WO2020135336A1 - 起重机节能控制方法及起重机节能控制系统 - Google Patents
起重机节能控制方法及起重机节能控制系统 Download PDFInfo
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Definitions
- the present disclosure relates to the field of cranes, and in particular to a crane energy-saving control method and a crane energy-saving control system.
- the handle and the throttle of the automobile crane separately control the displacement of the pump and the speed of the engine.
- the user can only match the handle inclination angle and the throttle inclination based on experience. It is difficult to make the engine work under the conditions with the best fuel economy.
- it is also common for cranes to work at low engine speed and large load or high engine speed and small load.
- the existing technical solutions are mainly applied to construction machinery such as excavators that need to work at full load all the time, and the focus is on the working speed.
- the lifting work of the crane is based on the lifting needs, working under different loads to meet various speed requirements.
- the existing technical solution cannot satisfy the most energy-saving working condition that the crane operates the engine at the current power at various working speeds.
- the present disclosure provides a crane energy-saving control method and a crane energy-saving control system.
- a crane energy-saving control method the crane includes a handle for controlling pump displacement, an accelerator pedal for controlling engine speed, a pressure sensor and a controller for detecting pump outlet pressure, the controller is configured to calculate fuel consumption rate The lowest engine speed and pump displacement, the crane energy-saving control method includes the following steps:
- the controller detects the inclination angle ⁇ of the joystick, the position ⁇ of the accelerator pedal and the pressure p of the hydraulic system in real time;
- V max the maximum displacement of the pump
- n min The minimum speed of the engine
- T p (i,j), n(i,j) are subject to the following conditions:
- the pump is a hydraulic pump.
- the output of the electronic accelerator pedal is marked as position zero, and when the electronic accelerator pedal is depressed to the bottom, the output of the electronic accelerator pedal is marked as position ⁇ max , and the intermediate value corresponds linearly.
- T p T ⁇ z ⁇ ; where T is the output torque, z is the transmission ratio between the engine and the pump, and ⁇ is the total efficiency of the pump.
- a crane energy-saving control system operating the foregoing crane energy-saving control method includes a handle for controlling pump displacement, an accelerator pedal for controlling engine speed, a pressure sensor and a controller for detecting pump outlet pressure, and the controller is It is configured to run the aforementioned crane energy-saving control method.
- Figure 1 is the principle of crane energy-saving control system
- Figure 2 is a graph of the constant fuel consumption of the engine
- Figure 3 is the best working curve.
- the controller detects the angle of the joystick, the position of the accelerator pedal and the system pressure in real time, and can calculate the speed demand of the user for the lifting weight and the pump's speed according to the engine speed range and the maximum displacement of the pump Flow requirements. Based on the system pressure, the power requirement of the pump can be calculated.
- the fuel consumption rate data of the engine at different speeds and output torques are converted into engine fuel at different pump speeds and equivalent output torques Consumption rate.
- the same pump output power can be obtained by combining different engine speeds and pump displacements. According to the engine fuel consumption rate data corresponding to different pump speeds and equivalent output torques, the same pump output power, engine speed and pump displacement with the lowest fuel consumption rate can be obtained.
- the calculation method of the power demand of the pump is as follows:
- V max the maximum displacement of the pump
- n min The minimum speed of the engine
- n max The maximum speed of the engine.
- the oil pressure p at the pump outlet is detected by the pressure sensor at the pump outlet, and the power requirement of the pump can be further calculated:
- the relationship between the engine specific fuel consumption ge, the engine speed n, and the pump equivalent output torque T p is obtained:
- the total efficiency ⁇ of the pump is affected by the speed, displacement and output pressure of the pump. This data needs to be obtained by testing the pump.
- T p (i,j), n(i,j) are subject to the following conditions:
- the best working curve can be obtained by connecting the best working points of different powers.
- the output of the electronic accelerator pedal is marked as position zero, and when the electronic accelerator pedal is depressed to the bottom, the output of the electronic accelerator pedal is marked as position ⁇ max , and the intermediate value corresponds linearly.
