CN114483296B - 一种发动机防飞车安全控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机防飞车安全控制系统及方法，系统包括：发动机、辅助泵、闭式泵、加载泵和卷扬马达；借助转速传感器、第一压力传感器、第二压力传感器及第三压力传感器等传感器实时监控主机实时工作状态，然后经过逻辑运算及判断选择控制，从加载泵、闭式泵、卷扬马达及防爆阀等被控对象中选择控制一种或几种被控对象来确保发动机与液压泵的扭矩平衡，避免了发动机飞车的事故，同时满足了发动机低能耗的要求。多重防飞车控制策略避免了因某一控制元件故障导致单一安全控制策略失效的风险，有效避免了发动机飞车的事故，提升了系统可靠性。

Description

一种发动机防飞车安全控制系统及方法

技术领域

本发明属于工程机械技术领域，更具体地，涉及一种发动机防飞车安全控制系统及方法。

背景技术

旋挖钻机、地下连续墙液压抓斗、双轮铣、双轮搅等依靠液压马达驱动卷筒，缠绕钢丝绳实现对工作装置提放的工程机械设备，为达到液压系统低压损以及低速较高稳定性的目的，卷扬系统往往采用闭式液压系统方案。

针对闭式卷扬系统，卷扬在大负荷高速下放工况下，卷扬马达等效为泵工况，闭式泵等效为马达工况，闭式泵与发动机共同为辅助泵及加载泵提供动力输出，当加载在闭式泵的扭矩等于辅助泵的扭矩、加载泵的扭矩与发动机的摩擦扭矩三者之和时，即发动机的摩擦扭矩等于液压泵的扭矩，此时发动机处于飞车的临界点，如果加载在闭式泵的扭矩持续增加，且不加以控制，发动机必然飞车。

发明内容

本发明的目的是针对以上不足，提供一种发动机防飞车安全控制系统及方法，借助转速传感器、第一压力传感器、第二压力传感器及第三压力传感器等传感器实时监控主机实时工作状态，然后经过逻辑运算及判断选择控制，从加载泵、闭式泵、卷扬马达及防爆阀等被控对象中选择控制一种或几种被控对象来确保发动机与液压泵的扭矩平衡，避免了发动机飞车的事故，同时满足了发动机低能耗的要求。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种发动机防飞车安全控制系统，包括：发动机、辅助泵、闭式泵、加载泵和卷扬马达；

