CN116292524A - 悬臂式掘进机液压系统的功率流量控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种悬臂式掘进机液压系统的功率流量控制方法及系统，该方法在掘进作业过程中不限制单个泵的功率，可将电机的全部功率提供给单个系统使用，大大提高了单系统施工效率。并实时检测电机的工作电流并判断是否过载，在过载时基于过载电流值和额定电流值计算得到过载保护时间，当过载的持续时间达到过载保护时间时控制电机自动停机。同时，由于行走臂架系统和装载运输系统复合动作且同时高功率运行的情况具有频率低、时间短的特点，通过采取上述电机保护程序，既可以实现电机功率的最大化利用，又可以实现对电机的自动保护功能，尤其是在面对复杂地质环境时，可通过泵站电机短时过载来保证截割和出渣的速度，大大提高了整体施工效率。

Description

悬臂式掘进机液压系统的功率流量控制方法及系统
技术领域
本发明涉及悬臂式掘进机的控制技术领域，特别地，涉及一种悬臂式掘进机液压系统的功率流量控制方法及系统，另外，还涉及一种采用上述控制系统的悬臂式掘进机。
背景技术
目前，悬臂式掘进机的液压系统大多采用双联变量柱塞泵加负载敏感比例多路阀的控制模式，变量柱塞泵根据各执行元件的需求流量变排量输出系统所需流量，通过比例多路阀的阀芯开口大小控制各执行机构的流量，液压系统的功率则通过调节单个变量柱塞泵的恒功率阀来限制单泵的功率大小，以保证工作时液压系统的总功率不过载。但是，悬臂式掘进机的液压系统在工作时，两个变量柱塞泵同时达到最大功率的极限工况较少，并且电机特性是允许短时间过载的，所以悬臂式掘进机的液压系统在正常工作时并未对电机功率进行最大化利用，电机功率存在一定冗余设计。另外，在硬岩掘进出渣过程中极易出现由于瞬时堆料过多导致装载运输系统某一动作卡死的问题，一旦卡死则需要进行人工清渣，清渣难度较大，会浪费大量工作时间。
发明内容
本发明提供了一种悬臂式掘进机液压系统的功率流量控制方法及系统、悬臂式掘进机，以解决现有悬臂式掘进机的液压系统未对电机功率进行最大化利用，电机功率存在冗余设计的技术问题。
根据本发明的一个方面，提供一种悬臂式掘进机液压系统的功率流量控制方法，包括以下内容：
在掘进作业过程中不限制单个变量柱塞泵的功率，实时检测泵站电机的工作电流并判断泵站电机是否过载；
当泵站电机过载时，基于过载电流值和额定电流值计算泵站电机的过载保护时间；
判断泵站电机过载的持续时间是否达到过载保护时间，若达到则控制泵站电机自动停机。
进一步地，基于以下公式计算泵站电机的过载保护时间：
Figure BDA0004121783520000021
其中，t表示过载保护时间，Ia表示过载电流值，Ib表示额定电流值。
进一步地，当泵站电机过载的持续时间未达到过载保护时间时，还包括以下内容：
控制第一电比例多路阀中与行走系统和/或臂架系统对应连接的工作联的电流值减小，以降低行走系统和/或臂架系统的输入流量，并控制装载运输系统的输入流量保持不变。
进一步地，当行走系统与装载运输系统同时工作时，基于下式控制第一电比例多路阀中行走联的电流值：
Figure BDA0004121783520000022
其中，I行走表示第一电比例多路阀中行走联的电流值，c表示过载系数，P额表示泵站电机的额定输出功率，p2表示第二变量柱塞泵的出口压力，p1表示第一变量柱塞泵的出口压力，a行走和b行走表示计算第一电比例多路阀中行走联的输出流量时采用的两个常数，n表示第二电比例多路阀中同时工作的工作联数量，Ii表示第二电比例多路阀中工作的第i个工作联的电流值，ai和bi分别表示计算第i个工作联的输出流量时采用的两个常数。
