CN112128176A - 基于位移检测的工程机械动力调整方法及液压动力系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于位移检测的工程机械动力调整方法，包括以下步骤：检测执行液压缸的活塞杆位移；检测执行机构的工作负荷；根据执行液压缸的活塞杆位移和执行机构的工作负荷调整工程机械液压系统的供液压力。本发明还公开了一种液压动力系统，用于工程机械，包括主泵、主控制阀、执行液压油缸和控制器，主泵通过主控制阀为执行液压缸提供压力液体，执行液压缸设置有位移传感器，以检测执行液压缸的活塞杆位移；执行液压缸的无杆腔油路设置有压力传感器，控制器能够根据执行液压缸的活塞杆位移和执行机构的负载压力调整主泵的供液压力。本发明能够根据工程机械的工作状态自动调整液压系统的供液压力，动力适应性好，节能环保。

Description

基于位移检测的工程机械动力调整方法及液压动力系统

技术领域

本发明涉及液压控制系统，具体地涉及一种基于位移检测的工程机械动力调整方法。此外，本发明还涉及一种液压动力系统。

背景技术

工程机械指土石方施工工程、路面建设与养护、起重装卸作业和建筑工程的机械化施工中所使用的机械装备。工程机械在不同的施工作业过程中所需的动力往往相差很大，因而工程机械在不同的施工工况下通常选用不同的控制模式，以发挥发动机的最佳功率，实现较高的作业效率。在一般工况作业时，通常强调燃料经济性；而在有些作业工况下，则需要重视操控协调性和作业的精准性。

工程机械通常使用液压系统作为动力源，由发动机驱动液压泵旋转，液压泵输出的压力油通过主控制阀分配给各个执行装置。工程机械动力的大小主要由发动机、执行机构(包括执行液压元件)和液压系统压力等关键因素决定。一种型号的挖掘机的发动机、执行机构及执行液压元件等参数，通常经过核算后确定在一定值范围内，以适应一定的作业工况。调整液压系统压力也就成了调整工程机械动力的主要手段。而客户购买了工程机械，通常希望能够在不同的工况下使用，以提高工程机械的经济效益，为此，对调整工程机械的动力具有迫切的需求。

目前，为了提高工程机械的适用性，通常为工程机械设置几种工作模式。如现有的挖掘机通常设置有轻载模式、经济模式、重载模式和破碎锤模式等各种功率控制模式。但多种功率控制模式的设置会对工程机械操作人员对功率模式的选择提出较高的技能要求，错误的功率模式会导致错误的功率匹配，影响工程机械的操作性和作业效果。而根据不同工况条件选择相匹配的功率模式，具有很大的主观性，需要操作人员长时间的经验积累和根据作业工况的变化而不断地调整。不仅降低了工程机械的操控性能，而且会导致工程机械经常工作在错误的功率模式下，影响了工程机械的工作效率，造成燃油的浪费，加重了环境的污染。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于位移检测的工程机械动力调整方法，能够根据工程机械的工作状态自动调整供液压力，工作效率高，节能环保。

本发明还要解决的技术问题是提供一种液压动力系统，操控方便，适应性强，作业效率高。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种基于位移检测的工程机械动力调整方法，包括以下步骤：检测执行液压缸的活塞杆位移；检测执行机构的工作负荷；根据所述执行液压缸的活塞杆位移和所述执行机构的工作负荷调整所述工程机械液压系统的供液压力。

优选地，根据所述执行液压缸的活塞杆位移计算所述执行液压缸的活塞杆行程状态和活塞杆移动速度；并根据所述活塞杆行程状态、活塞杆移动速度和执行机构的工作负荷调整所述供液压力。在该优选技术方案中，活塞杆行程状态决定了工程机械执行机构所处的状态，进而决定了执行机构能否将执行液压缸的输出动力高效地转化成工程机械的工作动力。执行液压缸的活塞杆移动速度既能够反映工程机械执行液压缸的状态，也能够反映执行机构的负荷情况。因而，根据活塞杆行程状态、活塞杆移动速度和执行机构的工作负荷调整供液压力，针对性更强，调整效果也更好。

进一步优选地，所述活塞杆行程状态包括有效行程段和非有效行程段；当所述活塞杆行程状态位于所述有效行程段且所述活塞杆移动速度小于第一设定速度且大于第二设定速度时，根据所述执行机构的工作负荷调整所述供液压力；否则所述供液压力为基准供液压力。在该优选技术方案中，在执行液压缸活塞杆的有效行程段，执行液压缸对压力的敏感性更高，能够更好地将作用在活塞上的力转化成执行机构的输出动力。执行液压缸活塞杆适当的移动速度也说明了工程机械的执行机构工作状态正常，调节液压系统的供液压力能够更好地调节工程机械的执行机构输出动力和作业效率。此时调整液压系统的供液压力能够更好地与工作负荷相适应，调整效率更高。而在执行液压缸活塞杆的非有效行程段，或者执行机构非正常工作状态下，以基准供液压力对工程机械进行调整，能够防止工程机械液压控制系统在非正常状态下对工作负荷作出错误的反映，影响工程机械的操控性和安全性。

