CN109811823B - 一种挖掘机怠速节能控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种挖掘机怠速节能控制系统及控制方法，系统中，主阀中包括多个动作阀芯及负流量控制阀、卸荷阀；主泵出口通过管道连接主阀进口后，依次与各动作阀芯相连，构成主工作油路；卸荷阀的进口与主工作油路相连；卸荷阀至少包括两个工位：位于第一工位时，出口通过负流量控制阀与主阀回油R口相连；位于第二工位时，出口直接与主阀回油R口相连，用于快速卸荷；负流量控制阀的输出口经主阀的负反馈口N与梭阀其中一个进口相连；先导泵与电磁比例阀的进口相连，电磁比例阀的出口一路与主阀中卸荷阀先导控制油口相连，电磁比例阀的出口另一路与梭阀另一个进口相连，梭阀的出口与主泵斜盘调节器Pi口相连。

Description

一种挖掘机怠速节能控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于工程机械技术领域，具体涉及一种挖掘机怠速节能控制系统及控制方法。

背景技术

大多数负流量系统液压挖掘机节能控制主要方法是解决主泵和发动机的功率匹配问题，主泵功率是由压力和主泵流量所决定，而流量是由发动机转速和主泵排量决定，要解决油耗问题，就要控制好压力、发动机转速、排量三个主要因素。在实际工况中，挖掘机在正常作业时经常会出现短暂等待怠速的现象，一般控制器检测到挖机无动作在5s内会判断为怠速状态，怠速时间占总工作时间的比例很大，如果能把这部分能量节省下来，整车的油耗会得到很大的改善。

现阶段，挖掘机在怠速时，一般降低发动机转速，并通过NCV（负流量控制阀）输出口反馈给主泵斜盘调节器降低排量，但是如何从压力方面解决并能够同时降低发动机转速和主泵排量问题，一直没有非常有效的方法。

现有技术存在以下缺陷：但是传统负流量系统中，为了给主泵提供负反馈控制信号Pi，工作油路经过NCV阀时因节流孔和溢流阀的作用一直保持一定压力，即使在怠速时，主泵负载也一直存在，功率无法降到最低，这部分能源就会被浪费掉。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种挖掘机怠速节能控制系统及控制方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种挖掘机怠速节能控制系统，包括主阀、发动机、主泵、先导泵、油箱、液压先导手柄、电磁比例阀、梭阀；

所述主阀中包括多个动作阀芯及负流量控制阀、卸荷阀；

所述发动机与主泵、先导泵相连，用于为主泵、先导泵提供动力；

主泵出口通过管道连接主阀进口后，依次与各动作阀芯相连，为各动作阀芯供油，构成主工作油路；主阀回油R口与油箱相连；

所述卸荷阀的进口与主工作油路相连；所述卸荷阀至少包括两个工位；

所述卸荷阀位于第一工位（中位）时，出口通过负流量控制阀与主阀回油R口相连；

所述卸荷阀位于第二工位（左位）时，出口直接与主阀回油R口相连，用于快速卸荷；

所述负流量控制阀的输出口与主阀的负反馈口N连接，所述主阀的负反馈口N与梭阀其中一个进口相连；

先导泵与电磁比例阀的进口相连，电磁比例阀的出口一路与主阀中卸荷阀先导控制油口相连，电磁比例阀的出口另一路与梭阀另一个进口相连，梭阀的出口与主泵斜盘调节器Pi口相连；

液压先导手柄分别与各动作阀芯的先导控制油口相连，用于控制各动作阀芯的开断；

电磁比例阀的输出压力一方面用于控制卸荷阀的开断，另一方面与负流量控制阀的反馈压力共同作用，通过梭阀选择压力较大的用于控制主泵的排量；所述先导泵用于给整个液压先导系统提供先导油。