进一步地，当臂架系统的截割臂升降油缸与装载运输系统同时工作时，基于下式控制第一电比例多路阀中截割举升联的电流值：
Figure BDA0004121783520000031
其中，I举升表示第一电比例多路阀中截割举升联的电流值，c表示过载系数，P额表示泵站电机的额定输出功率，p2表示第二变量柱塞泵的出口压力，p1表示第一变量柱塞泵的出口压力，a举升和b举升表示计算第一电比例多路阀中截割举升联的输出流量时采用的两个常数，n表示第二电比例多路阀中同时工作的工作联数量，Ii表示第二电比例多路阀中工作的第i个工作联的电流值，ai和bi分别表示计算第i个工作联的输出流量时采用的两个常数。
进一步地，当臂架系统的截割臂回转油缸与装载运输系统同时工作时，基于下式控制第一电比例多路阀中截割回转联的电流值：
Figure BDA0004121783520000032
其中，I回转表示第一电比例多路阀中截割回转联的电流值，c表示过载系数，P额表示泵站电机的额定输出功率，p2表示第二变量柱塞泵的出口压力，p1表示第一变量柱塞泵的出口压力，a回转和b回转表示计算第一电比例多路阀中截割回转联的输出流量时采用的两个常数，n表示第二电比例多路阀中同时工作的工作联数量，Ii表示第二电比例多路阀中工作的第i个工作联的电流值，ai和bi分别表示计算第i个工作联的输出流量时采用的两个常数。
进一步地，还包括以下内容：
实时检测装载运输系统中一运马达的压力，当检测到一运马达的压力值超过设定值时，控制第二电比例多路阀中装载马达联的电流值减小，以降低装载马达的输入流量。
进一步地，基于以下公式控制装载马达联的电流值大小：
Figure BDA0004121783520000041
其中，I装载表示第二电比例多路阀中装载马达联的电流值，P运输表示第二变量柱塞泵输出至装载马达和一运马达的功率之和，为定值，p一运表示一运马达的压力值，a装载和b装载表示计算第二电比例多路阀中装载马达联的输出流量时采用的两个常数，a一运和b一运表示计算第二电比例多路阀中一运马达联的输出流量时采用的两个常数，I一运表示第二电比例多路阀中一运马达联的电流值。
另外，本发明还提供一种悬臂式掘进机液压系统的功率流量控制系统，采用如上所述的功率流量控制方法，包括：
电流采集模块，用于在掘进作业过程中实时检测泵站电机的工作电流并判断泵站电机是否过载；
过载保护时间计算模块，用于在泵站电机过载时基于过载电流值和额定电流值计算泵站电机的过载保护时间；
停机控制模块，用于判断泵站电机过载的持续时间是否达到过载保护时间，若达到则控制泵站电机自动停机。
另外，本发明还提供一种悬臂式掘进机，采用如上所述的功率流量控制系统。
本发明具有以下效果：
本发明的悬臂式掘进机液压系统的功率流量控制方法，在掘进作业过程中不限制单个变量柱塞泵的功率，当行走系统、臂架系统和装载运输系统中任一者实现单个系统功能时，可将泵站电机的全部功率提供给单个系统使用，使得单个系统能以最高效率工作，大大提高了单系统的施工效率。并且，在掘进作业过程中实时检测泵站电机的工作电流并判断泵站电机是否过载，当泵站电机过载时，基于过载电流值和额定电流值计算泵站电机的过载保护时间，可以在不同过载量下准确计算得到泵站电机的过载保护时长，只有在泵站电机过载的持续时间达到过载保护时间时才控制泵站电机自动停机。同时，悬臂式掘进机液压系统中的行走臂架系统和装载运输系统复合动作且同时高功率运行的情况具有频率低、时间短的特点，通过采取上述电机保护程序，既可以实现电机功率的最大化利用，又可以实现对电机的自动保护功能，尤其是在面对复杂地质环境时，可通过泵站电机短时过载来保证截割和出渣的速度，大大提高了整体施工效率。