作为一种优选技术方案，通过检测所述执行液压缸的无杆腔压力来检测所述执行机构的工作负荷。通过该优选技术方案，执行液压缸无杆腔压力反映了执行机构的驱动阻力，与液压系统的供液压力直接相对应。液压系统的供液压力能够直接与执行液压缸无杆腔压力相比较，并根据比较结果对液压系统的供液压力进行调整，调整更加方便。

进一步优选地，所述供液压力还包括由小至大的第一升档压力、第二升档压力和第三升档压力；所述供液压力的调整方法为：当所述执行液压缸的无杆腔压力小于所述基准供油压力时，将所述供液压力调整为所述基准供油压力；当所述执行液压缸的无杆腔压力大于所述基准供油压力且小于所述第一升档压力时，将所述供液压力调整为所述第一升档压力；当所述执行液压缸的无杆腔压力大于所述第一升档压力且小于所述第二升档压力时，将所述供液压力调整为所述第二升档压力；当所述执行液压缸的无杆腔压力大于所述第二升档压力且小于所述第三升档压力时，将所述供液压力调整为所述第三升档压力；当所述执行液压缸的无杆腔压力大于所述第三升档压力时，切断所述工程机械液压系统的执行压力。在该优选技术方案中，液压系统的供液压力包括一个基准供液压力和三个升档压力，在基准供液压力下，工程机械能够满足正常的工作需要；而当工程机械的执行机构工作负荷较大时，根据执行机构驱动阻力的大小，逐步调整至不同的升档压力，使得液压系统的供液压力始终处于与作业阻力匹配的状态，在保证作业能力的同时，防止主泵输出功率过高，导致能源的浪费。而当作业阻力过高，超过挖掘机的作业能力时，切断液压系统的执行压力，防止液压系统及执行机构的超限作业对工程机械造成不良影响。

优选地，通过检测所述工程机械动力臂销轴应力来检测所述执行机构的工作负荷。在该优选技术方案中，工程机械执行机构的工作负荷通常反应在动力臂上，而动力臂销轴应力则反应了动力臂所承受的力的大小，通过检测动力臂销轴应力能够准确反应工程机械执行机构的工作负荷。同时，检测动力臂销轴应力简单方便，成本也更低。

进一步优选地，所述供液压力还包括由小至大的第一升档压力、第二升档压力和第三升档压力；当所述动力臂销轴应力小于第一设定应力时，将所述供液压力调整为所述基准供油压力；当所述动力臂销轴应力大于所述第一设定应力且小于第二设定应力时，将所述供液压力调整为所述第一升档压力；当所述动力臂销轴应力大于所述第二设定应力且小于第三设定应力时，将所述供液压力调整为所述第二升档压力；当所述动力臂销轴应力大于所述第三设定应力且小于第四设定应力时，将所述供液压力调整为所述第三升档压力；当所述动力臂销轴应力大于所述第四设定应力时，切断所述工程机械液压系统的执行压力。通过该优选技术方案，设定四个销轴应力的设定值，对应于四种不同的执行机构工作负荷，以能够根据执行机构的不同工作负荷控制液压系统输出不同的供液压力，同样能够使得液压系统的供液压力始终处于与作业阻力匹配的状态，在保证作业能力的同时，防止主泵输出功率过高，导致能源的浪费。而当作业阻力过高，超过挖掘机的作业能力时，切断液压系统的执行压力，防止超限作业导致挖掘机的损坏。

优选地，调整所述供液压力的方式为：所述供液压力以调整后的压力和所述基准供油压力交替出现的方式脉冲式调整。通过该优选技术方案，液压系统供液压力的脉冲式提高能够引起工作油缸输出力脉冲式的提高，应用在合适的工程机械上，能够形成冲击式的动力输出，提高相应的工程机械的作业效率。

本发明第二方面提供了一种液压动力系统，包括主泵、主控制阀和执行液压缸，所述主泵通过所述主控制阀为所述执行液压缸提供压力液体，本发明的液压动力系统还包括控制器、位移检测传感器和压力传感器；所述位移检测传感器能够检测所述执行液压缸的活塞杆位移，所述压力传感器能够检测所述工程机械执行机构的负载压力，所述控制器与所述主泵、主控制阀、位移检测传感器和压力传感器电连接，以根据所述执行液压缸的活塞杆位移和所述执行机构的负载压力调整所述主泵的供液压力。

优选地，所述主泵包括变量泵、变量泵控制阀组和电比例阀；所述电比例阀连接在所述变量泵和所述变量泵控制阀组之间，且与所述控制器电连接，所述电比例阀适于通过所述变量泵控制阀组控制所述变量泵的扭矩，以控制所述变量泵的输出压力；所述主控制阀包括电比例溢流阀，所述控制器与所述电比例溢流阀电连接，以控制所述电比例溢流阀的溢流压力。在该优选技术方案中，通过控制器能够控制电比例阀的控制电流的大小，以此来控制电比例阀的输出压力，进而通过变量泵控制阀组控制变量泵的输入扭矩，实行对变量泵输出流量和输出压力的控制。通过控制电比例溢流阀的溢流压力，能够将主泵输出液路的供液压力限定在电比例溢流阀不同的溢流压力水平范围内，实现对液压系统供液压力的限制。

