CN102297182B - 液压系统的控制方法和混凝土泵车的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压系统的控制方法，液压系统包括由原动机驱动的多个液压泵，每个液压泵驱动相应的执行机构，多个液压泵中具有第一变量泵驱动第一执行机构，根据第一执行机构的设定工作速度和第一变量泵的最大排量，确定原动机的工作速度；根据第一执行机构的设定工作速度和当前工作压力，确定第一变量泵的当前需求功率；第一变量泵的实际输入功率N₁等于原动机的额定输出功率N减去其他液压泵的实际输入功率，所述控制方法包括：当第一变量泵的当前需求功率大于实际输入功率时，减小第一变量泵的排量，使得第一变量泵的当前需求功率等于实际输入功率N₁。本发明还提供一种混凝土泵车的控制方法。通过本发明，可以提高工作效率，提高原动机的负荷率，节能降耗。

Description

液压系统的控制方法和混凝土泵车的控制方法

技术领域

本发明涉及液压系统的控制领域，具体地，涉及一种液压系统的控制方法和混凝土泵车的控制方法。

背景技术

在一些液压系统中，经常会存在原动机(如发动机)通过分动箱等传动装置驱动多个液压泵的情况，每个液压泵再通过液压传动的方式驱动相应的执行机构动作。

例如，就混凝土泵车而言，混凝土泵车液压系统通常包括多个液压单元，这些液压单元例如包括泵送单元、分配单元、搅拌清洗单元以及臂架单元。泵送单元包括泵送液压泵和泵送执行机构，用于执行混凝土的泵送作业；分配单元包括分配液压泵和分配执行机构，用于执行混凝土的分配作业；搅拌清洗单元包括搅拌清洗液压泵和搅拌清洗执行机构，用于执行混凝土的搅拌作业和清洗作业；臂架单元包括臂架液压泵和臂架执行单元，用于执行泵车臂架的伸展、变幅等作业。发送机通过分动箱等传动装置驱动所述泵送液压泵、分配液压泵、搅拌清洗液压泵和臂架液压泵。

在实际使用过程中，各个液压单元所消耗的功率随工况变化。若分配单元、搅拌清洗单元和臂架单元在泵送作业中不工作或者非满负荷工作，会导致发动机的负荷率降低，泵送能力不能充分发挥，不能充分利用发动机的输出功率，节能效果欠佳。

发明内容

本发明的目的是提供一种液压系统的控制方法，通过该控制方法，可以充分利用原动机的输出功率，提高发动机的负荷率，节能效果好。

本发明的另一个目的是提供一种混凝土泵车的控制方法，通过该控制方法，可以充分利用原动机的输出功率，提高发动机的负荷率，节能效果好，可以充分发挥泵送能力。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种液压系统的控制方法，所述液压系统包括由原动机驱动的多个液压泵，每个液压泵驱动相应的执行机构，所述多个液压泵中具有第一变量泵，该第一变量泵驱动第一执行机构，其中；

根据所述第一执行机构的设定工作速度和第一变量泵的最大排量，确定所述原动机的工作速度；

根据所述第一执行机构的设定工作速度和当前工作压力，确定所述第一变量泵的当前需求功率N₁’；

所述第一变量泵的实际输入功率N₁等于所述原动机的额定输出功率N减去其他液压泵的实际输入功率N₂、N₃...，所述控制方法包括：

当所述第一变量泵的当前需求功率N₁’大于所述第一变量泵的实际输入功率N₁时，减小所述第一变量泵的排量，使得所述第一变量泵的当前需求功率N₁’等于所述第一变量泵的实际输入功率N₁。

优选地，所述控制方法包括：当所述第一变量泵的当前需求功率N₁’小于或等于所述第一变量泵的实际输入功率N₁，并且所述第一执行机构的当前工作速度等于所述设定工作速度时，维持所述第一变量泵的当前排量。

