CN103195696B - 工程机械、混凝土泵送系统及其控制装置、控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工程机械、混凝土泵送系统及其控制装置、控制方法，所述混凝土泵送系统包括发动机、变量泵以及液压执行元件，所述发动机驱动所述变量泵运行以提供液压油至所述液压执行元件，从而驱动所述液压执行元件进行混凝土泵送，该方法包括：接收换向信号；在接收所述换向信号之后，确定当前阶段，该当前阶段为泵送周期所包含的多个阶段之一；以及根据当前阶段，调节输入至所述变量泵的排量电流，以使得所述变量泵的输出功率与所述液压执行元件的吸收功率相匹配。本发明可根据泵送周期特殊的规律性，分阶段改变变量泵的排量电流，使得所述变量泵的输出功率与所述液压执行元件的吸收功率相匹配，以满足功率匹配控制或平稳泵送控制的需求。

Description

工程机械、混凝土泵送系统及其控制装置、控制方法

技术领域

本发明涉及工程机械领域，具体地，涉及一种用于混凝土泵送系统的控制方法、控制装置、包含该装置的混凝土泵送系统及包含该系统的工程机械。

背景技术

现有技术中，混凝土泵送作业是通过液压泵将发动机的输出功率传递给泵送液压系统（即，液压执行元件）及其他负载，以由该泵送液压系统进行泵送作业；其中泵送液压系统消耗大部分功率。

现有泵送液压系统绝大部分为双油缸活塞式摆阀泵送液压系统，是由左右两个油缸交替往复推料泵送混凝土，其中左右油缸交替间隙，摆阀进行切换动作。图1为现有技术的混凝土泵送作业的典型泵送周期曲线示意图，其中左右油缸交替间隙，摆阀进行切换动作，此时基本不消耗功率，造成负载压力急剧下降、发动机转速急剧上升，称为换向阶段；完成换向后，其中一个油缸活塞开始推动混凝土，此时消耗功率，突然加载造成负载压力急剧上升，发动机转速急剧下降，然后随着负载趋于稳定，发动机转速慢慢恢复，直到该油缸行程结束，称为泵送阶段。换向阶段与泵送阶段构成一个完整的泵送周期，泵送作业过程表现为连续的泵送周期。

在上述泵送作业过程中，由于泵送液压系统作业间歇性，会造成发动机输出功率未能充分利用、泵送效率降低，或者会造成负载压力波动、泵送作业不平稳，不能达到功率匹配控制或平稳泵送控制的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于混凝土泵送系统的控制方法、控制装置、包含该装置的混凝土泵送系统及包含该系统的工程机械，其可分阶段改变变量泵的排量电流，使得所述变量泵的输出功率与所述液压执行元件的吸收功率相匹配，以满足功率匹配控制或平稳泵送控制的需求。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于混凝土泵送系统的控制方法，所述混凝土泵送系统包括发动机、变量泵以及液压执行元件，所述发动机驱动所述变量泵运行以提供液压油至所述液压执行元件，从而驱动所述液压执行元件进行混凝土泵送，该方法包括：接收换向信号；在接收所述换向信号之后，确定当前阶段，该当前阶段为泵送周期所包含的多个阶段之一；以及根据当前阶段，调节输入至所述变量泵的排量电流，以使得所述变量泵的输出功率与所述液压执行元件的吸收功率相匹配。

相应地，本发明还提供一种用于所述混凝土泵送系统的控制装置，该装置包括：接收器，用于接收换向信号；控制器，用于在所述接收器接收所述换向信号之后，确定当前阶段，该当前阶段为泵送周期所包含的多个阶段之一；以及根据当前阶段，调节输入至所述变量泵的排量电流，以使得所述变量泵的输出功率与所述液压执行元件的吸收功率相匹配。

相应地，本发明还一种混凝土泵送系统，该系统包括上述控制装置。

相应地，本发明还提供一种工程机械，该工程机械包括上述混凝土泵送系统。

通过上述技术方案，可根据泵送周期特殊的规律性，分阶段改变变量泵的排量电流，使得所述变量泵的输出功率与所述液压执行元件的吸收功率相匹配，以满足功率匹配控制或平稳泵送控制的需求。