优选地，所述工程机械为挖掘机，所述执行液压缸包括斗杆油缸和铲斗油缸；所述位移检测传感器包括斗杆位移传感器和铲斗位移传感器，所述斗杆位移传感器设置在所述斗杆油缸上，所述铲斗位移传感器设置在所述铲斗油缸上；所述压力传感器包括斗杆压力传感器和铲斗压力传感器，所述斗杆压力传感器设置在所述斗杆油缸销轴上、动臂前叉销轴上或者所述斗杆油缸的无杆腔液路上；所述铲斗压力传感器设置在所述铲斗油缸销轴上、摇杆销轴上、铲斗销轴上或者所述铲斗油缸的无杆腔液路上。在该优选技术方案中，由于在挖掘机施工作业过程中，挖掘机的挖掘力主要取决于斗杆油缸和铲斗油缸的输出力，而且斗杆和铲斗的工作负荷随作业工况的变化较大，因此，根据斗杆和铲斗的工作负荷，自动调整液压系统工作压力，能够使得挖掘机的挖掘力更好地与挖掘机的工作负荷相适应。将斗杆压力传感器设置在斗杆油缸销轴上、动臂前叉销轴上或者斗杆油缸的无杆腔液路上均能够较好地反应在斗杆的工作负荷。将铲斗压力传感器设置在铲斗油缸销轴上、摇杆销轴上、铲斗销轴上或者铲斗油缸的无杆腔液路上，均能够较好地反应在铲斗的工作负荷。

进一步优选地，本发明的液压动力系统还包括驱动所述变量泵工作的发动机，所述控制器与所述发动机电连接，以控制所述发动机的转速。通过该优选技术方案，能够在自动调节主泵输出液路压力的同时，调整发动机转速，也就是调整发动机的输出功率，并通过主泵电比例阀调节主泵的输出功率，实现发动机的输出功率与主泵输出功率的匹配，以满足动态调整工程机械动力的需要。

通过上述技术方案，本发明的基于位移检测的工程机械动力调整方法，能够根据执行液压缸的活塞杆位移情况和执行机构的工作负荷调整工程机械液压系统的供液压力，实现了对工程机械的动力的动态自适应调整，使得工程机械输出的动力自动与作业工况相适应，提高了工程机械的输出动力，降低了能源消耗，简化了操作程序，减少了对操作人员操作技能的依赖。本发明的液压动力系统，能够通过位移传感器和压力传感器检测执行液压缸的活塞杆状态和执行机构的负载压力，并以此调整主泵的供液压力，实现对工程机械输出动力的调整，使得工程机械的输出动力与工程机械在不同工况下的动力需要相匹配，以自动适应工程机械在不同作业工况下的施工需要，在提高工程机械的动力的基础上，减小了工程机械的能耗。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1是本发明的基于位移检测的工程机械动力调整方法一个实施例的示意图；

图2是本发明的基于位移检测的工程机械动力调整方法一个实施例的流程图；

图3是本发明的基于位移检测的工程机械动力调整方法另一个实施例的流程图；

图4是本发明的液压动力系统一个实施例的结构框图；

图5是本发明的液压动力系统一个实施例的液压原理图；

图6是本发明的液压动力系统一个实施例的控制流程图。

附图标记说明

1 主泵 11 变量泵

12 变量泵控制阀组 13 电比例阀

2 主控制阀 21 电比例溢流阀

3 执行液压缸 31 动臂液压缸

32 斗杆液压缸 33 铲斗液压缸

4 控制器 5 位移检测传感器

51 斗杆位移传感器 52 铲斗位移传感器

6 压力传感器 61 斗杆压力传感器

62 铲斗压力传感器

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，术语“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或者是一体连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的基于位移检测的工程机械动力调整方法的一种实施方式，如图1所示，包括下述步骤：检测执行液压缸的活塞杆位移。执行液压缸能够在液压系统输出的压力液体的驱动下提供工程机械的工作动力，通过执行液压缸的活塞杆位移，能够判断出工程机械的执行液压缸和其他执行机构所处的状态，由此可以判断出执行机构是否适合于承受或者传递较大的输出动力。检测执行机构的工作负荷。工程机械的工作负荷通常能够在执行机构上得到反映，通过检测执行机构的受力情况，通常可以得到或者推断出工程机械的负荷大小。在工程机械的负载较大时，需要较大的动力输出来克服大的负载力，提高工程机械的工作能力，此时提高液压系统供液压力，能够有效地提高工程机械的工作能力。根据检测到的执行液压缸活塞杆位移和检测到的执行机构工作负荷的大小来调整工程机械液压系统的供液压力。液压系统的供液压力的大小通常可以决定液压执行元件输出动力的大小，如在提高液压系统供液压力时，液压泵和液压缸输出的动力均能够得到提高，有利于工程机械克服更大的负载力，提高作业能力。而现有工程机械的液压系统通常在工作状态下设定了固定的供液压力，将该供液压力设置得较高时，能够克服较高的工作负荷，作业能力强，但在工作负荷较小的工况下作业时也输出同样的供液压力，造成了能源的浪费；而将该供液压力设置得较低时，在工作负荷较大的工况下作业时会导致动力输出不足，影响工程机械的作业能力。本发明的方法能够根据工程机械的工作负荷的大小自动调整液压系统的供液压力，使得供液压力始终与工作负荷相适应，既能够在工作负荷较大的工况下输出更大的动力，提高了工程机械的适用范围，也能够在工作负荷较小的工况下降低液压系统的供液压力，减少工程机械的能源消耗。