优选地，所述控制方法包括：当所述第一变量泵的当前需求功率N₁’小于或等于所述第一变量泵的实际输入功率N₁，并且所述第一执行机构的当前工作速度小于所述设定工作速度时，增大所述第一变量泵的当前排量。

优选地，所述原动机为发动机。

优选地，根据所述发动机的装机功率、工作速度和万有特性曲线，确定所述发动机的额定输出功率N。

根据本发明的另一个方面，提供一种混凝土泵车的控制方法，所述混凝土泵车包括由原动机驱动的多个液压泵，该多个液压泵包括用于驱动泵送执行机构的泵送液压泵，和用于驱动其他执行机构的其他液压泵，所述泵送液压泵为变量泵，其中：

根据所述泵送执行机构的设定工作速度和第一变量泵的最大排量，确定所述原动机的工作速度；

根据所述泵送执行机构的设定工作速度和当前工作压力，确定所述泵送液压泵的当前需求功率N₁’；

所述泵送液压泵的实际输入功率N₁等于所述原动机的额定输出功率N减去其他液压泵的实际输入功率N₂、N₃...，所述控制方法包括：

当所述泵送的当前需求功率N₁’大于所述泵送液压泵的实际输入功率N₁时，减小所述泵送液压泵的排量，使得所述泵送液压泵的当前需求功率N₁’等于所述泵送液压泵的实际输入功率N₁。

优选地，所述控制方法包括：当所述泵送液压泵的当前需求功率N₁’小于或等于所述泵送液压泵的实际输入功率N₁，并且所述泵送执行机构的当前工作速度等于所述设定工作速度时，维持所述泵送液压泵的当前排量。

优选地，所述控制方法包括：当所述泵送液压泵的当前需求功率N₁’小于或等于所述泵送液压泵的实际输入功率N₁，并且所述泵送执行机构的当前工作速度小于所述设定工作速度时，增大所述泵送液压泵的当前排量。

优选地，所述原动机为发动机。

优选地，根据所述发动机的装机功率、工作速度和万有特性曲线，确定所述发动机的额定输出功率N。

优选地，所述其他液压泵包括用于驱动分配执行机构的分配液压泵，用于驱动搅拌清洗执行机构的搅拌清洗液压泵和用于驱动臂架执行机构的臂架液压泵中的至少一者。

优选地，所述分配液压泵、搅拌清洗液压泵和臂架液压泵中的至少两者共用同一个液压泵。

通过上述技术方案，通过第一执行机构的设定工作速度和第一变量泵(泵送液压泵)的最大排量，确定原动机的转速，将第一变量泵的实际输入功率确定为原动机的额定输出功率减去其他液压泵的实际输入功率，在实际操作过程中，通过实时改变第一变量泵的排量，使第一变量泵的当前需求功率始终与其实际输入功率相匹配，从而能够显著提高第一执行机构的工作效率，提高原动机的负荷率，节能降耗效果好。

将本发明的技术方案实际应用到混凝土泵车上，经过实际验证，与现有常规的混凝土泵车相比，可以将高泵送能力高达20％，并且能够显著提高发动机的负荷率，可以降低能耗10％。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明一种典型的混凝土泵车的控制方法的流程图。

具体实施方式

术语解释

执行机构的设定工作速度：针对一定的工作环境和工作需求，由工作人员设定的所期望的执行机构的工作速度；

变量泵的当前需求功率N₁’：根据变量泵的设定工作速度和当前工作压力确定；

变量泵的实际输入功率N₁：原动机(如发动机)的额定输出功率N减去其他液压泵的实际输入功率N₂、N₃...，即N₁＝(N-N₂-N₃...)。

下面对本发明的工作原理和工作过程进行详细描述。

本发明首先公开了一种液压系统的控制方法，所述液压系统包括由原动机驱动的多个液压泵，每个液压泵驱动相应的执行机构，所述多个液压泵中具有第一变量泵，该第一变量泵驱动第一执行机构，其中；