- the output of a certain type of electronic accelerator pedal is a voltage signal, and the voltage output range is 0.5-4.8V. When the output voltage is 0.5V, it is marked as position zero, and when the output voltage is 4.8V, it is marked as position ⁇ max .
- the speed of the pump is the horizontal axis
- the equivalent output torque is the vertical axis.
- the line formed by the points where the product of the speed and the equivalent output torque is the same is the equal power curve.
- the dotted line in the figure is the equal power curve.
- the tangent point of the equal power curve and the proportional fuel consumption curve is the best working point, and connecting the best working point together is the best working curve.
- the best working curve is converted into the relationship between the pump speed and the pump output power.
- the present disclosure retains the handle and accelerator pedal of the traditional crane.
- the crane adopting the energy-saving system has no obvious difference from the traditional crane when the user operates it.
- the controller uses the power matching algorithm to keep the engine working at the best fuel economy and avoid the engine working at low speed and heavy load or the engine high speed and small load.
- the controller will automatically match the pump displacement and engine speed to achieve the purpose of energy saving.
- the energy-saving control scheme can be used not only for cranes in pump control systems, but also for cranes with electronically controlled load-sensitive hydraulic systems, and can also be used in other excavators and other construction machinery.
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Abstract
一种起重机节能控制方法及节能控制系统，起重机节能控制方法为：控制器根据手柄信号和电子油门踏板的信号计算用户的速度需求，检查泵出口的压力，可以计算出此速度下对应功率需求。根据发动机的燃油特性和泵的效率特性，可以计算出此功率时，发动机燃油消耗率最低的负载扭矩和转速。控制器就根据计算结果和泵的压力，控制发动机的转速和泵的排量，在满足用户需求的情况下，使发动机工作在燃油经济性最佳的工况。该节能控制方法保留了传统起重机的手柄和油门踏板，控制器会自动匹配泵的排量和发动机转速，达到节能的目的。
Description
相关申请
