CN110747929B - 正流量挖掘机功率及扭矩分配控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工程机械技术领域，具体涉及一种正流量挖掘机功率及扭矩分配控制方法，包括以下步骤：步骤一：计算P1泵的需求排量D_1r及P2泵的需求排量D_2r；步骤二：计算P1泵的实际排量D₁及P2泵的实际排量D₂；步骤三：根据P1泵的实际排量D₁及P2泵的实际排量D₂调节控制P1泵及P2泵的扭矩及输出排量。本发明方法根据计算的实际排量D₁及实际排量D₂对P1泵及P2泵的扭矩及输出排量进行调节控制，从而使得发动机输出的功率及扭矩能够合理分配至P1泵及P2泵，维持发动机转速在稳定范围内，降低燃油消耗。

Description

正流量挖掘机功率及扭矩分配控制方法

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，具体涉及一种正流量挖掘机功率及扭矩分配控制方法。

背景技术

众所周知，挖掘机的作业工况主要是挖掘作业和装载作业。挖掘机系统主要由发动机、泵、控制阀、油缸、马达、管路及其它附件组成，利用发动机驱动变量柱塞泵泵出的液压油驱动动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸、回转马达以及行走马达等其它执行机构，实现动臂上升、下降，斗杆卸料、挖掘，铲斗挖掘、卸料和回转等动作，实现挖掘和装载作业。

目前市场上挖掘机液压系统部分采用负流量控制系统，部分采用正流量系统，相比负流量系统，正流量在控制方式上较为复杂，需要实时根据先导手柄输出的先导压力信号以及系统压力信号实时调节主泵排量。通常挖掘机具有两个变量柱塞泵，不同的动作由不同的柱塞泵供油。挖掘机作业时，往往是挖掘-回转-卸料-回转-挖掘的周期性动作循环过程，连续工作时间长，负载变化范围大。挖掘机在作业过程中，一般根据工况状况，将发动机转速设定在某一固定转速，但是由于负载不稳定，变化范围大，导致发动机负载及转速不稳定，当负载超过发动机外特性曲线时会导致发动机转速掉速大、憋车熄火以及油耗消耗高的问题。负载的变化引起两个变量柱塞泵的压力变化，压力升高会引起主泵吸收功率及扭矩提高，导致发动机转速降低，整机效率及操控性变差。

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，提供一种保证发动机工作时在正常转速范围内，提高生产效率，降低燃油消耗的正流量挖掘机功率及扭矩分配控制方法。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：

所述正流量挖掘机功率及扭矩分配控制方法，该挖掘机包括档位选择器、主控制器、左先导操纵阀、右先导操纵阀、回转先导压力传感器、斗杆卸料先导压力传感器、斗杆挖掘先导压力传感器、动臂下降先导压力传感器、动臂举升先导压力传感器、铲斗挖掘/卸料先导压力传感器、P1泵压力传感器、P2泵压力传感器、发动机控制器、发动机、P1泵、P2泵、P1泵斜盘角度调节器、P2泵斜盘角度调节器、主控制阀、执行机构、主泵、P1泵电磁比例阀、P2泵电磁比例阀、动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸、回转马达及行走马达，包括以下步骤：

步骤一：计算P1泵的需求排量D_1r及P2泵的需求排量D_2r；

步骤二：计算P1泵的实际排量D₁及P2泵的实际排量D₂；

步骤三：根据P1泵的实际排量D₁及P2泵的实际排量D₂调节控制P1泵及P2泵的扭矩及输出排量。

本发明方法通过需求排量D_1r计算实际排量D₁，通过需求排量D_2r计算实际排量D₂，根据计算的实际排量D₁及实际排量D₂对P1泵及P2泵的扭矩及输出排量进行调节控制，从而使得发动机输出的功率及扭矩能够合理分配至P1泵及P2泵，维持发动机转速在合理范围内。