另外，本发明的悬臂式掘进机液压系统的功率流量控制系统、悬臂式掘进机同样具有上述优点。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明的悬臂式掘进机液压系统的原理示意图。
图2是本发明优选实施例的悬臂式掘进机液压系统的功率流量控制方法的流程示意图。
图3是本发明优选实施例的泵站电机的过载量与过载保护时间之间的关系曲线示意图。
图4是本发明优选实施例中电比例多路阀的电流与输出流量之间的特性曲线示意图。
图5是本发明另一实施例的悬臂式掘进机液压系统的功率流量控制方法的流程示意图。
图6是本发明另一实施例的悬臂式掘进机液压系统的功率流量控制系统的模块结构示意图。
附图标记说明
1、泵站电机；2、第一变量柱塞泵；3、第二变量柱塞泵；4、第一电比例多路阀；5、第二电比例多路阀；6、行走马达；7、截割臂升降油缸；8、截割臂回转油缸；9、装载马达；10、一运马达；11、二运马达；12、压力传感器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
可以理解，如图1所示，本发明采用的悬臂式掘进机液压系统具体包括泵站电机1、第一变量柱塞泵2、第二变量柱塞泵3、第一电比例多路阀4、第二电比例多路阀5、行走马达6、截割臂升降油缸7、截割臂回转油缸8、装载马达9、一运马达10、二运马达11，其中，行走马达6是行走系统的执行机构，截割臂升降油缸7、截割臂回转油缸8是臂架系统的执行机构，行走系统和臂架系统构成行走臂架系统，装载马达9、一运马达10、二运马达11是装载运输系统的执行机构。泵站电机1通过串联的方式驱动第一变量柱塞泵2和第二变量柱塞泵3，第一变量柱塞泵2与第一电比例多路阀4连接，第一电比例多路阀4的首联LS口与第一变量柱塞泵2的LS口连接，第一电比例多路阀4分别与行走马达6、截割臂升降油缸7、截割臂回转油缸8连接，即第一电比例多路阀4的工作联包括行走联、截割举升联和截割回转联。第二变量柱塞泵3与第二电比例多路阀5连接，第二电比例多路阀5的首联LS口与第二变量柱塞泵3的LS口连接，第二电比例多路阀5分别与装载马达9、一运马达10、二运马达11连接，即第二电比例多路阀5的工作联包括装载马达联、一运马达联、二运马达联。行走马达6、截割臂升降油缸7、截割臂回转油缸8、装载马达9、一运马达10的进出油口均设置有压力传感器12，而二运马达11仅在进油口设置有压力传感器12，因为二运马达11仅进行单向动作，而行走马达6、截割臂升降油缸7、截割臂回转油缸8、装载马达9、一运马达10可执行双向动作。其中，行走马达6、截割臂升降油缸7、截割臂回转油缸8的输入流量可通过电控手柄改变第一电比例多路阀4中对应工作联阀比例电磁铁的输出电流进行控制，也可以通过程序限制最大输出电流。装载马达9、一运马达10、二运马达11动作开启后则以固定流量工作，在防卡工况时可通过程序控制输出电流，控制马达的转速。
可以理解，如图2所示，本发明的优选实施例提供一种悬臂式掘进机液压系统的功率流量控制方法，包括以下内容：
步骤S1：在掘进作业过程中不限制单个变量柱塞泵的功率，实时检测泵站电机的工作电流并判断泵站电机是否过载；
步骤S2：当泵站电机过载时，基于过载电流值和额定电流值计算泵站电机的过载保护时间；
步骤S3：判断泵站电机过载的持续时间是否达到过载保护时间，若达到则控制泵站电机自动停机。
