CN104326365B - 用于起重机的节能控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于起重机的节能控制方法和系统。其中速度传感器将实时检测到的发动机转速提供给主控制器，主控制器将接收到的发动机转速与当前发动机功率模式下的发动机目标转速进行比较，以计算出转速偏差，主控制器根据所述转速偏差调整液压泵的排量，从而使液压泵的吸收功率与发动机的输出功率相匹配。本发明针对不同的工况需求，通过调节液压泵所输出的液压功率，使系统消耗的功率始终追随发动机的输出功率，实现发动机‑液压泵‑工作机构间的功率实时匹配，使发动机稳定地运行在合理的经济工况点，从而有效提高燃油的有效利用率，达到节能的目的。

Description

用于起重机的节能控制方法和系统

技术领域

本发明涉及控制领域，特别涉及一种用于起重机的节能控制方法和系统。

背景技术

液压起重机是一种大功率、多功能的工程机械，其动力源-发动机理想工作点应位于低耗油区，但由于起重机工作负载的多变性、作业时间长、作业负荷变化大,平均外载荷只有最大外载荷的50％～60％，能量利用率只有30％左右，导致发动机工作点常处于耗油率较高的区域，未充分利用燃油能量，整个系统的能量损耗很大；此外采用普通泵的液压系统，在设计系统功率匹配方案时，为了避免发动机超载掉速，设定泵的功率曲线必须低于发动机的功率曲线，一般仅设定为发动机的80％～90％左右，因此起重机不能充分发挥发动机的最佳性能，造成功率浪费严重。

鉴于目前能源储备日趋严峻，因此提高起重机液压系统的节能性越来越成为液压工作者所追求的目标。

发明内容

本发明实施例提供一种用于起重机的节能控制方法和系统。针对不同的工况需求，通过调节液压泵所输出的液压功率，使系统消耗的功率始终追随发动机的输出功率，实现发动机-液压泵-工作机构间的功率实时匹配，提高系统的能耗利用率，达到节能的目的。

根据本发明的一个方面，提供一种用于起重机的节能控制方法，包括：

速度传感器将实时检测到的发动机转速提供给主控制器；

主控制器将接收到的发动机转速与当前发动机功率模式下的发动机目标转速进行比较，以计算出转速偏差；

主控制器根据所述转速偏差调整液压泵的排量，从而使液压泵的吸收功率与发动机的输出功率相匹配。

在一个实施例中，主控制器根据所述转速偏差调整液压泵的排量的步骤包括：

主控制器根据所述转速偏差调整电磁比例阀的阀芯开度，从而改变作用在液压泵变量机构上的压力，由此调整液压泵的排量，其中电磁比例阀和液压泵变量机构位于液压泵的先导控制油路上。

在一个实施例中，当接收到的发动机转速低于当前工作模式下的发动机目标转速时，主控制器根据所述转速偏差调整电磁比例阀的阀芯开度，从而改变作用在液压泵变量机构上的压力，由此降低液压泵的排量；

当接收到的发动机转速高于当前工作模式下的发动机目标转速时，主控制器根据所述转速偏差调整电磁比例阀的阀芯开度，从而改变作用在液压泵变量机构上的压力，由此增加液压泵的排量。

在一个实施例中，第一位置传感器实时检测油门拉杆是否达到油门拉杆的最大位置；

当检测到油门拉杆达到油门拉杆的最大位置时，第一位置传感器向主控制器发送第一触发信号；

主控制器根据第一触发信号，调整电磁比例阀的阀芯开度，从而改变作用在液压泵变量机构上的压力，以便将液压泵斜盘倾角调整为最大。

在一个实施例中，第二位置传感器实时检测油门拉杆是否达到油门拉杆的最小位置；

当检测到油门拉杆达到油门拉杆的最小位置时，第二位置传感器向主控制器发送第二触发信号；

主控制器根据第二触发信号，调整电磁比例阀的阀芯开度，从而改变作用在液压泵变量机构上的压力，以便将液压泵斜盘倾角调整为最小。

在一个实施例中，在设置当前发动机功率模式时，主控制器分别控制油门执行器和电磁比例阀的阀芯开度，以便油门执行器将油门拉杆拉至与当前发动机功率模式相对应的预定位置上，同时改变作用在液压泵变量机构上的压力，以便使液压泵的排量与当前发动机功率模式相对应。