所述步骤一通过以下子步骤计算P1泵需求排量D_1r：

1-1-1)：根据回转先导压力传感器输出的先导压力信号计算回转需求排量D_sw，根据斗杆卸料先导压力传感器输出的先导压力信号计算斗杆卸料需求排量D_ao，根据斗杆挖掘先导压力传感器输出的先导压力信号计算斗杆挖掘需求排量D_ai，根据动臂举升先导压力传感器输出的先导压力信号计算动臂举升合流需求排量D_buC，根据左先导操纵阀输出的先导压力信号计算左行走需求排量D_trL；

1-1-2)：计算回转需求排量D_sw、斗杆卸料需求排量D_ao、斗杆挖掘需求排量D_ai、动臂举升合流需求排量D_buC、左行走需求排量D_trL的总和得到P1泵总和排量D_1sum；

P1泵总和排量D_1sum计算公式为：

D_isum＝D_sw+D_ao+D_ai+D_buc+D_trL；

1-1-3)：将P1泵设定的最大排量D_1max与P1泵总和排量D_1sum进行比较，若D_1sum≤D_1max，则P1泵需求排量D_1r＝D_1sum；若D_1sum＞D_1max，则P1泵需求排量D_1r＝D_1max。

所述步骤一通过以下子步骤计算P2泵需求排量D_2r：

1-2-1)：根据铲斗挖掘/卸料先导压力传感器输出的先导压力信号计算铲斗需求排量D_bat，根据动臂下降先导压力传感器输出的先导压力信号计算动臂下降需求排量D_bd，根据动臂举升先导压力传感器输出的先导压力信号计算动臂举升需求排量D_bu，根据斗杆卸料先导压力传感器输出的先导压力信号计算斗杆卸料合流需求排量D_aoC，根据斗杆挖掘先导压力传感器输出的先导压力信号计算斗杆挖掘合流需求排量D_aiC，根据右先导操纵阀输出的先导压力信号计算右行走需求排量D_trR；

1-2-2)：计算铲斗需求排量D_bat、动臂下降需求排量D_bd、动臂举升需求排量D_bu、斗杆卸料合流需求排量D_aoc、斗杆挖掘合流需求排量D_aiC、右行走需求排量D_trR的总和得到P2泵总和排量D_2sum；

P2泵总和排量D_2sum计算公式为：

D_2sum＝D_bat+D_bd+D_bu+D_aoC+D_aiC+D_trR；

1-2-3)：将P2泵设定的最大排量D_2max与P1泵总和排量D_2sum进行比较，若D_2sum≤D_2max，则P2泵需求排量D_2r＝D_2sum；若D_2sum＞D_2max，则P2泵需求排量D_2r＝D_2max。

所述步骤二包括以下子步骤：

2-1)：分别通过P1泵压力传感器及P2泵压力传感器得到P1泵的压力值P₁及P2泵的压力值P₂；

2-2)：判断压力值P₁及压力值P₂分别与设定的起调压力ΔP的大小关系；

2-3)：根据压力值P₁及压力值P₂分别与起调压力ΔP不同的大小关系通过需求排量D_1r及P2泵的需求排量D_2r计算P1泵的实际排量D₁及P2泵的实际排量D₂。

当压力值P₁低于起调压力ΔP，压力值P₂低于起调压力ΔP时，P1泵实际输出排量D₁＝D_1r，P2泵实际输出排量D₂＝D_2r；

当压力值P₁高于起调压力ΔP，压力值P₂低于起调压力ΔP时，P1泵实际输出排量D₁＝K₁*D_1r，P2泵实际输出排量D₂＝K₁*D_2r；

当压力值P₁低于起调压力ΔP，压力值P₂高于起调压力ΔP时，P1泵实际输出排量D₁＝K₂*D_1r，P2泵实际输出排量D₂＝K₂*D_2r；

当压力值P₁高于起调压力ΔP，压力值P₂高于起调压力ΔP时，P1泵实际输出排量D₁＝K₁*K₂*D_1r，P2泵实际输出排量D₂＝K₁*K₂*D_2r；

其中，K₁为P1泵的压力削减系数，K₁的取值范围为0＜K₁≤1，K₂为P2泵的压力削减系数，K₂的取值范围为0＜K₂≤1。

K₁＝a₁*P₁+b₁，K₂＝a₂*P₂+b₂；其中，a₁、b₁为P1泵的压力调节系数，a₂、b₂为P2泵的压力调节系数。

a₁、a₂、b₁、b₂的计算公式如下：

b₁＝1-a₁*ΔP；

b₂＝1-a₂*ΔP；

其中，P_max为该挖掘机中液压系统的最大压力值，D_re为液压系统压力达到P_max时主泵的实际排量，D_re的取值根据档位选择器选择的档位对应的最大扭矩T_max确定，D_re的计算公式为：