可以理解，本实施例的悬臂式掘进机液压系统的功率流量控制方法，在掘进作业过程中不限制单个变量柱塞泵的功率，当行走系统、臂架系统和装载运输系统中任一者实现单个系统功能时，可将泵站电机的全部功率提供给单个系统使用，使得单个系统能以最高效率工作，大大提高了单系统的施工效率。并且，在掘进作业过程中实时检测泵站电机的工作电流并判断泵站电机是否过载，当泵站电机过载时，基于过载电流值和额定电流值计算泵站电机的过载保护时间，可以在不同过载量下准确计算得到泵站电机的过载保护时长，只有在泵站电机过载的持续时间达到过载保护时间时才控制泵站电机自动停机。同时，悬臂式掘进机液压系统中的行走臂架系统和装载运输系统复合动作且同时高功率运行的情况具有频率低、时间短的特点，通过采取上述电机保护程序，既可以实现电机功率的最大化利用，又可以实现对电机的自动保护功能，尤其是在面对复杂地质环境时，可通过泵站电机短时过载来保证截割和出渣的速度，大大提高了整体施工效率。
可以理解，在所述步骤S1中，在掘进作业过程中不限制单个变量柱塞泵的功率，每个变量柱塞泵可以为其驱动的系统提供更高的输出功率，当行走系统、臂架系统和装载运输系统中任一者实现单个系统功能时，可将泵站电机的全部功率提供给单个系统使用，使得单个系统能以最高效率工作，大大提高了单个系统的施工效率。另外，具体通过在泵站电机上安装电流传感器来实时检测泵站电机的工作电流，当泵站电机的实时工作电流大于其额定工作电流，则判定泵站电机过载。
可以理解，在所述步骤S2中，当判断出泵站电机过载时，启动电机过载保护程序，基于过载电流值和额定电流值计算泵站电机的过载保护时间，具体的计算公式为：
Figure BDA0004121783520000081
其中，t表示泵站电机的过载保护时间，Ia表示泵站电机的过载电流值，Ib表示泵站电机的额定电流值。
可以理解，当电机的工作电流持续大于额定电流时，电机的动作时间会与工作电流成反比，但是目前尚未明确得到电机的动作时间与工作电流之间的具体函数关系，故而无法准确地计算电机的过载保护时间。本申请发明人经过研究发现，电机的不同过载量与对应的停机时间之间的关系如表1所示。
表1、电机的过载状态与对应停机时间的关系
Ia/Ib 过载状态 动作
1.05 轻微过载 若持续大于1.05，则120分钟内停机
1.2 中度过载 若持续大于1.2，则20分钟内停机
1.5 严重过载 若持续大于1.5，则3分钟内停机
6 堵转 若持续大于6，则15秒内停机
本申请发明人根据表1通过matlab拟合出过载量Ia/Ib与过载保护时间t的关系曲线，具体如图3所示，并根据关系曲线获得函数关系式：
Figure BDA0004121783520000082
可以理解，在所述步骤S3中，当泵站电机过载的持续时间达到过载保护时间时，则控制泵站电机自动停机，保障了电机的安全性。
可以理解，本发明通过长时间研究获得电机的过载量与对应停机时间的关系，拟合得到过载量与过载保护时间之间的函数关系式，从而可以准确计算得到电机在不同过载量下所对应的过载保护时间，在实现电机功率最大化利用的情况下，保证了电机的安全使用。
可选地，在所述步骤S3中，当泵站电机过载的持续时间未达到过载保护时间时，还包括以下内容：
控制第一电比例多路阀中与行走系统和/或臂架系统对应连接的工作联的电流值减小，以降低行走系统和/或臂架系统的输入流量，并控制装载运输系统的输入流量保持不变。
可以理解，当泵站电机过载的持续时间未达到过载保护时间时，可通过对电机功率进行合理分配，使得泵站电机的过载状态切换至轻微过载甚至不过载，从而避免经常过载停机。尤其是在行走臂架系统和装载运输系统复合动作且同时高功率运行时，极易出现电机频繁过载停机的问题。
