CN103510564A - 一种挖掘机恒功率控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种柱塞式双联斜盘变量泵的功率调节系统，该系统包括压力传感变送器组，柱塞式双联斜盘变量泵组，功率调节模块，电脑主机控制器和发动机。其中压力传感变送器组的测量数值传送到电脑主机控制器，电脑主机控制器通过功率调剂模块对柱塞式双联斜盘变量泵组进行调节，电脑主机控制器包括由单片机组成的三维点阵式MCU恒功率控制器，根据压力变送器组采集的柱塞式双联斜盘变量泵输出的压力数值的大小，通过查找由三维数组组成点阵参数的曲线坐标参数，从而控制功率调节模块调节柱塞式双联斜盘变量泵输出的流量，使柱塞式双联斜盘变量泵吸收的发动机功率保持为一个常量，使得柱塞式双联斜盘变量泵在实际工作过程中以接近真正的恒功率曲线进行调整，这样能够充分发挥发动机的能力，同时还可以大大降低在系统溢流时的柱塞式双联斜盘变量泵的流量，减少功率损失，节约燃油。

Description

一种挖掘机恒功率控制装置

技术领域

本发明涉及机电一体化领域，尤其是涉及一种挖掘机恒功率控制装置，特别地，涉及一种挖掘机液压系统中的柱塞式双联斜盘变量泵的功率控制系统。

背景技术

液压挖掘机功率控制一直以来都是需要改进的技术难题。功率控制的目的主要是节能、提高功率利用率以及增强作业效率等。早期的挖掘机液压系统采用定量泵供油系统，但是其功率利用率效果欠佳，无法获得较好的控制功能，已经逐渐被新的技术所替代。目前，大中型挖掘机中普遍采用的是恒功率控制系统，在20世纪末期，在恒功率控制系统的基础上，出现了负流量控制等控制系统，继而出现了电子控制系统，它们在节能、监控、维护以及操作方面有了很大的提高。

全液压系统挖掘机在一个工作循环中液压系统的压力值变化非常大、中型吨位的挖掘机液压系统中的压力一般要在30Kfg/mn2-350Kfg/mm2之间变化，根据液压系统中柱塞式双联斜盘变量泵的消耗功率W＝P×Q/(k×η)(W为柱塞式双联斜盘变量泵吸收的功率，P为主泵排出的压力，Q为主泵排出的流量，k为系数，η为主泵的效率)这个公式中可以看出，如果保持柱塞式双联斜盘变量泵排量不变，其柱塞式双联斜盘变量泵吸收的功率也会随着压力的变化而大幅度的变化。为了改善这种状况，现在国内外挖掘机的液压动力源一般都是采用带有恒功率控制装置的柱塞式斜盘双联变量泵，目的是要在一定的压力变化范围内通过调整柱塞式双联斜盘变量泵的排量，使得柱塞式双联斜盘变量泵吸收的功率成为定值。然而，通过分析这种主泵的工作原理和P-Q(压力-流量)曲线可以发现，由于这种柱塞式双联斜盘变量泵所用的恒功率调节器是利用内外套在一起长短不一的两个弹簧，在压力升高的过程中，开始只压缩较长的弹簧，然后压缩两个相当于并联弹簧，产生如图1中曲线I所示的实际柱塞式双联斜盘变量泵吸收功率P-Q折线。而理论上的恒功率曲线应该是一条近似的反函数曲线，即如附图1中曲线II所示。两曲线相比较可以看出：在低压区域，特别是在功率起控点A点附近，柱塞式双联斜盘变量泵的实际吸收功率要远远大于理论功率，这就要求所匹配的发动机要有足够的功率余量，否则会造成发动机憋车，而在高压区域，柱塞式双联斜盘变量泵的实际吸收功率又小于理论功率，使得挖掘机动作变慢。

