CN109778940A - 一种改善大型挖掘机性能的暂态功率匹配装置及匹配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改善大型挖掘机性能的暂态功率匹配装置及匹配方法，该装置或方法在发动机响应性未达到要求时通过限制主泵排量来限制主泵功率，使得主泵功率响应适应发动机功率响应。在发动机功率响应达到要求后，则不进行此种暂态控制。

Description

一种改善大型挖掘机性能的暂态功率匹配装置及匹配方法

技术领域

本发明涉及一种功率匹配装置，尤其涉及一种改善大型挖掘机性能的暂态功率匹配装置及匹配方法。

背景技术

大型挖掘机的发动机随着功率的增大，其响应速度会变慢，常常无法满足主泵功率突变的要求。一般采用转速感应控制的方法对主泵功率进行调整，即首先检测发动机转速，当检测到发动机掉速到一定程度后，减小主泵输出功率，使主泵功率与发动机输出功率相匹配。但是当主泵功率在最小调节功率范围内瞬时突变，而发动机无法在短时间内响应这种突变的时候，即主泵自身的功率调节已经不起作用，而发动机功率响应又无法满足的时候，造成发动机憋车、冒黑烟，影响挖掘机起始工作性能。这种情况，在发动机由怠速到突然工作，或者长时间高速空转到突然遇到重载时就会出现。挖掘机吨位越大，发动机功率越大，这种现象越明显。挖掘机分为上车和下车两部分，上车挖掘回转，下车行走，下车用于支撑上车并有行走功能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是大型挖掘机发动机和主泵暂态功率不匹配造成的发动机憋车、冒黑烟问题。一种改善大型挖掘机性能的暂态功率匹配装置及匹配方法，该装置或方法在发动机响应性未达到要求时通过限制主泵排量来限制主泵功率，使得主泵功率响应适应发动机功率响应。在发动机功率响应达到要求后，则不进行此种暂态控制。本发明在两种情况下进行暂态控制，一是发动机由怠速状态到目标转速状态的情况，二是挖掘机长时间不工作到突然开始工作的暂态时间内。

本发明所采取的技术方案为：一种改善大型挖掘机性能的暂态功率匹配装置，包括

上车信号装置，用于检测上车是否动作；

下车信号装置，用于检测下车是否动作；

转速传感器，用于检测发动机是否怠速；

压力调节装置，用于调节主泵排量；

控制器，用于接收所述上车信号装置、下车信号装置和转速传感器发送的检测信号并发出控制信号；

所述压力调节装置包括比例电磁阀，所述比例电磁阀连接于主泵负反馈回路上，所述比例电磁阀的入口连接压力油源，出口连接主泵。

进一步的，所述上车信号装置为上车压力开关。

进一步的，所述下车信号装置为下车压力开关。

进一步的，所述压力调节装置包括开关电磁阀、比例电磁阀、第一单向阀和第二单向阀，所述开关电磁阀入口连接压力油源，出口通过第一单向阀连接比例电磁阀，所述第一单向阀入口连接开关电磁阀，出口连接比例电磁阀，所述比例电磁阀入口通过第二单向阀连接主控阀，出口连接主泵，所述第二单向阀入口连接主控阀，出口连接比例电磁阀。

进一步的，在所述主控阀和所述第二单向阀之间设置有负反馈溢流阀和负反馈节流阀，所述第二单向阀的入口连接负反馈溢流阀和负反馈节流阀的入口。

进一步的，在所述比例电磁阀与所述主泵之间设置有主泵排量调节机构，通排量调节机构的输入压力不同会导致主泵排量不同。

本发明中改善大型挖掘机性能的暂态功率匹配方法，包括

步骤1：条件判断，条件1：通过转速传感器得到发动机怠速信号；

条件2：通过上车信号装置或下车信号装置得到挖掘机无动作信号；

步骤2：满足条件1或条件2，则判断可以进行暂态控制；

步骤3：在可进行暂态控制的条件下，如果通过上车压力开关或下车压力开关判断挖掘机有动作，则由控制器向所述比例电磁阀发出控制信号，所述比例电磁阀对主泵排量进行调节。

进一步的，所述条件1中怠速是指：挖掘机在不工作时，发动机以较低的转速运行，一般怠速转速比挖掘机挖掘时的转速低200转/min以上。在怠速转速下，发动机涡轮增压器转速也较慢，此时进入暂态控制，可以使得在挖掘机工作开始时主泵功率增加与发动机涡轮增压器转速提高的过程相匹配，防止发动机因外负载突变但自身负载响应能力不足而产生的憋车现象。