另外，电比例多路阀的单联输出流量与输入电流之间具有近似的线性比例关系，因此，本发明根据电比例多路阀的电流与输出流量特性曲线，具体如图4所示，在电磁铁工作电流范围内，将每个工作联的输出流量和其电流近似拟合成如下关系式：Q＝aI+b，其中，Q表示单联阀的输出流量，I表示单联阀电磁铁的输出电流，a和b为常数，具体取值可根据不同阀芯对应流量计算得到，电比例多路阀中不同的工作联所对应的常数a和b的取值不同。而泵的输出功率P＝Q总*p，Q总表示泵的输出总流量，p表示泵的出口工作压力，
Figure BDA0004121783520000091
n表示复合动作时泵控制的执行机构的数量。
因此，第一变量柱塞泵的实时功率可表示为：
Figure BDA0004121783520000092
P1表示第一变量柱塞泵的输出功率，p1表示第一变量柱塞泵的泵出口压力，具体取安装在行走马达、截割臂升降油缸和截割臂回转油缸处的压力传感器中的最大压力值，Ij表示第一电比例多路阀中工作的第j个工作联的电流值，aj和bj分别表示计算第j个工作联的输出流量时采用的两个常数，m表示第一电比例多路阀中同时工作的工作联数量。
而第二变量柱塞泵的实时功率可表示为：
Figure BDA0004121783520000093
P2表示第二变量柱塞泵的输出功率，p2表示第二变量柱塞泵的泵出口压力，具体取安装在装载马达、一运马达和二运马达处的压力传感器中的最大压力值，Ii表示第二电比例多路阀中工作的第i个工作联的电流值，ai和bi分别表示计算第i个工作联的输出流量时采用的两个常数，n表示第二电比例多路阀中同时工作的工作联数量。
则泵站电机的实时总功率为：P总＝P1+P2。
因此，当某一执行机构的负载压力升高，则会造成整机功率的增大。而一旦发生电机过载时则需优先保证装载运输系统中各马达的流量和功率，否则一旦装载运输系统出现降速，则容易出现堆料卡死的情况。因此，本发明在泵站电机过载，且过载的持续时间未达到过载保护时间时，控制第一电比例多路阀中与行走系统和/或臂架系统对应连接的工作联的电流值减小，以降低行走系统和/或臂架系统的输入流量，并控制装载运输系统的输入流量保持不变，从而使得液压系统的总流量减小，进而降低泵站电机的输出功率。待泵站电机的输出功率恢复到额定功率以内后再将第一电比例多路阀驱动的各动作恢复正常。
可以理解，作为另一种选择，在计算泵站电机的实时总功率时，也可以通过在各马达上安装转速传感器和在各油缸上安装位移传感器来检测马达转速数据和油缸位移数据，从而可以将马达转速数据和油缸位移数据转换为各动作的实时流量，再与各马达和各油缸上安装的压力传感器检测的压力数据进行计算即可得到泵站电机的实时功率。
另外，作为优选的，本发明考虑到行走系统和臂架系统同时动作的工况极少，为了提高功率分配控制的响应速度，故将行走系统和臂架系统的动作分解为单个动作先后执行，即程序设定行走和臂架只能单独动作。具体地，当行走系统与装载运输系统同时工作时，行走系统所消耗的功率为P行走＝cP额-P2，而
Figure BDA0004121783520000101
因此基于下式控制第一电比例多路阀中行走联的电流值：
Figure BDA0004121783520000102
其中，I行走表示第一电比例多路阀中行走联的电流值，c表示过载系数，可根据不同工况进行参数设定，P额表示泵站电机的额定输出功率，p2表示第二变量柱塞泵的出口压力，p1表示第一变量柱塞泵的出口压力，a行走和b行走表示计算第一电比例多路阀中行走联的输出流量时采用的两个常数，n表示第二电比例多路阀中同时工作的工作联数量，Ii表示第二电比例多路阀中工作的第i个工作联的电流值，ai和bi分别表示计算第i个工作联的输出流量时采用的两个常数。