同时这种主泵还存在一个在系统压力达到设定压力的时候，液压系统上的主溢流阀开启，这时候柱塞式双联斜盘变量泵输出的液压油几乎全部从溢流阀中流出，从而造成功率损失的问题。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术存在柱塞式双联斜盘变量泵的实际恒功率曲线和理论恒功率曲线不一致造成功率损失的技术问题，提供一种柱塞式双联斜盘变量泵的功率调节系统，从而克服现有技术的不足。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种柱塞式双联斜盘变量泵的功率调节系统，该系统包括压力传感变送器组，柱塞式双联斜盘变量泵组，第一功率调节模块，第二功率调剂模块，电脑主机控制器和发动机。其中压力传感变送器组的测量数值传送到电脑主机控制器，电脑主机控制器通过第一功率调节模块和第二功率调剂模块对柱塞式双联斜盘变量泵组进行调节，其特征在于：电脑主机控制器为由单片机组成的三维点阵式MCU恒功率控制器，根据压力变送器组采集的柱塞式双联斜盘变量泵输出的压力数值的大小，通过查找由三维数组组成点阵参数的曲线坐标参数，从而控制第一功率调节模块和第二功率调节模块调节柱塞式双联斜盘变量泵输出的流量的大小，使柱塞式双联斜盘变量泵的吸收的发动机功率P×Q/(k×η)保持为一个常量，其中：

W为柱塞式双联斜盘变量泵吸收的功率，P为主泵排出的压力，Q为主泵排出的流量，k为系数，η为主泵的效率；

使得柱塞式双联斜盘变量泵随着系统压力的大小按照理想的恒功率曲线进行流量调整。

本发明为了解决柱塞式双联斜盘变量泵的实际恒功率曲线和理论恒功率曲线不一致的问题，使柱塞式双联斜盘变量泵在实际工作过程中以接近真正的恒功率曲线进行调整，这样能够充分发挥发动机的能力，同时还可以大大降低在系统溢流时的柱塞式双联斜盘变量泵的流量，减少功率损失，节约燃油。

附图说明

图1是现有技术P-Q曲线变化示意图；

图2是本发明工作原理框架结构示意图；

图3是本发明P-Q曲线变化示意图；

图4是本发明挖掘机工作过程中P-Q曲线变化示意图；

图5是本发明的液压系统原理图。

图中的附图标记对应关系如下：

1、电脑主机控制器

2、第一功率调节模块

3、第二功率调节模块

4、先导泵

5、第一伺服驱动器

6、第一伺服电机

7、第一丝杠

8、第一螺母

9、第一直线轨道

10、第一L型联动件

11、第一联动伺服阀

12、第一随动连接件

13、第一泵调节液压缸

14、第一活塞

15、第一活塞杆

16、第一柱塞式斜盘变量泵

17、第一溢流阀

18、第一压力传感变送器

19、第一多路阀组件

20、第一执行元件

21、第二执行元件

22、第三执行元件

23、第二压力传感变送器

24、第三压力传感变送器

25、第四执行元件

26、第五执行元件

27、第六执行元件

28、第四压力传感变送器

29、第二溢流阀

30、第二柱塞式斜盘变量泵

31、第二活塞杆

32、第二活塞

33、第二泵调节液压缸

34、第二随动连接件

35、第二联动伺服阀

36、第二L型联动件

37、第二伺服驱动器

38、第二伺服电机

39、第二丝杠

40、第二螺母

41、第二直线轨道

42、第二多路阀组件

101、压力传感变送器组

102、柱塞式双联斜盘变量泵组

103、第一功率调节模块

104、第二功率调节模块

106、发动机

具体实施方式

根据图2-5，本发明的优选实施例的具体实施方式如下，具体地，提供了一种柱塞式双联斜盘变量泵的功率调节系统，该系统包括压力传感变送器组101，柱塞式双联斜盘变量泵组102，第一功率调节模块103，第二功率调剂模块104，电脑主机控制器1和发动机106。其中压力传感变送器组101的测量数值传送到电脑主机控制器1，电脑主机控制器1通过第一功率调节模块103和第二功率调剂模块104对柱塞式双联斜盘变量泵组102进行调节，其特征在于：电脑主机控制器为由单片机组成的三维点阵式MCU恒功率控制器，根据压力变送器组采集的柱塞式双联斜盘变量泵输出的压力数值的大小，通过查找由三维数组组成点阵参数的曲线坐标参数，从而控制第一功率调节模块和第二功率调节模块调节柱塞式双联斜盘变量泵输出的流量的大小，使柱塞式双联斜盘变量泵的吸收的发动机功率P×Q/(k×η)保持为一个常量，其中：