根据本发明的另一方面，提供一种用于起重机的节能控制系统，包括主控制器，速度传感器，其中：

速度传感器，用于将实时检测到的发动机转速提供给主控制器；

主控制器，用于将接收到的发动机转速与当前发动机功率模式下的发动机目标转速进行比较，以计算出转速偏差，根据所述转速偏差调整液压泵的排量，从而使液压泵的吸收功率与发动机的输出功率相匹配。

在一个实施例中，系统还包括位于液压泵先导控制油路上的电磁比例阀和液压泵变量机构，其中：

主控制器具体根据所述转速偏差调整电磁比例阀的阀芯开度，从而改变作用在液压泵变量机构上的压力，由此调整液压泵的排量。

在一个实施例中，当接收到的发动机转速低于当前工作模式下的发动机目标转速时，主控制器根据所述转速偏差调整电磁比例阀的阀芯开度，从而改变作用在液压泵变量机构上的压力，由此降低液压泵的排量；

当接收到的发动机转速高于当前工作模式下的发动机目标转速时，主控制器根据所述转速偏差调整电磁比例阀的阀芯开度，从而改变作用在液压泵变量机构上的压力，由此增加液压泵的排量。

在一个实施例中，系统还包括第一位置传感器，其中：

第一位置传感器，用于实时检测油门拉杆是否达到油门拉杆的最大位置；当检测到油门拉杆达到油门拉杆的最大位置时，向主控制器发送第一触发信号；

主控制器根据第一触发信号，调整电磁比例阀的阀芯开度，从而改变作用在液压泵变量机构上的压力，以便将液压泵斜盘倾角调整为最大。

在一个实施例中，系统还包括第二位置传感器，其中：

第二位置传感器，用于实时检测油门拉杆是否达到油门拉杆的最小位置；当检测到油门拉杆达到油门拉杆的最小位置时，向主控制器发送第二触发信号；

主控制器根据第二触发信号，调整电磁比例阀的阀芯开度，从而改变作用在液压泵变量机构上的压力，以便将液压泵斜盘倾角调整为最小。

在一个实施例中，系统还包括油门执行器，其中：

在设置当前发动机功率模式时，主控制器分别控制油门执行器和电磁比例阀的阀芯开度，以便油门执行器将油门拉杆拉至与当前发动机功率模式相对应的预定位置上，同时改变作用在液压泵变量机构上的压力，以便使液压泵的排量与当前发动机功率模式相对应。

本发明针对不同的工况需求，通过调节液压泵所输出的液压功率，使系统消耗的功率始终追随发动机的输出功率，实现发动机-液压泵-工作机构间的功率实时匹配，使发动机稳定地运行在合理的经济工况点，从而有效提高燃油的有效利用率，达到节能的目的。

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为本发明节能控制方法一个实施例的示意图。

图2为本发明节能控制系统一个实施例的示意图。

图3为本发明节能控制系统另一实施例的示意图。

图4为实施本发明的起重机用节能控制系统一个实施例的示意图。

具体实施方式

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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图1为本发明节能控制方法一个实施例的示意图。如图1所示，本实施例的方法步骤如下：

步骤101，速度传感器将实时检测到的发动机转速提供给主控制器。

步骤102，主控制器将接收到的发动机转速与当前发动机功率模式下的发动机目标转速进行比较，以计算出转速偏差。

步骤103，主控制器根据所述转速偏差调整液压泵的排量，从而使液压泵的吸收功率与发动机的输出功率相匹配。

优选的，主控制器可根据所述转速偏差调整电磁比例阀的阀芯开度(通过改变电磁铁线圈的电流即可调整阀芯的开度)，从而改变作用在液压泵变量机构上的压力，由此调整液压泵的排量，其中电磁比例阀和液压泵变量机构位于液压泵的先导控制油路上。

例如，当接收到的发动机转速低于当前工作模式下的发动机目标转速时，主控制器根据所述转速偏差调整电磁比例阀的阀芯开度，从而改变作用在液压泵变量机构上的压力，由此降低液压泵的排量。

由于降低了液压泵的排量，从而降低了系统所消耗的功率，发动机转速随即升高，直至恢复到最佳状态。

又例如，当接收到的发动机转速高于当前工作模式下的发动机目标转速时，主控制器根据所述转速偏差调整电磁比例阀的阀芯开度，从而改变作用在液压泵变量机构上的压力，由此增加液压泵的排量。

