CN102839822B - 工程设备和工程设备的动力控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种工程设备和工程设备的动力控制方法。工程设备包括：执行系统，执行系统的负载功率为N0；用于驱动执行系统的第一动力装置，第一动力装置的输出功率为N1；能量存储单元，与第一动力装置连接，用于储存来自第一动力装置的能量；用于驱动执行系统的第二动力装置，能量存储单元向第二动力装置提供能量，第二动力装置的输出功率为N2；第一动力装置和/或第二动力装置以预定的策略驱动执行系统。本发明可使用第一动力装置和/或第二动力装置驱动执行系统，因此第一动力装置和第二动力装置不需要提供远大于执行系统的功率，避免了负载率低的问题，节省了能量。

Description

工程设备和工程设备的动力控制方法

技术领域

本发明涉及工程机械，更具体地，涉及一种工程设备和工程设备的动力控制方法。

背景技术

工程设备包括用于驱动工作部件的执行系统，例如，工程设备包括混凝土泵送设备等。下面以混凝土泵送设备为例，对工程设备的执行系统及其动力分配方式进行说明。

如图1所示，混凝土泵送设备包括泵送系统、分配系统、搅拌清洗系统、臂架支腿系统等执行系统。

其中，泵送系统包括泵送油泵、泵送阀组、泵送油缸和砼缸。泵送油泵提供的压力油通过泵送阀组驱动泵送油缸的活塞伸缩，以带动砼缸内的活塞伸缩，实现将料斗中的混凝土吸入和压出砼缸。

分配系统包括分配油泵、分配阀组、分配油缸和S阀。分配油泵提供的压力油通过分配阀组驱动分配油缸的活塞伸缩，以带动S阀摆动，实现砼缸与料斗或砼管联接。

搅拌清洗系统包括搅拌清洗油泵、搅拌阀组、清洗阀组、搅拌马达、清洗马达、搅拌机构和清洗机构。搅拌清洗油泵提供的压力油通过搅拌阀组驱动搅拌马达，搅拌马达带动搅拌机构运动，用于搅拌料斗内的混凝土。此外，搅拌清洗油泵提供的压力油通过清洗阀组驱动清洗马达，清洗马达带动清洗机构运动，用于清洗泵车。

臂架支腿系统包括臂架支腿油泵、臂架阀组、支腿阀组、臂架油缸、支腿油缸、臂架机构和支腿机构。臂架支腿油泵提供的压力油通过臂架阀组驱动臂架油缸进行伸缩运动，以带动臂架运动，实现臂架的伸缩。此外，臂架支腿油泵提供的压力油通过支腿阀组驱动支腿油缸进行伸缩运动，并带动支腿运动，实现支腿的伸缩。

混凝土泵送设备具有以下几种工作状态：

（1）泵送工况：当混凝土泵送设备处于泵送工况时，泵送系统将混凝土从料斗吸入砼缸，然后压入输送砼管，混凝土通过安装在臂架上的输送砼管，浇筑到布料点。分配系统控制S阀运动，决定砼缸与料斗或输送砼管联通。搅拌系统持续搅拌料斗内的混凝土；臂架系统在布料点变化时驱动臂架运动。

（2）臂架与支腿的展收工况：当混凝土泵送设备在开始工作前，支腿系统控制支腿伸展，支持混凝土泵送设备；臂架系统控制臂架伸展到指定布料点。当混凝土泵送设备完成工作后，支腿系统控制支腿收缩，解除对混凝土泵送设备的支撑；臂架系统控制臂架收回到混凝土泵送设备上。

（3）待料工况：当混凝土泵送设备处于待料工况时，搅拌系统驱动搅拌机构持续搅拌料斗内的混凝土，使料斗内的混凝土保持流动性。

（4）清洗工况：当混凝土泵送设备处于清洗工况时，清洗系统工作，提供压力水清洗混凝土泵送设备。

混凝土泵送设备的工作过程中会经历一个或几个工况，压力负载变化较大，液压系统的吸入功率（发送机输出功率）随工况变化的差异较大，导致动力装置负荷率变化较大，为了保证整机具有理想的能耗，必然要求动力装置具有很宽的负载匹配特性。

现有技术中的混凝土泵送设备采用单一的动力装置同时驱动泵送系统、分配系统、搅拌清洗系统和臂架支腿系统等。如图2所示。泵送系统、分配系统、搅拌清洗系统和臂架支腿系统共用一个动力装置。但是，混凝土泵送具有许多工况，在某些工况下，混凝土泵送设备负载功率远小于动力设备输出功率，例如，当混凝土泵送设备处于待料工况和清洗工况时，仅搅拌清洗系统工作。

