CN104003305B - 一种起重机泵控系统极限功率的匹配方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种起重机泵控系统极限功率的匹配方法及装置，包括：设定泵控系统的变量主泵与发动机转速对应的最大排量；当发动机以某一转速工作时，控制变量主泵的排量为与此时的发动机转速相对应的最大排量。本发明的起重机泵控系统极限功率的匹配方法及装置，使变量主泵的吸收扭矩接近发动机的扭矩，在满足了负载及工作要求的情况下，选择最小规格的发动机，降低了成本，挖掘了泵和发动机的最大使用价值，使泵功率在各个转速点接近发动机的额定功率，提高了工作效率，并可节省传感器的成本，减少了维修的故障点。

Description

一种起重机泵控系统极限功率的匹配方法及装置

技术领域

本发明涉及液压技术领域，尤其涉及一种起重机泵控系统极限功率的匹配方法及装置。

背景技术

传统的开式泵控液压系统履带起重机为了避免重载时掉速或是熄火的现象，往往将泵最大功率点设置在怠速时发动机的额定功率以下，匹配程度很低，造成发动机不充分利用的现象。并且，往往为了满足工作速率要求，而选择更大规格型号的发动机，增加了成本负担。随着履带起重机液压系统的不断成熟，对其节能和降本方面有了更高的要求，如何能在相同的吊重能力的情况下选择更小规格的发动机是降本工作的一个重要突破口，以及如何在完成相同的工作量的情况下提高作业速度，减少能耗的时间，又是节能的一个不可忽略的重要途径。

目前的履带起重机液压系统中，多采用传感器检测压力，通过计算控制泵的排量，限制泵的吸收功率。现有技术是利用传感器对压力进行检测，而吊重极限载荷的时候，压力在起吊以后已经是固定的了，不需要实时的检测，通过调试时测量或是精确的理论计算也可得到类似的压力值。再者，发动机在运行时已经选配好，无法换选规格型号，此外，增加这一套系统，也增加了维修的故障环节。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的一个技术问题是提供一种起重机泵控系统极限功率的匹配方法及装置，使变量主泵的吸收扭矩接近发动机的扭矩。

一种起重机泵控系统极限功率的匹配方法,包括:设定泵控系统的变量主泵与发动机转速对应的最大排量；当发动机以某一转速工作时，控制所述变量主泵的排量为与此时的发动机转速相对应的最大排量。

根据本发明的一个实施例，进一步的，所述设定泵控系统的变量主泵与发动机转速对应的最大排量包括：获取与发动机转速相对应的额定扭矩T_Ei，获取最大吊重负荷在泵控系统中产生的最大负载压强P_f，计算所述变量主泵与发动机转速相对应的最大的排量V_D；其中，P_fV_D≤2πT_Ei；T_Ei的单位为Nm，P_f的单位为MPa，V_D的单位为L/r。

根据本发明的一个实施例，进一步的，在发动机的扭矩曲线上取多个点，获取在对应于所述多个点的发动机转速下的额定扭矩T_Ei，通过设置在泵控系统中的压力传感器，获取在最大吊重负荷下在泵控系统中产生的最大负载压强P_f，计算所述变量主泵在对应于所述多个点的发动机转速下的最大的排量V_D。

根据本发明的一个实施例，进一步的，所述变量主泵在某一发动机转速下的最大吸收扭矩或最大吸收功率小于在此发动机转速下的发动机额定扭矩或发动机额定功率，并且，所述变量主泵在某一发动机转速下的最大吸收扭矩或最大吸收功率与在此发动机转速下的发动机额定扭矩或发动机额定功率之间的差值都为预设的扭矩差参数或功率余量。

根据本发明的一个实施例，进一步的，通过转速传感器或通过监控油门的开合度实时获取发动机的转速，根据发动机的转速，实时控制所述变量主泵的排量为与此时的发动机转速相对应的最大排量。

一种起重机泵控系统极限功率的匹配装置,包括:排量设置单元，用于设定泵控系统的变量主泵与发动机转速对应的最大排量；排量控制单元，用于当发动机以某一转速工作时，控制所述变量主泵的排量为与此时的发动机转速相对应的最大排量。

根据本发明的一个实施例，进一步的，所述排量设置单元获取与发动机转速相对应的额定扭矩T_Ei，获取最大吊重负荷在泵控系统中产生的最大负载压强P_f，所述排量设置单元计算所述变量主泵与发动机转速相对应的最大的排量V_D；其中，P_fV_D≤2πT_Ei；T_Ei的单位为Nm，P_f的单位为MPa，V_D的单位为L/r。