在本发明的基于位移检测的工程机械动力调整方法的一些实施例中，如图2和图3所示，可以通过位移传感器检测执行液压缸活塞杆的位移，再根据执行液压缸的活塞杆位移变化计算出执行液压缸的活塞杆行程状态和活塞杆的移动速度。执行液压缸的活塞杆行程状态一方面决定了活塞在执行液压缸中的位置，由此可以判断活塞是否适合快速移动。另一方面也可以推断执行液压缸与其他执行机构之间的夹角，决定了执行液压缸输出的动力所形成的力矩的效率，由此可以判断执行机构是否适合输出大的动力。活塞杆的移动速度可以反映执行机构即时的工作状态，活塞杆的移动速度下降时，能够反映出工程机械的作业负荷较大，引起了作业效率的降低；活塞杆的移动速度过低，甚至接近于零时，说明工程机械遇到了难以克服的作业负荷，提高液压系统的供液压力通常也难以恢复正常的作业状态。根据不同的工况针对性的调整液压系统的供液压力，有助于提高工程机械的作业效率，并且防止供液压力的不恰当调整影响工程机械的正常作业，甚至导致工程机械的损坏。执行液压缸的活塞杆行程状态可以根据活塞杆行程的基准位置、活塞杆的总行程和活塞杆的位移计算而得；执行液压缸的活塞杆移动速度可以根据不同时间的活塞杆位移计算而得。当然，也可以设置独立的速度传感器单独检测执行液压缸的活塞杆移动速度，甚至不设置位移传感器，由活塞杆移动速度转换得到活塞杆的位移。

在本发明的基于位移检测的工程机械动力调整方法的一些实施例中，如图2和图3所示，执行液压缸的活塞杆行程状态包括有效行程段和非有效行程段，通常，可以将执行液压缸的活塞杆行程状态分为位于行程初始段行程A段、位于行程中部段的行程B段和位于行程末段的行程C段。执行液压缸的活塞杆处于行程状态的不同行程段时对活塞移动状态的要求不同，执行液压缸输出驱动力矩的效率也不同。当执行液压缸的活塞杆行程状态位于行程A段和行程C段时，一方面执行液压缸的活塞位于靠近缸体两端部的区域，不适合于活塞快速的移动；另一方面执行液压缸的活塞杆与其他执行机构之间的夹角通常不能形成有效的力矩的传递，因此可以将形成A段和行程C段视为非有效行程段。执行液压缸的活塞杆行程状态位于行程中部的行程B段时，执行液压缸能够进行快速的移动和有效地力矩传递，能够进行大动力的输出。因此将行程B段视为有效行程段。有效行程段和非有效行程段通常可以按照压力液体一定的输出压力下执行液压缸的输出力矩占其最大输出力矩的设定百分比来定义。在本发明的方法中，可以设置有执行液压缸活塞杆移动的第一设定速度和第二设定速度以及液压系统的基准供液压力。第一设定速度通常根据工程机械能够进行有效作业时执行液压缸活塞杆的最低移动速度进行设定，执行液压缸的活塞杆移动速度大于第一设定变化率时，通常认为工程机械能够进行有效的作业，否则视为执行机构出现卡滞迹象。第二设定速度通常根据对工程机械的作业效率的要求进行设定，执行液压缸的活塞杆移动速度小于第二设定变化率时，通常认为工程机械的作业负荷过大，导致作业效率降低。基准供液压力通常根据工程机械相对较低的工作负荷确定，在基准供液压力下，工程机械能够进行较低负荷的工程作业、执行机构的调整复位和非执行机构的正常运行等。执行液压缸的活塞杆行程状态位于非有效行程段、执行液压缸的活塞杆移动速度小于第一设定速度或者大于第二设定速度时，工程机械液压系统输出的压力液体压力为基准供液压力。执行液压缸的活塞杆行程状态位于有效行程段、执行液压缸的活塞杆移动速度大于第一设定速度并且小于第二设定速度时，工程机械液压系统根据工作负荷的不同大小输出不同压力的压力液体。在通常情况下，工作负荷越大，输出的压力液体的压力也越高。这样，能够保证工程机械在合适的工作状态下输出的动力始终大于其工作负荷，使得工程机械在不同的工况下均能够具有足够的工作动力和较高的工作效率。又能够防止工程机械在不当的工作状态下输出高压力的压力液体导致能源的浪费或执行机构的损害。

作为本发明的基于位移检测的工程机械动力调整方法的一种具体实施方式，如图2所示，通过检测执行机构的执行液压缸无杆腔压力的方式来检测执行机构的工作负荷，也就是说，根据执行液压缸无杆腔压力的大小来调整液压系统的供液压力。通常情况下，执行机构的工作负荷通过执行机构的传递反映在执行液压缸的压力液体中，通过检测执行液压缸无杆腔的压力，能够准确地反映出执行机构工作负荷的大小。并且，液压系统的供液压力在执行液压缸中直接与执行机构的工作负荷所形成的压力相对抗，根据执行液压缸的无杆腔压力调整液压系统的供液压力，两种压力的大小可以直接进行参照对比，调整方式的设置简单，调整结果直接有效。