这样会导致以下缺点：

（1）动力装置提供的功率远大于混凝土泵送设备需要的功率，出现负荷率低的现象，从而造成了能量的浪费，也使动力装置的装机功率较高。

（2）为了维持搅拌清洗系统的工作，会使其它不需要工作的子系统（例如泵送系统、分配系统和臂架支腿系统）中的某些液压元件处于空转工作状态，一方面增加了能量损耗，另一方面降低了元件使用寿命。

发明内容

本发明旨在提供一种工程设备和工程设备的动力控制方法，以解决现有技术中工程设备在不同的工况下，动力装置提供的能量与执行系统的负载功率不匹配，以致能耗高的问题。

为解决上述技术问题，根据本发明的第一个方面，提供了一种工程设备，包括：执行系统，执行系统的负载功率为N0；用于驱动执行系统的第一动力装置，第一动力装置的输出功率为N1；能量存储单元，与第一动力装置连接，用于储存来自第一动力装置的能量；用于驱动执行系统的第二动力装置，能量存储单元向第二动力装置提供能量，第二动力装置的输出功率为N2；第一动力装置和/或第二动力装置以预定的策略驱动执行系统。

进一步地，其中，N1>N2，在N0≤N2时，仅由第二动力装置驱动执行系统。

进一步地，如果N2＜N0≤N1，则使用第一动力装置驱动执行系统。

进一步地，如果N2＜N0≤N1，则将第一动力装置富余的能量存储在能量存储单元中。

进一步地，如果N1＜N0≤N1+N2，则使用第一动力装置和第二动力装置驱动执行系统。

进一步地，工程设备还包括能量转换单元，第一动力装置通过能量转换单元与能量存储单元连接。

进一步地，能量存储单元是蓄电池或超级电容，第二动力装置是电动机。

进一步地，能量存储单元是液压蓄能器，第二动力装置是液压马达。

进一步地，工程设备是混凝土泵送设备，执行系统包括泵送系统、分配系统、臂架支腿系统和搅拌清洗系统中的至少一个，执行系统由第一动力装置和/或第二动力装置驱动。

进一步地，工程设备是混凝土泵送设备，执行系统包括泵送系统、分配系统、臂架支腿系统和搅拌清洗系统中的至少两个，执行系统中的一部分由第一动力装置驱动，执行系统中的另一部分由第二驱动装置驱动。

根据本发明的第一个方面，提供了一种工程设备的动力控制方法，工程设备包括执行系统、能量存储单元、用于驱动执行系统的第一动力装置和用于驱动执行系统的第二动力装置，执行系统的负载功率为N0，第一动力装置的输出功率为N1，第二动力装置的输出功率为N2，能量存储单元用于存储来自第一动力装置的能量，能量存储单元向第二动力装置提供能量，动力控制方法包括：由第一动力装置和/或第二动力装置以预定的策略驱动执行系统。

进一步地，其中，N1>N2，如果N0≤N2，使用第二动力装置驱动执行系统。

进一步地，如果N2＜N0≤N1，则使用第一动力装置驱动执行系统。

进一步地，如果N2＜N0≤N1，则将第一动力装置富余的能量存储在能量存储单元中。

进一步地，如果N1＜N0≤N1+N2，则使用第一动力装置和第二动力装置驱动执行系统。

本发明可使用第一动力装置和/或第二动力装置驱动执行系统，因此第一动力装置和第二动力装置不需要提供远大于执行系统的功率，避免了负载率低的问题，节省了能量。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示意性示出了现有技术中的混凝土泵送设备的组成示意图；

图2示意性示出了现有技术中的混凝土泵送设备的传动示意图；

图3示意性示出了本发明中的混凝土泵送设备的传动示意图；以及

图4示意性示出了本发明中的混凝土泵送设备的动力控制方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

作为本发明的第一方面，提供了一种工程设备。如图3所示，该工程设备包括：执行系统，执行系统的负载功率为N0；用于驱动执行系统的第一动力装置，第一动力装置的输出功率为N1；能量存储单元，与第一动力装置连接，用于储存来自第一动力装置的能量；用于驱动执行系统的第二动力装置，能量存储单元向第二动力装置提供能量，第二动力装置的输出功率为N2，第一动力装置和/或第二动力装置以预定的策略驱动执行系统。优选地，第一动力装置是电机。

在工作过程中，可以根据执行系统的负载功率与第一、第二动力装置的输出功率之间的关系，按预定的策略选择使用第一动力装置、第二动力装置、第一动力装置和第二动力装置来驱动执行系统，因此，第一动力装置和第二动力装置不需要提供远大于执行系统的功率，避免了负载率低的问题，使工程设备在不同的工况下，其动力装置提供的能量能够与执行系统的负载功率匹配，以达到节省能量的目的。

