WO2013185444A1

WO2013185444A1 - 挖掘机升速控制节能系统及方法

Info

Publication number: WO2013185444A1
Application number: PCT/CN2012/085824
Authority: WO
Inventors: 尹满义; 黄玉松; 吴高丰
Original assignee: Hunan Sany Intelligent Control Equipment Co Ltd; Sany Heavy Machinery Ltd
Current assignee: Hunan Sany Intelligent Control Equipment Co Ltd; Sany Heavy Machinery Ltd
Priority date: 2012-06-15
Filing date: 2012-12-04
Publication date: 2013-12-19
Anticipated expiration: 2014-12-15
Also published as: CN102733441B; CN102733441A

Abstract

一种挖掘机升速控制节能系统，包括：先导压力传感器（500），用于检测挖掘机各个动作的先导压力信号；控制器（100），与挖掘机的油门旋钮（600）和先导压力传感器（500）相连接；油门操纵机构（200）,与控制器（100）相连接；其中，控制器（100）根据油门旋钮（600）传递的工作档位和先导压力传感器（500）检测的负载情况，按不同转速级别通过油门操纵机构（200）控制油门的开合度。还公开了一种挖掘机升速控制节能方法。

Description

挖掘机升速控制节能系统及方法本申请要求于 2012 年 6 月 15 日提交中国专利局、申请号为 201210201154.8、发明名称为"挖掘机升速控制节能系统及方法"的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请。技术领域

本发明涉及工程机械领域，特别涉及一种挖掘机升速控制节能系统及方法。背景技术

大型液压挖掘机是重要的工程机械，具有挖掘力大、生产效率高、环境适应强、适应范围广等优点。

但是，由于大型液压挖掘机作业工况复杂、作业过程中负荷变化频繁、变化范围大而存在着不少环节的能量损失。例如，在现有技术中，挖掘机挂挡后，发动机转速将直接升至该挡位的目标转速，当连接负载后，才在该目标转速的基础上自由掉速。这样操作产生的问题是，若挖掘机挂挡后有一段时间没用工作负载，将因发动机的高速转动耗费过多燃油，进而引起液压系统发热，工作性能恶化等问题。

节能控制已经成为大型液压挖掘机的重点发展方向之一；并且，该需求也成为提高市场竟争力的迫切要求。发明内容

有鉴于此，本发明提出一种挖掘机升速控制节能系统及方法，以实现挖掘机在升速过程中的节能控制。

第一方面，本发明挖掘机升速控制节能系统包括先导压力传感器、控制器和油门操纵机构。先导压力传感器配置为检测挖掘机各个动作的先导压力信号；控制器与挖掘机的油门旋钮和所述先导压力传感器相连接；油门操纵机构与所述控制器相连接；其中，所述控制器配置为根据油门旋钮传递的工作挡位和所述先导压力传感器检测的负载情况，按不同级别通过油门操纵机构控制油门的开合度；并且，所述不同级别包括空载转速级别和目标转速级别。

进一步地，上述挖掘机升速控制节能系统中，所述控制器进一步包括：挡位检测端口、先导压力检测端口和处理器。挡位检测端口配置为接收所述油门旋钮获取的挖掘机工作挡位；先导压力检测端口配置为接收所述先导压力传感器检测的先导压力信号；处理器配置为在获取挖掘机工作挡位时发出空载转速控制信号，并在进一步检测到先导压力信号时发出目标转速控制信号；其中，所述空载转速控制信号、目标转速控制信号用于驱动所述油门操纵机构控制发动机的转速处于空载转速和目标转速之间。

进一步地，上述挖掘机升速控制节能系统还包括：油门开度传感器，其信号输入端与所述油门操纵机构相连接，信号输出端与所述控制器的输入端相连接，配置为将油门开合度反馈至所述控制器。

进一步地，上述挖掘机升速控制节能系统还包括：比例电磁阀和转速传感器；其中，所述转速传感器连接于所述发动机和控制器之间，配置为测量发动机的转速并将转速信息传递至所述控制器；所述比例电磁阀的输入端与所述控制器相连接，输出端通过发动机的主液压泵与发动机相连接；配置为在所述控制器根据转速传感器传递的转速信息所确定的电流信号输出压力信号，该压力信号用于控制主液压泵的实时功率不超过发动机的实时功率。

