CN102720243A - 一种挖掘机流量控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种挖掘机流量控制方法，通过压力传感器采集操作手柄处的先导压力信号，从而实现准确检测每一个负载动作操作幅度的目的，从而精确调节泵的排量；减少了液压系统溢流的出现，从而达到了提高液压系统工作效率，减少热量的产生；发动机根据泵的功率提供匹配性较好的输出功率，从而减少了发动机输出功率的浪费，提高了整车燃油的经济性。实现了挖掘机整车操作动作的精确化控制，提高了整车的操作稳定性及舒适性；由于实现了精确化控制，显然其燃油消耗会明显下降，减少了用户的使用成本；由于液压系统的循环实现了按需满足，一改以往控制方法中的液压功率利用率低的特点，这必将使得液压系统的产热量降低，从而减轻整车散热系统的负担。

Description

一种挖掘机流量控制方法

技术领域

本发明涉及的是一种液压挖掘机的控制方法，尤其涉及的是一种挖掘机流量控制方法。

背景技术

现在挖掘机主流的液压控制系统有负流量系统、正流量系统和负载敏感系统，其中正流量系统以其高效、节能、操作性好而深受客户的好评。

正流量系统根据电控参与控制的程度通常又分为全液控、半电控和全电控三种型式，其中全液控方式应用比较成熟。虽然全液控作为一种比较成熟的技术，但是其通过采集先导压力的最大值作为泵排量调节依据的方法，显然大大的降低了泵功率的使用效率，而且增大了液压系统的产热量， 同时也增大了发动机的油耗。随着电子技术的发展，传感器、PLC等技术的不断完善，使得电控正流量控制方法得以具体实现，电子控制的精确性、快速响应性等液压控制所不具备的优势，使得此种控制方法具有很大的推广空间，电控正流量的研发正成为各大主机厂抢占技术制高点的标志性动作。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种挖掘机流量控制方法，通过控制挖掘机两个主泵的排量提高系统工作效率。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：

（1）使用压力传感器分别检测：

动臂上升时压力传感器的输出电流I1、动臂下降时压力传感器的输出电流I2、铲斗挖掘时压力传感器的输出电流I3、铲斗卸载时压力传感器的输出电流I4、回转动作时压力传感器的输出电流I5、斗杆伸出时压力传感器的输出电流I6、斗杆收回时压力传感器的输出电流I7、左行走时压力传感器的输出电流I8、右行走时压力传感器的输出电流I9，第一主泵的负载电流I11，第二主泵的负载电流I12，

第一主泵上设有第一比例电磁阀，第二主泵上设有第二比例电磁阀，第一主泵和第二主泵之间设有第三比例电磁阀，动臂上设有第四比例电磁阀，斗杆上设有第五比例电磁阀；

（2）计算第一主泵的排量Q1和第二主泵的排量Q2：

计算挖掘机第一先导手柄的压力Pn1，

Pn1= P1+P2+P3+P4+P9，

P1=（I1-Imin）/（Im/Pmax），同理可得P2～P12，

Q1=W1/k×(Pn1/Imax1)=(W1×Imax1)/(k×Pn1)，

动臂上升的压力P1，动臂下降的压力P2，铲斗挖掘的压力P3，铲斗卸载的压力P4，右行走的压力P9，Imin是压力传感器的电流输出最小值，Im是压力传感器的电流输出最大值，Pmax是压力传感器的压力测量最大值，W1是第一主泵的输出功率，Imax1是第一比例电磁阀的最大控制电流，k是比例系数，

同理，Q2=(W2×Imax2)/(k×Pn2)，

W2是第二主泵的输出功率，Imax2是第二比例电磁阀的最大控制电流，k是比例系数，

Pn2= P5+P6+P7+P8；

回转动作的压力P5，斗杆伸出的压力P6，斗杆收回的压力P7，左行走的压力P8，

（3）对第一主泵和第二主泵的排量通过第一比例电磁阀和第二比例电磁阀进行调节，并满足Wo＞Wx，

Wo为第一主泵和第二主泵的输出功率之和，Wo=P11×Q1+ P12×Q2，Wx为系统的最大输出功率，第一主泵的负载压力P11，第二主泵的负载压力P12。

所述步骤（3）中，Wx= P×Q，P为系统压力，Q为系统流量，当通过第三比例电磁阀的输入电流和起调压力不变时，此时即为系统的最大输出功率。

本控制方法还包括如下步骤：

（4）根据I1和I2确定第四比例电磁阀的开度，根据I6和I7确定第五比例电磁阀的开度：

根据P1=（I1-Imin）/（Im/Pmax）可以得出压力和电流之间的关系，可以将压力传感器的压力参数即操作者的操作幅度检测出，进而控制第四和第五比例电磁阀的开度，实现流量的控制。