优选地，其中，N1>N2，在N0≤N2时，仅由第二动力装置驱动执行系统。本发明在N0≤N2时，仅由第二动力装置驱动执行系统，即由第二动力装置作为执行系统的当前能量源。在这种情况下，由于第二动力装置所能提供的输出功率N2与执行系统所需的负载功率N0最为接近，因此，可以最大程度地减少富余的能量。反之，如果采用第一动力装置作为当前能量源，那么就会有较大的能量富余和浪费。特别地，第二动力装置的能量也可以直接使用存储在能量存储单元中的、来自于第一动力装置富余的能量，因此，节省了能源。当然，第二动力装置也可以由能量源直接驱动。

优选地，如果N2＜N0≤N1，则使用第一动力装置驱动执行系统。优选地，如果N2＜N0≤N1，则将第一动力装置富余的能量存储在能量存储单元中。优选地，如果N1＜N0≤N1+N2，则使用第一动力装置和第二动力装置驱动执行系统。

可见，在执行系统的负载功率较小时，可以采用大于负载功率、且与负载功率最接近的动力装置提供动力。也就是说，如果第一动力装置的功率比第二动力装置的功率更接近执行系统当前的负载功率，那么就采用第一动力装置来驱动执行系统，反之亦然。如果执行系统的负载功率大于第一动力装置和第二动力装置的功率，那么同时采用第一动力装置和第二动力装置驱动执行系统。

特别地，当使用第一动力装置驱动执行系统时，其富余的能量被存储到能量存储单元中，以供第二动力装置使用。因此，第一动力装置和第二动力装置不需要提供远大于执行系统的功率，避免了负载率低的问题，使工程设备在不同的工况下，其动力装置提供的能量能够与执行系统的负载功率匹配，以达到节省能量的目的。

本发明可将第一动力装置富余的能量存储在能量存储单元中，以备需要时使用，因此可有效地解决富余能量的浪费问题。

优选地，工程设备还包括能量转换单元，第一动力装置通过能量转换单元与能量存储单元连接。其中，能量存储单元中可以存储电能，也可以存储液压能。在一个实施例中，能量存储单元是蓄电池或超级电容，第二动力装置是电动机。在另一个实施例中，能量存储单元是液压蓄能器，第二动力装置是液压马达。这样，可以对不同形式的能量进行存储，以备第二动力装置使用。

在一个实施例中，工程设备是混凝土泵送设备，执行系统包括泵送系统、分配系统、臂架支腿系统和搅拌清洗系统中的至少一个，执行系统由第一动力装置和/或第二动力装置驱动。当然，工程设备也可以是其它的设备，例如起重机等。工作时，可以根据执行系统的负载功率选择由第一动力装置还是第二动力装置驱动，当单独使用第一动力装置或第二动力装置不能驱动执行系统时，可以同时使用第一动力装置和第二动力装置驱动执行系统。

在另一个实施例中，工程设备是混凝土泵送设备，执行系统包括泵送系统、分配系统、臂架支腿系统和搅拌清洗系统中的至少两个，执行系统中的一部分由第一动力装置驱动，执行系统中的另一部分由第二驱动装置驱动。当然，工程设备也可以是其它的设备，例如起重机等。工作时，可以根据执行系统的当前负载功率选择由第一动力装置还是第二动力装置驱动；当单独使用第一动力装置或第二动力装置不能驱动执行系统时，可以同时使用第一动力装置和第二动力装置驱动执行系统。此外，还可以使用第一动力装置驱动一部分执行系统，而使用第二动力装置驱动另一部分执行系统，这样，仅需要维持需要工作的子系统处于工作状态，而使其它不需要工作的子系统处于非工作状态，从而使这些处于非工作状态的子系统中的液压元件停止状态，避免了现有技术中为了维持一部分子系统工作，而使其它不需要工作的子系统处于空转的问题，从而减少了能量损耗、增加了液压元件的使用寿命。

例如，在工作时，可以同时使用第一动力装置和第二动力装置来驱动泵送系统、分配系统、臂架支腿系统和搅拌清洗系统；或仅使用第一动力装置或第二动力装置驱动泵送系统、分配系统、臂架支腿系统和搅拌清洗系统；或采用第一动力装置驱动泵送系统和分配系统，而采用第二动力装置驱动臂架支腿系统和搅拌清洗系统，等等。

作为本发明的第二方面，提供了一种工程设备的动力控制方法。其中，工程设备包括执行系统、能量存储单元、用于驱动执行系统的第一动力装置和用于驱动执行系统的第二动力装置，执行系统的负载功率为N0，第一动力装置的输出功率为N1，第二动力装置的输出功率为N2，能量存储单元用于存储来自第一动力装置的能量，能量存储单元向第二动力装置提供能量，其中，能量源向第一动力装置提供能量，。请参考图4，动力控制方法包括：由第一动力装置和/或第二动力装置以预定的策略驱动述执行系统。优选地，能量源可以有多个。