在本发明的基于位移检测的工程机械动力调整方法的一些实施例中，如图2所示，在本发明的方法中还设置有第一升档压力、第二升档压力和第三升档压力，并且，第三升档压力大于第二升档压力，第二升档压力大于第一升档压力，第一升档压力大于液压系统的基准供液压力。在对液压系统的供液压力进行调整时，可以先将检测到的执行液压缸无杆腔压力与第三升档压力相比较，当执行液压缸的无杆腔压力大于第三升档压力时，切断液压系统的执行压力。此时，工程机械的执行液压缸不再有压力液体的供应，但液压系统尚保持有一定的压力液体输出，以满足液压件润滑需要。第三升档压力通常设置为液压系统能够承受的最大安全压力，当执行液压缸的无杆腔压力大于第三升档压力时，液压液体的压力超过了液压系统的安全保证水平，此时，切断液压系统的执行压力，中断工程机械的作业过程，保证了液压系统的安全运行。当执行液压缸的无杆腔压力小于第三升档压力时，再将执行液压缸无杆腔压力与第二升档压力相比较，当执行液压缸的无杆腔压力大于第二升档压力时，将液压系统的供液压力调整至第三升档压力，这样，就能够保证液压系统输出的压力液体的压力大于执行液压缸的无杆腔压力，使得工程机械输出的动力大于执行机构的工作负载，保证工程机械的工作能力；当执行液压缸的无杆腔压力小于第二升档压力时，再将执行液压缸无杆腔压力与第一升档压力相比较。当执行液压缸的无杆腔压力大于第一升档压力时，将液压系统的供液压力调整至第二升档压力，以使得液压系统输出的压力液体的压力大于执行液压缸无杆腔压力一定的范围，也就是工程机械输出的动力大于执行机构工作负载一个设定的范围，在保证工程机械工作能力的同时减小了工程机械的能耗；当执行液压缸的无杆腔压力小于第一升档压力时，再将执行液压缸无杆腔压力与基准供液压力相比较。当执行液压缸的无杆腔压力大于基准供液压力时，将液压系统的供液压力调整至第一升档压力，使得液压系统输出的压力液体的压力大于执行液压缸的无杆腔压力的值保持在一定的范围内，也就是保持工程机械输出的动力大于执行机构的工作负载设定的范围，以更低的功耗保证了工程机械的工作能力；当执行液压缸的无杆腔压力小于基准供液压力时，将液压系统的供液压力调整至基准供液压力，此时，液压系统输出的压力液体的压力同样大于执行液压缸的无杆腔压力一定的范围，也就是工程机械输出的动力同样大于执行机构的工作负载设定范围，在基础功耗的水平上保持工程机械工作能力。这样，就能够将工程机械液压系统的供液压力保持在能够克服负载压力的一定水平，用一种简单的方法保证了工程机械与工作负荷相适应的工作能力，并能够在工作负荷较低时减小了能源的消耗。

作为本发明的基于位移检测的工程机械动力调整方法的一种具体实施方式，如图3所示，通过检测工程机械动力臂上的销轴应力的方式来检测执行机构的工作负荷，也就是说，根据工程机械动力臂上的销轴应力的大小来调整液压系统的供液压力。动力臂是指与工程机械的作业器件相连接的机械臂，如挖掘机的动臂、起重机的吊臂或者装载机的动臂等。在工程机械进行工程作业时，执行机构的工作负荷通常作用在工程机械的动力臂上，动力臂上的销轴，包括动力臂之间的销轴、动力臂与作业器件之间的销轴、动力臂与安装座之间的销轴、动力臂与执行液压缸之间的销轴受力后所产生的应力的大小均能够反映执行机构工作负荷的大小。并且，动力臂上的销轴设置在机械部件上，在动力臂上的销轴上设置压力传感器，操作更为简便，成本也更加低廉。

在本发明的基于位移检测的工程机械动力调整方法的一些实施例中，如图3所示，在本发明的方法中还对液压系统设置有第一升档压力、第二升档压力和第三升档压力，并且，第三升档压力大于第二升档压力，第二升档压力大于第一升档压力，第一升档压力大于液压系统的基准供液压力。对动力臂销轴设置有由小到大的第一设定应力至第四设定应力。在对液压系统的供液压力进行调整时，可以先将检测到的销轴应力与第四设定应力相比较，当销轴应力大于第四设定应力时，切断液压系统的执行压力。第四设定应力通常设定为与工程机械的液压系统最大安全压力所能克服的工作负荷相对应的销轴应力，销轴应力大于第四设定应力时，与此相对应的液压液体的压力超过了液压系统的安全保证水平，此时，切断液压系统的执行压力，中断工程机械的作业过程，保证了液压系统的安全运行。当销轴应力小于第四设定应力时，再将销轴应力与第三设定应力相比较，当销轴应力大于第三设定应力时，将液压系统的供液压力调整至第三升档压力，这样，就能够保证液压系统输出的动力大于执行机构的工作负载，保证了工程机械的工作能力；当销轴应力小于第三设定应力时，再将销轴应力与第二设定应力相比较。当销轴应力大于第二设定应力时，将液压系统的供液压力调整至第二升档压力，以使得液压系统输出的动力在一个较低的水平上大于执行机构的工作负载，在降低工程机械功耗的基础上保持了工程机械的工作能力；当销轴应力小于第二设定应力时，再将销轴应力与第一设定应力相比较。当销轴应力大于第一设定应力时，将液压系统的供液压力调整至第一升档压力，以使得液压系统输出的动力在大于执行机构的工作负载的同时降低到一个更低的水平，以更低的功耗保证了工程机械的工作能力；当销轴应力小于第一设定应力时，将液压系统的供液压力调整至基准供液压力，此时，液压系统输出的动力同样大于执行机构的工作负载，但液压系统的供液压力保持在更低的基础水平，工程机械的功耗更低，且能够保持正常的工作能力。通过该方法，能够将工程机械液压系统的供液压力保持在能够克服负载压力的一定水平，通过有限的几个供液压力保证了工程机械与工作负荷相适应的工作能力，并能够在工作负荷较低时减小了能源的消耗。