D_re＝T_max*2*π/P_max。

P1泵及P2泵的扭矩分别通过P1泵斜盘角度调节器及P2泵斜盘角度调节器进行调节。

P1泵及P2泵的输出排量分别通过P1泵电磁比例阀及P2泵电磁比例阀进行控制。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

该发明方法实现了双泵交叉恒功率控制，P1泵与P2泵双泵协调控制，优化调高动作协调性；挖掘作业时，主泵的排量依据P1泵及P2泵的系统压力进行调节，发动机的输出功率及扭矩合理分配至P1泵及P2泵，预判操作者的驾驶意图，提高动作响应速度及整机驾乘体验，同时能够充分高效的利用发动机的功率及扭矩，提高了动作速度，降低燃油消耗。

附图说明

图1是本发明方法的结构原理图。

图2是本发明计算P1泵的需求排量D_1r的流程图。

图3是本发明计算P2泵的需求排量D_2r的流程图。

图中：1、档位选择器；2、主控制器；3、左先导操纵阀；4、右先导操纵阀；5、回转先导压力传感器；6、斗杆卸料先导压力传感器；7、斗杆挖掘先导压力传感器；8、动臂下降先导压力传感器；9、动臂举升先导压力传感器；10、铲斗挖掘/卸料先导压力传感器；11、P1泵压力传感器；12、P2泵压力传感器；13、发动机控制器；14、发动机；15、P1泵；16、P2泵；17、P1泵斜盘角度调节器；18、P2泵斜盘角度调节器；19、主控制阀；20、执行机构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例做进一步描述：

实施例

如图1至图3所示，正流量挖掘机功率及扭矩分配控制方法，该挖掘机包括档位选择器1、主控制器2、左先导操纵阀3、右先导操纵阀4、回转先导压力传感器5、斗杆卸料先导压力传感器6、斗杆挖掘先导压力传感器7、动臂下降先导压力传感器8、动臂举升先导压力传感器9、铲斗挖掘/卸料先导压力传感器10、P1泵压力传感器11、P2泵压力传感器12、发动机控制器13、发动机14、P1泵15、P2泵16、P1泵斜盘角度调节器17、P2泵斜盘角度调节器18、主控制阀19、执行机构20、主泵、P1泵电磁比例阀、P2泵电磁比例阀、动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸、回转马达及行走马达，挖掘机通过发动机14向P1泵15及P2泵16提供动力，由P1泵15及P2泵16输出高压工作油液，主控制阀19由左先导操纵阀3及右先导操纵阀4控制实现工作油液向不同的油缸、马达流动。

该发明方法包括以下步骤：

步骤一：计算P1泵15的需求排量D_1r及P2泵16的需求排量D_2r；

步骤一通过以下子步骤计算P1泵15需求排量D_1r：

1-1-1)：根据回转先导压力传感器5输出的先导压力信号计算回转需求排量D_sw，根据斗杆卸料先导压力传感器6输出的先导压力信号计算斗杆卸料需求排量D_ao，根据斗杆挖掘先导压力传感器7输出的先导压力信号计算斗杆挖掘需求排量D_ai，根据动臂举升先导压力传感器9输出的先导压力信号计算动臂举升合流需求排量D_buC，根据左先导操纵阀3输出的先导压力信号计算左行走需求排量D_trL；

1-1-2)：计算回转需求排量D_sw、斗杆卸料需求排量D_ao、斗杆挖掘需求排量D_ai、动臂举升合流需求排量D_buC、左行走需求排量D_trL的总和得到P1泵总和排量D_1sum；