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为现有技术的混凝土泵送作业的典型泵送周期曲线示意图；

图2为本发明提供的混凝土泵送系统的结构示意图；

图3为本发明的泵送周期阶段划分示意图；以及

图4为本发明提供的混凝土泵送系统的控制方法流程图。

附图标记说明

10 发动机        20  变量泵

30 液压执行元件  41  接收器

42 控制器

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图2为本发明提供的混凝土泵送系统的结构示意图。如图2所示，本发明提供了一种混凝土泵送系统，该系统包括发动机10、变量泵20以及液压执行元件30，所述混凝土泵送系统所述发动机10驱动所述变量泵20运行以提供液压油至所述液压执行元件30，从而驱动所述液压执行元件30进行混凝土泵送，其中，该系统还包括控制装置，该控制装置包括：接收器41，用于接收换向信号（即，液压执行元件的左右油缸换向前发出左缸换向信号或右缸换向信号，该换向信号的采集方法可以为安装在油缸行程尽头的接近开关、安装在油缸油路上的液压压差开关、压力传感器或测量油缸行程的位移传感器采集获得）；控制器42，用于在所述接收器接收所述换向信号之后，确定当前阶段，该当前阶段为泵送周期所包含的多个阶段之一；以及根据当前阶段，调节输入至所述变量泵的排量电流，以使得所述变量泵的输出功率与所述液压执行元件的吸收功率相匹配。藉此，可根据泵送周期特殊的规律性，分阶段改变变量泵的排量电流，使得所述变量泵的输出功率与所述液压执行元件的吸收功率相匹配，以满足功率匹配控制或平稳泵送控制的需求。

所述控制器42可监控换向信号，两个连续的换向信号之间的过程即为一个完整的泵送周期。所述泵送周期的阶段的划分是按照泵送周期规律性进行划分的，具体划分情况可参见图3，图3为本发明的泵送周期阶段划分示意图。如图3所示，所述第一换向阶段为接收所述换向信号时的时刻至摆阀换向即将完成这一持续时间段；所述第二换向阶段为所述第一换向阶段结束时刻至摆阀换向完成这一持续时间段；所述第一泵送阶段为所述第二换向阶段结束时刻至发动机实际转速恢复至相对稳定这一持续时间段；以及所述第二泵送阶段为所述第一泵送阶段结束时刻至接收到下一换向信号这一持续时间段。

其中，该四个阶段的切换点可通过多次实验检测之后确定。也就是说，可通过多次试验检测，确定所述第一换向阶段、第二换向阶段以及第一泵送阶段的持续时间，之后根据接收所述换向信号的时刻、当前时刻及各阶段的持续时间，确定当前阶段。以下会对检测第一换向阶段、第二换向阶段以及第一泵送阶段的持续时间时所需要考虑的因素进行介绍。另外，所述第二泵送阶段的持续时间可根据所述第一泵送阶段结束时刻至收到下一换向信号的时刻来决定，可根据泵送频率进行变化。

当然本发明并不限于上述通过实验检测确定所述四个阶段的切换点，亦可通过检测发动机设定转速（即，人工选择的档位所对应的发动机转速）与发动机实际转速之间的关系而确定所述四个阶段的切换点，例如如图3所示，在第一换向阶段与第二换向阶段之间的切换点处，发动机实际转速上升至最高；在第二换向阶段与第一泵送阶段之间的切换点处，发动机实际转速回落至接近发动机设定转速；在第一泵送阶段与第二泵送阶段之间的切换点处，发动机实际转速在经历了波谷之后回升至接近发动机设定转速。可以此为依据来确定所述四个阶段的切换点。另外还可考虑负载压力的变化而确定所述四个阶段的切换点，具体原理与上述根据发动机转速确定切换点相同，于此不再赘述。

图4为本发明提供的混凝土泵送系统的控制方法流程图。以下结合图4，针对所述四个阶段的特性，详细介绍该四个阶段下如何调节输入至所述变量泵的排量电流。

从接收到左缸换向信号或右缸换向信号之一的时刻至摆阀换向即将完成这一时间段为第一换向阶段。在第一换向阶段（由于摆阀换向时间相对固定，因此该阶段的持续时间可以通过多次测试获得），由于负载压力急剧下降、发动机实际转速急剧上升，液压执行元件不做功，基本不消耗功率，造成能量浪费，因此可将输入至变量泵的排量电流调节为预置的最小值，从而降低变量泵排量，实现节能。该排量电流的最小值即为变量泵的排量最小时对应的电磁阀控制电流值（即，排量电流值），是变量泵的已知固定参数，不同型号的转速变量泵取值不同。

