CN109774700B - 一种井下液压驱动行走系统及行走速度调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种井下液压驱动行走系统及行走速度调节方法。系统包括油门踏板、发动机、行走泵、控制器及转速检测单元，控制器分别与转速检测单元及行走泵连接；转速检测单元采集发动机的实时转速值，并将实时转速值发送至控制器；当实时转速值大于发动机的怠速转速值时，控制器发送调节排量指令给行走泵。方法包括踩下油门踏板，检测发动机的实时转速值，将实时转速值与发动机的怠速转速值比较，当实时转速值大于发动机的怠速转速值时，控制器根据实时转速值、发动机怠速转速值、发动机最高转速值及发动机最高车速时行走泵的排量计算获得行走泵的目标排量。本发明具有车速操控人机交互性、舒适性高，且操作方便、可靠等优点。

Description

一种井下液压驱动行走系统及行走速度调节方法

技术领域

本发明涉及井下行走领域，尤其涉及一种井下液压驱动行走系统及行走速度调节方法。

背景技术

在无防爆要求的常规应用场合，液压行走车辆上发动机转速和行驶速度通常由一个电子油门踏板控制，电子油门踏板将脚踏行程转换为电信号进入控制器，控制器根据电信号的大小来调节发动机的转速和行走液压泵或马达的排量 (行驶速度)，此即电子式调速，以实现发动机转速和行驶速度相匹配。

而在煤矿井下受防爆要求制约，没有满足防爆要求的电子油门踏板和油门拉线电机供选用。现有的防爆发动机只能由机械式的油门踏板牵引拉线钢丝直接控制发动机节气门的开度(即发动机转速)，此即机械式调速。现有的机械式调速方式无法获取机械油门踏板的踩下行程来对应控制行走泵或马达的排量以调节行驶速度，需再用一个自复位的手柄或旋钮来控制行驶车速。即通过手柄控制泵的排量(即行走速度)，以液压油路的方式将泵的压力传递给油门控制油缸以控制发动机转速，使发动机转速自动得到调整控制。现有的方式发动机转速会随着泵排量的变化忽高忽低，在一个大的范围内出现转速的波动，即泵或马达的排量与发动机转速的关联完全依赖驾驶员人为匹配，车速操控人机交互性及驾驶的舒适性差，且发动机噪音大，油耗高。且不能实现发动机极限载荷的智能匹配，爬坡时发动机也易熄火、行驶通过性差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种车速操控人机交互性及舒适性高，且操作方便、可靠性高的井下液压驱动行走系统及行走速度调节方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种井下液压驱动行走系统，包括依次连接的油门踏板、发动机及行走泵，还包括控制器及转速检测单元，所述控制器分别与转速检测单元及行走泵连接；所述转速检测单元用于采集发动机的实时转速值，并将所述实时转速值发送至控制器；当所述实时转速值大于发动机的怠速转速值时，所述控制器发送调节排量指令给行走泵。

作为上述技术方案的进一步改进：

井下液压驱动行走系统还包括行走泵压力检测单元，所述行走泵压力检测单元与控制器连接，所述行走泵压力检测单元用于采集行走泵的实时输出压力值，并将实时输出压力值发送至控制器；当行走泵的需求功率超过当前发动机可提供的输出功率时，所述控制器控制降低行走泵的目标排量。

井下液压驱动行走系统还包括刹车压力检测单元，所述刹车压力检测单元与控制器连接，所述刹车压力检测单元用于采集刹车压力值，并将刹车压力值发送至控制器；当刹车压力值大于刹车预设压力值时，所述控制器控制将行走泵的目标压力值设置为零。

