CN111306027B - 旋挖钻机主泵功率控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及旋挖钻机主泵功率控制方法及系统，为解决现有旋挖钻机在辅泵处于未工作或轻载工作状态时发动机功率利用不充分的问题；提供一种旋挖钻机主泵功率控制方法及系统，其中控制方法是将辅泵压力范围划分为多个压力区间，设置发动机各转速下各压力区间的辅泵扣除功率；确定发动机功率和辅泵扣除功率；依据发动机功率、辅泵扣除功率、主泵功率/电流对应曲线计算出主泵功率控制电流值，向比例减压阀输出主泵功率控制电流控制主泵功率。本发明中，旋挖钻机主泵辅泵复合动作时主泵功率随辅泵压力升降而降升调节，避免总负载过高引起断轴风险。同时主泵单动作时主泵功率提升，保证发动机输出功率得到充分利用，整机工作效率得到提升。

Description

旋挖钻机主泵功率控制方法及系统

技术领域

本发明涉及一种旋挖钻机，更具体地说，涉及一种旋挖钻机主泵功率控制方法及系统。

背景技术

在旋挖钻机中，配备主泵和辅泵，主泵通过主控制阀对动力头、卷扬、加压油缸、回转马达、行走马达进行供油；辅泵通过副控制阀对副卷扬、天车油缸、扩履等进行供油。

现有旋挖钻机的功率控制多为根据发动机、主泵特性曲线进行功率匹配并且以主泵功率与电流对应关系确认各档位下主泵初始目标控制电流，同时通过采集发动机转速、主泵压力、负流量压力等参数对初始目标电流进行动态调节，最终输出对应电流给主泵比例减压阀，控制主泵功率，保证整机充分利用发动机输出功率，提升工作效率，同时不致让发动机严重掉速或者熄火。

旋挖钻机由于上车机构控制部分较多，除主泵之外还串联了辅泵以及增加副控制阀用于控制副卷扬、天车油缸、伸缩履带等功能，辅泵不受电流控制排量。在现有控制方案情况下，匹配时如未计算辅泵功率消耗，在执行复合动作如主卷提升复合慢加压时，主泵处于变量区工作，同时辅泵带载荷，此时主泵输入扭矩超过允许值。会使发动机转速骤降，严重时甚至导致主泵轴断裂。如计算辅泵功率消耗，虽然复合动作时扭矩不会超过允许值。但是在执行单动作如动力头旋转、主卷扬提升或轻载的复合动作时由于主泵功率扣除全部辅泵功率，此时辅泵却处于未工作或轻载工作状态，发动机功率利用不充分，单动作及复合动作速度变慢，效率明显降低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有旋挖钻机在辅泵处于未工作或轻载工作状态时发动机功率利用不充分的问题，而提供一种旋挖钻机主泵功率控制方法及系统，使得旋挖钻机的辅泵在轻载或不工作时主泵充分利用发动机的功率，而在辅泵满功率工作时避免主泵输入扭矩超过允许值而导致发动机转速骤降甚至导致主泵轴断裂。

本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种旋挖钻机主泵功率控制方法，其特征在于：将旋挖钻机辅泵压力范围划分为多个压力区间，设置发动机各挡位下与各压力区间对应的辅泵扣除功率；获取辅泵压力、发动机转速，依据发动机转速确定发动机功率，依据辅泵压力选取对应的辅泵扣除功率；依据发动机功率、辅泵扣除功率、主泵功率/电流对应曲线计算的主泵功率控制电流值，向控制主泵功率的比例减压阀输出对应的主泵功率控制电流控制主泵功率。

上述旋挖钻机主泵功率控制方法中，所述辅泵压力范围划分为四至六个压力区间。

上述旋挖钻机主泵功率控制方法中获取的发动机工作工作挡位，将当前挡位下对应的发动机预设转速作为确定发动机功率的发动机转速。进一步地，获取发动机当前实际转速，并将发动机实际转速与发动机当前档位下对应的预设转速进行比较，并依据判断结果调节主泵控制电流。发动机实际转速通过转速传感器获取或者从发动机的控制单元处获取。同时判断发动机转速是否大于发动机当前挡位下对应的预设转速并依据判断结果调节主泵功率控制电流。