W为柱塞式双联斜盘变量泵吸收的功率，P为主泵排出的压力，Q为主泵排出的流量，k为系数，η为主泵的效率；

使得柱塞式双联斜盘变量泵随着系统压力的大小按照理想的恒功率曲线进行流量调整。

具体是调节过程如图5的液压系统原理图所示，其中所述柱塞式双联斜盘变量泵组包括第一柱塞式双联斜盘变量泵12和第二柱塞式双联斜盘变量泵30；

所述第一功率调节模块包括：第一丝杠7，第一螺母8，第一直线轨道9，第一L型联动件10，第一联动伺服阀11，第一随动连接件12，第一泵调节液压缸13，第一活塞14，第一活塞杆15，第一柱塞式斜盘变量泵16，第一伺服驱动器5，第一伺服电机6，其中第一活塞14和第一活塞杆15设置在第一泵调节液压缸13中，第一活塞杆15与第一柱塞式双联斜盘变量泵16的斜盘调节系统连接，第一活塞杆15还与第一随动连接件12连接，第一随动连接件12与第一联动伺服阀11的阀体连接，第一联动伺服阀11的滑阀阀芯与第一L型联动件10连接，第一L型联动件10与第一螺母8连接，第一螺母8套装在第一直线轨道9上，由第一直线轨道导向；第一伺服电机6带动第一丝杆7和第一螺母8配合，以驱动第一L型联动件10，带动第一联动伺服阀11的滑阀阀芯动作，从而驱动第一泵调节液压缸13调节第一柱塞式斜盘变量泵16的泵排量；

所述第二功率调节模块包括：第二丝杠39，第二螺母40，第二直线轨道41，第二L型联动件36，第二联动伺服阀35，第二随动连接件34，第二泵调节液压缸33，第二活塞32，第二活塞杆31，第二柱塞式斜盘变量泵30，第二伺服驱动器37，第二伺服电机38，其中第二活塞32和第二活塞杆31设置在第二泵调节液压缸33中，第二活塞杆31与第二柱塞式双联斜盘变量泵30的斜盘调节系统连接，第二活塞杆31还与第二随动连接件34连接，第二随动连接件34与第二联动伺服阀35的阀体连接，第二联动伺服阀35的滑阀阀芯与第二L型联动件36连接，第二L型联动件36与第二螺母40连接，第二螺母40套装在第二直线轨道41上，由第二直线轨道导向；第二伺服电机38带动第二丝杆39和第二螺母40配合，以驱动第二L型联动件36，带动第二联动伺服阀35的滑阀阀芯动作，从而驱动第二泵调节液压缸33调节第二柱塞式斜盘变量泵30的泵排量；其中第一联动伺服阀和第二联动伺服阀为三位三通机液伺服阀；

该功率调节系统还包括先导泵4，所述先导泵4向所述第一联动伺服阀和第二联动伺服阀供油；

所述的压力传感变送器组包括在第一柱塞式斜盘变量泵的出口设置的第一压力传感变送器18，和在第二柱塞式斜盘变量泵的出口设置的第四压力传感变送器28；

所述第一、第四压力传感变送器分别与电脑主机控制器1连接，电脑主机控制器分析由上述压力传感变送器传送来的数值，通过查找由三维数组组成点阵参数的曲线坐标参数，从而控制第一伺服驱动器5和第二伺服驱动器37分别驱动第一伺服电机6和第二伺服电机38，并且通过上述的第一功率调节模块和第二功率调节模块分别包括的各个部件之间的联动，调节柱塞式双联斜盘变量泵16、30输出的流量的大小，使柱塞式双联斜盘变量泵的吸收的发动机功率保持为一个常量。