根据本发明的一个实施例，进一步的，所述排量设置单元在发动机的扭矩曲线上取多个点，获取在对应于所述多个点的发动机转速下的额定扭矩T_Ei，通过设置在泵控系统中的压力传感器，获取在最大吊重负荷下在泵控系统中产生的最大负载压强P_f；所述排量设置单元计算所述变量主泵在对应于所述多个点的发动机转速下的最大的排量V_D。

根据本发明的一个实施例，进一步的，所述变量主泵在某一发动机转速下的最大吸收扭矩或最大吸收功率小于在此发动机转速下的发动机额定扭矩或发动机额定功率，并且，所述变量主泵在某一发动机转速下的最大吸收扭矩或最大吸收功率与在此发动机转速下的发动机额定扭矩或发动机额定功率之间的差值都为预设的扭矩差参数或功率余量。

根据本发明的一个实施例，进一步的，所述排量控制单元通过转速传感器或通过监控油门的开合度实时获取发动机的转速，根据发动机的转速，实时控制所述变量主泵的排量为与此时的发动机转速相对应的最大排量。

本发明的起重机泵控系统极限功率的匹配方法及装置，使变量主泵的吸收扭矩接近发动机的扭矩，在满足了负载及工作要求的情况下，可以选择最小规格的发动机，降低了成本，挖掘了泵和发动机的最大使用价值，使泵功率在各个转速点接近发动机的额定功率，提高了工作效率，并可节省传感器的成本，减少了维修的故障点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明的起重机泵控系统极限功率的匹配方法的一个实施例的流程示意图；

图2为根据本发明的起重机泵控系统极限功率的匹配装置的一个实施例的示意图；

图3为采用本发明的起重机泵控系统极限功率的匹配方法的泵的吸收扭矩与发动机额定扭矩的贴合曲线图；

图4为采用本发明的起重机泵控系统极限功率的匹配方法的泵的吸收扭矩与发动机额定扭矩的贴合曲线图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种起重机泵控系统极限功率的匹配方法包括下述的步骤:

步骤101，设定泵控系统的变量主泵与发动机转速对应的最大排量。

步骤102，当发动机以某一转速工作时，控制变量主泵的排量为与此时的发动机转速相对应的最大排量。

泵控系统，即泵控液压系统，通过油泵流量的不断变化来控制马达或油缸等执行器的动作，能够充分利用发动机的功率。泵控系统中的变量主泵是排量可变的泵，变量主泵可以为单作用叶片泵、径向柱塞泵或轴向柱塞泵等等。例如，变量主泵在原动机转动方向不变的情况下，通过改变变量机构例如轴向柱塞泵的斜盘的倾斜方向或压缩比等方式改变排量。

本发明的极限功率是指起重机单绳满载作业时，泵控系统中的变量主泵对负载做功，在发动机各种油门的转速下，不发生掉速或是熄火的情况下，以最短的时间完成某一作业量的功率点。

发动机与泵控系统中的变量主泵通过分度箱连接，通过脚踏油门踏板或操作杆控制油门的开合，控制发动机的转速，当发动机在某一转速工作时，发动机的输出功率是一定的。当发动机以某一转速工作时，控制变量主泵的排量为与此时的发动机转速相对应的最大排量，可以挖掘泵和发动机的最大使用价值，使泵功率在各个转速点接近发动机的额定功率，提高工作效率。

根据本发明的一个实施例，设定泵控系统的变量主泵与发动机转速对应的最大排量包括：获取与发动机转速相对应的额定扭矩T_Ei，获取最大吊重负荷在泵控系统中产生的最大负载压强P_f，计算变量主泵与发动机转速相对应的最大的排量V_D；其中，P_fV_D≤2πT_Ei；T_Ei的单位为Nm，P_f的单位为MPa，V_D的单位为L/r。

根据本发明的一个实施例，当一台起重机在工况选择以后，吊起重物时，负载产生的转矩是固定的，它通过固定的滑轮倍率及卷扬减速机的传动比作用在卷扬马达的传动轴上。

传动轴传递的扭矩通过一定角度的斜盘产生轴向分力推动马达活塞轴向运动，压缩液压油，产生压力，该压力反作用于泵的各活塞，再在泵斜盘的作用下转化成克服该压力的扭矩作用在发动机上。如果忽略传递动力效率的损失，它应满足以下的匹配关系。

T_fω_m＝P_fV_mn_m＝P_fV_pn_p＝T_Eω_E(1)