作为优选方案，所述的挖掘机怠速节能控制系统，还包括压力传感器，用于检测各动作阀芯的压力。

进一步的，所述的挖掘机怠速节能控制系统中，多个动作阀芯包括铲斗阀芯、斗杆阀芯、动臂阀芯、回转阀芯、行走阀芯。

液压先导手柄分别与铲斗阀芯、斗杆阀芯、动臂阀芯、回转阀芯、行走阀芯的先导控制油口相连。

进一步的，所述压力传感器包括上车压力传感器、下车压力传感器；所述上车压力传感器与铲斗阀芯、斗杆阀芯、动臂阀芯、回转阀芯连接；所述下车压力传感器与行走阀芯连接。

作为优选方案，所述卸荷阀为三位三通的换向阀，左位时出口直接与主阀回油R口相连，用于快速卸荷。

作为优选方案，所述负流量控制阀包括节流孔与溢流阀；所述卸荷阀位于第一工位（中位）时，出口通过节流孔与主阀回油R口相连，所述溢流阀与节流孔并联构成负流量控制阀。

本发明中，所述的主泵为变量柱塞泵，能够通过控制主泵斜盘角度来实现对流量的控制。

作为优选方案，所述的先导泵为定量齿轮泵。

进一步的，所述的挖掘机怠速节能控制系统，还包括控制器，所述控制器分别与压力传感器、发动机、电磁比例阀信号相连，实现数据传输。

另一方面，本发明还提供一种挖掘机怠速节能控制方法，包括：

获取动作阀芯的压力信息，判断整车的工作状态是否为怠速状态；

响应于判断为怠速状态时，计算出电磁比例阀电流，电磁比例阀输出压力推动卸荷阀换向，主工作油路直接与油箱相连接，进行快速卸荷，使整个液压系统压力达到最低；电磁比例阀的输出压力同时经梭阀控制主泵斜盘角度，斜盘角度最小，排量最低，输出流量最小；当系统压力和流量都达到最低时，主泵的功率也达到最低；同时，基于获取的动作阀芯的压力信息，计算发动机转速，将发动机转速降低，发动机输出功率也变小，最终实现在怠速时能耗最低。

当整车有动作时，调整电磁比例阀电流，使卸荷阀复位，负流量控制阀恢复负流量反馈功能，整个过程时间在10ms内，不会影响整车的性能。

本发明通过在负流量控制阀（NCV）和主工作油路之间加一个快速卸荷阀，当液压先导手柄处于中位，上下车压力传感器检测到整车无动作，将信息反馈给控制器，判断出处于怠速状态时计算出电磁比例阀电流，电磁比例阀输出压力推动卸荷阀换向，主工作油路直接与油箱相连接，使整个液压系统背压达到最低；电磁比例阀的输出压力经梭阀选择反馈给主泵改变斜盘角度，使排量达到最小；另外控制器通过检测到的数据计算将发动机转速降低，发动机输出功率变小，最终实现在怠速时能耗最低。当整车有动作时，控制器将怠速解除，调整电磁比例阀电流，使卸荷阀复位，NCV恢复负流量反馈功能，整个过程时间在10ms内，不会影响整车的性能。

有益效果：本发明提供的挖掘机怠速节能控制系统及控制方法，具有以下优点：

1、在主阀内部增加卸荷阀芯，能够在挖掘机怠速状态下迅速将主工作油路压力卸掉，降低主泵负载，减少不必要的功率损失，降低油耗，实现节能的效果。

2、挖掘机作业时怠速时间占整个工作时间比例比较大的，减少怠速能量损失，对整机油耗会得到很大的改善。

3、利用电磁比例阀控制卸荷阀的开断，响应时间快，保证整车在怠速和非怠速状态切换时操控性能和原系统一致。

附图说明

图1为实施例的挖掘机怠速节能控制系统的示意图；

图2为实施例的控制系统方法流程图。

图中：1、控制器；2、节流孔；3、溢流阀；4、卸荷阀；5、铲斗阀芯；6、斗杆阀芯；7、动臂阀芯；8、回转阀芯；9、行走阀芯；10、上车压力传感器；11、下车压力传感器；12、发动机；13、主泵；14、先导泵；15、油箱；16、液压先导手柄；17、电磁比例阀；18、梭阀。

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。

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。

如图1所示，一种挖掘机怠速节能控制系统，包括主阀、发动机12、主泵13、先导泵14、油箱15、液压先导手柄16、电磁比例阀17、梭阀18；

所述主阀中包括多个动作阀芯及负流量控制阀（节流孔2、溢流阀3）、卸荷阀4；

所述发动机12与主泵13、先导泵14相连，用于为主泵13、先导泵14提供动力；

主泵13出口通过管道连接主阀进口后，依次与各动作阀芯相连，为各动作阀芯供油，构成主工作油路；主阀回油R口与油箱15相连；

所述卸荷阀4的进口与主工作油路相连；所述卸荷阀4至少包括两个工位；

A、所述卸荷阀4位于第一工位（中位）时，出口通过负流量控制阀与主阀回油R口相连，所述负流量控制阀的输出口与主阀的负反馈口N连接；

进一步的，本实施例中，所述溢流阀3与节流孔2并联构成负流量控制阀；所述卸荷阀4位于第一工位（中位）时，出口通过节流孔2与主阀回油R口相连，所述溢流阀3与节流孔2并联构成负流量控制阀；

B、所述卸荷阀4位于第二工位（左位）时，出口直接与主阀回油R口相连，用于快速卸荷；

所述主阀的负反馈口N与梭阀18其中一个进口相连；

先导泵14与电磁比例阀17的进口相连，电磁比例阀17的出口一路与主阀中卸荷阀4先导控制油口相连，电磁比例阀17的出口另一路与梭阀18另一个进口相连，梭阀18的出口与主泵13斜盘调节器Pi口相连；