由于增加了液压泵的排量，从而增加了系统所消耗的功率，发动机转速随即降低，直至恢复到匹配状态。

通过实时控制最终使发动机工作在设定的状态，确保发动机的输出功率可以被充分利用，维持发动机转速在一个小范围内波动，避免了因发动机转速大幅波动所导致的油耗增加。

基于本发明上述实施例提供的用于起重机的节能控制方法，针对不同的工况需求，通过调节液压泵所输出的液压功率，使系统消耗的功率始终追随发动机的输出功率，实现发动机-液压泵-工作机构间的功率实时匹配，使发动机稳定地运行在合理的经济工况点，从而有效提高燃油的有效利用率，达到节能的目的。

在发动机升降速调整时，为协调好油门开度和液压泵斜盘倾角之间的关系，在油门拉杆的最大位置和最小位置处分别安装了2个位置传感器，下文中称之为第一位置传感器和第二位置传感器，每当油门拉杆达到这两个极限位置时，电感线圈的磁通量就会发生相应的变化，检测到油门此时的位置并向控制器发出信号。

例如，第一位置传感器实时检测油门拉杆是否达到油门拉杆的最大位置。当检测到油门拉杆达到油门拉杆的最大位置时，第一位置传感器向主控制器发送第一触发信号。主控制器根据第一触发信号，调整电磁比例阀的阀芯开度，从而改变作用在液压泵变量机构上的压力，以便将液压泵斜盘倾角调整为最大。

又例如，第二位置传感器实时检测油门拉杆是否达到油门拉杆的最小位置。当检测到油门拉杆达到油门拉杆的最小位置时，第二位置传感器向主控制器发送第二触发信号。主控制器根据第二触发信号，调整电磁比例阀的阀芯开度，从而改变作用在液压泵变量机构上的压力，以便将液压泵斜盘倾角调整为最小。

根据作业模式，可将起重机工况功率模式设为4档：动力模式(发动机在全功率工况下工作，对应发动机额定转速，发动机输出100％功率，起重机可在高速度强力作业时用此挡)；经济模式(重视节约燃油,对应全功率时转速的85％，可在常规作业时使用此档)；轻载模式(进行精细作业时使用,对应全功率时转速的70％)；怠速工况(起重机不工作时，对应怠速工况)。在起重机作业前，操作人员只要按下某档功率模式钮，起重机就自动在该功率模式下工作，发动机的调速不再由司机人为控制。

操作者依据对外界负载条件主观的判断，设定发动机功率模式。在设置当前发动机功率模式时，主控制器分别控制油门执行器和电磁比例阀的阀芯开度，以便油门执行器将油门拉杆拉至与当前发动机功率模式相对应的预定位置上，同时改变作用在液压泵变量机构上的压力，以便使液压泵的排量与当前发动机功率模式相对应。从而可根据作业条件精确地控制动力系统的运行参数，使发动机运行状态与外界负载条件合理匹配，真正实现了发动机输出功率与负载需求的合理匹配，能量损失大幅减少。

图2为本发明用于起重机的节能控制系统一个实施例的示意图。如图2所示，该系统可包括主控制器1，速度传感器2。其中：

速度传感器2，用于将实时检测到的发动机转速提供给主控制器1。

主控制器1，用于将接收到的发动机转速与当前发动机功率模式下的发动机目标转速进行比较，以计算出转速偏差，根据所述转速偏差调整液压泵3的排量，从而使液压泵3的吸收功率与发动机的输出功率相匹配。

基于本发明上述实施例提供的用于起重机的节能控制系统，针对不同的工况需求，通过调节液压泵所输出的液压功率，使系统消耗的功率始终追随发动机的输出功率，实现发动机-液压泵-工作机构间的功率实时匹配，使发动机稳定地运行在合理的经济工况点，从而有效提高燃油的有效利用率，达到节能的目的。

图3为本发明用于起重机的节能控制系统另一实施例的示意图。与图2所示实施例相比，在图3所示实施例中，该系统还可包括位于液压泵先导控制油路上的电磁比例阀4和液压泵变量机构5。其中：

主控制器1具体根据所述转速偏差调整电磁比例阀4的阀芯开度，从而改变作用在液压泵变量机构5上的压力，由此调整液压泵3的排量。

优选的，当接收到的发动机转速低于当前工作模式下的发动机目标转速时，主控制器1根据所述转速偏差调整电磁比例阀4的阀芯开度，从而改变作用在液压泵变量机构5上的压力，由此降低液压泵3的排量。

而当接收到的发动机转速高于当前工作模式下的发动机目标转速时，主控制器1根据所述转速偏差调整电磁比例阀4的阀芯开度，从而改变作用在液压泵变量机构5上的压力，由此增加液压泵5的排量。