其中：T_f—作用于马达轴上的负载扭矩，单位为Nm；ω_m—卷扬马达旋转角速度，单位为rad/s；P_f—负载在液压在液压系统中产生的压力,单位为MPa；V_m—卷扬马达的排量，单位为L/r；n_m—卷扬马达旋转速度，单位为r/min；V_p—动力泵的排量，单位为L/r；n_p—动力泵的转速，单位为r/min；T_E—作用于发动机的扭矩，单位为Nm；ω_E—发动机轴的角速度，单位为rad/s。

将(1)式进行简化可得：

2πT_f＝P_fV_m,P_fV_D＝2πT_E≤2πT_Ei(2)。

其中，T_Ei—各个发动机转速下对应的额定扭矩，Nm。

从(2)式可以看出负载与马达，发动机与变量主泵的功率匹配实质上就是一种扭矩的转换和传递，所能承受的吊重量T_f实质上受到发动机的转矩T_Ei的限制。

根据本发明的一个实施例，将变量主泵的实际功率点设置到最大，以便泵的所有的功率点都可以应用的到，增大泵的利用空间。根据发动机样本的扭矩曲线，按照发动机转速对扭矩取点，得到每个发动机转速下的额定扭矩T_Ei，再根据实测的最大负载压力P_f计算出每个发动机转速下泵允许的最大的排量V_D。

根据本发明的一个实施例，在发动机的扭矩曲线上取多个点，可以对应与发动机的多个档位，获取在对应于多个点的发动机转速下的额定扭矩T_Ei，通过设置在泵控系统中的压力传感器，获取在最大吊重负荷下在泵控系统中产生的最大负载压强P_f，计算变量主泵在对应于多个点的发动机转速下的最大的排量V_D。

根据本发明的一个实施例，为了确保在各种油门不发生过载的现象，应适当的放大测量的实测工作压力或是理论计算压力时应适当的降低其机械效率，以确保一定的功率余量。这样就可以使得泵的吸收扭矩与发动机额定扭矩始终保持一个可控的差值。

根据本发明的一个实施例，变量主泵在某一发动机转速下的最大吸收扭矩或最大吸收功率小于在此发动机转速下的发动机额定扭矩或发动机额定功率，并且，变量主泵在某一发动机转速下的最大吸收扭矩或最大吸收功率与在此发动机转速下的发动机额定扭矩或发动机额定功率之间的差值都为预设的扭矩差参数或功率余量。

本发明的功率贴合匹配是指使泵的最大吸收功率始终与发动机在各种油门下的额定功率存在一个较紧密的跟随量。本发明的功率余量是指在发动机各种转速下，发动机的额定功率与变量泵的实际吸收功率存在的差值。

根据本发明的一个实施例，通过转速传感器或通过监控油门的开合度实时获取发动机的转速，根据发动机的转速，实时控制变量主泵的排量为与此时的发动机转速相对应的最大排量。

根据本发明的一个实施例，当计算出各油门以下允许的泵排量，可以对泵控液压系统中的变量主泵的控制信号预先的设置出一个范围，这个信号范围在发动机不同的油门转速下是不同的。当这个控制信号被写到程序中以后，就可以在不掉速的情况下，根据油门最大限度的放大泵的排量，充分挖掘了发动机和变量主泵的使用价值。

如图3所示，计算出的变量主泵的扭矩曲线始终贴近发动机的扭矩曲线，在满足了负载及工作要求的情况下，可以选择最小规格的发动机，降低了成本。如图4所示，变量主泵的吸收功率已经在各个油门下达到了最大，使其负载系统在工作中始终保持最高的工作效率。本发明的压力是在现场实测或是理论计算得到的，这样可节省了传感器的成本，而且还减少了维修的故障点。

如图2所示，一种起重机泵控系统极限功率的匹配装置包括:排量设置单元21和排量控制单元22。排量设置单元21设定泵控系统的变量主泵与发动机转速对应的最大排量；当发动机以某一转速工作时，排量控制单元22控制变量主泵的排量为与此时的发动机转速相对应的最大排量。

根据本发明的一个实施例，排量设置单元21获取与发动机转速相对应的额定扭矩T_Ei，获取最大吊重负荷在泵控系统中产生的最大负载压强P_f，排量设置单元21计算变量主泵与发动机转速相对应的最大的排量V_D。其中，P_fV_D≤2πT_Ei；T_Ei的单位为Nm，P_f的单位为MPa，V_D的单位为L/r。

根据本发明的一个实施例，排量设置单元21在发动机的扭矩曲线上取多个点，获取在对应于多个点的发动机转速下的额定扭矩T_Ei，通过设置在泵控系统中的压力传感器，获取在最大吊重负荷下在泵控系统中产生的最大负载压强P_f。排量设置单元21计算变量主泵在对应于多个点的发动机转速下的最大的排量V_D。