P1泵15总和排量D_1sum计算公式为：

D_1sum＝D_sw+D_ao+D_ai+D_buc+D_trL；

1-1-3：将P1泵15设定的最大排量D_1max与P1泵15总和排量D_1sum进行比较，若D_1sum≤D_1max，则P1泵15需求排量D_1r＝D_1sum；若D_1sum＞D_1max，则P1泵15需求排量D_1r＝D_1max。

步骤一通过以下子步骤计算P2泵16需求排量D_2r：

1-2-1)：根据铲斗挖掘/卸料先导压力传感器10输出的先导压力信号计算铲斗需求排量D_bat，根据动臂下降先导压力传感器8输出的先导压力信号计算动臂下降需求排量D_bd，根据动臂举升先导压力传感器9输出的先导压力信号计算动臂举升需求排量D_bu，根据斗杆卸料先导压力传感器6输出的先导压力信号计算斗杆卸料合流需求排量D_aoC，根据斗杆挖掘先导压力传感器7输出的先导压力信号计算斗杆挖掘合流需求排量D_aiC，根据右先导操纵阀4输出的先导压力信号计算右行走需求排量D_trR；

1-2-2)：计算铲斗需求排量D_bat、动臂下降需求排量D_bd、动臂举升需求排量D_bu、斗杆卸料合流需求排量D_aoC、斗杆挖掘合流需求排量D_aiC、右行走需求排量D_trR的总和得到P2泵总和排量D_2sum；

P2泵16总和排量D_2sum计算公式为：

D_2sum＝D_bat+D_bd+D_bu+D_aoC+D_aiC+D_trR；

1-2-3)：将P2泵16设定的最大排量D_2max与P1泵15总和排量D_2sum进行比较，若D_2sum≤D_2max，则P2泵16需求排量D_2r＝D_2sum；若D_2sum＞D_2max，则P2泵16需求排量D_2r＝D_2max。

关于根据各先导压力信号计算其对应的需求排量的计算具体如图2-图3所示。

步骤二：计算P1泵15的实际排量D₁及P2泵16的实际排量D₂；

步骤二包括以下子步骤：

2-1)：分别通过P1泵压力传感器11及P2泵压力传感器12得到P1泵15的压力值P₁及P2泵16的压力值P₂；

2-2)：判断压力值P₁及压力值P₂分别与设定的起调压力ΔP的大小关系；

2-3)：根据压力值P₁及压力值P₂分别与起调压力ΔP不同的大小关系通过需求排量D_1r及P2泵16的需求排量D_2r计算P1泵15的实际排量D₁及P2泵16的实际排量D₂。

当压力值P₁低于起调压力ΔP，压力值P₂低于起调压力ΔP时，P1泵15实际输出排量D₁＝D_1r，P2泵16实际输出排量D₂＝D_2r；

当压力值P₁高于起调压力ΔP，压力值P₂低于起调压力ΔP时，P1泵15实际输出排量D₁＝K₁*D_1r，P2泵16实际输出排量D₂＝K₁*D_2r；

当压力值P₁低于起调压力ΔP，压力值P₂高于起调压力ΔP时，P1泵15实际输出排量D₁＝K₂*D_1r，P2泵16实际输出排量D₂＝K₂*D_2r；

当压力值P₁高于起调压力ΔP，压力值P₂高于起调压力ΔP时，P1泵15实际输出排量D₁＝K₁*K₂*D_1r，P2泵16实际输出排量D₂＝K₁*K₂*D_2r；

其中，K₁为P1泵15的压力削减系数，K₁的取值范围为0＜K₁≤1，K₂为P2泵16的压力削减系数，K₂的取值范围为0＜K₂≤1。

K₁＝a₁*P₁+b₁，K₂＝a₂*P₂+b₂；其中，a₁、b₁为P1泵15的压力调节系数，a₂、b₂为P2泵16的压力调节系数。

a₁、a₂、b₁、b₂的计算公式如下：

b₁＝1-a₁*ΔP；

b₂＝1-a₂*ΔP；

其中，P_max为该挖掘机中液压系统的最大压力值，D_re为系统压力达到P_max时主泵的实际排量，D_re的取值根据档位选择器1选择的档位对应的最大扭矩T_max确定，D_re的计算公式为：