所述控制器为PLC，所述转速检测单元为转速传感器，所述行走泵压力检测单元及刹车压力检测单元均为压力传感器。

井下液压驱动行走系统还包括前进/后退选择开关，所述前进/后退选择开关与控制器连接，所述控制器接收前进/后退选择开关的信号并控制行走泵的转向。

一种如上述所述的井下液压驱动行走系统的行走速度调节方法，在行走系统启动运行时，踩下油门踏板，采用转速检测单元检测发动机的实时转速值，采用控制器将接收的实时转速值与发动机的怠速转速值进行比较，当实时转速值大于发动机的怠速转速值时，控制器根据实时转速值、发动机怠速转速值、发动机最高转速值及发动机最高车速时行走泵的排量计算获得行走泵的目标排量，并将目标排量值发送给行走泵。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述行走泵的目标排量的计算表达式为：

式中v1为行走泵的目标排量，n为发动机实时转速，n₀为发动机怠速转速值，n_max为发动机最高转速值，v_max为发动机最高车速时行走泵的排量。

行走速度调节方法还包括发动机极限载荷下的速度调节方法，该方法步骤为：采用行走泵压力检测单元检测行走泵的实时输出压力值，采用控制器将实时输出压力值转换为行走泵的需求功率，并将行走泵的需求功率与当前发动机可提供的输出功率进行比较，当行走泵的需求功率超过当前发动机的输出功率时，控制器根据行走泵的实时输出压力值、发动机的实时转速值计算获得降低后行走泵的目标排量值，并将排量降低值发送给行走泵，以降低行走泵的排量；当行走泵的需求功率未超过当前发动机的输出功率时，行走泵仍根据实时转速值、发动机怠速转速值、发动机最高转速值及发动机最高车速时行走泵的排量计算获得的目标排量输出。

降低后行走泵的目标排量值的计算表达式为：

式中v2为降低后行走泵的目标排量值，K为小于1的系数，p为行走泵的实时输出压力值，p_e为当前发动机可提供的输出功率。

行走速度调节方法还包括行走系统负载下的速度调节方法，该方法步骤为：采用刹车压力检测单元检测刹车压力值，采用控制器将接收的刹车压力值与刹车预设压力值进行比较，当刹车压力值大于刹车预设压力值时，控制器将行走泵的目标压力值设置为零。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的井下液压驱动行走系统包括控制器及转速检测单元，控制器分别与转速检测单元及行走泵连接；转速检测单元用于采集发动机的实时转速值，并将所述实时转速值发送至控制器；当实时转速值大于发动机的怠速转速值时，控制器发送调节排量指令给行走泵，以调节行驶速度，即驾驶员仅需操纵油门踏板即可同时控制发动机转速和行驶车速，使得驾驶员通过对油门踏板的操纵便可自动匹配出相应的行车速度，其无需单独设置车速调节踏板或旋钮，有效解决了传统行走系统需同时设置油门踏板与车速调节踏板两套系统，且需依赖操纵者经验和技巧来控制车速与发动机转速相互配合的问题，其在受防爆要求制约需采用机械式调速发动机作动力源的情况下极大地提高了车速操控的人机交互性，其驾驶的舒适性及便利度高，保证了行驶车速的效率和平顺性。本发明的行走速度调节方法同样具有上述优点，同时由控制器根据发动机实时转速值、发动机怠速转速值、发动机最高转速值及发动机最高车速时行走泵的排量计算获得行走泵的目标排量，以智能控制行走泵的排量，其操作方便，可靠性高。

进一步的，本发明采用行走泵压力检测单元检测行走泵的实时输出压力值，并将实时输出压力值发送至控制器；当行走泵的需求功率超过当前发动机转速下发动机可提供的输出功率时，控制器控制降低行走泵的目标排量，以降低行走速度。其实现了行走泵的需求功率与发动机的输出功率在极限载荷下的智能匹配控制，使得车辆在爬坡、泥泞路面等行走泵输出压力升高的工况下均可自如行驶，发动机在极限载荷下调节敏捷、行驶平顺，避免了发动机的熄火。本发明的行走速度调节方法同样具有上述优点，同时由控制器根据行走泵的实时输出压力值、发动机的实时转速值计算获得行走泵的排量降低值，以智能控制降低行走泵的排量，其操作方便，可靠性高。

