CN1558048A - 全液压推土机极限负荷调节方法及装置 - Google Patents
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一种全液压推土机的极限负荷调节方法及装置，其特征在于它是通过将与油门操纵杆相接的油门位置传感器、与发动机相连的发动机转速传感器、与行走马达相连的马达转速传感器和马达电比例阀与MC微控器连接，同时发动机与变量油泵刚性连接，变量油泵通过电比例阀与MC微控器连接，然后MC微控器根据油门位置传感器和转速传感器传递的电信号计算工况时发动机和马达实际转速与对应油门开度下设定转速的差值，经数据处理和PID运算后，调节变量油泵电比例阀和马达电比例阀电流，使发动机转速保持在恒定的值上。本发明可保证全液压推土机发动机工作在最佳转速范围内，其转速波动小，控制动作准确、到位，不会产生信号滞后现象，同时提高系统的响应速度。
Description
技术领域：
本发明涉及建设机械领域，具体涉及一种全液压推土机的极限负荷调节方法及由该方法所设计的装置。
背景技术：
目前国内已开发的TQ230、TQ230A全液压推土机油门极限负荷调节采用固定最小排量控制方法。推土机作业时，转速传感器将发动机在某一油门位置的转速数据传给PLC控制器，由PLC控制器将该数据与该发动机在相同油门位置时的空载转速(已预存入PLC)进行比较，得出相应的转速差值。当该差值超过最大设定值时，PLC控制器发出指令，将控制变量油泵排量的比例减压阀输入某一压力值，从而使变量泵的排量降低到设定的最小排量，此时，变量油泵吸收扭矩降低，发动机负载随之减少，使发动机转速回升，这样以使发动机工作在某一转速范围内。这种全液压推土机存在以下缺陷：①由于设定的最小排量值为一固定值，而推土机的负载变化范围大、负载变化剧烈，导致控制系统误差大，系统不能跟踪负载的变化，从而使发动机转速波动范围大，最大时达800rpm，造成了功率损失；②由于当转速差超过最大设定值时，变量泵的排量降低到设定的最小排量，使推土机出现时走时停的现象，车速波动大，导致作业效率下降，传动系统负荷增加；③由于变量泵的控制方式采用液控方式，控制执行元件为电比例减压阀，其液控信号传递由电比例减压阀、手动比例减压阀(行驶手柄)、液控比例伺服阀、变量泵斜盘定位油缸，最后使变量泵斜盘产生动作。各元件容积效应的累计会导致信号滞后，使得调节性能变差，机器在大负荷作业时会出现系统震荡或履带行走停顿现象；④随着使用时间的增加，泵、马达的泄漏量会有所增加、发动机的输出功率会有所下降，最小排量值将不能满足推土机正常作业要求。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是怎样保证全液压推土机发动机工作在最佳转速范围内，其转速波动小，同时提高系统的响应速度。
本发明的技术问题是通过下面的技术方案解决的。其特征在于它是通过将与油门操纵杆相接的油门位置传感器、与发动机相连的发动机转速传感器、与行走马达相连的马达转速传感器和马达电比例阀与MC微控器连接，同时发动机与变量油泵刚性连接，变量油泵通过电比例阀与MC微控器连接，然后MC微控器根据油门位置传感器和转速传感器传递的电信号计算工况时发动机和马达实际转速与对应油门开度下设定转速的差值，经数据处理和PID运算后，调节变量油泵电比例阀和马达电比例阀电流，使发动机转速保持在恒定的值上。本发明装置包括行驶手炳、发动机、行走马达、油门操纵杆，其特征在于油门操纵杆与油门位置传感器相接，发动机与发动机转速传感器相连，同时与变量油泵刚性连接，行走马达与马达转速传感器相接，同时与马达电比例阀和变量油泵相接，所述行驶手炳、油门位置传感器、发动机转速传感器、马达转速传感器、马达电比例阀均与MC微控器连接，变量油泵通过电比例阀亦与MC微控器连接。