本发明相比现有技术具有以下优点：本发明通过压力传感器采集操作手柄处的先导压力信号，从而实现准确检测每一个负载动作操作幅度的目的，从而精确调节泵的排量；减少了液压系统溢流的出现，从而达到了提高液压系统工作效率，减少热量的产生；发动机根据泵的功率提供匹配性较好的输出功率，从而减少了发动机输出功率的浪费，提高了整车燃油的经济性。实现了挖掘机整车操作动作的精确化控制，提高了整车的操作稳定性及舒适性；由于实现了精确化控制，显然其燃油消耗会明显下降，减少了用户的使用成本；由于液压系统的循环实现了按需满足，一改以往控制方法中的液压功率利用率低的特点，这必将使得液压系统的产热量降低，从而减轻了整车散热系统的负担。

附图说明

图1是本发明的操作手柄信号的结构示意图；

图2是泵的控制原理图；

图3是本发明的控制流程图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例的挖掘机上设置用于检测动臂上升信号的第一压力传感器1、检测动臂下降信号的第二压力传感器2、检测铲斗挖掘信号的第三压力传感器3、检测铲斗卸载信号的第四压力传感器4、检测回转动作信号的第五压力传感器5、检测斗杆伸出信号的第六压力传感器6、检测斗杆收回信号的第七压力传感器7、检测左行走信号的第八压力传感器8，检测右行走信号的第九压力传感器9，上述压力传感器用于检测先导动作信号值作为泵排量调节参照值。

如图2所示，第一比例电磁阀15用于控制第一主泵排量，根据第一压力传感器1输出电流I1，第二压力传感器2输出电流I2，第三压力传感器3输出电流I3，第四压力传感器4输出电流I4，第九压力传感器9输出电流I9，作为第一比例电磁阀15调节的控制参照值。第二比例电磁阀13用于调节第二主泵排量，根据第五压力传感器5输出电流I5，第六压力传感器6输出电流I6，第七压力传感器7输出电流I7，第八压力传感器8输出电流I8，作为第二比例电磁阀13调节的控制参照值，调节第一比例电磁阀15和第二比例电磁阀13的开口大小即达到控制泵排量的目的。第三比例电磁阀10用于控制主泵的功率，第十一压力传感器11设置于第一主泵上，第十二压力传感器12设置于第二主泵上，根据第十一压力传感器11输出电流I11，第十二压力传感器12输出电流I12作为控制输入量，调节泵功率大小；第一压力传感器1和第二压力传感器2的输出电流作为第四比例电磁阀14动臂合流控制的参照值，第六压力传感器6和第七压力传感器7输出电流作为第五比例电磁阀16斗杆合流控制的参照值。

本实施例的具体实现流程如图3所示，本实施例的压力传感器为电流型输出，压力测量范围为0～60Bar，电流输出为4～20mA，且电流输出与被检测压力值成线性正比例关系；本实施例的先导压力信号范围为0～35bar。

检测动臂上升时压力传感器的输出电流I1、动臂下降时压力传感器的输出电流I2、铲斗挖掘时压力传感器的输出电流I3、铲斗卸载时压力传感器的输出电流I4、回转动作时压力传感器的输出电流I5、斗杆伸出时压力传感器的输出电流I6、斗杆收回时压力传感器的输出电流I7、左行走时压力传感器的输出电流I8、右行走时压力传感器的输出电流I9，第一主泵的负载电流I11，第二主泵的负载电流I12，并将上述压力传感器的电流信号传输到控制器中进行计算。

控制器中与以上压力传感器相对接的模拟量输入端口所采集到的电流信号I通过以下算法即可得出相应油路的压力值：P1=（I1-Imin）/（Im/Pmax）=（I1-4）/（20/60），同理可得P2～P12，Imin是压力传感器的电流输出最小值，Pmax是压力传感器的压力测量最大值，Im是压力传感器的电流输出最大值，

本实施例的压力传感器将测量到的压力信号转换为电流信号，再将电流信号传输到控制器。第一先导手柄的压力之和Pn1为：

Pn1= P1+P2+P3+P4+P9，

动臂上升的压力P1，动臂下降的压力P2，铲斗挖掘的压力P3，铲斗卸载的压力P4，右行走的压力P9。

第一比例电磁阀15的最大控制电流为Imax1，根据比例电磁阀的压力-电流百分比曲线图，认为压力与电流百分比成线性正比例关系：

P0=k×（Pn1/ Imax1）；k为比例系数。

根据公式W=P×Q，可知

第一主泵的排量Q1，Q1= W1/ k×（Pn1/ Imax1）=(W1×Imax1)/(k×Pn1)，

W1是第一主泵的输出功率，Imax1是第一比例电磁阀的最大控制电流，从而实现了先导压力信号到第一主泵排量的精确控制。

同理可以计算得到第二主泵的排量Q2，

Q2=(W2×Imax2)/(k×Pn2)，

W2是第二主泵的输出功率，Imax2是第二比例电磁阀的最大控制电流，k是比例系数，

Pn2= P5+P6+P7+P8；

回转动作的压力P5，斗杆伸出的压力P6，斗杆收回的压力P7，左行走的压力P8，从而实现了先导压力对第二主泵排量的精确控制。

发动机处于转速r时，

Wo=W_额-W_外；

其中：W_额为r转速时发动机额定输出功率；

W_外为空调压缩机、风扇等外负载消耗功率；

Wo为输入泵第一主泵和第二主泵的输出功率之和；

第十一压力传感器11和第十二压力传感器12，分别检测第一主泵第二主泵的负载压力信号分别为P11、P12，

由Wo=P11×Q1+ P12×Q2从而建立了泵功率与电流之间的关系，根据第三比例电磁阀10的电流-流量特性曲线，电磁阀的输入电流与其流量成线性正比例关系且输入电流一定其起调压力一定，此时泵最大输出功率Wx= P×Q其中：P为系统压力；Q为系统流量。