根据所述第一执行机构的设定工作速度和第一变量泵的最大排量，确定所述原动机的工作速度；

根据所述第一执行机构的设定工作速度和当前工作压力，确定所述第一变量泵的当前需求功率N₁’；

所述第一变量泵的实际输入功率N₁等于所述原动机的额定输出功率N减去其他液压泵的实际输入功率N₂、N₃...，所述控制方法包括：

当所述第一变量泵的当前需求功率N₁’大于所述第一变量泵的实际输入功率N₁时，减小所述第一变量泵的排量，使得所述第一变量泵的当前需求功率N₁’等于所述第一变量泵的实际输入功率N₁。

本发明中，原动机可以是发动机、电动机等，本发明优选使用发动机，下文中将以发动机为例进行说明。

在上述控制方法中，首先需要根据所述第一执行机构的设定工作速度和第一变量泵的最大排量，确定所述原动机的工作速度。

第一执行机构的设定工作速度是指工作期望的工作速度，该设定工作速度例如可以根据具体的工作环境、工作需求等因素，由工作人员预先设定。根据该设定工作速度和第一液压泵的最大排量，就可以确定发动机的转速n。在工作过程中，发动机的转速n一旦确定，就不再改变，从而可以简化对发动机的控制。具体而言，发动机通过传动机构驱动第一变量泵，因此，根据传动机构的传动比i，可以根据发动机的转速n确定第一变量泵的转速n_p，然后根据第一变量泵的转速n_p和最大排量V可以确定第一变量泵的流量q，从而可以确定第一执行机构的设定工作速度。计算公式如下：

(1)n*i＝n_p

(2)q＝Vn_p

其中，

n是发动机转速；

i是传动比；

n_p是第一变量泵转速；

q是第一变量泵的输出流量，该输出流量由第一执行机构的设定工作速度决定。

本发明另外一个关键之处在于，将所述第一变量泵的实际输入功率N₁定义为等于所述发动机的额定输出功率N减去其他液压泵的实际输入功率N₂、N₃...，即N₁＝(N-N₂-N₃...)。通过这种手段，可以使发动机输出的一部分功率在不同液压泵之间进行转移，从而可以有效提高发动机的负荷率，并提高泵送能力。

当所述第一变量泵的当前需求功率N₁’大于所述第一变量泵的实际输入功率N₁时，减小所述第一变量泵的排量，使得所述第一变量泵的当前需求功率N₁’等于第一变量泵的实际输入功率N₁。换言之，如果第一变量泵的实际输入功率N₁小于当前需求功率N₁’时，说明第一变量泵的实际输入功率不能满足其需求。此时，由于发动机的额定输出功率N一定，因此，为了防止发动机掉速、失速甚至熄火，需要减小第一变量泵的排量，从而使第一变量泵的当前需求功率N₁’减小，直到等于第一变量泵的实际输入功率N₁。即，让第一变量泵的当前需求功率与实际输入功率相匹配。

优选地，本发明的液压系统的控制方法还包括：当所述第一变量泵的当前需求功率N₁’小于或等于所述第一变量泵的实际输入功率N₁，并且所述第一执行机构的当前工作速度等于所述第一执行机构的设定工作速度时，维持所述第一变量泵的当前排量。在这种情况下，通常是由于其他液压泵驱动的执行机构没有工作或者工作在非满负荷状态之下，发动机的额定输出功率N一定，所以其他液压泵正常使用的功率转移给第一变量泵，使得第一变量泵的实际输入功率足以满足其需求，第一执行机构可以工作在设定工作速度，从而显著提高其工作效率，例如混凝土泵车的泵送能力。

另一方面，当所述第一变量泵的当前需求功率N₁’小于或等于所述第一变量泵的实际输入功率N₁，并且所述第一执行机构的当前工作速度小于所述第一执行机构的设定工作速度时，增大所述第一变量泵的当前排量。在这种情况下，第一变量泵的实际输入功率能够满足其需求，因此可以增大第一变量泵的当前排量，以提高第一执行机构的工作速度，从而提高其工作效率。也就是说，在这里，通过功率转移的手段，将其他液压泵没有使用的发动机输出功率的一部分转移给第一变量泵，从而能够尽可能地提高第一执行机构的工作效率，同时也提高了发动机的负荷率，避免发动机的一部分功率闲置而造成能源浪费。