液压先导手柄16分别与各动作阀芯的先导控制油口相连，用于控制各动作阀芯的开断；

电磁比例阀17的输出压力一方面用于控制卸荷阀的开断，另一方面与负流量控制阀（NCV）反馈压力共同作用，通过梭阀18选择压力较大的用于控制主泵13的排量；所述先导泵14用于给整个液压先导系统提供先导油。

进一步的，还包括压力传感器，用于检测动作阀芯的压力，从而判断挖掘机的工作状态。

在一些实施例中，如图1所示，多个动作阀芯包括铲斗阀芯5、斗杆阀芯6、动臂阀芯7、回转阀芯8、行走阀芯9；

液压先导手柄16分别与铲斗阀芯5、斗杆阀芯6、动臂阀芯7、回转阀芯8、行走阀芯9的先导控制油口相连。

所述压力传感器包括上车压力传感器10、下车压力传感器11，所述上车压力传感器10与铲斗阀芯5、斗杆阀芯6、动臂阀芯7、回转阀芯8连接；所述下车压力传感器11与行走阀芯9连接。

进一步的，所述的挖掘机怠速节能控制系统，还包括控制器1，所述控制器1分别与上车压力传感器10、下车压力传感器11、发动机12、电磁比例阀17信号相连，实现数据传输。

更为优选，所述的卸荷阀4为三位三通的换向阀，左位用于快速卸荷，中位和右位与中通切断阀功能一致。

所述的主泵13为变量柱塞泵，可通过控制主泵斜盘角度来实现对流量的控制。

所述的先导泵14为定量齿轮泵。

在一些实施例中，如图1所示，一种挖掘机怠速节能控制系统，包括：控制器1、节流孔2、溢流阀3、卸荷阀4、铲斗阀芯5、斗杆阀芯6、动臂阀芯7、回转阀芯8、行走阀芯9、上车压力传感器10、下车压力传感器11、发动机12、主泵13、先导泵14、油箱15、液压先导手柄16、电磁比例阀17、梭阀18；

所述主阀包括节流孔2、溢流阀3、卸荷阀4、铲斗阀芯5、斗杆阀芯6、动臂阀芯7、回转阀芯8、行走阀芯9；

发动机作12为动力源与液压泵相连，驱动主泵13给液压系统供油，主泵13与主阀通过液压管路相连，主阀对流量分配后到达各个执行元件；在负流量控制阀（NCV）和主工作油路之间加一个卸荷阀4用于对主工作油路的快速卸荷；液压先导手柄16通过液压先导软管与主阀动作阀芯控制油口相连控制动作阀芯的开断；电磁比例阀17的输出压力一方面用于控制卸荷阀的开断，另一方面与负流量控制阀（NCV）反馈压力通过梭阀18选择压力大的用于控制主泵13的排量；先导泵给整个液压先导系统提供先导油。

另外，控制器1接收压力传感器的信号，判断整车状态，根据程序算法实时调整发动机的转速和电磁比例阀的电流。

本发明通过在负流量控制阀（NCV）和主工作油路之间加一个快速卸荷阀，当液压先导手柄处于中位，上下车压力传感器检测到整车无动作，将信息反馈给控制器，判断出处于怠速状态时计算出电磁比例阀电流，电磁比例阀输出压力推动卸荷阀换向，主工作油路直接与油箱相连接，使整个液压系统背压达到最低；电磁比例阀的输出压力经梭阀选择反馈给主泵改变斜盘角度，使排量达到最小；另外控制器通过检测到的数据计算将发动机转速降低，发动机输出功率变小，最终实现在怠速时能耗最低。当整车有动作时，控制器将怠速解除，调整电磁比例阀电流，使卸荷阀复位，NCV恢复负流量反馈功能，整个过程时间在10ms内，不会影响整车的性能。

实施例2

如图2所示，一种挖掘机怠速节能控制方法，包括：

挖掘机正常作业时，液压先导手柄16有动作控制相应动作的主阀芯铲斗阀芯5、斗杆阀芯6、动臂阀芯7、回转阀芯8或是行走阀芯9运动，主工作油路经过卸荷阀4，经过由节流孔2和溢流阀3组成的负流量控制阀（NCV）的作用将主工作油路的压力信号经N口反馈给主泵13斜盘调节器的Pi口，使排量增大，流量增多，挖掘机处于高效作业状态，满足效率的需求。