对第一主泵和第二主泵的排量通过第一比例电磁阀和第二比例电磁阀进行调节，在控制发动机的每档转速时应保证在任何转速、任何负载情况下Wo＞Wx，且在调速特性下发动机输出功率也稍大于此时泵额定功率为控制的最终目的。

此外，本控制方法的液压系统中设置了斗杆合流和动臂合流等功能，即动臂动作或者斗杆动作时负载挖掘力超过固定值时第一主泵和第二主泵需要同时对此负载动作提供一定功率才能保证此动作的顺利进行。控制系统则可以通过以下方式实现，经计算可以得出动臂动作信号第一压力传感器1和第二压力传感器2以及斗杆动作信号第六压力传感器6和第七压力传感器7的输出电流值I₁、I₂和I₆、I₇，建立斗杆合流的第四比例电磁阀14的输入电流I_mA1与第六压力传感器6和第七压力传感器7信号电流之间的关系：I_mA1=f₁（I）；动臂合流的第五电磁阀16的输入电流I_mA2和第一压力传感器1和第二压力传感器2信号电流值间的关系式：I_mA2=f₂（I），从而实现了对动臂合流电磁阀与斗杆合流电磁阀的精确控制。

f₁（I）和f₂（I）分别由第四比例电磁阀14和第五电磁阀16的电流-流量曲线可以得出初步公式，再根据实验数据进行修改即可得到。本实施例可以根据操作意图进行精确化检测及操作要求的合理化满足，整个系统消除了以往任何控制方法所带来的能量浪费，效率低下等弱点，从而消除了整个系统的产热量。

Claims (3)

1.一种挖掘机流量控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）使用压力传感器分别检测：

动臂上升时压力传感器的输出电流I1、动臂下降时压力传感器的输出电流I2、铲斗挖掘时压力传感器的输出电流I3、铲斗卸载时压力传感器的输出电流I4、回转动作时压力传感器的输出电流I5、斗杆伸出时压力传感器的输出电流I6、斗杆收回时压力传感器的输出电流I7、左行走时压力传感器的输出电流I8、右行走时压力传感器的输出电流I9，第一主泵的负载电流I11，第二主泵的负载电流I12，

第一主泵上设有第一比例电磁阀，第二主泵上设有第二比例电磁阀，第一主泵和第二主泵之间设有第三比例电磁阀，动臂上设有第四比例电磁阀，斗杆上设有第五比例电磁阀；

（2）计算第一主泵的排量Q1和第二主泵的排量Q2：

计算挖掘机第一先导手柄的压力Pn1，

Pn1= P1+P2+P3+P4+P9，

P1=（I1-Imin）/（Im/Pmax），同理可得P2～P12，

Q1=W1/k×(Pn1/Imax1)=(W1×Imax1)/(k×Pn1)，

动臂上升的压力P1，动臂下降的压力P2，铲斗挖掘的压力P3，铲斗卸载的压力P4，右行走的压力P9，Imin是压力传感器的电流输出最小值，Im是压力传感器的电流输出最大值，Pmax是压力传感器的压力测量最大值，W1是第一主泵的输出功率，Imax1是第一比例电磁阀的最大控制电流，k是比例系数，

同理，Q2=(W2×Imax2)/(k×Pn2)，

W2是第二主泵的输出功率，Imax2是第二比例电磁阀的最大控制电流，k是比例系数，

Pn2= P5+P6+P7+P8；

回转动作的压力P5，斗杆伸出的压力P6，斗杆收回的压力P7，左行走的压力P8，

（3）对第一主泵和第二主泵的排量通过第一比例电磁阀和第二比例电磁阀进行调节，并满足Wo＞Wx，

Wo为第一主泵和第二主泵的输出功率之和，Wo=P11×Q1+ P12×Q2，Wx为系统的最大输出功率，第一主泵的负载压力P11，第二主泵的负载压力P12。

2.根据权利要求1所述的一种挖掘机流量控制方法，其特征在于：所述步骤（3）中，Wx= P×Q，P为系统压力，Q为系统流量，当通过第三比例电磁阀的输入电流和起调压力不变时，此时即为系统的最大输出功率。

3.根据权利要求1所述的一种挖掘机流量控制方法，其特征在于：本控制方法还包括如下步骤：

（4）根据I1和I2确定第四比例电磁阀的开度，根据I6和I7确定第五比例电磁阀的开度：

根据P1=（I1-Imin）/（Im/Pmax）可以得出压力和电流之间的关系，可以将压力传感器的压力参数即操作者的操作幅度检测出，进而控制第四和第五比例电磁阀的开度，实现流量的控制。

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