CN108331728B - 工况自适应节能控制平台、使用方法、泵车及混凝土泵 - Google Patents

工况自适应节能控制平台、使用方法、泵车及混凝土泵 Download PDF

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Abstract

本发明公开了工况自适应节能控制平台、使用方法、泵车及混凝土泵，包括主泵、压力传感器、控制器、油门执行器、发动机、速度传感器及控制主泵流量的变量机构，主泵输出端通过压力传感器连接控制器的输入端，控制器的输出端连接油门执行器及变量机构，变量机构的执行端连接主泵，油门执行器分别连接发动机及控制器，发动机通过速度传感器连接主泵，速度传感器连接控制器。本发明的控制器通过系统的取用功率P推导出系统的取用扭矩T，根据发动机万有特性曲线，获取发动机最佳工作转速，得出发动机最大输出转矩Tmax，比较Tmax与T，然后调整发动机的转速，保证轻载工况充分节能，重载工况优先保证动力输出，避免转速不稳、熄火的现象。

Description

工况自适应节能控制平台、使用方法、泵车及混凝土泵
技术领域
本发明涉及工程机械领域，具体涉及一种工况自适应节能控制平台、使用方法、泵车及混凝土泵。
背景技术
混凝土泵是一种利用管道将混凝土输送到施工现场的建筑工程机械。它以柴油机为动力，驱动液压泵产生高压压力油，进而驱动主油缸及与其相连的两个混凝土输送缸实现交替往复运动，并在滑阀的有序配合动作下，使混凝土不断地从料斗吸入输送缸并通过输送管输送到施工现场，在机场、码头、道路、桥梁、建筑房屋等混凝土施工方面具有重要作用。
随着近年来中国经济的快速发展，土地资源越来越紧张，尤其是城市中心商业区土地资源尤其稀缺，高层、超高层建筑越来越普及；而同时随着国家近年来加大对基础设施的投入，大型桥梁和隧道的施工也大大拉动了对混凝土泵送设备的市场需求。
混凝土泵属于大功率、高耗油的机械动力设备，节能性的好坏直接关系到施工成本的高低及环境污染的程度。目前，随着国家对环境保护的要求越来越高，燃油价格的居高不下，油耗问题越来越成为客户关心的敏感诉求，从而引起了业内各大厂家的普遍关注，节能技术的应用和推广势在必行。而目前的混凝土泵无论在何种实际工况下都处于某一固定的转速，这样在轻载荷时发动机的功率利用率很低，造成了极大的能量浪费，另一方面在重载、超载时发动机转速不稳定，甚至熄火。因此，根据实际的工作情况来研究混凝土泵的节能控制策略十分有必要。
然而，由于混凝土泵的重负荷多变工况，当前的控制系统在实际应用过程中存在泵送排量波动、泵送效率不足、发动机转速不稳甚至憋停等问题，不仅没有达到预定的节能效果，反而给正常施工带来诸多新的问题，严重影响泵送施工并制约了节能技术的应用和推广。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明提供一种工况自适应节能控制平台、使用方法、泵车及混凝土泵，解决了现有技术中泵车或混凝土泵燃油消耗大，以及现有节能控制系统仅以发动机经济工况为控制目标，导致控制系统稳定性差、无法推广应用的技术问题。
为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：
工况自适应节能控制平台，其特征是：包括主泵、压力传感器、控制器、油门执行器、发动机、速度传感器及控制主泵流量的变量机构，所述主泵输出端通过压力传感器连接控制器的输入端，所述控制器的输出端连接油门执行器及变量机构，所述变量机构的执行端连接主泵，所述油门执行器分别连接发动机及控制器，所述发动机连接速度传感器及主泵，所述速度传感器连接控制器。
作为一种优化方案，前述的工况自适应节能控制平台，其特征是：所述主泵是轴向柱塞变量泵。
作为一种优化方案，前述的工况自适应节能控制平台，其特征是：所述主泵是斜盘式轴向柱塞变量泵。
作为一种优化方案，前述的工况自适应节能控制平台，其特征是：所述速度传感器是速度编码器。
作为一种优化方案，前述的工况自适应节能控制平台，其特征是：所述发动机与速度编码器之间还设有柔性联轴器。
作为一种优化方案，前述的工况自适应节能控制平台，其特征是：所述变量机构是电气正控制变量机构。
工况自适应节能控制平台的使用方法，法其特征是：按照以下步骤工作：
S1：启动系统，发动机和主泵分别工作在控制器设定的初始转速N0和初始排量V0；
S2：压力传感器将主泵产生的压力PL反馈至控制器，速度编码器将发动机转速n反馈至控制器，控制器根据压力PL、初始排量V0及发动机转速n计算得出系统的取用功率P2，具体公式为：