上述旋挖钻机主泵功率控制方法中，还获取主泵压力；判断主泵压力是否大于发动机当前挡位下对应的预设主泵压力并依据判断结果调节主泵功率控制电流。

上述旋挖钻机主泵功率控制方法中，还获取负流量压力，判断负流量压力是否大于发动机当前挡位下对应的预设负流量压力并依据判断结果调节主泵功率控制电流。

本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种旋挖钻机主泵功率控制系统，包括发动机、由发动机驱动的主泵和辅泵、控制单元、检测单元，其特征在于所述检测单元包括用于检测辅泵压力并与所述控制单元连接的辅泵压力传感器；所述控制单元依据辅泵压力、发动机转速确定当前的辅泵扣除功率和发动机功率，并依据发动机功率、辅泵扣除功率、主泵功率/电流对应曲线计算向控制主泵功率的比例减压阀输出主泵功率控制电流。

上述旋挖钻机主泵功率控制系统，所述控制单元包括整机控制器、与整机控制器连接的发动机挡位旋钮，所述主泵上用于控制主泵功率的比例减压阀和所述发动机的控制单元与所述整机控制器连接，控制器根据发动机挡位对应的发动机预设转速作为确定发动机功率的发动机转速。

上述旋挖钻机主泵功率控制系统，所述检测单元还包括用于获取主泵压力的主泵压力传感器，所述主泵压力传感器与所述控制单元连接。

上述旋挖钻机主泵功率控制系统，所述检测单元还包括用于检测负流量压力的负流量压力传感器，所述负流量压力传感器与所述整机控制器连接。

本发明与现有技术相比，本发明解决了旋挖钻机复合动作时扭矩超过允许值而导致发动机转速骤降的问题。旋挖钻机主泵辅泵复合动作时主泵功率随辅泵压力升降而降升调节，避免总负载过高引起断轴风险。同时主泵单动作时主泵功率提升，保证发动机输出功率得到充分利用，整机工作效率得到提升。

附图说明

图1是本发明旋挖钻机主泵功率控制系统的控制框图。

具体实施方式

下面结合附图说明具体实施方案。

如图1所示，旋挖钻机主泵功率控制系统，包括发动机21、由发动机21驱动的主泵30和辅泵40、控制单元、检测单元。

主泵30的输入轴与发动机21传动连接，辅泵40的输入轴与主泵30的输入轴31连接。主泵30具有比例减压阀33，用于控制主泵吸收的功率，通过向比例减压阀33输出相应的主泵功率控制电流，可实现主泵功率控制。辅泵40上不具有控制调节其消耗功率的部件。

主泵30通过主控制阀50对动力头51、卷扬52、加压油缸53、左行走马达55、右行走马达56进行供油；辅泵40通过副控制阀60对副卷扬61、天车油缸62、履带伸缩油缸63、回转马达64等进行供油。

控制单元包括整机控制器11、与整机控制器11连接的发动机挡位旋钮12，主泵30上用于控制主泵功率的比例减压阀33和发动机控制单元22与整机控制器11连接。

检测单元包括用于检测辅泵压力的辅泵压力传感器41、用于检测主泵压力的主泵压力传感器32、获取发动机转速的转速传感器(图中未示)、获取负流量压力的负流量压力传感器(图中未示)。