进一步的，所述条件2为所述上车信号装置或下车信号装置得到挖掘机无动作信号持续2S以上。此时发动机负载最小，会自动调节喷油量减少到最小，同时导致废气减少，涡轮增压器转速会变低。在下一次有动作时，发动机要提高喷油量、提高涡轮增压器的转速，均需要一定的响应时间。

本发明所产生的有益效果包括：发动机正常工作转速和怠速转速差别有几百转，通过转速传感器判断发动机是否处在怠速，如果发动机已经怠速，则判断可以进行暂态控制；通过上车压力开关和下车压力开关判断挖掘机是否有动作，如果无任何动作的时间持续2s以上，则判断可以进行暂态控制；在可进行暂态控制的条件下，如果通过上车压力开关或下车压力开关判断挖掘机有动作，则通过比例电磁阀对主泵排量进行暂态控制。暂态控制的目标为使主泵功率变化速度与发动机功率响应速度相匹配，过程为按发动机功率响应速度控制主泵排量变化。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图；

图2为本发明匹配方法流程图；

图3为主泵和发动机功率响应示意图；

图4为瞬态控制比例电磁阀输出压力规则示意；

图5为本发明中压力调节装置与负反馈回路连接结构示意图；

图中：1、控制器；2、上车压力开关；3、下车压力开关；4、压力调节装置；5、转速传感器；6、主泵功率响应曲线；7、发动机功率响应曲线；8、油箱；9、第一单向阀；10、第二单向阀；11、主泵排量调节机构；12、主泵；13、主控阀；14、负反馈溢流阀；15、负反馈节流阀；16、第一比例电磁阀；17、第二比例电磁阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的解释说明，但应当理解为本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

如附图1所示，控制器1分别与上车压力开关2、下车压力开关3、压力调节装置4、转速传感器5独立连接。其中，控制器1用于处理检测信号和发出控制信号，上车压力开关2用于检测挖掘机上车有无动作，下车压力开关3用于检测下车有无动作，压力调节装置4包括比例电磁阀，比例电磁阀用于控制主泵12排量，转速传感器5用于判断发动机是否怠速。

在主泵负反馈回路中接入压力调节装置4，本发明中的主泵负反馈回路包括主泵12、主控阀13、负反馈溢流阀14和负反馈节流阀15和主泵排量调节机构11，主泵12输出的油液经主控阀13的中位油路到达负反馈溢流阀14和负反馈节流阀15的入口处，因负反馈节流阀15的阻尼作用，在入口处形成了较高的油压，此高压反馈给主泵排量调节机构11，调节主泵12的排量。当主控阀13未动作时，经过其中位油路的油液多，则反馈到主泵排量调节机构11的压力高，主泵12排量小；当主控阀13动作时，其中位油路被部分或完全切断，则反馈到主泵排量调节机构11的压力小，主泵12排量大。

压力调节装置4包括开关电磁阀16、比例电磁阀17、第一单向阀9和第二单向阀10，其中第二单向阀10的入口接负反馈溢流阀14和负反馈节流阀15的入口，第二单向阀10的出口接第一单向阀9的出口和比例电磁阀17的入口，第一单向阀9的入口接开关电磁阀16的出口，开关电磁阀16的入口接压力油源。比例电磁阀17的出口接主泵排量调节机构11的入口。

该装置的工作过程见图2，当主控阀13未动作时间2s以上或者发动机已经怠速了，则暂态控制使能。当主控阀13突然动作，负反馈节流阀15的入口压力迅速降低，为防止主泵12输出功率增加过快，暂态控制起作用，此时打开开关电磁阀16将高压油导入比例电磁阀17的入口，比例电磁阀17控制输出压力按附图4中P-t2的规律比例减小，使得主泵12输出功率满足发动机功率响应时间要求，发动机不会出现严重掉速、憋车问题。

附图3为未安装压力调节装置时，主泵12和发动机功率响应示意图。曲线6为主泵功率响应曲线6，曲线7为发动机功率响应曲线7。主泵功率调节范围为W1-W2之间，低于W1的部分为主泵功率固有变化部分，不可经功率控制调节。在低于W1的部分，主泵功率从最小升高到W1用时t1，而发动机从最小升高到W1用时t2，t2>t1,造成在t1时刻主泵功率大于发动机功率，发动机憋车、冒黑烟。将附图1所示比例电磁阀的出口与主泵负反馈回路压力串联，使得主泵12排量不仅受负反馈压力控制还受比例电磁阀出口压力控制。因为主泵12排量随负反馈压力减小而增大，所以也随比例电磁阀出口压力控制。