优选地，其中，N1>N2，如果N0≤N2，使用第二动力装置驱动执行系统。本发明在N0≤N2时，仅由第二动力装置驱动执行系统，即由第二动力装置作为执行系统的当前能量源。在这种情况下，由于第二动力装置所能提供的输出功率N2与执行系统所需的负载功率N0最为接近，因此，可以最大程度地减少富余的能量。反之，如果采用第一动力装置作为当前能量源，那么就会有较大的能量富余和浪费。特别地，第二动力装置的能量也可以直接使用存储在能量存储单元中的、来自于第一动力装置富余的能量，因此，节省了能源。当然，第二动力装置也可以由能量源直接驱动。

优选地，如果N2＜N0≤N1，则使用第一动力装置驱动执行系统。

优选地，如果N2＜N0≤N1，则将第一动力装置富余的能量存储在能量存储单元中。优选地，在“将第一动力装置富余的能量存储在能量存储单元中”之前，还需要判断能量存储单元量是否已经充满能量，只有在能量存储单元未充满能量的情况下，才将第一动力装置富余的能量存储在能量存储单元中。

优选地，如果N1＜N0≤N1+N2，则使用第一动力装置和第二动力装置驱动执行系统。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种工程设备，其特征在于，包括：

执行系统，所述执行系统的负载功率为N0；

用于驱动所述执行系统的第一动力装置，所述第一动力装置的输出功率为N1；

能量存储单元，与所述第一动力装置连接，用于储存来自所述第一动力装置的能量；

用于驱动所述执行系统的第二动力装置，所述能量存储单元向所述第二动力装置提供能量，所述第二动力装置的输出功率为N2；所述第一动力装置和/或所述第二动力装置以预定的策略驱动所述执行系统；

其中，根据所述执行系统的负载功率N0与所述第一动力装置的输出功率N1、所述第二动力装置的输出功率N2之间的关系，按所述预定的策略选择使用所述第一动力装置、所述第二动力装置、所述第一动力装置和所述第二动力装置来驱动所述执行系统；

其中，N1>N2；

在N0≤N2时，仅由所述第二动力装置驱动所述执行系统；

如果N2＜N0≤N1，则使用所述第一动力装置驱动所述执行系统；

如果N2＜N0≤N1，则将所述第一动力装置富余的能量存储在所述能量存储单元中；

如果N1＜N0≤N1+N2，则使用所述第一动力装置和所述第二动力装置驱动所述执行系统。

2.根据权利要求1所述的工程设备，其特征在于，所述工程设备还包括能量转换单元，所述第一动力装置通过所述能量转换单元与所述能量存储单元连接。

3.根据权利要求2所述的工程设备，其特征在于，所述能量存储单元是蓄电池或超级电容，所述第二动力装置是电动机。

4.根据权利要求2所述的工程设备，其特征在于，所述能量存储单元是液压蓄能器，所述第二动力装置是液压马达。

5.根据权利要求1所述的工程设备，其特征在于，所述工程设备是混凝土泵送设备，所述执行系统包括泵送系统、分配系统、臂架支腿系统和搅拌清洗系统中的至少一个，所述执行系统由所述第一动力装置和/或所述第二动力装置驱动。

6.根据权利要求1所述的工程设备，其特征在于，所述工程设备是混凝土泵送设备，所述执行系统包括泵送系统、分配系统、臂架支腿系统和搅拌清洗系统中的至少两个，所述执行系统中的一部分由所述第一动力装置驱动，所述执行系统中的另一部分由所述第二动力装置驱动。

7.一种工程设备的动力控制方法，所述工程设备包括执行系统、能量存储单元、用于驱动所述执行系统的第一动力装置和用于驱动所述执行系统的第二动力装置，所述执行系统的负载功率为N0，所述第一动力装置的输出功率为N1，所述第二动力装置的输出功率为N2，所述能量存储单元用于存储来自所述第一动力装置的能量，所述能量存储单元向所述第二动力装置提供能量，其特征在于，所述动力控制方法包括：由所述第一动力装置和/或所述第二动力装置以预定的策略驱动所述执行系统；

其中，根据所述执行系统的负载功率N0与所述第一动力装置的输出功率N1、所述第二动力装置的输出功率N2之间的关系，按所述预定的策略选择使用所述第一动力装置、所述第二动力装置、所述第一动力装置和所述第二动力装置来驱动所述执行系统；

其中，N1>N2；

如果N0≤N2，使用所述第二动力装置驱动所述执行系统；

如果N2＜N0≤N1，则使用所述第一动力装置驱动所述执行系统；

如果N2＜N0≤N1，则将所述第一动力装置富余的能量存储在所述能量存储单元中；

如果N1＜N0≤N1+N2，则使用所述第一动力装置和所述第二动力装置驱动所述执行系统。