辅泵压力传感器41、主泵压力传感器32、负流量压力传感器、转速传感器均与整机控制器连接。

上述旋挖钻机主泵功率控制系统控制主泵功率时，首先通过辅泵压力传感器41获取辅泵压力和发动机的工作挡位。对于旋挖钻机，其辅泵压力是处于一定的范围，例如辅泵切断压力32Mpa，则可以将辅泵压力分为五个区域，分别是0-8Mpa、8-13Mpa、13-20Mpa、20-25Mpa、25-32Mpa。发动机在各挡位下，辅泵压力与辅泵吸收的功率具有对应关系。发动机工作于各挡位下，当辅泵压力低于8Mpa时，则可以认为辅泵吸收的功率较小，基本上可以忽略不计，因此此时辅泵扣除功率可以为零。对于辅泵压力的其他区间，也可设置各挡位下对应的辅泵扣除功率，例如发动机工作于一挡状态下，辅泵压力处于8-13Mpa时，可将辅泵压力为13Mpa时辅泵吸收的功率设置为辅泵压力处于8-13Mpa区间、发动机工作于一挡下时的辅泵扣除功率。以此类推，可设定发动机工作于各挡位下、辅泵压力处于不同区间下的辅泵扣除功率。辅泵扣除功率是在对应的发动机挡位、辅泵压力区间下辅泵可吸收的消耗，其可以是在该辅泵压力区间中可吸收功率的最大值。

在旋挖钻机中，通过发动机挡位旋钮12调节发动机工作挡位，在每个工作挡位，与一个对应的转速相对应。在确定发动机功率时，可根据发动机当前挡位所对应的发动机预设转速确定发动机功率，即旋挖钻机的整机控制器根据发动机挡位旋钮状态确定发动机转速，并依据该转速确定发动机功率。因此发动机在各挡位工作时对应着相应的发动机功率。发动机工作于某挡位下，将发动机功率减去辅泵扣除功率则是主泵功率，根据主泵功率/电流对应曲线计算可得出主泵功率控制电流。旋挖钻机的整机控制器向主泵的比例减压阀输出主泵功率控制电流实现主泵功率控制，主泵在此主泵功率控制电流的控制下，无论辅泵处于轻载或重载的工况下，旋挖钻机进行单动作还是复合动作都能充分利用发动机的功率，同时又能确保主泵输入扭矩不超过允许值，发动机转速不会骤降，主泵轴不会断裂。在主泵功率控制电流控制下，主泵的吸收功率与辅泵扣除功率的和值不会大于发动机功率，或者和值与发动机功率较为接近，不会致使发动机转速骤降。主泵的吸收功率与主泵转速(发动机转速)与主泵排量相关，主泵中比例减压阀控制主泵中斜盘的偏转角度控制主泵的排量。

由于在理论状态下，发动机工作于各挡位的发动机功率为已知值，各挡位下的各辅泵压力区间都与一个通过上述计算过程确定的主泵功率控制电流相对应，因此在本发明中，对于定型的旋挖钻机，可实现计算确定各挡位下的各辅泵压力区间对应的主泵功率控制电流，旋挖钻机主泵功率控制系统控制主泵功率时，旋挖钻机的整机控制器通过获取发动机挡位和辅泵压力，并依据发动机挡位和辅泵压力选取对应事先计算的主泵功率控制电流控制主泵功率。

由于旋挖钻机在工作过程中，发动机转速会因为负载的波动而出现波动，因此，在控制主泵功率时，还通过主泵压力传感器、转速传感器、负流量压力传感器分别获取主泵压力、发动机实际转速、负流量压力，并依据主泵压力、发动机实际转速、负流量压力对依据辅泵压力和发动机挡位得到的主泵功率控制电流进行调整，使整机控制器实际输出的主泵功率控制电流更加利于主泵工作。

转速传感器可以获取发动机的实际转速，发动机的实际转速数据由转速传感器获取，再由发动机控制单元通过CAN总线发送给整机控制器。发动机的实际转速与发动机挡位旋钮所对应的转速之间可能会因为负载的不同而存在差异，因此发动机的实际功率与根据发动机挡位所确定的发动机功率也可能会存在一定差值。通过获取发动机的实际转速，并与当前挡位下对应的发动机预设转速进行比较，若发动机实际转速大于当前挡位下对应的发动机预设转速，则说明发动机的实际功率比通过发动机挡位所确定的发动机功率要大，也即意味着主泵可以吸收的功率更多。因此根据依据挡位确定的发动机转速与实际转速进行对比，实际转速低则减小电流，实际转速高增大电流，增加值由控制器根据PID算法计算。