进一步的，本发明采用刹车压力传感器检测刹车压力值，并将刹车压力值发送至控制器；当刹车压力值大于刹车压力预设值时，控制器控制将行走泵的目标压力值归零。以防止制动作用导致行走系统负载瞬间急剧升高的发生，避免了发动机憋压熄火的发生，其操作方便、可靠性高。本发明的行走速度调节方法同样具有上述优点，同时采用控制器将接收的刹车压力值与刹车预设压力值进行比较，其操作方便，可靠性高。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1是本发明井下液压驱动行走系统的结构示意图。

图2是本发明行走速度调节方法的控制流程图。

图中各标号表示：

1、行走泵；2、控制器；3、转速检测单元；4、行走泵压力检测单元；5、刹车压力检测单元；6、前进/后退选择开关。

具体实施方式

下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例的井下液压驱动行走系统，包括油门踏板、发动机及行走泵1。其中，油门踏板、发动机及行走泵1依次连接，踩下油门踏板，由油门踏板牵引拉线钢丝直接控制发动机节气门的开度，即发动机转速，此时发动机转速由怠速升高以驱动行走泵1工作，行走泵1提供液压系统的液压流量以带动车辆运行。本实施例中，井下液压驱动行走系统还包括控制器2及转速检测单元 3。其中，控制器2分别与转速检测单元3及行走泵1连接；转速检测单元3用于采集发动机的实时转速值，并将实时转速值发送至控制器2；当实时转速值大于发动机的怠速转速值时，控制器2发送调节排量指令给行走泵1，以调节行驶速度。

即采用控制器2及转速检测单元3的组合形式，驾驶员仅需操纵油门踏板即可同时控制发动机转速和行驶车速，使得驾驶员通过对油门踏板的操纵便可自动匹配出相应的行车速度，其无需单独设置车速调节踏板或旋钮，有效解决了传统行走系统需同时设置油门踏板与车速调节踏板两套系统，且需依赖操纵者经验和技巧来控制车速与发动机转速相互配合的问题，其在受防爆要求制约需采用机械式调速发动机作动力源的情况下极大地提高了车速操控的人机交互性，其驾驶的舒适性及便利度高，保证了行驶车速的效率和平顺性。

进一步的，由于行驶过程中受路面状况、坡度变化、车速高低等情况的影响，行走泵1的输出压力是实时变化的，如爬坡时行走泵1的输出压力值就会升高，而平路快速行驶时行驶阻力小，行走泵1的输出压力值会维持在低水平。若行走泵的需求功率p_h＝p*v₁超过当前转速下发动机可提供的输出功率p_e时，则发动机掉速严重，效率降低，输出功率急剧下降，甚至出现熄火。为此，本发明的井下液压驱动行走系统还包括行走泵压力检测单元4。行走泵压力检测单元4与控制器2连接，行走泵压力检测单元4用于采集行走泵1的实时输出压力值p，并将实时输出压力值p发送至控制器2；当行走泵1的需求功率p_h超过当前发动机可提供的输出功率p_e时，控制器2控制降低行走泵1的目标排量。以降低行走速度。其实现了行走泵1的需求功率与发动机的输出功率在极限载荷下的智能匹配控制，使得车辆在爬坡、泥泞路面等行走泵1的输出压力升高的工况下均可自如行驶，发动机在极限载荷下调节敏捷、行驶平顺，避免了发动机的熄火。

进一步的，在行走泵1以目标排量值输出行走时，若驾驶员踩下刹车，刹车机构会迅速对行走机构制动甚至抱死，制动作用导致行走系统的负载瞬间急剧升高，发动机过载熄火。为此，本发明的井下液压驱动行走系统还包括刹车压力检测单元5。刹车压力检测单元5与控制器2连接，刹车压力检测单元5用于采集刹车压力值，并将刹车压力值发送至控制器2；当刹车压力值大于刹车预设压力值时，控制器2控制将行走泵1的目标压力值设置为零。此时需将行走泵1的排量迅速归零，防止了制动作用导致行走系统负载瞬间急剧升高的发生，避免了发动机憋压熄火的发生，其操作方便、可靠性高。