进一步地，上述挖掘机升速控制节能系统中，所述空载转速和所述目标转速根据所述发动机的功率曲线、主液压泵的功率曲线、以及实际工作中的测试结果确定。

本发明通过将控制器与挖掘机的油门旋钮和先导压力传感器相连接，可以测得油门旋钮给出的挡位信号或先导压力传感器传递的压力信号；并且，控制器根据油门旋钮传递的工作挡位和先导压力传感器检测的负载情况，按不同级别通过油门操纵机构控制油门的开合度，进而使发动机在有先导压力和没有先导压力的情况下，按照不同的转速进行运转。通过这种方式，本发明的节能系统实现了挖掘机在升速过程中的节能控制，避免了发动机功率损失，使发动机和主泵运行在最经济状态。并且，不用增加辅助设备，即可实现大型挖掘机效率提升和油耗降低。

第二方面，本发明还公开了一种挖掘机升速控制节能方法，该方法根据油门旋钮传递的工作挡位和先导压力传感器检测的负载情况，发出不同级别的转速控制信号，所述转速控制信号用于驱动油门操纵机构控制油门的开合度，以使发动机在不同级别的转速下运转。其中，所述不同级别的转速控制信号包括空载转速控制信号和目标转速控制信号。

进一步地，上述挖掘机升速控制节能方法中，所述方法进一步为：在采集到挖掘机的工作挡位后，发出空载转速控制信号，以控制发动机的转速升至空载转速；在发动机处于空载转速的状态下，若进一步检测到先导压力信号，则发出目标转速控制信号，控制发动机的转速升至目标转速，使发动机在负载的作用下，发动机自所述目标转速掉速。

进一步地，上述挖掘机升速控制节能方法中，在没有采集到挖机的工作挡位时，发动机处于自动怠速控制状态。

进一步地，上述挖掘机升速控制节能方法中，在发动机处于空载转速的状态下，若没有检测到先导压力信号，则使发动机保持空载转速。

进一步地，上述挖掘机升速控制节能方法中，所述空载转速和所述目标转速根据挖掘机发动机功率曲线、主液压泵的功率曲线、以及实际工作中的测试结果确定。

本发明根据油门旋钮传递的工作挡位和先导压力传感器检测的负载情况，发出不同级别的转速控制信号，所述转速控制信号用于驱动油门操纵机构控制油门的开合度，以使发动机在不同级别的转速下运转。因此，本发明的节能方法实现了挖掘机在升速过程中的节能控制，避免了发动机功率损失，使发动机和主泵运行在最经济状态。并且，不用增加辅助设备，即可实现大型挖掘机效率提升和油耗降低。附图说明

构成本发明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为本发明挖掘机升速控制节能系统第一实施例的结构框图；图 2为本发明挖掘机升速控制节能系统第一实施例的信号控制示意图；图 3为本发明挖掘机升速控制节能系统第二实施例的结构框图；图 4为本发明挖掘机升速控制节能系统第二实施例的信号控制示意图；图 5为本发明挖掘机升速控制节能方法优选实施例的步骤流程图。具体实施方式需要说明的是，在不沖突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。挖掘机升速控制节能系统第一实施例

参照图 1和图 2。

本实施例挖掘机升速控制节能系统包括：先导压力传感器 500、控制器 100和油门操纵机构 200。其中，先导压力传感器 500配置为检测挖掘机各个动作的先导压力信号；控制器 100与挖掘机的油门旋钮 600和先导压力传感器 500相连接；配置为仅在通过油门旋钮 600获取挖掘机工作挡位的情况下，发出空载转速控制信号；并且，在获取工作挡位后，若进一步检测到先导压力信号，则发出目标转速控制信号；油门操纵机构 200与控制器 100相连接，配置为依据空载转速控制信号或目标转速控制信号控制油门的开合度，以控制发动机 300的转速处于空载转速和目标转速之间。

其中，空载转速和目标转速根据所述发动机 300 的功率曲线、发动机 300主液压泵 800的功率曲线，以及，实际工作中的测试结果确定。并且，根据功率曲线及测试结果确定空载转速及目标转速的方法，对于本领域的技术人员时习知的，在此不再做过多说明。

优选地一种方式是，节能系统还可以设置一个油门开度传感器 400, 其信号输入端与油门操纵机构 200相连接，其信号输出端与控制器 100的输入端相连接，配置为将油门开合度反馈至控制器 100。并且，控制器 100还可以连接一个显示屏，以方便挡位信号、先导压力信号、转速信号的观察。