而当臂架系统的截割臂升降油缸与装载运输系统同时工作时，截割臂升降油缸所消耗的功率为：P升降＝cP额-P2，因此，基于下式控制第一电比例多路阀中截割举升联的电流值：
Figure BDA0004121783520000111
其中，I举升表示第一电比例多路阀中截割举升联的电流值，c表示过载系数，P额表示泵站电机的额定输出功率，p2表示第二变量柱塞泵的出口压力，p1表示第一变量柱塞泵的出口压力，a举升和b举升表示计算第一电比例多路阀中截割举升联的输出流量时采用的两个常数，n表示第二电比例多路阀中同时工作的工作联数量，Ii表示第二电比例多路阀中工作的第i个工作联的电流值，ai和bi分别表示计算第i个工作联的输出流量时采用的两个常数。
当臂架系统的截割臂回转油缸与装载运输系统同时工作时，截割臂回转油缸所消耗的功率为：P回转＝cP额-P2，基于下式控制第一电比例多路阀中截割回转联的电流值：
Figure BDA0004121783520000112
其中，I回转表示第一电比例多路阀中截割回转联的电流值，c表示过载系数，P额表示泵站电机的额定输出功率，p2表示第二变量柱塞泵的出口压力，p1表示第一变量柱塞泵的出口压力，a回转和b回转表示计算第一电比例多路阀中截割回转联的输出流量时采用的两个常数，n表示第二电比例多路阀中同时工作的工作联数量，Ii表示第二电比例多路阀中工作的第i个工作联的电流值，ai和bi分别表示计算第i个工作联的输出流量时采用的两个常数。
可以理解，本发明为了防止复合动作时电机频繁过载停机，通过对电机过载状态的各动作流量进行分配和调节，通过系统设定的电机在过载状态下的自动调节行走、臂架等动作的流量算法控制程序，可以实现整机流量和功率的自动分配，提高工作效率。
可选地，如图5所示，所述功率流量控制方法还包括以下内容：
步骤S4：实时检测装载运输系统中一运马达的压力，当检测到一运马达的压力值超过设定值时，控制第二电比例多路阀中装载马达联的电流值减小，以降低装载马达的输入流量。
可以理解，悬臂式掘进机的液压系统在硬岩掘进出渣过程中，装载运输系统很容易出现堆料过多卡死的问题。因此，本发明通过实时检测一运马达的动作压力，若检测到一运马达的压力升高并超过设定值时，则自动调整第二电比例多路阀中装载马达联的电流值减小，以降低装载马达的转速，减少了装载运输系统的来料量，避免了一运马达处堆料过多导致卡死的问题，实现防卡死功能，省去了堆料卡死后人工清渣的时间，提升了工作效率，提高了悬臂式掘进机在硬岩掘进工况的适用性。
其中，具体基于以下公式控制装载马达联的电流值大小：
Figure BDA0004121783520000121
其中，I装载表示第二电比例多路阀中装载马达联的电流值，P运输表示第二变量柱塞泵输出至装载马达和一运马达的功率之和，为定值，p一运表示一运马达的压力值，a装载和b装载表示计算第二电比例多路阀中装载马达联的输出流量时采用的两个常数，a一运和b一运表示计算第二电比例多路阀中一运马达联的输出流量时采用的两个常数，I一运表示第二电比例多路阀中一运马达联的电流值。
可以理解，在电机过载时需要优先保证装载运输系统中各马达的流量和功率，而二运马达在工作过程中的流量和功率保持不变，故定义P运输为装载马达和一运马达所消耗的功率之和，设定为定值，具体取值可根据不同施工工况进行参数设定，P运输＝P装载+P一运，P装载表示装载马达消耗的功率，P一运表示一运马达消耗的功率。因此，P运输＝p2*[Q装载+Q一运]，而此时一运马达处的压力最大，故p2＝p一运，而Q装载＝a装载I装载+b装载、Q一运＝a一运I一运+b一运，则P运输＝p一运*[(a装载I装载+b装载)+(a一运I一运+b一运)]，从而可以得到：