所述发动机用于驱动辅助泵、闭式泵和加载泵，所述闭式泵的A口、B口通过防爆阀连接卷扬马达的A口、B口；

所述发动机的输出端安装有转速传感器，所述辅助泵的P口安装有第一压力传感器、所述闭式泵的A口安装有第二压力传感器、所述加载泵的P口安装有第三压力传感器；

所述转速传感器、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器分别与控制器电连接；

所述辅助泵的控制端、加载泵的控制端、闭式泵的控制端、防爆阀的控制端和卷扬马达的控制端分别与控制器电连接；

所述控制器将各传感器检测到的电信号转化为程序可识别的数据，经过逻辑运算及判断控制，输出控制信号至各控制端。

进一步的，所述发动机通过分动箱分别与辅助泵、闭式泵和加载泵连接传动。

进一步的，所述防爆阀包括逻辑控制阀、第一换向阀和第二换向阀；

所述逻辑控制阀，用于通断闭式泵A口与卷扬马达A口；

所述第二换向阀的控制端口与控制器电连接，根据控制信号切换第一换向阀与第二换向阀的方向，以通断逻辑控制阀。

进一步的，所述辅助泵、闭式泵和加载泵均为电比例正控泵，所述卷扬马达为电比例变量马达，根据电流信号调节输出排量。

进一步的，所述卷扬马达还连接减速机制动器，所述减速机制动器的先导油路上设有第三换向阀，所述第三换向阀的控制端口与控制器电连接。

进一步的，所述加载泵的P口安装有溢流阀，用于控制加载泵P口的压力。

一种发动机防飞车安全控制方法，基于上述发动机防飞车安全控制系统，包括：

采集发动机输出端的实时转速，并与油门转速进行比较，当两者的差值大于设定值时，执行控制策略一，直至加载泵P口压力对应的控制电流小于第一设定电流值，同时发动机输出端的实时转速与油门转速的差值小于等于设定值。所述的控制策略一为，在一定加载压力下，通过调节加载泵控制电流，改变加载泵排量，实现对加载泵输出扭矩的调节，最终保证发动机与液压泵的扭矩平衡。

进一步的，当加载泵P口压力对应的控制电流大于等于第一设定电流值时，执行控制策略二，直至闭式泵A口压力对应的控制电流大于第二电流设定值，同时发动机输出端的实时转速与油门转速的差值小于等于设定值。所述的控制策略二为，在一定的吊装质量下，通过调节闭式泵控制电流，改变闭式泵排量，实现对闭式泵输出扭矩的调节，最终保证发动机与液压泵的扭矩平衡。

进一步的，当闭式泵A口压力对应的控制电流小于等于第二电流设定值时，执行控制策略三，直至卷扬马达的控制电流大于第三电流设定值，同时发动机输出端的实时转速与油门转速的差值小于等于设定值。所述的控制策略三为，在一定的吊装质量下，通过调节卷扬马达控制电流，改变卷扬马达排量，改变闭式泵的输出压力，实现对闭式泵扭矩的调节，最终保证发动机与液压泵的扭矩平衡。

进一步的，当卷扬马达的控制电流小于等于第三电流设定值时，执行控制策略四，使卷扬停止下放。所述的控制策略四为，通过控制防爆阀的控制端口失电关闭防爆阀，切断闭式泵与卷扬马达之间的油路，使卷扬马达停止下放。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明所述控制系统通过对发动机转速和加载泵、闭式泵、辅助泵的出口压力检测，能够实时监控主机实时工作状态，对飞车问题及时监测，便于预警和处理，控制器根据监测结果发送控制指令来确保发动机与液压泵的扭矩平衡，避免了发动机飞车的事故，同时满足了发动机低能耗的要求。

本发明所述控制方法，在卷扬大负荷高速下放工况下，提出了控制加载泵的控制电流、或控制闭式泵的控制电流、或控制卷扬马达的控制电流、或关闭防爆阀四重安全控制策略，确保了发动机与液压泵的扭矩平衡；多重防飞车控制策略避免了因某一控制元件故障导致单一安全控制策略失效的风险，有效避免了发动机飞车的事故，提升了系统可靠性。

附图说明

图1为实施例1所述的发动机防飞车安全控制系统的原理图；

图2为实施例2所述的发动机防飞车安全控制方法的控制逻辑流程图；

图3为实施例2所述的控制电流与排量的关系曲线图；

图4为实施例2所述的发动机在不同转速及水温下的摩擦扭矩。

图中：1-发动机；2-转速传感器；3-分动箱；4-辅助泵；5-第一压力传感器；6-闭式泵；7-第二压力传感器；8-防爆阀；801-逻辑控制阀；802-第一换向阀；803-第二换向阀；9-卷扬马达；10-减速机制动器；11-加载泵；12-第三压力传感器；13-溢流阀；14-第三换向阀；15-控制器。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例更详细地描述本发明的优选实施方式。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、 “底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

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”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

一种发动机防飞车安全控制系统，其原理如图1所示，包括发动机1、转速传感器2、分动箱3、辅助泵4、第一压力传感器5、闭式泵6、第二压力传感器7、防爆阀8、卷扬马达9、减速机制动器10、加载泵11、第三压力传感器12、溢流阀13、第三换向阀14和控制器15。

