b中，P_b表示对应柱塞泵的压力，而Q_b则表示该柱塞泵单位时间液体的流量。由液压传动系统的功率平衡方程可以得知，当发动机的转速确定之后，其对应的目标转矩随之确定，相应发动机的目标功率也随之确定。在典型的阀控液压系统中，液压系统单位时间的流量其中，K表示液体的流量系数，该系数由液体流动的性质状态所决定，A表示主阀开口的面积，而Δp则表示主阀前后的压差。并且，当主阀开口面积A确定之后，液压系统的吸收功率只能由负载压力来决定，当负载变大时，液压泵的吸收功率相应增大，并由可能超过发动机的许用功率的限值，为了避免这种情况的发生，此时可以通过一定手段减小Δp的值，从而减小液压系统单位时间流量Q_b的值，并最终实现降低液压泵吸收功率超限的目的，使液压泵的吸收功率能够和发动机的输出功率相匹配。

要实现上述目的，本发明提供了一种极限载荷控制的方法，该方法具体流程如图1所示：

S101：获取发动机的目标转速。

在S101中，为获得发动机的相关运行数据，可以通过采集当前油门的位置，即发动机的目标转速。由于发动机的速度特性可以显示发动机的性能指标，例如：转矩、功率、燃油消耗比等随转速的变化关系。通常情况下，工程机械发动机上通常会安装全程式调速器，在最高转速和最低转速的工作范围内，调速器均能控制喷油泵齿杆位置，进而保持发动机的转速恒定。油量调节杆在标定位置时的速度特定为外特性。其中，外特性反映发动机的最大动力性能，确定标定功率、最大转矩以及相应的转速。另外，不同的油门旋钮位置对应发动机不同的空载转速，改变油门旋钮的位置，实际上只是改变了全制式调速器调速弹簧的预紧力，即调速器其作用的是发动机的转速，而不是直接调节喷油泵循环供油量的大小。而发动机在调速器的控制下稳定运行在不同的速度下，如图2所示，图2为本发明所涉及的发动机的速度曲线示意图。其中，图中的n₀曲线代表发动机的空载转速，在不同油门位置的空载转速下对应了不同的发送机的当前转速下的失速率，并可通过相应计算获得期望的工作转速，也就是目标转速。

S102：采集发动机的实际转速。

在S102中，在对发动机的实际转速进行采集时，可以采用传感器等多种方式进行采集，并且可以直接获得。

S103：根据所获得发动机的目标转速和实际转速计算出发动机的失速补偿量。

在S103中，在采集到发动机的实际转速后，可以根据功率模式和调速器特性，计算发动机的允许失速，并以此对发动机的实际失速进行估计，在选定功率模式并求得发动机的实际失速后，通过比例、积分、微分控制的方式，求得发动机的失速补偿量。

S104：采集液压系统的外部压力。

在S104中，在对液压系统的外部压力进行采集时，可以采用压力传感器等装置进行直接采集。

S105：根据发动机的失速补偿量和系统的外部压力对液压泵的吸收功率进行调整。

在S105中，在求得发动机的失速补偿量并采集到系统的外部压力之后，如何根据该失速补偿量和系统外部压力对液压泵的吸收功率进行调整是解决液压泵吸收功率与发动机输出功率不匹配的关键所在。

在前面已做过描述，如果希望液压泵的吸收功率与发动机的输出功率相匹配，要设法减小液压系统单位时间流量Q_b的值，而要减小Q_b的值，可以通过减小Δp的值来实现。更进一步可以具体为：在液压泵的柱塞泵上增加一个减压阀来实现对液压泵吸收功率的调整。

在一般情况下，斜盘式柱塞泵的排量为可表示为：q＝πd²·D·tgγ·Z·10^-3/4(ml)，其中，在该公式中，d表示斜盘式柱塞泵中每个柱塞的直径，D表示斜盘式直径，γ表示斜盘的倾斜角度，Z表示斜盘式柱塞泵中柱塞泵的个数。通过对所设置的减压阀进行调整，可以调整斜盘式柱塞泵斜盘的倾斜角度，这样可以直接调整斜盘式柱塞泵的排量。另外，根据公式M_p＝P·Q/ω＝60P·Q_th/(2n·π·η_m)＝30P·q/π·η_m(Nm)，可以得知，液压泵的吸收扭矩也随着斜盘式柱塞泵的排量的变化而发生变化，从而最终实现液压泵吸收功率的改变。

因此，通过上述方法介绍，可以根据所获取的发动机失速补偿和液压泵的外部压力来对减压阀进行控制，使液压泵在减压阀的作用下吸收功率能与发动机的输出功率相匹配。例如可以将发动机的失速补偿量通过传感器转化为电信号，并用该电信号实时对减压阀进行控制，以达到调整液压泵吸收功率的目的。