优选地，在本发明的控制方法中，可以根据所述发动机的装机功率、工作速度和万有特性曲线，确定所述发动机的额定输出功率N。

通常，在液压系统的实际工作过程中，其中执行机构的工作速度和工作压力会在一定的范围进行改变，例如工作压力将随着负载的变化而变化，工作速度也经常会发生改变，因此液压系统的吸入功率会具有一个吸入功率带宽，即该吸入功率会在一定的范围内改变。但是，由于执行机构很少同时在最高速度与最大负载工况下工作，故考虑到装机成本及实际工况，在保证液压系统基本功能的前提下选取的发动机，其装机功率通常会选定在输入功率带宽之内，小于液压系统的最大吸入功率。

对于本发明而言，同样可以根据各个液压泵所需的吸入功率、实际工况、装机成本等因素，加以综合考虑，选取发动机的装机功率。换言之，对于本领域技术人员来说，可以根据实际情况合理选择发动机的装机功率，本发明对此不再赘述。

在确定了发动机的装机功率之后，则可以根据发动机的转速及其万有特性曲线，选择合适的油门开度，从而选取发动机的额定输出功率N。在后续的工作过程当中，发动机将以恒定的转速和额定输出功率进行工作。一方面，通过这种方式，可以根据万有特性曲线使发动机工作在合适的工作点上(例如经济工作区或者最佳油耗区等)，从而达到节能降耗的目的。另一方面，由于发动机在工作过程当中，其转速和额定输出功率将不再变化，因此无需再对发动机进行复杂的控制，从而使整个控制过程得到了简化，提高了整个控制方法和控制系统的稳定性和可靠性。

上文中，通过液压系统为例对本发明的基本原理进行了详细的阐述。本发明的上述液压系统的控制方法可以应用在各种适当的场合，尤其是大量的工程机械中，例如混凝土泵车、履带起重机、挖掘机等等。

下面，本发明将以混凝土泵车为例，对本发明作进一步的阐述。

本发明提供一种混凝土泵车的控制方法，混凝土泵车包括由原动机(优选为发动机)驱动的多个液压泵，该多个液压泵包括用于驱动泵送执行机构的泵送液压泵，和用于驱动其他执行机构的其他液压泵，所述泵送液压泵为变量泵，其中：

根据所述泵送执行机构的设定工作速度和泵送液压马达的最大排量，确定所述原动机的工作速度；

根据所述泵送执行机构的设定工作速度和当前工作压力，确定所述泵送液压泵的当前需求功率N₁’；

所述泵送液压泵的实际输入功率N₁等于所述原动机的额定输出功率N减去其他液压泵的实际输入功率N₂、N₃...，所述控制方法包括：

当所述泵送的当前需求功率N₁’大于所述泵送液压泵的实际输入功率N₁时，减小所述泵送液压泵的排量，使得所述泵送液压泵的当前需求功率N₁’等于所述泵送液压泵的实际输入功率N₁。

优选地，所述控制方法包括：当所述泵送液压泵的当前需求功率N₁’小于或等于所述泵送液压泵的实际输入功率N₁，并且所述泵送执行机构的当前工作速度等于所述设定工作速度时，维持所述泵送液压泵的当前排量。

优选地，所述控制方法包括：当所述泵送液压泵的当前需求功率N₁’小于或等于所述泵送液压泵的实际输入功率N₁，并且所述泵送执行机构的当前工作速度小于所述设定工作速度时，增大所述泵送液压泵的当前排量。