D_re＝T_max*2*π/P_max。

步骤三：根据P1泵15的实际排量D₁及P2泵16的实际排量D₂调节控制P1泵15及P2泵16的扭矩及输出排量。P1泵15及P2泵16的扭矩分别通过P1泵斜盘角度调节器17及P2泵斜盘角度调节器18进行调节。P1泵15及P2泵16的输出排量分别通过P1泵电磁比例阀及P2泵电磁比例阀进行控制。

本发明方法先根据各压力先导信号计算出需求排量D_1r及需求排量D_2r，然后根据压力值P₁及压力值P₂分别与设定的起调压力ΔP的大小关系，通过不同的计算公式计算实际排量D₁及实际排量D₂，主控制器2根据实际排量D₁及实际排量D₂通过P1泵斜盘角度调节器17及P2泵斜盘角度调节器18分别调节对应的P1泵15及P2泵16的斜盘摆角，通过P1泵电磁比例阀及P2泵电磁比例阀分别对应的P1泵15及P2泵16排量进行控制，进而使得发动机的输出功率及扭矩能够合理分配至P1泵15及P2泵16。

Claims (5)

1.一种正流量挖掘机功率及扭矩分配控制方法，该挖掘机包括档位选择器(1)、主控制器(2)、左先导操纵阀(3)、右先导操纵阀(4)、回转先导压力传感器(5)、斗杆卸料先导压力传感器(6)、斗杆挖掘先导压力传感器(7)、动臂下降先导压力传感器(8)、动臂举升先导压力传感器(9)、铲斗挖掘/卸料先导压力传感器(10)、P1泵压力传感器(11)、P2泵压力传感器(12)、发动机控制器(13)、发动机(14)、P1泵(15)、P2泵(16)、P1泵斜盘角度调节器(17)、P2泵斜盘角度调节器(18)、主控制阀(19)、执行机构(20)、主泵、P1泵电磁比例阀、P2泵电磁比例阀、动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸、回转马达及行走马达，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：计算P1泵(15)的需求排量D_1r及P2泵(16)的需求排量D_2r；

步骤二：计算P1泵(15)的实际排量D₁及P2泵(16)的实际排量D₂；

所述步骤二包括以下子步骤：

2-1)：分别通过P1泵压力传感器(11)及P2泵压力传感器(12)得到P1泵(15)的压力值P₁及P2泵(16)的压力值P₂；

2-2)：判断压力值P₁及压力值P₂分别与设定的起调压力ΔP的大小关系；

2-3)：根据压力值P₁及压力值P₂分别与起调压力ΔP不同的大小关系通过需求排量D_1r及P2泵(16)的需求排量D_2r计算P1泵(15)的实际排量D₁及P2泵(16)的实际排量D₂；

当压力值P₁低于起调压力ΔP，压力值P₂低于起调压力ΔP时，P1泵(15)实际输出排量D₁＝D_1r，P2泵(16)实际输出排量D₂＝D_2r；

当压力值P₁高于起调压力ΔP，压力值P₂低于起调压力ΔP时，P1泵(15)实际输出排量D₁＝K₁*D_1r，P2泵(16)实际输出排量D₂＝K₁*D_2r；

当压力值P₁低于起调压力ΔP，压力值P₂高于起调压力ΔP时，P1泵(15)实际输出排量D₁＝K₂*D_1r，P2泵(16)实际输出排量D₂＝K₂*D_2r；

当压力值P₁高于起调压力ΔP，压力值P₂高于起调压力ΔP时，P1泵(15)实际输出排量D₁＝K₁*K₂*D_1r，P2泵(16)实际输出排量D₂＝K₁*K₂*D_2r；

其中，K₁为P1泵(15)的压力削减系数，K₁的取值范围为0＜K₁≤1，K₂为P2泵(16)的压力削减系数，K₂的取值范围为0＜K₂≤1；

K₁＝a₁*P₁+b₁，K₂＝a₂*P₂+b₂；其中，a₁、b₁为P1泵(15)的压力调节系数，a₂、b₂为P2泵(16)的压力调节系数；

a₁、a₂、b₁、b₂的计算公式如下：

b₁＝1-a₁*ΔP；

b₂＝1-a₂*ΔP；

其中，P_max为该挖掘机中液压系统的最大压力值，D_re为系统压力达到P_max时主泵的实际排量，D_re的取值根据档位选择器(1)选择的档位对应的最大扭矩T_max确定，D_re的计算公式为：