作为本发明的基于位移检测的工程机械动力调整方法的一种具体实施方式，在将液压系统的供液压力调整为大于基准供液压力时，液压系统的供液压力以调整后的供液压力和基准供液压力交替出现的方式脉冲式提高，调整后的供液压力为脉冲的波峰，基准供液压力为脉冲的波谷。液压系统供液压力的脉冲式提高可以形成为固定频率的脉冲波，其脉冲波的波形可以是矩形脉冲、正弦脉冲、锯齿脉冲、三角脉冲等等。液压系统供液压力的脉冲式变化形成了工程机械冲击式的动力输出，使用在合适的工程机械上能够有效地提高工程机械的工作能力。需要说明的是，脉冲式的动力输出形式并不是在所有的工程机械上都适用，如起重机的起吊过程就不适合适用脉冲式的动力输出。具体的使用类型可由本领域技术人员根据不同工程机械的工作需要确定。

本发明的液压动力系统的一种实施方式，如图4所示，包括主泵1、主控制阀2、执行液压缸3、控制器4、位移检测传感器5和压力传感器6。主泵1可以在发动机的驱动下输出压力液体，压力液体经过主控制阀2进行流量分配和方向控制后输送到执行液压缸3，通过执行液压缸3转换为执行机构的工作动力。位移检测传感器5可以设置在执行液压缸3的活塞杆处，用于检测活塞杆的位移状态。位移检测传感器5选用可以物体位移的传感器，如位移传感器、距离传感器等，也可以选用可以检测物体移动速度的速度传感器，设置在活塞杆与其他执行机构连接处的角度传感器，通过检测到的速度或者角度信息计算出活塞杆的位移。压力传感器6用于检测执行机构的负载压力，如执行液压缸3内的压力液体的压力、动力臂和作业器件所承受的负载压力。在检测不同的执行机构压力时，可以将压力传感器6设置在不同的位置，如执行液压缸3的无杆腔内、与执行液压缸3的无杆腔直接相连接的油路上、执行机构的连接处或执行机构之间的销轴上。控制器4与主泵1、主控制阀2、位移检测传感器5、压力传感器6通过电路相连接。控制器4能够通过位移检测传感器5获取执行液压缸3活塞杆的位移状态信息；通过压力传感器6获取执行机构的负载压力大小；并能够执行液压缸3活塞杆的位移状态和执行机构的负载压力大小调整主泵1的输出功率和主控制阀2的溢流压力，从而控制液压系统输出液路的压力，并最终控制执行液压缸3输出的动力大小。

在本发明的液压动力系统的一些实施例中，如图4和图5所示，主泵1包括变量泵11、变量泵控制阀组12和电比例阀13。变量泵控制阀组12还可以包括PC阀、LS阀和压力切断阀。电比例阀13连接在变量泵11和变量泵控制阀组12之间，电比例阀13的输入电流能够受到控制器4的控制，在不同的输入电流下，电比例阀13输出的液压油的压力不同。电比例阀13输出的液压油控制变量泵控制阀组12中液压阀的状态，进而控制变量泵11的扭矩，达到控制变量泵11的输出功率的作用。主控制阀2的液路上设置有电比例溢流阀21，电比例溢流阀21可以用来取代传统的主控制阀2油路上的固定压差溢流阀，也可以在使用压差为主泵1的最大额定输出压力的固定压差溢流阀的基础上加用电比例溢流阀21。电比例溢流阀21能够通过调节控制电流的大小来调节溢流压力，使得挖掘机液压动力系统的工作压力能够通过控制器4进行调节。