优选地，在本发明的控制方法中，可以根据所述发动机的装机功率、工作速度和万有特性曲线，确定所述发动机的额定输出功率N。

混凝土泵车通常包括四个工作单元，即泵送单元、分配单元、搅拌清洗单元以及臂架单元。在这四个工作单元中，泵送单元需求功率最大，而其他三个单元需求功率相对较小。另外，泵送单元的泵送速度具有相对较宽的范围，即能够在一定的允许速度范围内进行工作。分配单元、搅拌清洗单元以及臂架单元相对来说对工作速度的要求会相对苛刻。例如就臂架单元来说，在臂架单元驱动臂架动作时，要保证其功率需求或速度需求，否则很容易发生危险。进一步地，相比于泵送单元，其他三个工作单元(尤其是臂架单元和搅拌清洗单元)经常处于非工作状态或者非满负荷工作状态。因此，本发明基于对混凝土泵车的四个工作单元的工作性质和工况进行充分分析和研究的基础之上，提出了本发明的技术方案，其核心之处在于能够将发动机输出的用于其他三个工作单元的一部分功率在其他三个工作单元不工作或者非满负荷工作时转移给泵送单元使用，从而不仅提高了泵送效率，而且提高了发动机的负荷率，可以实现节能降耗的目的。

作为一种选择，本发明中所述的所述其他液压泵可以包括用于驱动分配执行机构的分配液压泵，用于驱动搅拌清洗执行机构的搅拌清洗液压泵和用于驱动臂架执行机构的臂架液压泵中的至少一者。也就是说，在上文列举的混凝土泵车中，可以将泵送单元与其他三个工作单元一起构成本发明，也可以选择性地将泵送单元与其他三个工作单元中的任何一个或者两个工作单元一起构成本发明。例如，将泵送单元和臂架单元组合在一起，发动机仅带动泵送单元和臂架单元，在臂架单元不工作时，将臂架单元的那部分功率转移给泵送单元使用。

另外，作为可选择的方案，所述分配液压泵、搅拌清洗液压泵和臂架液压泵中的至少两者共用同一个液压泵。也就是说，在本发明的混凝土泵车中，在上述列举的四个工作单元中，其中任意两者(甚至三者)共用同一个液压泵，从而组合成一个工作单元，该工作单元中的不同的执行机构可以通过液压回路设计进行分别工作。本发明的原理同样可以适用于这种情况。

在本发明的混凝土泵车的控制方法中，其他方面的工作原理和工作过程等可以参考上文中针对液压系统部分的描述，本发明在此就不再作重复说明。

下面将参照图1，以一种典型的混凝土泵车的控制方法为例，对该典型实施例进行说明。

如图1所示，首先根据泵送执行机构的设定工作速度确定发动机的转速，然后根据万有特性曲线等因素确定发动机的额定输出功率。

同时，根据分配执行机构的设定工作速度确定分配执行机构的需求流量，然后根据分配执行机构的当前工作压力确定分配液压泵的实际输入功率N₂。同理，分别确定搅拌清洗液压泵的实际输入功率N₃和臂架液压泵的实际输入功率N₄。

根据所述泵送执行机构的设定工作速度和当前工作压力，确定所述泵送液压泵的当前需求功率N₁’；同时，将所述泵送液压泵的实际输入功率N₁定义为等于所述发动机的额定输出功率N减去其他液压泵的实际输入功率N₂、N₃...。

然后，判断泵送液压泵的当前需求功率N₁’和实际输入功率N₁。当所述泵送的当前需求功率N₁’大于所述泵送液压泵的实际输入功率N₁时，减小所述泵送液压泵的排量，使得所述泵送液压泵的当前需求功率N₁’等于所述泵送液压泵的实际输入功率N₁。

当所述泵送液压泵的当前需求功率N₁’小于或等于所述泵送液压泵的实际输入功率N₁，并且所述泵送执行机构的当前工作速度等于所述设定工作速度时，维持所述泵送液压泵的当前排量。

当所述泵送液压泵的当前需求功率N₁’小于或等于所述泵送液压泵的实际输入功率N₁，并且所述泵送执行机构的当前工作速度小于所述设定工作速度时，增大所述泵送液压泵的当前排量。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (12)