所述发动机1为整机提供原动力输出，卷扬下放过程中提供摩擦扭矩。

所述转速传感器2安装在发动机1输出轴端，用于检测发动机的输出转速。

所述分动箱3作为发动机1与辅助泵4、闭式泵6和加载泵11的连接传动装置。

所述辅助泵4具有油口P、控制端口Y05；所述闭式泵6具有油口A、B、M、控制端口Y02a/Y02b；所述防爆阀8具有油口A0、B0、A1、B1、X、T、控制端口Y04；所述卷扬马达9具有油口A、B、控制端口Y03；所述减速机制动器10具有油口Br；所述加载泵11具有油口P、控制端口Y01；所述溢流阀13具有油口P、T；所述第三换向阀14具有油口P、A、T、控制端口Y06；控制器15具有控制端口I1~I4、O1~O6。

所述辅助泵4为电比例变量马达，用于驱动除卷扬动作之外的其它辅助动作，当输入电流使Y05得电时，辅助泵4油口P输出高压油，输出高压油的流量与Y05输入电流成正比例；第一压力传感器5安装于辅助泵4油口P，用于检测辅助泵4油口P的压力。

所述闭式泵6为电比例正控泵，当控制端Y02a得电时，闭式泵油口A输出高压油，输出高压油的流量与输入电流Y02a成正比例；当控制端Y02b得电时，闭式泵油口B输出高压油，输出高压油的流量与输入电流Y02b成正比例；第二压力传感器7安装于闭式泵6油口M，用于检测闭式泵6油口A的压力。

所述防爆阀8安装于卷扬马达9上，用于截止卷扬马达9油口A的油液，闭式泵6油口A、B分别连接防爆阀8油口A1、B1，防爆阀8油口A0、B0分别连接卷扬马达9油口A、B。

所述防爆阀8包括逻辑控制阀801、第一换向阀802和第二换向阀803；逻辑控制阀801用于通断闭式泵6油口A与卷扬马达9油口A，当第二换向阀803的控制端口Y04得电，第一换向阀802切换至左位，防爆阀8油口A1与油口A0在阀体内部连通；当第二换向阀803的控制端口Y04失电，第一换向阀802切换至右位，防爆阀8油口A1与油口A0在阀体内部被截断。

所述卷扬马达9为电比例变量马达，当控制端口Y03增大时，卷扬马达9排量减小；当控制端口Y03减小时，卷扬马达9排量增大。

所述卷扬马达9还连接减速机制动器10，减速机制动器10具有油口Br；第三换向阀14用于控制减速机制动器10的启闭，第三换向阀14的油口P、A、T分别连接先导油路、减速机制动器10油口Br、油箱，当控制端口Y06得电，第三换向阀14切换至右位，先导控制油连通至减速机制动器10油口Br，减速机制动器10开启；当控制端口Y06失电，第三换向阀14切换至左位，先导控制油至减速机制动器10的油路被截止，减速机制动器10关闭。

所述加载泵11为电比例正控泵，当控制端口Y01得电时，加载泵11油口P输出高压油，输出高压油的流量与Y01输入电流成正比例；第三压力传感器12安装于加载泵11油口P，用于检测加载泵11油口P的压力；溢流阀13油口P、T分别连接加载泵11油口P、油箱；溢流阀13用于控制加载泵P口的压力。

所述控制器15的控制端口I1~I4、O1~O6分别连接第一压力传感器5、转速传感器2、第二压力传感器7、第三压力传感器12、辅助泵4控制端口Y05、闭式泵6控制端口Y02a/Y02b、卷扬马达9控制端口Y03、第二换向阀803控制端口Y04、第三换向阀14控制端口Y06、加载泵11控制端口Y01；用于将转速传感器2、第一压力传感器5、第二压力传感器7及第三压力传感器12等传感器检测到的电信号转化为程序可识别的数据，并经过逻辑运算及判断控制，最终从控制端口O1~O6输出控制信号到相应控制端口。