附图4为瞬态控制比例电磁阀输出压力规则示意。主泵12原负反馈压力变化速度为P-t1，本发明通过比例电磁阀，可以将泵负反馈口压力变化按P-t2或者P-A-t2或者P-B-t2变化，一方面延长了压力变化时间，另一方面改变了压力变化的规律，可以更加适应发动机的功率响应。

当控制器1通过转速传感器5检测到发动机处在怠速模式，则使暂态控制使能；当控制器1通过上车压力开关2和下车压力开关3判断挖掘机无动作时间大于2s时，则也使暂态控制使能。在暂态控制使能的情况下，当控制器11通过上车压力开关2和下车压力开关3判断挖掘机有动作时，通过比例电磁阀对主泵12进行暂态控制，主泵12负流量反馈口压力按附图4中曲线P-t2变化。主泵12排量变化时间由t1变为t2，变化时间变长，适应发动机的响应。

本发明压力调节装置4只能使主泵12排量变化时间增长，而不能使时间变短。暂态控制使主泵功率响应速度适应发动机功率响应速度，通过比例电磁阀控制主泵输出功率增加的速度与发动机输出功率增加的速度相一致或者满足发动机掉速和冒黑烟设计要求。

上述仅为本发明的优选实施例，本发明并不仅限于实施例的内容。对于本领域中的技术人员来说，在本发明的技术方案范围内可以有各种变化和更改，所作的任何变化和更改，均在本发明保护范围之内。

Claims (9)

1.一种改善大型挖掘机性能的暂态功率匹配装置，其特征在于：包括

上车信号装置，用于检测上车是否动作；

下车信号装置，用于检测下车是否动作；

转速传感器，用于检测发动机是否怠速；

压力调节装置，用于调节进入主泵排量调节装置的压力，进而调节主泵排量；

控制器，用于接收所述上车信号装置、下车信号装置和转速传感器发送的检测信号并发出控制信号；

所述压力调节装置包括比例电磁阀，所述比例电磁阀连接于主泵负反馈回路上，所述比例电磁阀的入口连接压力油源，出口连接主泵。

2.根据权利要求1所述的改善大型挖掘机性能的暂态功率匹配装置，其特征在于：所述上车信号装置为上车压力开关。

3.根据权利要求1所述的改善大型挖掘机性能的暂态功率匹配装置，其特征在于：所述下车信号装置为下车压力开关。

4.根据权利要求1所述的改善大型挖掘机性能的暂态功率匹配装置，其特征在于：所述压力调节装置包括第一比例电磁阀、第二比例电磁阀、第一单向阀和第二单向阀，所述第一比例电磁阀入口连接压力油源，出口通过第一单向阀连接第二比例电磁阀，所述第一单向阀入口连接第一比例电磁阀，出口连接第二比例电磁阀，所述第二比例电磁阀入口通过第二单向阀连接主控阀，出口连接主泵，所述第二单向阀入口连接主控阀，出口连接第二比例电磁阀。

5.根据权利要求4所述的改善大型挖掘机性能的暂态功率匹配装置，其特征在于：在所述主控阀和所述第二单向阀之间设置有负反馈溢流阀和负反馈节流阀，所述第二单向阀的入口连接负反馈溢流阀和负反馈节流阀的入口。

6.根据权利要求4所述的改善大型挖掘机性能的暂态功率匹配装置，其特征在于：在所述第二比例电磁阀与所述主泵之间设置有主泵排量调节机构。

7.一种基于权利要求1所述的改善大型挖掘机性能的暂态功率匹配方法，其特征在于：包括

步骤1：条件判断，条件1：通过转速传感器得到发动机怠速信号；

条件2：通过上车信号装置或下车信号装置得到挖掘机无动作信号；

步骤2：满足条件1或条件2，则判断可以进行暂态控制；

步骤3：在可进行暂态控制的条件下，如果通过上车压力开关或下车压力开关判断挖掘机有动作，则由控制器向所述比例电磁阀发出控制信号，所述比例电磁阀对主泵排量进行调节。

8.根据权利要求7所述的改善大型挖掘机性能的暂态功率匹配方法，其特征在于：所述条件1中怠速是指：挖掘机转速比挖掘机挖掘时的转速低200转/min以上。

9.根据权利要求7所述的改善大型挖掘机性能的暂态功率匹配方法，其特征在于：所述条件2为所述上车信号装置和下车信号装置得到挖掘机无动作信号持续2S以上。