根据本发明的一个实施例，变量主泵在某一发动机转速下的最大吸收扭矩或最大吸收功率小于在此发动机转速下的发动机额定扭矩或发动机额定功率，并且，变量主泵在某一发动机转速下的最大吸收扭矩或最大吸收功率与在此发动机转速下的发动机额定扭矩或发动机额定功率之间的差值都为预设的扭矩差参数或功率余量。

根据本发明的一个实施例，排量控制单元22通过转速传感器或通过监控油门的开合度实时获取发动机的转速，根据发动机的转速，实时控制变量主泵的排量为与此时的发动机转速相对应的最大排量。

本发明的起重机泵控系统极限功率的匹配方法及装置，设定变量主泵与发动机转速对应的最大排量，计算出的扭矩曲线始终贴近发动机的扭矩曲线，在满足了负载及工作要求的情况下，选择了最小规格的发动机，降低了成本，挖掘了泵和发动机的最大使用价值，使泵功率在各个转速点接近发动机的额定功率，提高工作效率。本发明的压力是在现场实测或是理论计算得到的，可节省了传感器的成本，而且还减少了维修的故障点。

可能以许多方式来实现本发明的方法和系统。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本发明的方法和系统。用于方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本发明的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本发明实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本发明的方法的机器可读指令。因而，本发明还覆盖存储用于执行根据本发明的方法的程序的记录介质。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (8)

1.一种起重机泵控系统极限功率的匹配方法，其特征在于，包括:

设定泵控系统的变量主泵与发动机转速对应的最大排量；

其中，在发动机的扭矩曲线上取多个点，获取在对应于所述多个点的发动机转速下的额定扭矩T_Ei；获取最大吊重负荷在泵控系统中产生的最大负载压强P_f，计算所述变量主泵与发动机转速相对应的最大的排量V_D；其中，P_fV_D≤2πT_Ei；T_Ei的单位为Nm，P_f的单位为MPa，V_D的单位为L/r；

当发动机以某一转速工作时，控制所述变量主泵的排量为与此时的发动机转速相对应的最大排量。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

通过设置在泵控系统中的压力传感器，获取在最大吊重负荷下在泵控系统中产生的最大负载压强P_f，计算所述变量主泵在对应于所述多个点的发动机转速下的最大的排量V_D。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述变量主泵在某一发动机转速下的最大吸收扭矩或最大吸收功率小于在此发动机转速下的发动机额定扭矩或发动机额定功率，并且，

所述变量主泵在某一发动机转速下的最大吸收扭矩或最大吸收功率与在此发动机转速下的发动机额定扭矩或发动机额定功率之间的差值为预设的扭矩差参数或功率余量。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

通过转速传感器或通过监控油门的开合度实时获取发动机的转速，根据发动机的转速，实时控制所述变量主泵的排量为与此时的发动机转速相对应的最大排量。

5.一种起重机泵控系统极限功率的匹配装置，其特征在于，包括:

排量设置单元，用于设定泵控系统的变量主泵与发动机转速对应的最大排量；

排量控制单元，用于当发动机以某一转速工作时，控制所述变量主泵的排量为与此时的发动机转速相对应的最大排量；

其中，所述排量设置单元在发动机的扭矩曲线上取多个点，获取在对应于所述多个点的发动机转速下的额定扭矩T_Ei，获取最大吊重负荷在泵控系统中产生的最大负载压强P_f，所述排量设置单元计算所述变量主泵与发动机转速相对应的最大的排量V_D；其中，P_fV_D≤2πT_Ei；T_Ei的单位为Nm，P_f的单位为MPa，V_D的单位为L/r。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于：

所述排量设置单元通过设置在泵控系统中的压力传感器，获取在最大吊重负荷下在泵控系统中产生的最大负载压强P_f；所述排量设置单元计算所述变量主泵在对应于所述多个点的发动机转速下的最大的排量V_D。

7.如权利要求5所述的装置，其特征在于：

所述变量主泵在某一发动机转速下的最大吸收扭矩或最大吸收功率小于在此发动机转速下的发动机额定扭矩或发动机额定功率，并且，

所述变量主泵在某一发动机转速下的最大吸收扭矩或最大吸收功率与在此发动机转速下的发动机额定扭矩或发动机额定功率之间的差值为预设的扭矩差参数或功率余量。

8.如权利要求5所述的装置，其特征在于：

所述排量控制单元通过转速传感器或通过监控油门的开合度实时获取发动机的转速，根据发动机的转速，实时控制所述变量主泵的排量为与此时的发动机转速相对应的最大排量。