所述液压系统还包括由第一柱塞式斜盘变量泵供油的第一多路阀组件19和由第二柱塞式斜盘变量泵供油的第二多路阀组件42；

第一多路阀组件包括三个三位六通阀，它们分别控制第一执行元件21、第二执行元件21和第三执行元件20；第二多路阀组件包括三个三位六通阀，它们分别控制第四执行元件25、第五执行元件26和第六执行元件27；

在第一柱塞式斜盘变量泵16的出油口设置有第一溢流阀17，在第二柱塞式斜盘变量泵30的出油口设置有第二溢流阀29；

所述的压力传感变送器组还包括连接在第一多路阀组件19的卸荷油路上的第二压力传感变送器23和连接在第二多路阀组件42的卸荷油路上的第三压力传感变送器24；所述第二、第三压力传感变送器分别与电脑主机控制器连接。所述第一、第二、第三、第四压力传感变送器分别与电脑主机控制器连接，电脑主机控制器分析由上述压力传感变送器传送来的数值，通过查找由三维数组组成点阵参数的曲线坐标参数，从而控制第一伺服驱动器和第二伺服驱动器分别驱动第一伺服电机和第二伺服电机，并且通过上述的第一功率调节模块和第二功率调节模块分别包括的各个部件之间的联动，调节柱塞式双联斜盘变量泵输出的流量的大小，使柱塞式双联斜盘变量泵的吸收的发动机功率保持为一个常量。

其中挖掘机恒功率控制系统的具体工作原理是这样的，柱塞式双联斜盘变量泵的排量是随着伺服驱动器的电流的大小而变化的。如附图3所示，当伺服驱动器通过的电流I＝a mA时柱塞式双联斜盘变量泵的P-Q曲线为A；当伺服驱动器通过的电流I＝b mA时柱塞式双联斜盘变量泵2的P-Q曲线为B；当伺服驱动器通过的电流I＝c mA时柱塞式双联斜盘变量泵的P-Q曲线为C。

挖掘机在挖掘工作过程中，如附图4所示，当液压系统的压力等于P1的时候，MCU输出到伺服驱动器的电流为I1，经过周控使柱塞式双联斜盘变量泵2的流量为Q1。当液压系统的压力等于P2的时候，三维点阵式MCU恒功率控制器5输出到伺服驱动器的电流为I2，经过调控使柱塞式双联斜盘变量泵的流量为Q2。……当液压系统的压力等于Pn的时候，三维点阵式MCU恒功率控制器5输出到伺服驱动器4的电流为In，经过调控使柱塞式双联斜盘变量泵的流量为Qn。这样就有点1、点2、点3……点n组成一条能使W＝P×Q/(k×η)等于常数的理想恒功率曲线。

当液压系统压力接近设定的溢流压力时，通过使流经伺服驱动器的电流迅速减小，可以迅速的减少柱塞式双联斜盘变量泵的排量，使溢流流量降到很低，从而节约了燃料消耗。

上述虽然结合实施例以及附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (3)

1.一种柱塞式双联斜盘变量泵的功率调节系统，该系统包括压力传感变送器组，柱塞式双联斜盘变量泵组，第一功率调节模块，第二功率调剂模块，电脑主机控制器和发动机。其中压力传感变送器组的测量数值传送到电脑主机控制器，电脑主机控制器通过第一功率调节模块和第二功率调剂模块对柱塞式双联斜盘变量泵组进行调节，其特征在于：电脑主机控制器包括由单片机组成的三维点阵式MCU恒功率控制器，根据压力变送器组采集的柱塞式双联斜盘变量泵输出的压力数值的大小，通过查找由三维数组组成点阵参数的曲线坐标参数，从而控制第一功率调节模块和第二功率调节模块调节柱塞式双联斜盘变量泵输出的流量的大小，使柱塞式双联斜盘变量泵的吸收的发动机功率P×Q/(k×η)保持为一个常量，其中：