在本发明的液压动力系统的一些实施例中，如图4至图6所示，该工程机械为挖掘机，执行液压缸3包括动臂液压缸31、斗杆液压缸32和铲斗液压缸33。动臂液压缸31用于驱动挖掘机的动臂运动，斗杆液压缸32用于驱动挖掘机的斗杆运动，产生铲斗的位移动作，铲斗液压缸33用于驱动挖掘机的铲斗产生旋转运动，与斗杆运动相配合产生挖掘动作。位移检测传感器5包括斗杆位移传感器51和铲斗位移传感器52。斗杆位移传感器51可以设置在斗杆油缸32的缸体油腔内，也可以设置在斗杆油缸32外的活塞杆处。铲斗位移传感器52可以设置在铲斗油缸33的缸体油腔内，也可以设置在铲斗油缸33外的活塞杆处。压力传感器6也包括斗杆压力传感器61和铲斗压力传感器62。斗杆压力传感器61可以设置在斗杆液压缸32的缸头销轴、斗杆液压缸32的杆头销轴或者动臂前叉销轴上，也可以设置在斗杆液压缸32的无杆腔液路上等其他合适的地方，以能够检测斗杆部件所承受的工作负荷。铲斗压力传感器62可以设置在铲斗液压缸33的缸头销轴、铲斗液压缸33的杆头销轴、摇杆销轴或者铲斗销轴上，也可以设置在铲斗液压缸33的无杆腔液路上等其他合适的地方，以能够检测铲斗部件所承受的工作负荷。在挖掘机的作业过程中，通常挖掘机动臂移动的负荷变化较小，挖掘机在不同的作业工况下作业时对动臂液压缸31输出力需求的变化不大，所以不需要对动臂液压缸31的动力状态进行监控和调节。而在不同的作业工况下挖掘机斗杆液压缸32和铲斗液压缸33的工作负荷变化较大，斗杆液压缸32和铲斗液压缸33的输出力较小时，会导致在工作负荷较大的作业工况下挖掘机的挖掘力不够，挖掘效率低下；而斗杆液压缸32和铲斗液压缸33的输出力较大时，会导致在工作负荷较小的作业工况下液压系统的供液压力过高，造成挖掘机能源的浪费。根据斗杆部件和铲斗部件的工作负荷大小自动调整液压系统的供液压力，能够使斗杆液压缸32和铲斗液压缸33的动力输出与挖掘机的作业工况相适应，既能够保证挖掘机的挖掘效率，又能够防止挖掘机能源的浪费。

具体地，可以将斗杆液压缸32活塞杆的行程状态分为位于行程初始段的行程A1段、位于行程中段的行程B1段和位于行程末段的行程C1段，其中行程B1段为有效行程段。将铲斗夹液压缸33活塞杆的行程状态分为位于行程初始段的行程A2段、位于行程中段的行程B2段和位于行程末段的行程C2段，其中行程B2段为有效行程段。控制器4还可以根据斗杆位移传感器51检测到的斗杆液压缸32活塞杆的位移计算出斗杆液压缸32的活塞杆移动速度；根据铲斗位移传感器52检测到的铲斗液压缸33活塞杆的位移计算出铲斗液压缸32的活塞杆移动速度。在控制器4中存储有斗杆液压缸32活塞杆的第一设定速度V_斗1和斗杆液压缸32活塞杆的第二设定速度V_斗2，铲斗夹液压缸33活塞杆的第一设定速度V_铲1和铲斗夹液压缸33活塞杆的第二设定速度V_铲2。当斗杆液压缸32的活塞杆位于有效行程段行程B1段、斗杆液压缸32的活塞杆移动速度大于其第一设定速度V_斗1并且斗杆液压缸32的活塞杆移动速度小于其第二设定速度V_斗2时，控制器4能够根据斗杆部件工作负荷的大小提高主泵1的输出压力和电比例溢流阀21的溢流压力。当铲斗液压缸33的活塞杆位于有效行程段行程B2段、铲斗液压缸33的活塞杆移动速度大于其第一设定速度V_铲1并且铲斗液压缸33的活塞杆移动速度小于其第二设定速度V_铲2时，控制器4能够根据铲斗部件工作负荷的大小提高主泵1的输出压力和电比例溢流阀21的溢流压力。否则，控制器4将主泵1的输出压力和电比例溢流阀21的溢流压力均调整为基准供液压力P0。

在本发明的液压动力系统的一些实施例中，控制器4与驱动主泵1工作的发动机电连接，以控制发动机的转速和输出功率。在使用电动机作为发动机时，可以通过调节电动机的输入电流来调节发动机的转速和输出功率；在使用柴油机作为发动机时，可以通过调节柴油机的喷油量来调节发动机的转速和输出功率。通过调节发动机的转速和输出功率，能够使得发动机的输出功率与主泵1所需要的输出功率相适应，以满足工程机械不同动力输出的需要。

综上，本发明的基于位移检测的工程机械动力调整方法，能够根据执行液压缸的活塞杆位移状态和执行机构的工作负荷调整工程机械液压系统的供液压力，因而能够自动适应工程机械在各种不同的作业工况下不同的动力需求，提高了工程机械操作的协调性，降低了对操作技能的要求，降低了工程机械的能源消耗。还能够防止工程机械因操作部件卡滞或工作负荷过大导致液压系统工作压力的过度升高，引发挖掘机的故障。在工程机械的执行机构所处的状态不适合高动力输出时输出较低的基准供液压力，在保护执行机构的同时方便对执行机构的状态进行调整。脉冲式的供液压力能够提供脉冲式的动力输出，提升了工程机械相同输出功率下的作业能力。本发明的液压动力系统，能够实现本发明的基于位移检测的工程机械动力调整方法，通过位移检测传感器5检测执行液压缸3的活塞杆位移，以判断执行液压缸3的活塞杆行程状态，通过压力传感器6检测执行机构的工作负荷，并根据执行液压缸3的活塞杆行程状态和执行机构的工作负荷调整液压系统的供液压力，使得工程机械能够自动适应不同作业工况的工作负荷，提高了工程机械的工作效率，简化了工程机械的操作要求。在工程机械的工作负荷降低时，能够自动降低主泵1的输出功率，提高了工程机械的节能效果。

