CN205012398U - 一种液压挖掘机功率保护控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种液压挖掘机功率保护控制装置，操作杆接收驾驶员指令并反馈电信号至液压泵流量指令生成器，由液压泵流量指令生成器生成挖掘机上各液压泵的流量指令，压力传感器测量各液压泵的出口压力，发送至液压泵功率限制器得到各个液压泵的功率需求，转速传感器检测发动机实时转速，发送至发动机功率计算器，计算得到发动机功率并输出液压泵功率限制器，液压泵功率限制器以液压泵最大可用功率限制各个液压泵的功率需求，液压泵流量限制器根据限制后的功率需求驱动各个液压泵。本实用新型提高了液压泵-发动机的功率匹配程度、工作装置的作业效率和液压挖掘机的节能性，使挖掘机的工作装置运动更加平顺。

Description

一种液压挖掘机功率保护控制装置

技术领域

本发明属于工程机械控制技术，具体涉及一种液压挖掘机功率保护控制装置，用以提高挖掘机的操纵性和节能性。

背景技术

液压挖掘机是一种复杂的工程装备，作业时液压系统的压力和流量都随着操作动作和外加负载的变化而变化，从而导致液压泵功率需求的变化。液压泵功率需求可能会瞬时超过发动机功率，导致发动机严重掉速甚至熄火，影响挖掘机的连续平顺工作。功率保护控制的目标是使液压泵充分吸收发动机功率的同时，保护发动机在液压泵功率需求突然增加时掉速在允许的范围内，避免发动机转速的大范围调节，保证发动机输出功率满足工作需要又能减少燃油消耗量，经济快捷地完成工程作业任务。

常用的液压挖掘机功率保护控制方法有全功率控制、分功率控制、交叉功率控制等方式，均根据作业状况的变化自动对液压泵和发动机功率进行调整。

全功率控制中，多台液压泵的排量靠机械或液压机构保持一致，任何情况下所有泵的流量都相同。其优点在于：第一，能够在一定条件下充分利用发动机功率；第二，多台泵各自都能够吸收100％的发动机功率，提高了工作装置的作业能力；第三，结构简单。由于以上特点，全功率控制曾经在挖掘机上得到大量应用。但由于其本身的结构特点，全功率控制系统不可避免地存在功率损失。

分功率控制系统是将k台恒功率液压泵组合在一起，每台液压泵最多吸收1/k的发动机额定功率。这种系统的优点在于，k台泵的流量可以根据各自回路的负载单独变化，对负载的适应性优于全功率系统。其主要缺点在于，由于每个泵最多只能吸收1/k的发动机功率，而当其中一个泵空闲时，另外一个泵却不能吸收这部分空余出来的功率，使发动机功率得不到充分利用，从而限制了挖掘机的工作能力。

交叉功率控制系统既能像全功率控制系统那样充分利用发动机功率，又能像分功率控制系统那样根据每一个泵的负载状况调整输出流量，能充分利用发动机功率，但也存在着同全功率系统一样的缺点，泵的工作点被局限在几条曲线上，与负载工作点不能很好匹配，不可避免地存在功率损失，且不节能。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种液压挖掘机比例交叉功率保护控制装置，根据所有液压泵的功率需求，按照当前发动机功率与各液压泵的功率需求比例，动态调节每个液压泵的最大允许功率。当液压泵的实际功率小于最大允许功率时，液压泵可以工作在小于此功率的任一功率点上，而不像普通的交叉功率控制将液压泵工作点不局限在几条恒功率曲线上。当某一液压泵功率需求较小或不工作时，其余液压泵可以最大限度地利用发动机剩余功率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括操作杆、液压泵流量指令生成器、液压泵流量限制器、液压泵功率限制器、发动机功率计算器、压力传感器和转速传感器。

所述的操作杆接收驾驶员指令并反馈电信号至液压泵流量指令生成器，由液压泵流量指令生成器生成挖掘机上各液压泵的流量指令，所述的压力传感器测量各液压泵的出口压力，发送至液压泵功率限制器得到各个液压泵的功率需求，所述的转速传感器检测发动机实时转速，发送至发动机功率计算器，计算得到发动机功率并输出液压泵功率限制器，液压泵功率限制器以液压泵最大可用功率限制各个液压泵的功率需求，液压泵流量限制器根据限制后的功率需求驱动各个液压泵。

本发明的有益效果是：结合使用比例交叉功率控制和发动机掉速保护控制方法，综合进行功率保护控制，极大地提高了液压泵-发动机的功率匹配程度，同时允许液压泵零功率运行，在提高了工作装置的作业效率的同时还提高了液压挖掘机的节能性。该方法在实际测试中控制效果良好，在由于外部负载导致的液压泵功率需求突增条件下，能够有效地对发动机功率进行了保护，防止了发动机严重掉速与熄火，同时使挖掘机的工作装置运动更加平顺。