本发明通过采用微控器与各元器件相连，同时发动机与变量油泵刚性连接，可使全液压推土机发动机转速波动范围控制在350rpm内，转速波动小，消除了由控制系统滞后带来的误差大、调节响应速度慢等不利影响，提高了系统响应速度；变量泵采用电控方式，可减少控制元器件数量，控制动作准确、到位，不会产生信号滞后现象，微控器采用PID控制算法，可提高控制精度，调节品质得到很大改善，系统无震荡，履带行走不会出现停顿现象。另外，本发明调整简单，参数一经设定则无须调整，非常方便。
附图说明：
图1为本发明装置示意图；
图2为全液压推土机发动机外特性图；
图3为本发明调节方法步骤框图。
具体实施方式：
本发明是根据目前现有技术所存在的问题而进行的构思。它是通过将与油门操纵杆相接的油门位置传感器、与发动机相连的发动机转速传感器、与行走马达相连的马达转速传感器和马达电比例阀与MC微控器连接，同时发动机与变量油泵刚性连接，变量油泵通过电比例阀与MC微控器连接，然后由MC微控器根据油门位置传感器和转速传感器传递的电信号计算工况时发动机和马达实际转速与对应油门开度下设定转速的差值，经数据处理和PID运算后，调节变量油泵电比例阀和马达电比例阀电流，使发动机转速保持在恒定的值上。油门位置由操作者视作业环境、作业强度等因素而定，一般在机器起步之前设定好。发动机当前的最大输出功率由发动机供油量确定，则油门位置表征发动机当前的最大输出功率，而实际输出功率的大小由负载(油泵吸入功率)而定，当负载功率大于发动机当前最大功率时，发动机转速会急剧下降，如果转速下降越过其最大扭矩点时，发动机转速将不能维持，直至熄火。极限负载调节的目的就是要控制负载功率在发动机当前的最大输出功率以内(给定油门下的允许功率)，同时使发动机工作在允许功率下的极限状态，充分利用发动机功率。
本发明根据上述方法设计了一控制装置，如图1所示，它包括行驶手炳1、发动机11、行走马达7和油门操纵杆12，其特征在于油门操纵杆12与油门位置传感器13相接，通过该传感器可检测到不同的油门位置；发动机11与发动机转速传感器10相连，可检测发动机11转速，同时与变量油泵9刚性连接，行走马达7与马达转速传感器6相接，可检测行走马达7之转速，行走马达7与马达电比例阀5相接，同时通过高压油管8与变量油泵9相接：所述行驶手炳1、油门位置传感器13、发动机转速传感器10、马达转速传感器6、马达电比例阀5均与MC微控器2连接，变量油泵9通过变量油泵电比例阀3亦与MC微控器2连接。
如图所示，发动机11和变量油泵9刚性联接在一起，变量油泵9输出的高压油液经高压油管8使行走马达7旋转输出动力，输出的动力经减速后传给履带4。操作油门操纵杆12，会同时拉动油门位置传感器13产生电信号传给MC微控器2。当推土机在铲掘工况遇到大负荷时，行走马达7的负载扭矩会增加。由液压传动原理可知：
q＝V·n·ηv …………………………………(1)
T＝k1·V·p …………………………………(2)
P＝k2·n·T＝k3·V·n·p＝k4·p·q…… ……(3)
式中：P-泵、马达输出功率 n-泵、马达转速 T-泵、马达扭矩
k1，k2，k3，k4-常数 p-系统(管路)压力 q-流量
V-泵、马达排量 ηv-马达容积效率
由式(3)可知：在系统流量q、马达转速n(车速)不变的情况下，泵、马达的排量V也会保持不变，由于负荷扭矩T的增加，就会增加马达的输出功率，同时，高压油管8内的压力p也会升高。由于静压传动的机械特性较硬，使得变量油泵9的负载扭矩增加。当发动机11和变量油泵9直接联接在一起时，油泵负载扭矩的增加会导致发动机11飞轮扭矩增加。