P2=P+P1=PL*V0*n /η+P1
式中：
P为主泵的取用功率，PL为主泵产生的压力，V0为主泵初始排量，n为发动机转速；η为系统效率；P1为摆动泵及齿轮泵的取用功率；
S3：控制器根据发动机万有特性曲线，得出在此负载下发动机的最佳工作转速nk；
S4：控制器根据系统的取用功率P2计算发动机nk转速下的系统的取用扭矩T，具体公式为：T=9550P2/nk*η1；
式中：P2为系统的取用功率，nk为S3中发动机的最佳工作转速；η1为动力储备系数；
S5：根据发动机功率曲线和扭矩曲线获取nk转速下发动机的最大输出转矩Tmax；
S6：控制器计算发动机在nk转速下的最大输出转矩Tmax和系统的取用扭矩T：具体为：若Tmax大于T，则控制器以S3中的转速nk为发动机调控的目标速度，并通过变量机构5调整主泵1的排量，调控结束；若Tmax小于或等于T，则转至S7；
S7：控制器通过变量机构5减小主泵1的排量，并通过油门执行器增加发动机的转速，直至发动机的最大输出转矩Tmax大于系统的取用扭矩T，则调控结束。
一种泵车，其特征是：采用前述工况自适应节能控制平台。
一种混凝土泵，其特征是：采用前述工况自适应节能控制平台。
本发明所达到的有益效果：
本发明以发动机万有特性曲线为基础，控制器通过变量机构通过主泵的压力及转速推算出系统的取用功率P，然后通过系统的取用功率P推导系统的取用扭矩T，根据发动机万有特性曲线，得出发动机最大输出转矩Tmax，比较Tmax与T，若Tmax大于T，则调控结束，若Tmax小于或等于T则通过控制器增加发动机转速，直至Tmax大于T，本发明一方面能够避免发动机轻载时，功率利用率低，能量浪费的现象，另一方面能够避免重载、超载时，发动机转速不稳定，甚至熄火的现象。
附图说明
图1是本发明的原理框图；
图2是本发明控制流程图；
图3是本发明发动机万有特性曲线图；
图4是本发明发动机扭矩曲线图；
附图标记的含义：1-主泵；2-压力传感器；3-油门执行器；4-速度编码器；5-变量机构。
实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示：一种工况自适应节能控制平台，包括主泵1、压力传感器2、控制器、油门执行器3、发动机、速度传感器及控制主泵1流量的变量机构5，主泵1输出端通过压力传感器2连接控制器的输入端，控制器的输出端连接油门执行器3及变量机构5，变量机构5的执行端连接主泵1，油门执行器3分别连接发动机及控制器，发动机连接速度传感器及主泵1，所述速度传感器连接控制器。控制器内置本发明发动机的万有特性曲线，发动机万有特性曲线属于现有技术。
需要说名的是：由于发动机的规格不同，有的发动机自带转速传感器，控制器通过自带的转速传感器即可读取发动机的转速。
作为一种优化方案：主泵1是轴向柱塞变量泵。
主泵1是斜盘式轴向柱塞变量泵。
速度传感器是速度编码器4。
发动机与速度编码器4之间还设有柔性联轴器。
变量机构5是电气正控制变量机构。
本发明还公开了上述工况自适应节能控制平台的使用方法，现结合图2至图4作具体说明：
S1：启动系统，发动机和主泵1分别工作在控制器设定的初始转速N0和初始排量V0，本实施例预设：N0=1600rpm，V0=240ml/r；
S2：压力传感器2将主泵1产生的压力PL反馈至控制器，假设本实施例的压力PL=15MPa，速度编码器4将发动机转速n反馈至控制器，控制器根据压力PL、初始排量V0及发动机转速n计算得出主泵1的取用功率P，具体公式为：
P=PL*V0*n /η=15×240×1600/1000/60/0.96=100kW；
式中：
P为主泵的取用功率，PL为主泵产生的压力，V0为主泵初始排量，n为发动机转速；η为系统效率；
由于泵车在工作时，发动机还需带动摆动泵及齿轮泵工作（这两个泵功率较小且较稳定，可以认为其功率是定值），因此还将摆动泵及齿轮泵的取用功率P1计算在内，本实施例假设P1=20kW，则：系统的取用功率P2=100+20=120kW；
S3：如图3所示，控制器根据发动机万有特性曲线，得出在此负载下发动机的最佳工作转速nk；图中的双曲线为等功率曲线，环行线为等油耗线，例如：系统的取用功率P2=120KW时与等油耗线中数值（油耗）最小的197相交，则交点（图3箭头）的横坐标（发动机转速）约为1300rpm，即发动机的最佳工作转速nk=1300rpm；