本发明实施例所提供的一种极限载荷控制方法，通过对发动机的相关数据进行获取以及对液压系统外部压力的获取，并利用所获取的相关数据实现对液压泵吸收功率的调整，使液压泵的吸收功率与发动机的输出功率向匹配。

相应地，本发明实施例还提供了一种极限载荷控制系统，该系统结构如图3所示，包括：发动机数据获取单元301、计算单元302、压力数据获取单元303和调整单元304，其中：

发动机数据获取单元301，用于获取发动机的目标转速和实际转速；

所述计算单元302，用于根据所获取的所述目标转速和所述实际转速进行所述发动机的失速补偿量的计算；

压力数据获取单元303，用于获取液压系统的外部压力。

调整单元304，用于根据所述失速补偿量对液压泵的吸收功率进行调整。

其中，发动机数据获取单元301的具体结构可如图4所示，包括：

目标转速获取子单元401，用于获取发动机的目标转速；

实际转速获取子单元402，用于获取发动机的实际转速。

在本实施例中，可以通过使用J1939总线实现对发动机数据的采集。

计算单元302的具体结构也可如图5所示，包括：

允许失速计算子单元501，用于根据所获取的所述发动机的实际转速，根据功率模式和调速器特性，计算所述发动机的允许失速；

实际失速计算子单元502，用于根据所求得的所述允许失速进行实际失速的估计；

失速补偿子单元503，用于根据所求得的所述实际失速和所述目标转速，通过比例、积分、微分控制的方式，求得所述发动机的失速补偿量。

除此以外，调整单元304可进一步具体为如图6所示结构，包括：

转化子单元601，用于将所述失速补偿量和所述液压系统外部压力转化为电信号；

调整子单元602，用于通过所述电信号对所述液压泵的吸收功率进行调整。

本发明实施例所提供的技术方案，通过对发动机的相关数据进行获取以及对液压系统外部压力的获取，并利用所获取的相关数据实现对液压泵吸收功率的调整，使液压泵的吸收功率与发动机的输出功率向匹配。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种极限载荷控制方法，其特征在于，包括：

获取发动机的目标转速和实际转速；

根据所获取的所述目标转速和所述实际转速进行所述发动机的失速补偿量的计算；

获取液压系统外部压力；

根据所述失速补偿量和所述液压系统外部压力对液压泵的吸收功率进行调整。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取发动机的目标转速，包括：

采集所述发动机的当前油门的位置；

根据所采集到的所述油门的位置计算所述发动机的目标转速。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取发动机的实际转速，包括：

通过采用传感器对所述发动机的实际转速进行获取。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所获取的所述目标转速和所述实际转速进行所述发动机的失速补偿量的计算，包括：

根据所获取的所述发动机的实际转速，根据功率模式和调速器特性，计算所述发动机的允许失速；

根据所求得的所述允许失速进行实际失速的估计；

根据所求得的所述实际失速和所述目标转速，通过比例、积分、微分控制的方式，求得所述发动机的失速补偿量。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述失速补偿量和所述液压系统的外部压力对液压泵的吸收功率进行调整，包括：

将所述失速补偿量和所述液压系统外部压力转化为电信号；

通过所述电信号对所述液压泵的吸收功率进行调整。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述通过所述电信号对所述液压泵的吸收功率进行调整，包括：

通过所述电信号对斜盘式柱塞泵的斜盘倾斜角度进行调整；

利用所述斜盘式柱塞泵的斜盘倾斜角度的变化对液压泵的吸收功率进行调整。

7.一种极限载荷控制系统，其特征在于，包括：发动机数据获取单元、计算单元、压力数据获取单元和调整单元，其中，

所述获取单元，用于获取发动机的目标转速和实际转速；

所述计算单元，用于根据所获取的所述目标转速和所述实际转速进行所述发动机的失速补偿量的计算；

所述压力数据获取单元，用于获取液压系统的外部压力；

调整单元，用于根据所述失速补偿量所述液压系统外部压力对液压泵的吸收功率进行调整。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述获取单元包括：

目标转速获取子单元，用于获取发动机的目标转速；

实际转速获取子单元，用于获取发动机的实际转速。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述计算单元包括：

允许失速计算子单元，用于根据所获取的所述发动机的实际转速，根据功率模式和调速器特性，计算所述发动机的允许失速；

实际失速计算子单元，用于根据所求得的所述允许失速进行实际失速的估计；

失速补偿子单元，用于根据所求得的所述实际失速和所述目标转速，通过比例、积分、微分控制的方式，求得所述发动机的失速补偿量。

10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述调整单元包括：

转化子单元，用于将所述失速补偿量和所述液压系统外部压力转化为电信号；

调整子单元，用于通过所述电信号对所述液压泵的吸收功率进行调整。

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