在另一实施例中，如图3所示，系统还可包括第一位置传感器6。其中：

第一位置传感器6，用于实时检测油门拉杆是否达到油门拉杆的最大位置；当检测到油门拉杆达到油门拉杆的最大位置时，向主控制器1发送第一触发信号。主控制器1根据第一触发信号，调整电磁比例阀4的阀芯开度，从而改变作用在液压泵变量机构5上的压力，以便将液压泵斜盘倾角调整为最大。

在又一实施例中，系统还可包括第二位置传感器7。其中：

第二位置传感器7，用于实时检测油门拉杆是否达到油门拉杆的最小位置；当检测到油门拉杆达到油门拉杆的最小位置时，向主控制器1发送第二触发信号。主控制器1根据第二触发信号，调整电磁比例阀4的阀芯开度，从而改变作用在液压泵变量机构5上的压力，以便将液压泵斜盘倾角调整为最小。

在又一实施例中，如图3所示，系统还可包括油门执行器8。其中：

在设置当前发动机功率模式时，主控制器1分别控制油门执行器8和电磁比例阀4的阀芯开度，以便油门执行器8将油门拉杆拉至与当前发动机功率模式相对应的预定位置上，同时改变作用在液压泵变量机构5上的压力，以便使液压泵6的排量与当前发动机功率模式相对应。

图4为实施本发明的起重机用节能控制系统一个实施例的示意图。如图4所示，主控制器是节能控制系统的核心枢纽，实时调节液压泵和柴油机，使二者始终处于最佳匹配状态；电磁比例阀调节液压泵的变量机构。其中在图4中，标记3为液压泵，标记4为电磁比例阀，标记5为液压泵变量机构，标记9为过滤器，标记10为溢流阀，标记11为齿轮泵，标记12为油箱。

优选的，液压泵3可以为柱塞变量泵。其中，对于柱塞变量泵斜盘倾角的调节和控制是通过在变量泵的先导控制油路上增加一个电磁比例阀实现，并使被调整参数和给定的电流成比例，改变电磁铁线圈的电流即可调整阀芯的开度，进而改变作用在液压泵变量活塞上的压力和位移，由此实现对液压泵的变量调节。

速度传感器将实时检测到的发动机转速提供给主控制器。主控制器将接收到的发动机转速与当前发动机功率模式下的发动机目标转速进行比较，以计算出转速偏差，根据所述转速偏差调整液压泵3的排量，从而使液压泵3的吸收功率与发动机的输出功率相匹配。

在发动机升降速调整时，为协调好油门开度和液压泵斜盘倾角之间的关系，在油门拉杆的最大位置和最小位置处分别安装第一位置传感器和第二位置传感器，每当油门拉杆达到这两个极限位置时，电感线圈的磁通量就会发生相应的变化，检测到油门此时的位置并向控制器发出信号。主控制器根据该信号，调整电磁比例阀的阀芯开度，从而改变作用在液压泵变量机构上的压力，以便对液压泵斜盘倾角进行相应调整。

操作者可依据对外界负载条件主观的判断，设定发动机功率模式，控制器输出相应指令驱动油门执行器将油门拉至标定位置。通过安装在机器各个位置的多个相关的传感器，将发动机功率模式选择、液压系统工作压力、发动机实时转速等有用信息传输到控制系统，经控制系统处理后发出相应的控制信息输出给油门控制器、电磁比例阀等执行元件，根据作业条件精确地控制动力系统的运行参数，使发动机运行状态与外界负载条件合理匹配，真正实现了发动机输出功率与负载需求的合理匹配，能量损失大幅减少。

优选的，在先导控制油路上还设置过滤器9，用于电磁比例阀由于油液清洁度不达标而发生卡滞故障，从而可以对变量系统回路起到保护作用。

优选的，在先导控制油路上还设置溢流阀10，用于在油路上起到定压溢流作用，从而起到安全保护作用。

通过实施本发明，可以得到以下有益效果：

1、采用分段功率控制理念，实现了动力系统与作业工况的功率匹配，提高了能耗利用率；

2、巧妙利用过滤技术，有效提升了变量机构的稳定可靠性；

3、发动机的调速不再由司机人为控制，而是由电子油门执行器控制。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

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 (10)