W为柱塞式双联斜盘变量泵吸收的功率，P为主泵排出的压力，Q为主泵排出的流量，k为系数，η为主泵的效率；

使得柱塞式双联斜盘变量泵随着系统压力的大小按照理想的恒功率曲线进行流量调整。

2.根据权利要求1所述的柱塞式双联斜盘变量泵的功率调节系统，其特征在于：

所述柱塞式双联斜盘变量泵组包括第一柱塞式双联斜盘变量泵和第二柱塞式双联斜盘变量泵；

所述第一功率调节模块包括：第一丝杠，第一螺母，第一直线轨道，第一L型联动件，第一联动伺服阀，第一随动连接件，第一泵调节液压缸，第一活塞，第一活塞杆，第一柱塞式斜盘变量泵，第一伺服驱动器，第一伺服电机，其中第一活塞和第一活塞杆设置在第一泵调节液压缸中，第一活塞杆与第一柱塞式双联斜盘变量泵的斜盘调节系统连接，第一活塞杆还与第一随动连接件连接，第一随动连接件与第一联动伺服阀的阀体连接，第一联动伺服阀的滑阀阀芯与第一L型联动件连接，第一L型联动件与第一螺母连接，第一螺母套装在第一直线轨道上，由第一直线轨道导向；第一伺服电机带动第一丝杆和第一螺母配合，以驱动第一L型联动件，带动第一联动伺服阀的滑阀阀芯动作，从而驱动第一泵调节液压缸调节第一柱塞式斜盘变量泵的泵排量；

所述第二功率调节模块包括：第二丝杠，第二螺母，第二直线轨道，第二L型联动件，第二联动伺服阀，第二随动连接件，第二泵调节液压缸，第二活塞，第二活塞杆，第二柱塞式斜盘变量泵，第二伺服驱动器，第二伺服电机，其中第二活塞和第二活塞杆设置在第二泵调节液压缸中，第二活塞杆与第二柱塞式双联斜盘变量泵的斜盘调节系统连接，第二活塞杆还与第二随动连接件连接，第二随动连接件与第二联动伺服阀的阀体连接，第二联动伺服阀的滑阀阀芯与第二L型联动件连接，第二L型联动件与第二螺母连接，第二螺母套装在第二直线轨道上，由第二直线轨道导向；第二伺服电机带动第二丝杆和第二螺母配合，以驱动第二L型联动件，带动第二联动伺服阀的滑阀阀芯动作，从而驱动第二泵调节液压缸调节第二柱塞式斜盘变量泵的泵排量；其中第一联动伺服阀和第二联动伺服阀为三位三通机液伺服阀；

该功率调节系统还包括先导泵，所述先导泵向所述第一联动伺服阀和第二联动伺服阀供油；

所述的压力传感变送器组包括在第一柱塞式斜盘变量泵的出口设置的第一压力传感变送器，和在第二柱塞式斜盘变量泵的出口设置的第四压力传感变送器；

所述第一、第四压力传感变送器分别与电脑主机控制器连接，电脑主机控制器分析由上述压力传感变送器传送来的数值，通过查找由三维数组组成点阵参数的曲线坐标参数，从而控制第一伺服驱动器和第二伺服驱动器分别驱动第一伺服电机和第二伺服电机，并且通过上述的第一功率调节模块和第二功率调节模块分别包括的各个部件之间的联动，调节柱塞式双联斜盘变量泵输出的流量的大小，使柱塞式双联斜盘变量泵的吸收的发动机功率保持为一个常量。

3.一种挖掘机液压系统，所述挖掘机液压系统包括根据权利要求1或权利要求2中任一项所述的柱塞式双联斜盘变量泵的功率调节系统，所述液压系统还包括由第一柱塞式斜盘变量泵供油的第一多路阀组件和由第二柱塞式斜盘变量泵供油的第二多路阀组件；

第一多路阀组件包括三个三位六通阀，它们分别控制第一执行元件、第二执行元件和第三执行元件；第二多路阀组件包括三个三位六通阀，它们分别控制第四执行元件、第五执行元件和第六执行元件；

在第一柱塞式斜盘变量泵的出油口设置有第一溢流阀，在第二柱塞式斜盘变量泵的出油口设置有第二溢流阀；

所述的压力传感变送器组还包括连接在第一多路阀组件的卸荷油路上的第二压力传感变送器和连接在第二多路阀组件的卸荷油路上的第三压力传感变送器；所述第二、第三压力传感变送器分别与电脑主机控制器连接。

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