本实施例通过将控制器与挖掘机的油门旋钮和先导压力传感器相连接，可以测得油门旋钮给出的挡位信号或先导压力传感器传递的压力信号；并且，在仅仅检测到挖掘机工作挡位的情况下，发出空载转速控制信号；在获取工作挡位后，若进一步检测到先导压力信号，则发出目标转速控制信号。而后，压力油门操纵机构根据不同的控制信号，控制发动机的转速。

这种设计的好处在于：在挖掘机虽然挂挡，但实际并没有负载的情况下，挖掘机以较低的空载转速运转，而一旦检测到先导压力后，则控制发动机从空载转速上升至目标转速，而后，发动机再以目标转速为起点，自由掉速。也就说，挖掘机发动机的升速分为两步走：第一步，先将其升速至一个较小的转速（空载转速）；第二步，若有负载，则从较小的转速升至一个较高的转速（目标转速）。显而易见，相对于现有技术中的挖掘机一挂挡，就将转速升至目标转速的方案而言，本实施例可以避免挖掘机无动作时发动机运行在高速状态消耗过多燃油，即，第一步和第二步之间过多消耗的燃油。

综上所述，本实施例实现了挖掘机在升速过程中的节能控制，避免发动机功率损失，使发动机和主泵运行在最经济状态。并且，不用增加辅助设备，即可实现大型挖掘机效率提升和油耗降低。

此外，需要说明的是，本实施例中，挖掘机的转速定在两个状态，即空载转速和目标转速，事实上，若有需要，可以进一步细化挖掘的转速级别。本申请在此不做限定。挖掘机升速控制节能系统第二实施例

参照图 3和图 4。

本实施例挖掘机升速控制节能系统包括：先导压力传感器 500、控制器 100、油门操纵机构 200、油门开度传感器 400、比例电磁阀 700和转速传感器 900。

其中，先导压力传感器 500配置为检测挖掘机各个动作的先导压力信号；控制器 100与挖掘机的油门旋钮 600和先导压力传感器 500相连接；配置为仅在通过油门旋钮 600获取挖掘机工作挡位的情况下，发出空载转速控制信号；并且，在获取工作挡位后，若进一步检测到先导压力信号，则发出目标转速控制信号；油门操纵机构 200与控制器 100相连接，配置为依据空载转速控制信号或目标转速控制信号控制油门的开合度，以控制发动机 300的转速处于空载转速和目标转速之间。

具体而言，控制器 100进一步包括挡位检测端口、先导压力检测端口和处理器。其中，挡位检测端口配置为接收油门旋钮 600获取的挖掘机工作挡位；先导压力检测端口配置为接收先导压力传感器 500检测的先导压力信号；处理器配置为在获取挖掘机工作挡位时发出空载转速控制信号，并在进一步检测到先导压力信号时发出目标转速控制信号；其中，空载转速控制信号、目标转速控制信号用于驱动油门操纵机构 200控制发动机 300 的转速处于空载转速和目标转速之间。

具体实施时，控制器 100可以选用一般的工程机械控制器，可以采用专用编程程序；各液压先导回路事先安装先导压力传感器 500, 控制器 100 检测油门旋钮 600 的挡位信号和先导压力信号进行转速控制；控制器输出直接驱动油门机构，使发动机转速在空载转速和目标转速之间切换。

同第一实施例，空载转速和目标转速根据发动机 300 的功率曲线、主液压泵 800 的功率曲线，以及，实际工作中的测试结果确定。并且，根据功率曲线及测试结果确定空载转速及目标转速的方法，对于本领域的技术人员时习知的，在此不再做过多说明。

油门开度传感器 400的信号输入端与油门操纵机构 200相连接，油门开度传感器 400的信号输出端与控制器 100的输入端相连接，配置为将油门开合度反馈至控制器 100。并且，控制器 100还可以连接一个显示屏，以方便挡位信号、先导压力信号、转速信号的观察。

转速传感器 900连接于发动机 300和控制器 100之间，配置为测量发动机 300的转速并将转速信息传递至控制器 100。比例电磁阀 700的输入端与控制器 100相连接，输出端通过主液压泵 800与发动机 300相连接，配置为在控制器 100根据转速传感器 900传递的转速信息所确定的电流信号输出压力信号，该压力信号用于控制主液压泵 800 的实时功率不超过发动机 300的实时功率。