1.一种用于起重机的节能控制方法，其特征在于，包括：

速度传感器将实时检测到的发动机转速提供给主控制器；

主控制器将接收到的发动机转速与当前发动机功率模式下的发动机目标转速进行比较，以计算出转速偏差；

主控制器根据所述转速偏差调整液压泵的排量，从而使液压泵的吸收功率与发动机的输出功率相匹配；

其中，所述方法还包括：

第一位置传感器实时检测油门拉杆是否达到油门拉杆的最大位置；

当检测到油门拉杆达到油门拉杆的最大位置时，第一位置传感器向主控制器发送第一触发信号；

主控制器根据第一触发信号，调整电磁比例阀的阀芯开度，从而改变作用在液压泵变量机构上的压力，以便将液压泵斜盘倾角调整为最大。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

主控制器根据所述转速偏差调整液压泵的排量的步骤包括：

主控制器根据所述转速偏差调整电磁比例阀的阀芯开度，从而改变作用在液压泵变量机构上的压力，由此调整液压泵的排量，其中电磁比例阀和液压泵变量机构位于液压泵的先导控制油路上。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

当接收到的发动机转速低于当前工作模式下的发动机目标转速时，主控制器根据所述转速偏差调整电磁比例阀的阀芯开度，从而改变作用在液压泵变量机构上的压力，由此降低液压泵的排量；

当接收到的发动机转速高于当前工作模式下的发动机目标转速时，主控制器根据所述转速偏差调整电磁比例阀的阀芯开度，从而改变作用在液压泵变量机构上的压力，由此增加液压泵的排量。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

第二位置传感器实时检测油门拉杆是否达到油门拉杆的最小位置；

当检测到油门拉杆达到油门拉杆的最小位置时，第二位置传感器向主控制器发送第二触发信号；

主控制器根据第二触发信号，调整电磁比例阀的阀芯开度，从而改变作用在液压泵变量机构上的压力，以便将液压泵斜盘倾角调整为最小。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

在设置当前发动机功率模式时，主控制器分别控制油门执行器和电磁比例阀的阀芯开度，以便油门执行器将油门拉杆拉至与当前发动机功率模式相对应的预定位置上，同时改变作用在液压泵变量机构上的压力，以便使液压泵的排量与当前发动机功率模式相对应。

6.一种用于起重机的节能控制系统，其特征在于，包括主控制器，速度传感器和第一位置传感器，其中：

速度传感器，用于将实时检测到的发动机转速提供给主控制器；

主控制器，用于将接收到的发动机转速与当前发动机功率模式下的发动机目标转速进行比较，以计算出转速偏差，根据所述转速偏差调整液压泵的排量，从而使液压泵的吸收功率与发动机的输出功率相匹配；还用于根据第一位置传感器发送的第一触发信号，调整电磁比例阀的阀芯开度，从而改变作用在液压泵变量机构上的压力，以便将液压泵斜盘倾角调整为最大；

第一位置传感器，用于实时检测油门拉杆是否达到油门拉杆的最大位置；当检测到油门拉杆达到油门拉杆的最大位置时，向主控制器发送第一触发信号。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括位于液压泵先导控制油路上的电磁比例阀和液压泵变量机构，其中：

主控制器具体根据所述转速偏差调整电磁比例阀的阀芯开度，从而改变作用在液压泵变量机构上的压力，由此调整液压泵的排量。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，

当接收到的发动机转速低于当前工作模式下的发动机目标转速时，主控制器根据所述转速偏差调整电磁比例阀的阀芯开度，从而改变作用在液压泵变量机构上的压力，由此降低液压泵的排量；

当接收到的发动机转速高于当前工作模式下的发动机目标转速时，主控制器根据所述转速偏差调整电磁比例阀的阀芯开度，从而改变作用在液压泵变量机构上的压力，由此增加液压泵的排量。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括第二位置传感器，其中：

第二位置传感器，用于实时检测油门拉杆是否达到油门拉杆的最小位置；当检测到油门拉杆达到油门拉杆的最小位置时，向主控制器发送第二触发信号；

主控制器根据第二触发信号，调整电磁比例阀的阀芯开度，从而改变作用在液压泵变量机构上的压力，以便将液压泵斜盘倾角调整为最小。

10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括油门执行器，其中：

在设置当前发动机功率模式时，主控制器分别控制油门执行器和电磁比例阀的阀芯开度，以便油门执行器将油门拉杆拉至与当前发动机功率模式相对应的预定位置上，同时改变作用在液压泵变量机构上的压力，以便使液压泵的排量与当前发动机功率模式相对应。