从所述第一换向阶段结束时刻至摆阀换向完成这一时间段为第二换向阶段。在第二换向阶段，虽然液压执行元件仍然未做功，但由于液压执行元件的滞后性，造成控制变量泵排量从第一换向阶段的最小排量提升至常规泵送排量这一过程需要一定响应时间，因此需在泵送启动前，提前将排量电流调节至一预设值，从而提高泵送阶段的排量电流调节的响应转速，实现提高泵送效率。该排量电流的预设值取值为上次泵送周期结束时的排量电流值乘以调节系数，该调节系数一般取1，即此时调节输入至变量泵的排量电流为上次泵送周期结束时的排量电流。所述第二换向阶段的持续时间可根据变量泵的响应时间多次调试获得，不同型号的变量泵取值不同。

从所述第二换向阶段结束时刻至发动机实际转速恢复至相对稳定这一时间段为第一泵送阶段。在第一泵送阶段，由于完成换向后，其中一个油缸活塞开始推动混凝土，突然加载造成负载压力急剧上升，发动机转速急剧下降，容易造成发动机转速长时间持续低速，甚至发动机过载熄火，极大地降低泵送效率和影响作业。因此，需要迅速恢复发动机转速至设定转速。具体为，以发动机设定转速为目标值，发动机实际转速为反馈值，调节转速变量泵的排量电流（例如，采用PID算法进行快速调节，可通过现场整定PID参数的多次试验，获得发动机掉速的快速响应效果）。其中，发动机设定转速为当前选择的档位对应的转速，发动机实际转速为通过转速传感器测量的或J1939总线读取发动机转速值。第一泵送阶段的持续时间可通过多次跟踪发动机实际转速的恢复状态获得，一般不超过1秒。

从所述第一泵送阶段结束时刻至收到下一换向信号（即，下一泵送周期开始时刻）之间的时间段为第二泵送阶段。在第二泵送阶段，由于经过第一泵送阶段的PID快速调节作用，发动机实际转速已经趋于稳定，液压执行元件消耗功率与发动机输出功率基本匹配，如果大范围调节排量电流，反而造成负载压力波动，引起泵送振荡和效率的降低。因此，该阶段的目的是，在稳定发动机转速的基础上，缓慢调节转速变量泵的排量电流，从而充分利用发动机输出功率来加快泵送速度，提高泵送效率。具体而言，以发动机额定负载率为目标值，发动机实际负载率为反馈值，调节输入至变量泵的排量电流（例如，采用PID算法进行缓慢调节，可通过现场整定PID参数的多次试验，来提高发动机实际负载率，使其接近发动机额定负载率），从而修正和优化负载与发动机的功率匹配，提高泵送速度和泵送效率。其中，发动机额定负载率为当前发动机设定转速对应的发动机可输出的最大负载率，可通过查表或J1939总线读取，发动机实际负载率通过转速传感器及力矩传感器测量计算得到或直接通过J1939总线读取。

相应地，本发明还提供了一种用于混凝土泵送系统的控制方法，所述混凝土泵送系统包括发动机，变量泵以及液压执行元件，所述发动机驱动所述变量泵运行以提供液压油至所述液压执行元件，从而驱动所述液压执行元件进行混凝土泵送，该方法包括：接收换向信号；在接收所述换向信号之后，确定当前阶段，该当前阶段为泵送周期所包含的多个阶段之一；以及根据当前阶段，调节输入至所述变量泵的排量电流，以使得所述变量泵的输出功率与所述液压执行元件的吸收功率相匹配。有关该方法的具体细节与上述混凝土泵送系统介绍的相同，于此不再赘述。

相应地，本发明还提供了一种工程机械，该工程机械包括上述混凝土泵送系统。

以上结合附图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 (8)

1.一种用于混凝土泵送系统的控制方法，所述混凝土泵送系统包括发动机、变量泵以及液压执行元件，所述发动机驱动所述变量泵运行以提供液压油至所述液压执行元件，从而驱动所述液压执行元件进行混凝土泵送，其特征在于，该方法包括：