本公开是以申请号为201811585895.4，申请日为2018年12月24日，发明名称为“一种起重机节能控制方法及节能控制系统”的中国专利申请为基础，并主张其优先权，该中国专利申请的公开内容在此作为整体引入本公开中。
本公开涉及起重机领域，具体涉及一种起重机节能控制方法及起重机节能控制系统。
目前的汽车起重机手柄和油门分别单独控制泵的排量和发动机的转速，用户在使用过程中，只能凭经验匹配手柄倾角和油门倾角，难以使发动机工作在燃油经济性最佳的工况。用户实际使用过程中，起重机工作在发动机低速大负载或发动机高速小负载的工况也较普遍。
现有技术方案，主要是应用在挖掘机等需要始终全负荷工作的工程机械，注重的是工作速度。起重机的吊装工作是根据吊装需要，在不同负荷下工作，满足各种速度要求。现有的技术方案不能满足起重机在各种工作速度下使发动机工作在当前功率下最节能的工况。
发明内容
本公开提供一种起重机节能控制方法及起重机节能控制系统。
本公开按以下技术方案实现：
一种起重机节能控制方法，起重机包括用于控制泵排量的手柄、控制发动机转速的油门踏板、用于检测泵出口压力的压力传感器和控制器，所述的控制器被配置为计算燃油消耗率最低的发动机转速与泵排量，起重机节能控制方法包括以下步骤：
S1：控制器实时检测操纵手柄倾角α、油门踏板位置θ和液压系统压力p；
S2：根据手柄倾角α和油门踏板位置θ计算泵流量需求Q：
其中
V
max——泵的最大排量；
n
min——发动机的最小转速；
n
max——发动机的最大转速；
S3：根据液压系统压力p和泵流量需求Q计算泵功率需求W
x：
W
x＝pQ；
S4：以等效输出扭矩T
p为横轴，发动机转速n为纵轴，根据泵在不同转速与等效输出扭矩时发动机的比油耗数据绘制发动机的等比油耗曲线；
S5：取发动机当前功率曲线与等比油耗曲线的切点，得到当前功率W(i)时的最佳工作点(T
p(i,j),n(i,j))，其中当前功率W(i)通过如下方法求得：
其中T
p(i,j)、n(i,j)受如下条件约束：
将不同功率的最佳工作点连接求出最佳工作曲线；
S6：将最佳工作曲线转化为发动机转速与需求功率的关系n＝g(W)，将步骤S3中得到的W
x带入此式，得到当前的最佳发动机转速n
x＝g(W
x)，进一步求得泵的控制排量为：
进一步，所述的泵为液压泵。
进一步，所述的油门踏板位置θ在没有踩踏板时电子油门踏板的输出标记为位置零，电子油门踏板踩到底时的电子油门踏板输出标记为位置θ
max，中间值线性对应。
进一步，所述等效输出扭矩T
p＝T×z×η；其中，T为输出扭矩，z为发动机与泵的传动比，η为泵的总效率。
一种运行前述起重机节能控制方法的起重机节能控制系统，包括用于控制泵排量的手柄、控制发动机转速的油门踏板、用于检测泵出口压力的压力传感器和控制器， 所述的控制器被配置为运行前述的起重机节能控制方法。
此处所说明的附图用来提供对本公开的进一步理解，构成本公开的一部分，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：
图1为起重机节能控制系统原理；
图2为发动机等比油耗曲线图；
图3为最佳工作曲线图。
为使本公开实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本公开，而不能理解为对本公开的限制。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。下面结合附图对本公开的实施例进行详细说明。
如图1所示，控制器实时检测操纵手柄的角度、油门踏板的位置和系统压力，并根据发动机的转速范围和泵的最大排量，可以计算出用户操纵对吊重的速度需求以及泵的流量需求。进一步根据系统压力可以计算出泵的功率需求。考虑到液压泵在不同工作压力、排量和转速时，机械效率和容积效率的不同，将发动机不同转速与输出扭矩的燃油消耗率数据，转化为泵不同转速与等效输出扭矩时发动机的燃油消耗率。相同的泵输出功率，可以采用不同的发动机转速与泵排量组合得到。根据泵不同转速与等效输出扭矩对应的发动机燃油消耗率数据可以求取相同泵输出功率，燃油消耗率最低的发动机转速与泵排量。
泵的功率需求计算方法如下：
根据手柄倾角α和电子油门踏板位置θ计算泵的流量需求：
其中
V
max——泵的最大排量；
n
min——发动机的最小转速；
n
max——发动机的最大转速。
通过泵出口的压力传感器检测泵出口的油压力p，进一步可以计算出泵的功率需求：
W
x＝pQ。
发动机最佳工作曲线的求解方法如下：发动机通过测功机测得发动机机比油耗ge与发动机转速n、输出扭矩T的对应关系ge＝f(T,n)。将比油耗数据的扭矩T乘以泵的总效率η、发动机与泵的传动比z，得到泵的等效输出扭矩T