如图1所示，本实施例中，井下液压驱动行走系统还包括前进/后退选择开关6。前进/后退选择开关6与控制器2连接，控制器2接收前进/后退选择开关6的信号并控制行走泵1的转向，以选择行走方向。其操作方便，可靠性高。

进一步的，本实施例的控制器2为PLC；转速检测单元3为转速传感器，行走泵压力检测单元4及刹车压力检测单元5均为压力传感器。

如图2所示，本实施例的如上述所述的井下液压驱动行走系统的行走速度调节方法，包括在行走系统启动运行时，踩下油门踏板，采用转速检测单元3检测发动机的实时转速值，采用控制器2将接收的实时转速值与发动机的怠速转速值进行比较，当实时转速值大于发动机的怠速转速值时，控制器2根据实时转速值、发动机怠速转速值、发动机最高转速值及发动机最高车速时行走泵1的排量计算获得行走泵1的目标排量，并将目标排量值发送给行走泵1。

本发明的行走速度调节方法同样具有井下液压驱动行走系统的上述优点，同时由控制器2根据发动机实时转速值、发动机怠速转速值、发动机最高转速值及发动机最高车速时行走泵的排量计算获得行走泵的目标排量，以智能控制行走泵的排量，其操作方便，可靠性高。

本实施例中，行走泵的目标排量的计算表达式为：

式中v₁为行走泵1的目标排量；n为发动机实时转速值；n₀为发动机怠速转速值；n_max为发动机最高转速值；v_max为发动机最高车速时行走泵1的排量，即油门踏板踩到最大行程时发动机升至最高转速，行走泵1以最大排量v_max输出 (车辆以最高速度行驶)。具体的，当n＞n₀时，表明油门踏板已踩下，即驾驶员发出整车行驶指令，行走泵1也目标排量v₁输出；当n≤n₀时，表明油门踏板未踩下，驾驶员未发出整车行驶指令，行走泵1的目标排量v₁为0。

进一步的，行走速度调节方法还包括发动机极限载荷下的速度调节方法，该方法步骤为：采用行走泵压力检测单元4检测行走泵1的实时输出压力值，采用控制器2将实时输出压力值转换为行走泵1的需求功率，并将行走泵1的需求功率与当前发动机可提供的输出功率进行比较，当行走泵1的需求功率超过当前发动机的输出功率时，控制器2根据行走泵1的实时输出压力值、发动机的实时转速值计算获得行走泵1的排量降低值，并将排量降低值发送给行走泵1，以降低行走泵1的排量；当行走泵1的需求功率未超过当前发动机的输出功率时，行走泵1仍根据实时转速值、发动机怠速转速值、发动机最高转速值及发动机最高车速时行走泵的排量计算获得的目标排量输出。本发明的行走速度调节方法同样具有井下液压驱动行走系统的上述优点，同时由控制器2根据行走泵1的实时输出压力值、发动机的实时转速值计算获得行走泵1的排量降低值，以智能控制降低行走泵1的排量，其操作方便，可靠性高。

本实施例中，降低后行走泵1的目标排量值的计算表达式为：

式中v₂为降低后行走泵1的目标排量值，K为小于1的系数，p为行走泵1 的实时输出压力值，p_e为当前转速对应的发动机可提供的输出功率。其中，K需根据系统极限载荷控制响应速度、发动机输出功率预留裕度决定具体取值；p_e由当前发动机实时转速值n根据现有的发动机转速-功率曲线在控制器2程序中采用查表法和插值法得出当前率Pe。具体的，当p_e＞p_h时，行走泵1直接以目标值排量v₁输出；当p_e≤p_h时，为了避免发动机掉速甚至熄火，控制器2由排量降低值的计算表达式计算出降低当前泵排量的目标值v₂。