接收换向信号；

在接收所述换向信号之后，确定当前阶段，该当前阶段为泵送周期所包含的多个阶段之一；以及

根据所述当前阶段，调节输入至所述变量泵的排量电流，以使得所述变量泵的输出功率与所述液压执行元件的吸收功率相匹配，

其中，所述泵送周期包括第一换向阶段、第二换向阶段、第一泵送阶段以及第二泵送阶段，并且

所述第一换向阶段为接收所述换向信号时的时刻至摆阀换向即将完成这一持续时间段；

所述第二换向阶段为所述第一换向阶段结束时刻至摆阀换向完成这一持续时间段；

所述第一泵送阶段为所述第二换向阶段结束时刻至发动机实际转速恢复至相对稳定这一持续时间段；以及

所述第二泵送阶段为所述第一泵送阶段结束时刻至接收到下一换向信号这一持续时间段。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据当前阶段来调节输入至所述变量泵的排量电流包括以下至少一者：

在所述当前阶段为所述第一换向阶段的情况下，将输入至所述变量泵的排量电流调节至最小值，该最小值为所述变量泵的排量最小时对应的排量电流；

在所述当前阶段为所述第二换向阶段的情况下，将输入至所述变量泵的排量电流调节至一预设值，该预设值与上一泵送周期结束时输入至所述变量泵的排量电流有关；

在所述当前阶段为所述第一泵送阶段的情况下，接收发动机设定转速及发动机实际转速，以发动机设定转速为目标值并以发动机实际转速为反馈值，调节输入至所述变量泵的排量电流；以及

在所述当前阶段为所述第二泵送阶段的情况下，接收发动机额定负载率及发动机实际负载率，以发动机额定负载率为目标值并以发动机实际负载率为反馈值，调节输入至所述变量泵的排量电流，

其中，所述第一换向阶段、第二换向阶段、第一泵送阶段、以及第二泵送阶段依次接续，构成一泵送周期。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述当前阶段是根据以下至少一者确定的：

预先确定的各个阶段的持续时间；

发动机转速的变化；以及

负载压力的变化。

4.一种用于混凝土泵送系统的控制装置，所述混凝土泵送系统包括发动机、变量泵以及液压执行元件，所述发动机驱动所述变量泵运行以提供液压油至所述液压执行元件，从而驱动所述液压执行元件进行混凝土泵送，其特征在于，该装置包括：

接收器，用于接收换向信号；

控制器，用于

在所述接收器接收所述换向信号之后，确定当前阶段，该当前阶段为泵送周期所包含的多个阶段之一；以及

根据所述当前阶段，调节输入至所述变量泵的排量电流，以使得所述变量泵的输出功率与所述液压执行元件的吸收功率相匹配，

其中，所述泵送周期包括第一换向阶段、第二换向阶段、第一泵送阶段以及第二泵送阶段，并且

所述第一换向阶段为接收所述换向信号时的时刻至摆阀换向即将完成这一持续时间段；

所述第二换向阶段为所述第一换向阶段结束时刻至摆阀换向完成这一持续时间段；

所述第一泵送阶段为所述第二换向阶段结束时刻至发动机实际转速恢复至相对稳定这一持续时间段；以及

所述第二泵送阶段为所述第一泵送阶段结束时刻至接收到下一换向信号这一持续时间段。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述根据当前阶段来调节输入至所述变量泵的排量电流包括以下至少一者：

在所述当前阶段为所述第一换向阶段的情况下，将输入至所述变量泵的排量电流调节至最小值，该最小值为所述变量泵的排量最小时对应的排量电流；

在所述当前阶段为所述第二换向阶段的情况下，将输入至所述变量泵的排量电流调节至一预设值，该预设值与上一泵送周期结束时输入至所述变量泵的排量电流有关；

在所述当前阶段为所述第一泵送阶段的情况下，接收发动机设定转速及发动机实际转速，以发动机设定转速为目标值并以发动机实际转速为反馈值，调节输入至所述变量泵的排量电流；以及

在所述当前阶段为所述第二泵送阶段的情况下，接收发动机额定负载率及发动机实际负载率，以发动机额定负载率为目标值并以发动机实际负载率为反馈值，调节输入至所述变量泵的排量电流，

其中，所述第一换向阶段、第二换向阶段、第一泵送阶段、以及第二泵送阶段依次接续，构成一泵送周期。

6.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述当前阶段是根据以下至少一者确定的：

预先确定的各个阶段的持续时间；

发动机转速的变化；以及

负载压力的变化。

7.一种混凝土泵送系统，其特征在于，该系统包括根据权利要求4-6中任意一项权利要求所述的控制装置。

8.一种工程机械，其特征在于，该工程机械包括根据权利要求7所述的混凝土泵送系统。