Figure BDA0004121783520000131
可以理解，当检测到一运马达的压力小于等于设定值时，则控制装载马达联的电流值恢复正常，从而使得装载马达恢复正常速度运行。
另外，如图6所示，本发明的另一实施例还提供一种悬臂式掘进机液压系统的功率流量控制系统，优选采用如上所述的功率流量控制方法，该系统包括：
电流采集模块，用于在掘进作业过程中实时检测泵站电机的工作电流并判断泵站电机是否过载；
过载保护时间计算模块，用于在泵站电机过载时基于过载电流值和额定电流值计算泵站电机的过载保护时间；
停机控制模块，用于判断泵站电机过载的持续时间是否达到过载保护时间，若达到则控制泵站电机自动停机。
可以理解，本实施例的悬臂式掘进机液压系统的功率流量控制系统，在掘进作业过程中不限制单个变量柱塞泵的功率，当行走系统、臂架系统和装载运输系统中任一者实现单个系统功能时，可将泵站电机的全部功率提供给单个系统使用，使得单个系统能以最高效率工作，大大提高了单系统的施工效率。并且，在掘进作业过程中实时检测泵站电机的工作电流并判断泵站电机是否过载，当泵站电机过载时，基于过载电流值和额定电流值计算泵站电机的过载保护时间，可以在不同过载量下准确计算得到泵站电机的过载保护时长，只有在泵站电机过载的持续时间达到过载保护时间时才控制泵站电机自动停机。同时，悬臂式掘进机液压系统中的行走臂架系统和装载运输系统复合动作且同时高功率运行的情况具有频率低、时间短的特点，通过采取上述电机保护程序，既可以实现电机功率的最大化利用，又可以实现对电机的自动保护功能，尤其是在面对复杂地质环境时，可通过泵站电机短时过载来保证截割和出渣的速度，大大提高了整体施工效率。
另外，所述功率流量控制系统还包括：
防卡死控制模块，用于实时检测装载运输系统中一运马达的压力，当检测到一运马达的压力值超过设定值时，控制第二电比例多路阀中装载马达联的电流值减小，以降低装载马达的输入流量。
另外，本发明的另一实施例还提供一种悬臂式掘进机，优选采用如上所述的功率流量控制系统。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种悬臂式掘进机液压系统的功率流量控制方法，其特征在于，包括以下内容：
在掘进作业过程中不限制单个变量柱塞泵的功率，实时检测泵站电机的工作电流并判断泵站电机是否过载；
当泵站电机过载时，基于过载电流值和额定电流值计算泵站电机的过载保护时间；
判断泵站电机过载的持续时间是否达到过载保护时间，若达到则控制泵站电机自动停机。
2.如权利要求1所述的悬臂式掘进机液压系统的功率流量控制方法，其特征在于，基于以下公式计算泵站电机的过载保护时间：
Figure FDA0004121783510000011
其中，t表示过载保护时间，Ia表示过载电流值，Ib表示额定电流值。
3.如权利要求1所述的悬臂式掘进机液压系统的功率流量控制方法，其特征在于，当泵站电机过载的持续时间未达到过载保护时间时，还包括以下内容：
控制第一电比例多路阀中与行走系统和/或臂架系统对应连接的工作联的电流值减小，以降低行走系统和/或臂架系统的输入流量，并控制装载运输系统的输入流量保持不变。
4.如权利要求3所述的悬臂式掘进机液压系统的功率流量控制方法，其特征在于，当行走系统与装载运输系统同时工作时，基于下式控制第一电比例多路阀中行走联的电流值：
Figure FDA0004121783510000012