S4：控制器根据系统的取用功率P2计算发动机nk转速下的主泵1的取用扭矩T1，具体公式为：T=9550P2/nk =9550*120/1300=881Nm，预留10%的动力储备，则系统的取用扭矩；T=T1*η1=881×1.1=969Nm；
式中：P2为系统的取用功率，nk为S3中发动机的最佳工作转速；η1为系统动力储备系数；
S5：如图4所示：根据发动机扭矩曲线获取nk=1300rpm转速下发动机的最大输出扭矩Tmax=910Nm；
S6：控制器计算发动机的最大输出转矩Tmax=910Nm和系统的取用扭矩T=969Nm：因本实施例的Tmax小于T，则表明该状态下发动机动力不足，会导致转速不稳，甚至熄火；
S7：控制器通过油门执行器将发动机的转速调节至1400rpm。根据S4中的方法：1400rpm转速下系统的取用扭矩为900 Nm，
同时根据图4，1400rpm转速下发动机的最大输出扭矩为955Nm，由于955大于900Nm，满足Tmax大于T，因此将发动机的最佳转速调节至nk=1400rpm；
当发动机的转速为1400rpm时，主泵1的排量应为：V0*n0/nkl=240*1600/1400=274ML/r，调节完毕。
本发明还公开一种泵车，其特征是：采用上述的工况自适应节能控制平台。
本发明还公开一种混凝土泵，其特征是：采用上述的工况自适应节能控制平台。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.工况自适应节能控制平台，其特征是：包括主泵（1）、压力传感器（2）、控制器、油门执行器（3）、发动机、速度传感器及控制主泵（1）流量的变量机构（5），所述主泵（1）输出端通过压力传感器（2）连接控制器的输入端，所述控制器的输出端连接油门执行器（3）及变量机构（5），所述变量机构（5）的执行端连接主泵（1），所述油门执行器（3）分别连接发动机及控制器，所述发动机连接速度传感器及主泵（1），所述速度传感器连接控制器。
2.根据权利要求1所述的工况自适应节能控制平台，其特征是：所述主泵（1）是轴向柱塞变量泵。
3.根据权利要求1或2所述的一种工况自适应节能控制平台，其特征是：所述主泵（1）是斜盘式轴向柱塞变量泵。
4.根据权利要求1所述的工况自适应节能控制平台，其特征是：所述速度传感器是速度编码器（4）。
5.根据权利要求4所述的工况自适应节能控制平台，其特征是：所述发动机与速度编码器（4）之间还设有柔性联轴器。
6.根据权利要求1所述的工况自适应节能控制平台，其特征是：所述变量机构（5）是电气正控制变量机构。
7.基于权利要求1所述的工况自适应节能控制平台的使用方法，其特征是：按照以下步骤工作：
S1：启动系统，发动机和主泵（1）分别工作在控制器设定的初始转速N0和初始排量V0；
S2：压力传感器（2）将主泵（1）产生的压力PL反馈至控制器，速度编码器（4）将发动机转速n反馈至控制器，控制器根据压力PL、初始排量V0及发动机转速n计算得出系统的取用功率P2，具体公式为：
P2=P+P1=PL*V0*n /η+P1
式中：
P为主泵的取用功率，PL为主泵产生的压力，V0为主泵初始排量，n为发动机转速；η为系统效率；P1为摆动泵及齿轮泵的取用功率；
S3：控制器根据发动机万有特性曲线，得出在此负载下发动机的最佳工作转速nk；
S4：控制器根据系统的取用功率P2计算发动机nk转速下的系统的取用扭矩T，具体公式为：T=9550P2/nk*η1；
式中：P2为系统的取用功率，nk为S3中发动机的最佳工作转速；η1为动力储备系数；
S5：根据发动机功率曲线和扭矩曲线获取nk转速下发动机的最大输出转矩Tmax；
S6：控制器计算发动机在nk转速下的最大输出转矩Tmax和系统的取用扭矩T：具体为：若Tmax大于T，则控制器以S3中的转速nk为发动机调控的目标速度，并通过变量机构（5）调整主泵（1）的排量，调控结束；若Tmax小于或等于T，则转至S7；
S7：控制器通过变量机构（5）减小主泵（1）的排量，并通过油门执行器增加发动机的转速，直至发动机的最大输出转矩Tmax大于系统的取用扭矩T，则调控结束。
8.一种泵车，其特征是：采用权利要求1至6任一项所述的工况自适应节能控制平台。
9.一种混凝土泵，其特征是：采用权利要求1至6任一项所述的工况自适应节能控制平台。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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