如上一实施例所说明，这种设计的好处在于：在挖掘机虽然挂挡，但实际并没有负载的情况下，挖掘机以较低的空载转速运转，而一旦检测到先导压力后，则控制发动机从空载转速上升至目标转速，而后，发动机再以目标转速为起点，自由掉速。也就说，挖掘机发动机的升速分为两步走：第一步，先将其升速至一个较小的转速；第二步，若有负载，则从较小的转速升至一个较高的转速。显而易见，相对于现有技术中的挖掘机一挂挡，就将转速升至目标转速的方案而言，本实施例可以避免挖掘机无动作时发动机运行在高速状态消耗过多燃油，即，第一步和第二步之间过多消耗的燃油。

因此，本实施例挖掘机升速控制节能系统实现了挖掘机在升速过程中的节能控制，进而在一定程度克服发动机的油耗多，液压系统发热和工作性能恶化等问题。

并且，相对于第一实施例，本实施例增加了比例电磁阀 700和转速传感器 900。其作用是：

第一、最为重要的，通过发动机功率和主液压泵功率的匹配，进一步优化发动机转速-比例电磁阀电流匹配关系，通过这种方式，可以进一步提升工作效率，降低工作油耗；

第二、除了上面所提到的技术效果外，本实施例还具有防止发动机熄火的功能，这是因为：当挖掘机发动机的转速从空载转速升至目标转速后，挖掘机因添加工作负载的缘故，油门开度虽然不变，但发动机会以目标转速为掉速起点，开始掉速。但事实上是，发动机不能无限的掉速，因为，当发动机的速度降低的过低时，发动机的功率会慢慢降低，当发动机的功率低于主液压泵的输出功率时，会导致发动机熄火。因此，为了避免这个问题的出现，本实施例中通过转速传感器 900 实时监控发动机的转速，并将发动机的转速反馈至控制器 100,控制器 100根据转速传感器 900传递的转速信息所确定的电流信号输出压力信号，该压力信号用于控制主液压泵 800的实时功率不超过发动机 300的实时功率。因此，通过这种方式有效的保护了挖掘机的发动机。

此外，使用电喷发动机的挖掘机，因发动机为高压共轨方式供油，发动机控制器根据负载特性及扭矩变化，直接调节喷油嘴的喷射量，调节发动机输出的方式可以替代上述技术方案。

此外，需要说明的是，本实施例中，挖掘机的转速定在两个状态，即空载转速和目标转速，事实上，若有需要，可以进一步细化挖掘的转速级别。本申请在此不做限定。挖掘机升速控制节能方法优选实施例

本实施例挖掘机升速控制节能方法为，在采集到挖掘机的工作挡位后，发出空载转速控制信号，以控制发动机的转速升至空载转速；在发动机处于空载转速的状态下，若进一步检测到先导压力信号，则发出目标转速控制信号，控制发动机的转速升至目标转速，使发动机在负载的作用下，发动机自所述目标转速掉速。

参照图 5 , 具体来说，包括如下步骤：

步骤 S501 , 判断挖掘机是否采集到挂挡信息？

若否，则执行步骤 S502A, 使挖掘机进入自动怠速控制；

若是，则执行：

S502B , 将油门拉至对应挡位的空载转速位置；

S503B , 判断是否检测到先导压力信号？

若否，则保持当前挡位油门位置；

若是，则，执行： S504B, 通过油门机构调整发动机到预定的目标转速；

S505B, 在目标转速下，进行发动机转速和主泵功率的 PID (比例-积分-微分）调节。

需要说明的是，空载转速和目标转速可以根据所述发动机的功率曲线、主液压泵的功率曲线，以及，实际工作中的测试结果确定。并且，根据功率曲线及测试结果确定空载转速及目标转速的方法，对于本领域的技术人员时习知的，在此不再做过多说明。

本实施例在挖掘机虽然挂挡，但实际并没有负载的情况下，挖掘机以较低的空载转速运转，而一旦检测到先导压力后，则控制发动机从空载转速上升至目标转速，而后，发动机再以目标转速为起点，自由掉速。也就说，挖掘机发动机的升速分为两步走：第一步，先将其升速至一个较小的转速；第二步，若有负载，则从较小的转速升至一个较高的转速。显而易见，相对于现有技术中的挖掘机一挂挡，就将转速升至目标转速的方案而言，显而易见，本发明可以避免挖掘机无动作时发动机运行在高速状态消耗过多燃油，即，第一步和第二步之间过多消耗的燃油。

综上所述，本发明的节能方法实现了挖掘机在升速过程中的节能控制，避免了发动机功率损失，使发动机和主泵运行在最经济状态。并且，不用增加辅助设备，即可实现大型挖掘机效率提升和油耗降低。