D_re＝T_max*2*π/P_max；

步骤三：根据P1泵(15)的实际排量D₁及P2泵(16)的实际排量D₂调节控制P1泵(15)及P2泵(16)的扭矩及输出排量。

2.根据权利要求1所述的正流量挖掘机功率及扭矩分配控制方法，其特征在于，所述步骤一通过以下子步骤计算P1泵(15)需求排量D_1r：

1-1-1)：根据回转先导压力传感器(5)输出的先导压力信号计算回转需求排量D_sw，根据斗杆卸料先导压力传感器(6)输出的先导压力信号计算斗杆卸料需求排量D_ao，根据斗杆挖掘先导压力传感器(7)输出的先导压力信号计算斗杆挖掘需求排量D_ai，根据动臂举升先导压力传感器(9)输出的先导压力信号计算动臂举升合流需求排量D_buC，根据左先导操纵阀(3)输出的先导压力信号计算左行走需求排量D_trL；

1-1-2)：计算回转需求排量D_sw、斗杆卸料需求排量D_ao、斗杆挖掘需求排量D_ai、动臂举升合流需求排量D_buC、左行走需求排量D_trL的总和得到P1泵总和排量D_1sum；

P1泵(15)总和排量D_1sum计算公式为：

D_1sum＝D_sw+D_ao+D_ai+D_buc+D_trL；

1-1-3)：将P1泵(15)设定的最大排量D_1max与P1泵(15)总和排量D_1sum进行比较，若D_1sum≤D_1max，则P1泵(15)需求排量D_1r＝D_1sum；若D_1sum＞D_1max，则P1泵(15)需求排量D_1r＝D_1max。

3.根据权利要求1或2所述的正流量挖掘机功率及扭矩分配控制方法，其特征在于，所述步骤一通过以下子步骤计算P2泵(16)需求排量D_2r：

1-2-1)：根据铲斗挖掘/卸料先导压力传感器(10)输出的先导压力信号计算铲斗需求排量D_bat，根据动臂下降先导压力传感器(8)输出的先导压力信号计算动臂下降需求排量D_bd，根据动臂举升先导压力传感器(9)输出的先导压力信号计算动臂举升需求排量D_bu，根据斗杆卸料先导压力传感器(6)输出的先导压力信号计算斗杆卸料合流需求排量D_aoC，根据斗杆挖掘先导压力传感器(7)输出的先导压力信号计算斗杆挖掘合流需求排量D_aiC，根据右先导操纵阀(4)输出的先导压力信号计算右行走需求排量D_trR；

1-2-2)：计算铲斗需求排量D_bat、动臂下降需求排量D_bd、动臂举升需求排量D_bu、斗杆卸料合流需求排量D_aoC、斗杆挖掘合流需求排量D_aiC、右行走需求排量D_trR的总和得到P2泵总和排量D_2sum；

P2泵(16)总和排量D_2sum计算公式为：

D_2sum＝D_bat+D_bd+D_bu+D_aoC+D_aiC+D_trR；

1-2-3)：将P2泵(16)设定的最大排量D_2max与P1泵(15)总和排量D_2sum进行比较，若D_2sum≤D_2max，则P2泵(16)需求排量D_2r＝D_2sum；若D_2sum＞D_2max，则P2泵(16)需求排量D_2r＝D_2max。

4.根据权利要求1所述的正流量挖掘机功率及扭矩分配控制方法，其特征在于，P1泵(15)及P2泵(16)的扭矩分别通过P1泵斜盘角度调节器(17)及P2泵斜盘角度调节器(18)进行调节。

5.根据权利要求1所述的正流量挖掘机功率及扭矩分配控制方法，其特征在于，P1泵(15)及P2泵(16)的输出排量分别通过P1泵电磁比例阀及P2泵电磁比例阀进行控制。

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