其中，I行走表示第一电比例多路阀中行走联的电流值，c表示过载系数，P额表示泵站电机的额定输出功率，p2表示第二变量柱塞泵的出口压力，p1表示第一变量柱塞泵的出口压力，a行走和b行走表示计算第一电比例多路阀中行走联的输出流量时采用的两个常数，n表示第二电比例多路阀中同时工作的工作联数量，Ii表示第二电比例多路阀中工作的第i个工作联的电流值，ai和bi分别表示计算第i个工作联的输出流量时采用的两个常数。
5.如权利要求3所述的悬臂式掘进机液压系统的功率流量控制方法，其特征在于，当臂架系统的截割臂升降油缸与装载运输系统同时工作时，基于下式控制第一电比例多路阀中截割举升联的电流值：
Figure FDA0004121783510000021
其中，I举升表示第一电比例多路阀中截割举升联的电流值，c表示过载系数，P额表示泵站电机的额定输出功率，p2表示第二变量柱塞泵的出口压力，p1表示第一变量柱塞泵的出口压力，a举升和b举升表示计算第一电比例多路阀中截割举升联的输出流量时采用的两个常数，n表示第二电比例多路阀中同时工作的工作联数量，Ii表示第二电比例多路阀中工作的第i个工作联的电流值，ai和bi分别表示计算第i个工作联的输出流量时采用的两个常数。
6.如权利要求3所述的悬臂式掘进机液压系统的功率流量控制方法，其特征在于，当臂架系统的截割臂回转油缸与装载运输系统同时工作时，基于下式控制第一电比例多路阀中截割回转联的电流值：
Figure FDA0004121783510000022
其中，I回转表示第一电比例多路阀中截割回转联的电流值，c表示过载系数，P额表示泵站电机的额定输出功率，p2表示第二变量柱塞泵的出口压力，p1表示第一变量柱塞泵的出口压力，a回转和b回转表示计算第一电比例多路阀中截割回转联的输出流量时采用的两个常数，n表示第二电比例多路阀中同时工作的工作联数量，Ii表示第二电比例多路阀中工作的第i个工作联的电流值，ai和bi分别表示计算第i个工作联的输出流量时采用的两个常数。
7.如权利要求1所述的悬臂式掘进机液压系统的功率流量控制方法，其特征在于，还包括以下内容：
实时检测装载运输系统中一运马达的压力，当检测到一运马达的压力值超过设定值时，控制第二电比例多路阀中装载马达联的电流值减小，以降低装载马达的输入流量。
8.如权利要求7所述的悬臂式掘进机液压系统的功率流量控制方法，其特征在于，基于以下公式控制装载马达联的电流值大小：
Figure FDA0004121783510000031
其中，I装载表示第二电比例多路阀中装载马达联的电流值，P运输表示第二变量柱塞泵输出至装载马达和一运马达的功率之和，为定值，p一运表示一运马达的压力值，a装载和b装载表示计算第二电比例多路阀中装载马达联的输出流量时采用的两个常数，a一运和b一运表示计算第二电比例多路阀中一运马达联的输出流量时采用的两个常数，I一运表示第二电比例多路阀中一运马达联的电流值。
9.一种悬臂式掘进机液压系统的功率流量控制系统，采用如权利要求1～8任一项所述的功率流量控制方法，其特征在于，包括：
电流采集模块，用于在掘进作业过程中实时检测泵站电机的工作电流并判断泵站电机是否过载；
过载保护时间计算模块，用于在泵站电机过载时基于过载电流值和额定电流值计算泵站电机的过载保护时间；
停机控制模块，用于判断泵站电机过载的持续时间是否达到过载保护时间，若达到则控制泵站电机自动停机。
10.一种悬臂式掘进机，其特征在于，采用如权利要求9所述的功率流量控制系统。
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