根据主泵压力的压力值会有一个触发调节功能，当主泵压力值大于某个预设值后会将主泵功率控制电流减小一定的比例。同样根据负流量压力大小触发调节主泵功率控制电流功能，将主泵功率控制电流增大或减小一定值。

在本发明中，辅泵压力范围在理论上分段越多，甚至于每个辅泵压力值对应一个主泵功率控制电流的动态调节可以最优发挥出发动机功率，即辅泵消耗多少功率，计算主泵功率时就扣减多少功率，可以最大限度提高复合动作时的效率。但实际上动态调节会导致复合动作的不稳定，辅泵压力频繁波动会导致主泵功率时高时低，主泵控制的动作时快时慢，导致客户体验很差，所以实际实施的技术方案将辅泵压力分段四到六个区间，既保证了整机操作稳定性，又将复合动作时多扣除的辅泵扣除功率降到最低，保证了复合动作的效率。

Claims (9)

1.一种旋挖钻机主泵功率控制方法，所述旋挖钻机包括发动机、由发动机驱动的主泵和辅泵；其特征在于：

通过发动机挡位旋钮调节发动机工作挡位，根据发动机当前挡位所对应的发动机预设转速确定发动机功率；

将旋挖钻机辅泵压力范围划分为多个压力区间，设置发动机各挡位下与各压力区间对应的辅泵扣除功率；

获取辅泵压力并依据辅泵压力选取对应的辅泵扣除功率；依据发动机功率减去辅泵扣除功率计算得到主泵功率，依据计算得到的主泵功率和主泵功率/电流对应曲线计算主泵功率控制电流值，向控制主泵功率的比例减压阀输出对应的主泵功率控制电流控制主泵功率。

2.根据权利要求1所述的旋挖钻机主泵功率控制方法，其特征在于所述辅泵压力范围划分为四至六个压力区间。

3.根据权利要求1所述的旋挖钻机主泵功率控制方法，其特征在于获取发动机当前实际转速，并将发动机实际转速与发动机当前档位下对应的预设转速进行比较，并依据判断结果调节主泵控制电流。

4.根据权利要求1所述的旋挖钻机主泵功率控制方法，其特征在于还获取主泵压力；判断主泵压力是否大于发动机当前挡位下对应的预设主泵压力并依据判断结果调节主泵功率控制电流。

5.根据权利要求4所述的旋挖钻机主泵功率控制方法，其特征在于还获取负流量压力，判断负流量压力是否大于发动机当前挡位下对应的预设负流量压力并依据判断结果调节主泵功率控制电流。

6.一种旋挖钻机主泵功率控制系统，包括发动机、由发动机驱动的主泵和辅泵、控制单元、检测单元，其特征在于；

所述检测单元包括用于检测辅泵压力的辅泵压力传感器，所述辅泵压力传感器与所述控制单元连接；

所述控制单元包括整机控制器、与整机控制器连接用于调节发动机工作挡位的发动机挡位旋钮；

所述辅泵压力的范围划分为多个压力区间，设置发动机各挡位下与各压力区间对应的辅泵扣除功率；

整机控制器根据发动机当前挡位所对应的发动机预设转速确定发动机功率，依据辅泵压力所在区间选取辅泵扣除功率，并依据发动机功率减去辅泵扣除功率计算得到主泵功率，依据计算得到的主泵功率和主泵功率/电流对应曲线计算主泵功率控制电流值，整机控制器向控制主泵功率的比例减压阀输出计算得到的主泵功率控制电流。

7.根据权利要求6所述的旋挖钻机主泵功率控制系统，其特征在于所述主泵上用于控制主泵功率的比例减压阀和发动机控制单元与所述整机控制器连接。

8.根据权利要求7所述的旋挖钻机主泵功率控制系统，其特征在于所述检测单元还包括用于获取主泵压力的主泵压力传感器，所述主泵压力传感器与所述控制单元连接。

9.根据权利要求7所述的旋挖钻机主泵功率控制系统，其特征在于所述检测单元还包括用于检测负流量压力的负流量压力传感器，所述负流量压力传感器与所述整机控制器连接。

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