此外，需要说明的是，本实施例中，挖掘机的转速定在两个状态，即空载转速和目标转速，事实上，若有需要，可以进一步细化挖掘的转速级别。本申请在此不做限定。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。

工业实用性本发明提供的挖掘机升速控制节能系统及方法，实现了挖掘机在升速过程中的节能控制，避免了发动机功率损失，使发动机和主泵运行在最经济状态。并且，不用增加辅助设备，即可实现大型挖掘机效率提升和油耗降低。因此，本发明具有工业实用性。

Claims

权利要求书

1、一种挖掘机升速控制节能系统，其特征在于，包括：

先导压力传感器（500 ), 配置为检测挖掘机各个动作的先导压力信号；控制器（ 100 ) ,与挖掘机的油门旋钮（ 600 )和所述先导压力传感器（ 500 ) 相连接；

油门操纵机构（200 ), 与所述控制器（100 )相连接；

其中，所述控制器（100 ) 配置为根据油门旋钮（600 )传递的工作挡位和所述先导压力传感器（500 )检测的负载情况，按不同级别通过油门操纵机构（200 )控制油门的开合度；并且

所述不同级别包括空载转速级别和目标转速级别。

2、根据权利要求 1所述的挖掘机升速控制节能系统，其特征在于，所述控制器（100 )进一步包括：

挡位检测端口，配置为接收所述油门旋钮 ( 600 )获取的挖掘机工作挡位；

先导压力检测端口，配置为接收所述先导压力传感器（500 )检测的先导压力信号；

处理器，配置为在获取挖掘机工作挡位时发出空载转速控制信号，并在进一步检测到先导压力信号时发出目标转速控制信号；

其中，所述空载转速控制信号、目标转速控制信号用于驱动所述油门操纵机构（ 200 )控制发动机（ 300 ) 的转速处于空载转速和目标转速之间。

3、根据权利要求 2所述的挖掘机升速控制节能系统，其特征在于，还包括：

油门开度传感器（400 ), 其信号输入端与所述油门操纵机构（200 )相连接，信号输出端与所述控制器（100 ) 的输入端相连接，配置为将油门开合度反馈至所述控制器（ 100 )。

4、根据权利要求 3所述的挖掘机升速控制节能系统，其特征在于，还包括：

比例电磁阀（700)和转速传感器（900); 其中

所述转速传感器（900)连接于所述发动机（300)和控制器（100)之间，配置为测量发动机（ 300 )的转速并将转速信息传递至所述控制器（ 100 ); 所述比例电磁阀（700) 的输入端与所述控制器（100)相连接，输出端通过发动机（ 300) 的主液压泵（ 800)与发动机（300)相连接；配置为在所述控制器（100)根据转速传感器（900)传递的转速信息所确定的电流信号输出压力信号，该压力信号用于控制主液压泵（ 800) 的实时功率不超过发动机（300) 的实时功率。

5、根据权利要求 1至 4中任一项所述的挖掘机升速控制节能系统，其特征在于，

所述空载转速和所述目标转速根据所述发动机（ 300) 的功率曲线、主液压泵（800) 的功率曲线、以及实际工作中的测试结果确定。

6、一种挖掘机升速控制节能方法，其特征在于，

根据油门旋钮传递的工作挡位和先导压力传感器检测的负载情况，发出不同级别的转速控制信号，所述转速控制信号用于驱动油门操纵机构控制油门的开合度，以使发动机在不同级别的转速下运转；其中

所述不同级别的转速控制信号包括空载转速控制信号和目标转速控制信号。

7、根据权利要求 6所述的挖掘机升速控制节能方法，其特征在于，所述方法进一步为：

在采集到挖掘机的工作挡位后，发出空载转速控制信号，以控制发动机的转速升至空载转速；

在发动机处于空载转速的状态下，若进一步检测到先导压力信号，则发出目标转速控制信号，控制发动机的转速升至目标转速，使发动机在负载的作用下，发动机自所述目标转速掉速。

8、根据权利要求 7所述的挖掘机升速控制节能方法，其特征在于，在没有采集到挖掘机的工作挡位时，发动机处于自动怠速控制状态。

9、根据权利要求 8所述的挖掘机升速控制节能方法，其特征在于，在发动机处于空载转速的状态下，若没有检测到先导压力信号，则使发动机保持空载转速。

10、根据权利要求 9所述的挖掘机升速控制节能方法，其特征在于，所述空载转速和所述目标转速根据挖掘机发动机功率曲线、主液压泵的功率曲线、以及实际工作中的测试结果确定。