实施例2

一种发动机防飞车安全控制方法，其控制逻辑流程如图2所示，包括以下步骤：

S100、判断发动机1实时转速n _实时 与油门转速n _油门 的转速差是否大于Δn，若n _实时 -n _油门 ≤Δn，卷扬正常执行下放动作；否则，进入控制策略I；

S200、判断加载泵11控制电流I _加载泵 是否小于加载泵11设定的最大电流I _加载max （即第一设定电流值），若I _加载泵 ＜ I _加载泵max ，返回步骤S100；否则，进入控制策略II；

S300、判断闭式泵6控制电流 I _闭式泵 是否大于闭式泵6设定的最小电流 I _闭式泵min （即第二设定电流值），若I _闭式泵 ＞ I _闭式泵min ，返回步骤S100；否则，进入控制策略III；

S400、判断卷扬马达9控制电流 I _马达 是否大于卷扬马达9设定的最小电流 I _马达min （即第三设定电流值），若I _马达 ＞ I _马达min ，返回步骤S100；否则，进入控制策略IV。

上述方法中，所述的控制策略I为，在一定加载压力P _加载泵 下，通过调节加载泵11控制电流I _加载泵 ，改变了加载泵11排量V _g加载泵 ，实现了对加载泵11输出扭矩T _加载泵 的调节，最终保证了发动机1与液压泵的扭矩平衡。

上述方法中，所述的控制策略II为，在一定的吊装质量下，通过调节闭式泵6控制电流I _闭式泵 ，改变了闭式泵6排量V _g闭式泵 ，实现了对闭式泵6输出扭矩T _闭式泵 的调节，最终保证了发动机1与液压泵的扭矩平衡。

上述方法中，所述的控制策略III为，在一定的吊装质量下，通过调节卷扬马达9控制电流I _马达 ，改变了卷扬马达9排量V _g马达 ，改变了闭式泵6的输出压力P _闭式泵 ，实现了对闭式泵6扭矩T _闭式泵 的调节，最终保证了发动机1与液压泵的扭矩平衡。

上述方法中，所述的控制策略IV为，通过控制防爆阀8的控制端口失电关闭防爆阀8，切断闭式泵6与卷扬马达9之间的油路，使卷扬马达9停止下放。

本发明所述的发动机1与液压泵的扭矩平衡即在施工过程中始终保证发动机1的摩擦扭矩T _{发动机摩擦扭矩} 不小于闭式泵6扭矩T _闭式泵 、辅助泵4扭矩T _辅助泵 与加载泵11扭矩T _加载泵 等三者扭矩之和。

所述的辅助泵4供油给液压系统中除卷扬之外的其它辅助动作。

所述的P _闭式泵 由第一压力传感器5检测得到，P _辅助泵 由第二压力传感器7检测得到，P _加载泵 由第三压力传感器12检测得到；

所述的闭式泵6控制电流I _闭式泵 与闭式泵6排量V _g闭式泵 的对应关系、辅助泵4控制电流I _辅助泵 与辅助泵4排量V _g辅助泵 的对应关系、加载泵11控制电流I _加载泵 与加载泵11排量V _g加载泵 的对应关系是预先测试得到，其关系曲线如图3所示。

所述的T _{发动机摩擦扭矩} 是将发动机1设定在特定转速与水温下测试得到，发动机在不同转速及水温下的摩擦扭矩如图4所示。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和技术原理的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的，这些修改和变更也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种发动机防飞车安全控制系统，其特征在于，包括：发动机、辅助泵、闭式泵、加载泵和卷扬马达；