图2展示了发动机11外特性曲线，如图所示，发动机11飞轮扭矩的增加会引起发动机11转速的下降(掉速)，当发动机11转速下降至1300rpm(最大扭矩点)时，发动机11输出扭矩开始下降，此时发动机11转速急剧下降直至熄火，为了防止发动机11熄火和充分利用发动机11功率，只有及时减小变量油泵9的排量V，以减小发动机的负荷。从图2可以看出，只有当发动机工作在(1600，1900)区段时即可兼顾发动机11输出功率与扭矩均在较大状态。
此时，MC微控器2根据油门位置传感器13传来的油门位置信号，将其转换成与当前油门位置相对应的发动机空载转速(设定值)，再根据由发动机转速传感器10检测到的当前发动机实际转速(发动机11在给定油门下，其转速的变化反映了发动机11的输出功率或负载功率的变化，当前发动机11实际转速表征发动机11当前的输出功率或负载功率)计算出此时实际转速与对应油门开度下的设定转速的差值，将此差值经数据处理和PID运算后，调节与变量油泵9相连的变量油泵比例阀3和与行走马达7相连的马达电比例阀5电流，以减小变量油泵9的排量而使其的吸入扭矩减小，同时相应调节行走液压系统的的压力，减小行走马达7的排量，发动机11转速回升；反之亦然。
本发明工作过程：
如图3所示，本发明具体实施时首先检查发动机11转速n和油门位置Wp，然后查看预存在MC微控器2内空载时的Wp-n。曲线得出与之对应的空载转速n0，计算Δn＝n0-n。当Δn≥300rpm时，MC微控器2对Δn进行PID运算，得出变量油泵9和行走马达7的排量校正量δ1和δ2，然后对变量油泵电比例阀3和行走马达电比例阀5发出变化的指令，其调节电流分别为Ip泵＝Ip泵-Kpδ1，Ip马达＝Ip马达-Kmδ2(式中Kp、Km为变量油泵、行走马达排量与比例阀控制电流的转换系数)；当Δn＜300rpm时，MC微控器2对Δn进行PID运算，得出变量油泵9和行走马达7的排量校正量δ3和δ4，然后对变量油泵电比例阀3和行走马达电比例阀5发出变化的指令，其调节电流分别为Ip泵＝Ip泵+Kpδ3，Ip马达＝Ip马达+Kmδ4。这样，由MC微控器2所得到的油门位置信号和对应的发动机转速信号，然后经过PID运算后调节与发动机11和行走马达7相连的变量油泵电比例阀3和马达电比例阀5电流，以改变变量油泵9和行走马达7的排量，可使发动机11稳定工作在所需要的最佳转速范围内，且转速波动较小，从而实现了本发明的设计目的。
Claims (2)
1、一种全液压推土机的极限负荷调节方法，其特征在于它是通过将与油门操纵杆相接的油门位置传感器、与发动机相连的发动机转速传感器、与行走马达相连的马达转速传感器和马达电比例阀与MC微控器连接，同时发动机与变量油泵刚性连接，变量油泵通过电比例阀与MC微控器连接，然后MC微控器根据油门位置传感器和转速传感器传递的电信号计算工况时发动机和马达实际转速与对应油门开度下设定转速的差值，经数据处理和PID运算后，调节变量油泵电比例阀和马达电比例阀电流，使发动机转速保持在恒定的值上。
2、一种全液压推土机的极限负荷调节装置，包括行驶手炳、发动机、行走马达、油门操纵杆，其特征在于油门操纵杆与油门位置传感器相接，发动机与发动机转速传感器相连，同时与变量油泵刚性连接，行走马达与马达转速传感器相接，同时与马达电比例阀和变量油泵相接，所述行驶手炳、油门位置传感器、发动机转速传感器、马达转速传感器、马达电比例阀均与MC微控器连接，变量油泵通过电比例阀亦与MC微控器连接。
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