进一步的，行走速度调节方法还包括行走系统负载下的速度调节方法，该方法步骤为：采用刹车压力检测单元5检测刹车压力值，采用控制器2将接收的刹车压力值与刹车预设压力值进行比较，当刹车压力值大于刹车预设压力值时，控制器2识别出驾驶室当前正在进行制动，并将行走泵1的目标压力值设置为零，以避免发动机憋压熄火。本发明的行走速度调节方法同样具有井下液压驱动行走系统的上述优点，同时采用控制器2将接收的刹车压力值与刹车预设压力值进行比较，其操作方便，可靠性高。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (4)

1.一种井下液压驱动行走系统的行走速度调节方法，其特征在于，在井下液压驱动行走系统启动运行时，踩下油门踏板，采用转速检测单元检测发动机的实时转速值，采用控制器将接收的实时转速值与发动机的怠速转速值进行比较，当实时转速值大于发动机的怠速转速值时，控制器根据实时转速值、发动机怠速转速值、发动机最高转速值及发动机最高车速时行走泵的排量计算获得行走泵的目标排量，并将目标排量值发送给行走泵；

所述行走泵的目标排量的计算表达式为：

式中，v₁为行走泵的目标排量，n为发动机实时转速，n ₀为发动机怠速转速值，n_max为发动机最高转速值，v_max为发动机最高车速时行走泵的排量；

所述井下液压驱动行走系统，包括依次连接的所述油门踏板、所述发动机及所述行走泵，还包括所述控制器及所述转速检测单元，所述控制器分别与转速检测单元及行走泵连接；所述转速检测单元用于采集发动机的实时转速值，并将所述实时转速值发送至控制器；当所述实时转速值大于发动机的怠速转速值时，所述控制器发送调节排量指令给行走泵；

所述井下液压驱动行走系统还包括行走泵压力检测单元，所述行走泵压力检测单元与控制器连接，所述行走泵压力检测单元用于采集行走泵的实时输出压力值，并将实时输出压力值发送至控制器；当行走泵的需求功率超过当前发动机可提供的输出功率时，所述控制器控制降低行走泵的目标排量；

所述井下液压驱动行走系统还包括刹车压力检测单元，所述刹车压力检测单元与控制器连接，所述刹车压力检测单元用于采集刹车压力值，并将刹车压力值发送至控制器；当刹车压力值大于刹车预设压力值时，所述控制器控制将行走泵的目标压力值设置为零；

所述控制器为PLC，所述转速检测单元为转速传感器，所述行走泵压力检测单元及刹车压力检测单元均为压力传感器；

所述井下液压驱动行走系统还包括前进/后退选择开关，所述前进/后退选择开关与控制器连接，所述控制器接收前进/后退选择开关的信号并控制行走泵的转向。

2.根据权利要求1所述的行走速度调节方法，其特征在于，还包括发动机极限载荷下的速度调节方法，该方法步骤为：采用行走泵压力检测单元检测行走泵的实时输出压力值，采用控制器将实时输出压力值转换为行走泵的需求功率，并将行走泵的需求功率与当前发动机可提供的输出功率进行比较，当行走泵的需求功率超过当前发动机的输出功率时，控制器根据行走泵的实时输出压力值、发动机的实时转速值计算获得降低后行走泵的目标排量值，并将排量降低值发送给行走泵，以降低行走泵的排量；当行走泵的需求功率未超过当前发动机的输出功率时，行走泵根据实时转速值、发动机怠速转速值、发动机最高转速值及发动机最高车速时行走泵的排量计算获得的目标排量输出。

3.根据权利要求2所述的行走速度调节方法，其特征在于，降低后行走泵的目标排量值的计算表达式为：

式中，v₂为降低后行走泵的排量降低值，K为小于1的系数，p为行走泵的实时输出压力值，p_e为当前发动机可提供的输出功率。

4.根据权利要求3所述的行走速度调节方法，其特征在于，还包括行走系统负载下的速度调节方法，该方法步骤为：采用刹车压力检测单元检测刹车压力值，采用控制器将接收的刹车压力值与刹车预设压力值进行比较，当刹车压力值大于刹车预设压力值时，控制器将行走泵的目标压力值设置为零。