p＝T×z×η。进而求出发动机比油耗ge与发动机转速n、泵等效输出扭矩T
p的关系：
其中泵的总效率η受泵的转速、排量和输出压力的影响，此数据需要对泵进行测试取得。
根据泵不同转速与等效输出扭矩时，发动机的比油耗数据，绘制发动机的等比油耗曲线，功率曲线与发动机的等比油耗曲线的切点，就是当前功率W(i)时的最佳工作点(T
p(i,j),n(i,j))，W(i)通过如下公式求得：
其中T
p(i,j)、n(i,j)受如下条件约束：
将不同功率的最佳工作点相连可以求出最佳工作曲线。
发动机的转速和泵的排量计算方法如下：将最佳工作曲线转化为发动机转速与需求功率的关系n＝g(W)，将上面计算得到的功率需求W
x带入此式，得到当前的最佳发动机转速n
x＝g(W
x)，进一步求得泵的控制排量：
需要说明的是，油门踏板位置θ在没有踩踏板时电子油门踏板的输出标记为位置零，电子油门踏板踩到底时的电子油门踏板输出标记为位置θ
max，中间值线性对应。 例如某种型号电子油门踏板的输出为电压信号，电压输出范围为0.5-4.8V，则输出电压为0.5V时标记为位置零，输出电压为4.8V时标记为位置θ
max。
如图2所示，泵的转速为横轴，等效输出扭矩为纵轴，转速与等效输出扭矩的乘积相同的点连成的线就是等功率曲线，乘积不同，则曲线不同。
如图3所示，图中的虚线就是等功率曲线。等功率曲线与等比油耗曲线的切点就是最佳工作点，将最佳工作点连接在一起就是最佳工作曲线。将最佳工作曲线转化为泵的转速与泵的输出功率的关系。
综上可知，本公开保留了传统起重机的手柄和油门踏板，采用本节能系统的起重机，用户在操作时，与传统起重机并无明显差别。根据用户对手柄和电子油门踏板的操作，控制器通过功率匹配算法，使发动机始终工作在燃油经济性最佳的工况，避免发动机工作在低速大负载或发动机高速小负载的工况。控制器会自动匹配泵的排量和发动机转速，达到节能的目的。本节能控制方案不仅可以用于泵控系统的起重机，还可以用于电控负载敏感液压系统的起重机，还可以用于其他挖掘机等工程机械。
以上所述仅是本公开的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本公开的保护范围。
Claims (5)
- 一种起重机节能控制方法，起重机包括用于控制泵排量的手柄、控制发动机转速的油门踏板、用于检测泵出口压力的压力传感器和控制器，所述控制器被配置为计算燃油消耗率最低的发动机转速与泵排量，其中起重机节能控制方法包括以下步骤：S1：控制器实时检测操纵手柄倾角α、油门踏板位置θ和液压系统压力p；S2：根据手柄倾角α和油门踏板位置θ计算泵流量需求Q：
其中V max——泵的最大排量；n min——发动机的最小转速；n max——发动机的最大转速；S3：根据液压系统压力p和泵流量需求Q计算泵功率需求W x：W x＝pQ；S4：以等效输出扭矩T p为横轴，发动机转速n为纵轴，根据泵在不同转速与等效输出扭矩时发动机的比油耗数据绘制发动机的等比油耗曲线；S5：取发动机当前功率曲线与等比油耗曲线的切点，得到当前功率W(i)时的最佳工作点(T p(i,j),n(i,j))，其中当前功率W(i)通过如下方法求得：
其中T p(i,j)、n(i,j)受如下条件约束：其中C(i)为常数，i＝1、2、3、…，j＝1、2、3、…；η为泵的总效率，z为发动机与泵的传动比，ge(i)为发动机比油耗；
将不同功率的最佳工作点连接求出最佳工作曲线；S6：将最佳工作曲线转化为发动机转速与需求功率的关系n＝g(W)，将步骤S3中得到的W x带入此式，得到当前的最佳发动机转速n x＝g(W x)，进一步求得泵的控制排量为：
- 根据权利要求1所述的起重机节能控制方法，其中所述的泵为液压泵。
- 根据权利要求1所述的一种起重机节能控制方法，其中所述的油门踏板位置θ在没有踩踏板时电子油门踏板的输出标记为位置零，电子油门踏板踩到底时的电子油门踏板输出标记为位置θ max，中间值线性对应。
- 根据权利要求1所述的一种起重机节能控制方法，其特征在于：所述等效输出扭矩T p＝T×z×η；其中，T为输出扭矩，z为发动机与泵的传动比，η为泵的总效率。
- 一种运行权利要求1中起重机节能控制方法的起重机节能控制系统，包括用于控制泵排量的手柄和控制发动机转速的油门踏板，用于检测泵出口压力的压力传感器，和控制器，其中所述的控制器被配置运行权利要求1中起重机节能控制方法。
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