当液压先导手柄16处于中位，上车压力传感器10、下车压力传感器11检测到整车无动作，将数据发送给控制器1，一般整车5s内无动作控制器1会判断挖掘机处于怠速状态时，同时通过计算出电磁比例阀17控制电流，电磁比例阀17输出压力推动卸荷阀4换向，主工作油路会直接与油箱15相连接，使整个液压系统压力达到最低，节流孔2和溢流阀3组成的负流量控制阀（NCV）功能被屏蔽不再起作用，电磁比例阀17的输出压力同时经梭阀18控制主泵13斜盘角度，斜盘角度最小，排量最低，输出流量最小；当系统压力和流量都达到最低时，主泵13的功率也会达到最低；同时，控制器1通过检测到的数据计算将发动机12转速降低到合理范围内，发动机12输出功率也变小，最终实现在怠速时能耗最低。

当挖掘机恢复正常作业时，控制器1将取消怠速，重新计算电磁比例阀17电流，使卸荷阀4复位，NCV恢复负流量反馈功能，同时将发动机转速升高到合理范围内，保证挖掘机的正常工作。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种挖掘机怠速节能控制系统，其特征在于，包括主阀、发动机、主泵、先导泵、油箱、液压先导手柄、电磁比例阀、梭阀；

所述主阀中包括多个动作阀芯及负流量控制阀、卸荷阀；

所述发动机与主泵、先导泵相连；主泵出口通过管道连接主阀进口后，依次与各动作阀芯相连，为各动作阀芯供油，构成主工作油路；主阀回油R口与油箱相连；

所述负流量控制阀包括节流孔与溢流阀；所述卸荷阀位于第一工位时，出口通过节流孔与主阀回油R口相连，所述溢流阀与节流孔并联构成负流量控制阀；所述卸荷阀的进口与主工作油路相连；所述卸荷阀至少包括两个工位；所述卸荷阀位于第一工位时，出口通过负流量控制阀与主阀回油R口相连；所述卸荷阀位于第二工位时，出口直接与主阀回油R口相连，用于快速卸荷；所述负流量控制阀的输出口与主阀的负反馈口N连接，所述主阀的负反馈口N与梭阀其中一个进口相连；

先导泵与电磁比例阀的进口相连，电磁比例阀的出口一路与主阀中卸荷阀先导控制油口相连，电磁比例阀的出口另一路与梭阀另一个进口相连，梭阀的出口与主泵斜盘调节器Pi口相连；

液压先导手柄分别与各动作阀芯的先导控制油口相连，用于控制各动作阀芯的开断；

电磁比例阀的输出压力一方面用于控制卸荷阀的开断，另一方面与负流量控制阀的反馈压力共同作用，通过梭阀选择压力较大的用于控制主泵的排量。

2.根据权利要求1所述的挖掘机怠速节能控制系统，其特征在于，还包括压力传感器，用于检测各动作阀芯的压力。

3.根据权利要求2所述的挖掘机怠速节能控制系统，其特征在于，多个动作阀芯包括铲斗阀芯、斗杆阀芯、动臂阀芯、回转阀芯、行走阀芯。

4.根据权利要求3所述的挖掘机怠速节能控制系统，其特征在于，所述压力传感器包括上车压力传感器、下车压力传感器；所述上车压力传感器与铲斗阀芯、斗杆阀芯、动臂阀芯、回转阀芯连接；所述下车压力传感器与行走阀芯连接。

5.根据权利要求1所述的挖掘机怠速节能控制系统，其特征在于，所述卸荷阀为三位三通的换向阀，左位时出口直接与主阀回油R口相连，用于快速卸荷。

6.根据权利要求1所述的挖掘机怠速节能控制系统，其特征在于，所述的主泵为变量柱塞泵，能够通过控制主泵斜盘角度来实现对流量的控制。

7.根据权利要求1所述的挖掘机怠速节能控制系统，其特征在于，所述的先导泵为定量齿轮泵。

8.根据权利要求2所述的挖掘机怠速节能控制系统，其特征在于，还包括控制器，所述控制器分别与压力传感器、发动机、电磁比例阀信号相连，实现数据传输。

9.一种挖掘机怠速节能控制方法，基于权利要求1至8任一项所述的挖掘机怠速节能控制系统，其特征在于，包括：

获取动作阀芯的压力信息，判断整车的工作状态是否为怠速状态；

响应于判断为怠速状态时，计算出电磁比例阀电流，电磁比例阀输出压力推动卸荷阀换向，主工作油路直接与油箱相连接，进行快速卸荷，使整个液压系统压力达到最低；电磁比例阀的输出压力同时经梭阀控制主泵斜盘角度，斜盘角度最小，排量最低，输出流量最小；当系统压力和流量都达到最低时，主泵的功率也达到最低；

同时，基于获取的动作阀芯的压力信息，计算发动机转速，将发动机转速降低，发动机输出功率也变小，最终实现在怠速时能耗最低。