1.一种液压系统的控制方法，所述液压系统包括由原动机驱动的多个液压泵，每个液压泵驱动相应的执行机构，其特征在于，所述多个液压泵中具有第一变量泵，该第一变量泵驱动第一执行机构，其中；

根据所述第一执行机构的设定工作速度和第一变量泵的最大排量，确定所述原动机的工作速度；

根据所述第一执行机构的设定工作速度和当前工作压力，确定所述第一变量泵的当前需求功率N₁’；

所述第一变量泵的实际输入功率N₁等于所述原动机的额定输出功率N减去其他液压泵的实际输入功率，所述控制方法包括：

当所述第一变量泵的当前需求功率N₁’大于所述第一变量泵的实际输入功率N₁时，减小所述第一变量泵的排量，使得所述第一变量泵的当前需求功率N₁’等于所述第一变量泵的实际输入功率N₁。

2.根据权利要求1所述的液压系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

当所述第一变量泵的当前需求功率N₁’小于或等于所述第一变量泵的实际输入功率N₁，并且所述第一执行机构的当前工作速度等于所述设定工作速度时，维持所述第一变量泵的当前排量。

3.根据权利要求2所述的液压系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

当所述第一变量泵的当前需求功率N₁’小于或等于所述第一变量泵的实际输入功率N₁，并且所述第一执行机构的当前工作速度小于所述第一执行机构的设定工作速度时，增大所述第一变量泵的当前排量。

4.根据权利要求1所述的液压系统的控制方法，其特征在于，所述原动机为发动机。

5.根据权利要求4所述的液压系统的控制方法，其特征在于，根据所述发动机的装机功率、工作速度和万有特性曲线，确定所述发动机的额定输出功率N。

6.一种混凝土泵车的控制方法，所述混凝土泵车包括由原动机驱动的多个液压泵，该多个液压泵包括用于驱动泵送执行机构的泵送液压泵，和用于驱动其他执行机构的其他液压泵，其特征在于，所述泵送液压泵为变量泵，其中：

根据所述泵送执行机构的设定工作速度和泵送液压泵的最大排量，确定所述原动机的工作速度；

根据所述泵送执行机构的设定工作速度和当前工作压力，确定所述泵送液压泵的当前需求功率N₁’；

所述泵送液压泵的实际输入功率N₁等于所述原动机的额定输出功率N减去其他液压泵的实际输入功率，所述控制方法包括：

当所述泵送液压泵的当前需求功率N₁’大于所述泵送液压泵的实际输入功率N₁时，减小所述泵送液压泵的排量，使得所述泵送液压泵的当前需求功率N₁’等于所述泵送液压泵的实际输入功率N₁。

7.根据权利要求6所述的混凝土泵车的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

当所述泵送液压泵的当前需求功率N₁’小于或等于所述泵送液压泵的实际输入功率N₁，并且所述泵送执行机构的当前工作速度等于所述设定工作速度时，维持所述泵送液压泵的当前排量。

8.根据权利要求7所述的混凝土泵车的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

当所述泵送液压泵的当前需求功率N₁’小于或等于所述泵送液压泵的实际输入功率N₁，并且所述泵送执行机构的当前工作速度小于所述设定工作速度时，增大所述泵送液压泵的当前排量。

9.根据权利要求6所述的混凝土泵车的控制方法，其特征在于，所述原动机为发动机。

10.根据权利要求9所述的混凝土泵车的控制方法，其特征在于，根据所述发动机的装机功率、工作速度和万有特性曲线，确定所述发动机的额定输出功率N。

11.根据权利要求6所述的混凝土泵车的控制方法，其特征在于，所述其他液压泵包括用于驱动分配执行机构的分配液压泵，用于驱动搅拌清洗执行机构的搅拌清洗液压泵和用于驱动臂架执行机构的臂架液压泵中的至少一者。

12.根据权利要求11所述的混凝土泵车的控制方法，其特征在于，所述分配液压泵、搅拌清洗液压泵和臂架液压泵中的至少两者为同一个液压泵。

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