所述发动机用于驱动辅助泵、闭式泵和加载泵，所述闭式泵的A口、B口通过防爆阀连接卷扬马达的A口、B口；

所述发动机的输出端安装有转速传感器，所述辅助泵的P口安装有第一压力传感器、所述闭式泵的A口安装有第二压力传感器、所述加载泵的P口安装有第三压力传感器；

所述转速传感器、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器分别与控制器电连接；

所述辅助泵的控制端、加载泵的控制端、闭式泵的控制端、防爆阀的控制端和卷扬马达的控制端分别与控制器电连接；

所述控制器将各传感器检测到的电信号转化为程序可识别的数据，经过逻辑运算及判断控制，输出控制信号至各控制端。

2.根据权利要求1所述的一种发动机防飞车安全控制系统，其特征在于，所述发动机通过分动箱分别与辅助泵、闭式泵和加载泵连接传动。

3.根据权利要求1所述的一种发动机防飞车安全控制系统，其特征在于，所述防爆阀包括逻辑控制阀、第一换向阀和第二换向阀；

所述逻辑控制阀，用于通断闭式泵A口与卷扬马达A口；

所述第二换向阀的控制端口与控制器电连接，根据控制信号切换第一换向阀与第二换向阀的方向，以通断逻辑控制阀。

4.根据权利要求1所述的一种发动机防飞车安全控制系统，其特征在于，所述辅助泵、闭式泵和加载泵均为电比例正控泵，所述卷扬马达为电比例变量马达，根据电流信号调节输出排量。

5.根据权利要求1所述的一种发动机防飞车安全控制系统，其特征在于，所述卷扬马达还连接减速机制动器，所述减速机制动器的先导油路上设有第三换向阀，所述第三换向阀的控制端口与控制器电连接。

6.根据权利要求1所述的一种发动机防飞车安全控制系统，其特征在于，所述加载泵的P口安装有溢流阀。

7.一种发动机防飞车安全控制方法，其特征在于，基于权利要求1~6任意一项所述的一种发动机防飞车安全控制系统，包括：

采集发动机输出端的实时转速，并与油门转速进行比较，当两者的差值大于设定值时，执行控制策略一，直至加载泵P口压力对应的控制电流小于第一设定电流值，同时发动机输出端的实时转速与油门转速的差值小于等于设定值。

8.根据权利要求7所述的一种发动机防飞车安全控制方法，其特征在于，所述的控制策略一为，在一定加载压力下，通过调节加载泵控制电流，改变加载泵排量，实现对加载泵输出扭矩的调节，使发动机与液压泵的扭矩平衡。

9.根据权利要求7所述的一种发动机防飞车安全控制方法，其特征在于，当加载泵P口压力对应的控制电流大于等于第一设定电流值时，执行控制策略二，直至闭式泵A口压力对应的控制电流大于第二电流设定值，同时发动机输出端的实时转速与油门转速的差值小于等于设定值。

10.根据权利要求9所述的一种发动机防飞车安全控制方法，其特征在于，所述的控制策略二为，在一定的吊装质量下，通过调节闭式泵控制电流，改变闭式泵排量，实现对闭式泵输出扭矩的调节，使发动机与液压泵的扭矩平衡。

11.根据权利要求9所述的一种发动机防飞车安全控制方法，其特征在于，当闭式泵A口压力对应的控制电流小于等于第二电流设定值时，执行控制策略三，直至卷扬马达的控制电流大于第三电流设定值，同时发动机输出端的实时转速与油门转速的差值小于等于设定值。

12.根据权利要求11所述的一种发动机防飞车安全控制方法，其特征在于，所述的控制策略三为，在一定的吊装质量下，通过调节卷扬马达控制电流，改变卷扬马达排量，改变闭式泵的输出压力，实现对闭式泵扭矩的调节，使发动机与液压泵的扭矩平衡。

13.根据权利要求11所述的一种发动机防飞车安全控制方法，其特征在于，当卷扬马达的控制电流小于等于第三电流设定值时，执行控制策略四，使卷扬停止下放。

14.根据权利要求13所述的一种发动机防飞车安全控制方法，其特征在于，所述的控制策略四为，通过控制防爆阀的控制端口失电关闭防爆阀，切断闭式泵与卷扬马达之间的油路，使卷扬马达停止下放。

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