在本发明的描述中，参考术语“一种实施方式”、“一些实施例”、“一种具体实施方式”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本发明中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种基于位移检测的工程机械动力调整方法，其特征在于，包括以下步骤：

检测执行液压缸的活塞杆位移；

检测执行机构的工作负荷；

根据所述执行液压缸的活塞杆位移和所述执行机构的工作负荷调整所述工程机械液压系统的供液压力。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述执行液压缸的活塞杆位移计算所述执行液压缸的活塞杆行程状态和活塞杆移动速度；并根据所述活塞杆行程状态、活塞杆移动速度和执行机构的工作负荷调整所述供液压力。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述活塞杆行程状态包括有效行程段和非有效行程段；当所述活塞杆行程状态位于所述有效行程段且所述活塞杆移动速度大于第一设定速度且小于第二设定速度时，根据所述执行机构的工作负荷调整所述供液压力；否则所述供液压力为基准供液压力。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过检测所述执行液压缸的无杆腔压力来检测所述执行机构的工作负荷。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述供液压力还包括由小至大的第一升档压力、第二升档压力和第三升档压力；所述供液压力的调整方法为：当所述执行液压缸的无杆腔压力小于所述基准供液压力时，将所述供液压力调整为所述基准供液压力；当所述执行液压缸的无杆腔压力大于所述基准供液压力且小于所述第一升档压力时，将所述供液压力调整为所述第一升档压力；当所述执行液压缸的无杆腔压力大于所述第一升档压力且小于所述第二升档压力时，将所述供液压力调整为所述第二升档压力；当所述执行液压缸的无杆腔压力大于所述第二升档压力且小于所述第三升档压力时，将所述供液压力调整为所述第三升档压力；当所述执行液压缸的无杆腔压力大于所述第三升档压力时，切断所述工程机械液压系统的执行压力。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过检测所述工程机械动力臂销轴应力来检测所述执行机构的工作负荷。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述供液压力还包括由小至大的第一升档压力、第二升档压力和第三升档压力；所述供液压力的调整方法为：当所述动力臂销轴应力小于第一设定应力时，将所述供液压力调整为所述基准供油压力；当所述动力臂销轴应力大于所述第一设定应力且小于第二设定应力时，将所述供液压力调整为所述第一升档压力；当所述动力臂销轴应力大于所述第二设定应力且小于第三设定应力时，将所述供液压力调整为所述第二升档压力；当所述动力臂销轴应力大于所述第三设定应力且小于第四设定应力时，将所述供液压力调整为所述第三升档压力；当所述动力臂销轴应力大于所述第四设定应力时，切断所述工程机械液压系统的执行压力。

8.根据权利要求3至7中任一项所述的方法，其特征在于，调整所述供液压力的方式为：所述供液压力以调整后的压力和所述基准供油压力交替出现的方式脉冲式调整。

9.一种液压动力系统，用于工程机械包括主泵(1)、主控制阀(2)和执行液压缸(3)，所述主泵(1)通过所述主控制阀(2)为所述执行液压缸(3)提供压力液体，其特征在于，还包括控制器(4)、位移检测传感器(5)和压力传感器(6)；所述位移检测传感器(5)能够检测所述执行液压缸(3)的活塞杆位移，所述压力传感器(6)能够检测所述工程机械执行机构的负载压力，所述控制器(4)与所述主泵(1)、主控制阀(2)、位移检测传感器(5)和压力传感器(6)电连接，以根据所述执行液压缸(3)的活塞杆位移和所述执行机构的负载压力调整所述主泵(1)的供液压力。

10.根据权利要求9所述的液压动力系统，其特征在于，所述主泵(1)包括变量泵(11)、变量泵控制阀组(12)和电比例阀(13)；所述电比例阀(13)连接在所述变量泵(11)和所述变量泵控制阀组(12)之间，且与所述控制器(4)电连接，所述电比例阀(13)适于通过所述变量泵控制阀组(12)控制所述变量泵(11)的扭矩，以控制所述变量泵(11)的输出压力；所述主控制阀(2)包括电比例溢流阀(21)，所述控制器(4)与所述电比例溢流阀(21)电连接，以控制所述电比例溢流阀(21)的溢流压力。

11.根据权利要求9或10所述的液压动力系统，其特征在于，所述工程机械为挖掘机，所述执行液压缸(3)包括斗杆油缸(32)和铲斗油缸(33)；所述位移检测传感器(5)包括斗杆位移传感器(51)和铲斗位移传感器(52)，所述斗杆位移传感器(51)设置在所述斗杆油缸(32)上，所述铲斗位移传感器(52)设置在所述铲斗油缸(33)上；所述压力传感器(6)包括斗杆压力传感器(61)和铲斗压力传感器(62)，所述斗杆压力传感器(61)设置在所述斗杆油缸(32)销轴上、动臂前叉销轴上或者所述斗杆油缸(32)的无杆腔液路上；所述铲斗压力传感器(62)设置在所述铲斗油缸(33)销轴上、摇杆销轴上、铲斗销轴上或者所述铲斗油缸(33)的无杆腔液路上。

12.根据权利要求11所述的液压动力系统，其特征在于，还包括驱动所述变量泵(11)工作的发动机，所述控制器(4)与所述发动机电连接，以控制所述发动机的转速。

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