附图说明

图1为对应最大可用功率N_ai的液压泵P_i-Q_ai功率曲线；

图2为减小液压泵最大可用功率进行发动机掉速保护示意；

图3为结合掉速保护的比例交叉功率保护控制框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明包括操作杆、液压泵流量指令生成器、液压泵流量限制器、液压泵功率限制器、发动机功率计算器、压力传感器和转速传感器。所述的操作杆接收驾驶员指令并反馈电信号至液压泵流量指令生成器，由液压泵流量指令生成器生成挖掘机上各液压泵的流量指令，所述的压力传感器测量各液压泵的出口压力，发送至液压泵功率限制器得到各个液压泵的功率需求，所述的转速传感器检测发动机实时转速，发送至发动机功率计算器，计算得到发动机功率并输出液压泵功率限制器，液压泵功率限制器以液压泵最大可用功率限制各个液压泵的功率需求，液压泵流量限制器根据限制后的功率需求驱动各个液压泵。

设单台挖掘机共装有k台液压泵，第i台液压泵的流量需求为Q_ci、(单位：升每分)，该台泵出口实测压力为P_i(单位：兆帕)，则其功率需求N_ci(单位：千瓦)可由式(1)计算得到。

$N_{ci}=\frac{P_i\·Q_{ci}}{60},i=1,2,...,k---\left(1\right)$

设发动机可提供的总功率为N_E，则第i台液压泵的最大可用功率N_ai可由下式计算得到：

$N_{ai}=\frac{N_{ci}}{\underset{i=1}{\overset{k}{\Σ}}{N}_{ci}}{N}_E---\left(2\right)$

当所有液压泵功率需求之和超过发动机额定功率时，发动机会明显掉速甚至熄火。这就要求第i台液压泵运行时的实际功率不超过最大可用功率N_ai。对于N_ai的压力-流量(P-Q)曲线如附图1所示，工程中使用该曲线的边界来限制给定压力P_i下液压泵最大可用流量指令Q_ai的大小，从而保证第i台液压泵的实际功率不超过N_ai。附图1中的Q_maxi为第i台液压泵受发动机最大转速和泵最大排量限制最大输出流量；P_maxi为第i台液压泵受挖掘机液压系统溢流压力限制的最大压力。

在液压泵功率需求瞬间快速增加时，采用上述功率保护方法时发动机仍然可能瞬时严重掉速，也即不能在所有情况下对发动机功率进行有效保护。针对此问题，本发明同时采用发动机掉速保护控制，控制框图见附图2。通过引入发动机实测转速信号，判断在发动机掉速大于允许值(例如：50转每分)时，将液压泵最大可用流量指令Q_ai减小为Q′_ai，由式(1)可知此时泵最大可用功率N_ai由下降为N′_ai，从而减缓发动机掉速的现象。

下面结合附图3对本发明做进一步的说明，本发明包括以下步骤：

步骤1：挖掘机驾驶员通过操作驾驶舱内的操纵手柄给出杆指令，此杆指令可对应为各液压泵(第i台，i＝1,2,…,k)的流量指令；同时，驾驶员通过操作油门旋钮，给定发动机转速指令；

骤2、测量各液压泵的出口压力P_i，得到该液压泵的功率需求

步骤3、计算第i台液压泵的最大可用功率其中，N_E为发动机可提供的总功率；

步骤4、检测当前发动机实时转速；若发动机实时转速下降大于允许值(这里取允许值为50转每分)，则采用图2所示的方法进行掉速保护，将液压泵最大可用流量指令Q_ai减小为Q′_ai，Q′_ai的取值不超过Q_ai取值的85％，此时泵最大可用功率N_ai由下降为N′_ai；

步骤5、判断各台液压泵的功率需求是否大于该液压泵的最大可用功率N_ai或N′_ai，若是，则根据图1所示的P-Q曲线计算得到第i台(i＝1,2,…,k)液压泵的最大可用流量指令限幅值，以N_ai或N′_ai计算得到该液压泵的流量指令，否则，执行步骤1计算的流量指令；

步骤6、将经过限幅的流量指令输出至第i台(i＝1,2,…,k)液压泵，至此，完成了功率保护控制。

Claims (1)

1.一种液压挖掘机功率保护控制装置，包括操作杆、液压泵流量指令生成器、液压泵流量限制器、液压泵功率限制器、发动机功率计算器、压力传感器和转速传感器，其特征在于：所述的操作杆接收驾驶员指令并反馈电信号至液压泵流量指令生成器，由液压泵流量指令生成器生成挖掘机上各液压泵的流量指令，所述的压力传感器测量各液压泵的出口压力，发送至液压泵功率限制器得到各个液压泵的功率需求，所述的转速传感器检测发动机实时转速，发送至发动机功率计算器，计算得到发动机功率并输出液压泵功率限制器，液压泵功率限制器以液压泵最大可用功率限制各个液压泵的功率需求，液压泵流量限制器根据限制后的功率需求驱动各个液压泵。