一种液压挖掘机功率保护控制方法
【技术领域】
[0001] 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方法，用 以提尚挖掘机的操纵性和节能性。
【背景技术】
[0002] 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，从而导致液压栗功率需求的变化。液压栗功率需求可能会瞬 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栗充分吸收发动机功率的同时，保护发动机在液压栗功率需求突然增 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。
[0003] 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栗和发动机功率进行调整。
[0004] 全功率控制中，多台液压栗的排量靠机械或液压机构保持一致，任何情况下所有 栗的流量都相同。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 栗各自都能够吸收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。
[0005] 分功率控制系统是将k台恒功率液压栗组合在一起，每台液压栗最多吸收Ι/k的 发动机额定功率。这种系统的优点在于，k台栗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，由于每个栗最多只能吸收Ι/k的发动 机功率，而当其中一个栗空闲时，另外一个栗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。
[0006] 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栗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，栗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】
[0007] 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方 法。该方法根据所有液压栗的功率需求，按照当前发动机功率与各液压栗的功率需求比例， 动态调节每个液压栗的最大允许功率。当液压栗的实际功率小于最大允许功率时，液压栗 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栗工作点不局 限在几条恒功率曲线上。当某一液压栗功率需求较小或不工作时，其余液压栗可以最大限 度地利用发动机剩余功率。
[0008] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
[0009] 步骤1、接收驾驶员给出的操作杆指令，对应生成挖掘机上各液压栗的流量指令 Qd，i表示第i台液压栗，i = 1，2,…，k，k表示挖掘机上共装有k台液压栗；
[0010] 步骤2、测量各液压栗的出口压力P1，得到该液压栗的功率需求
[0011] 步骤3、计算第i台液压栗的最大可用功率
'其中，化为发动机 可提供的总功率；
[0012] 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，将液压栗 最大可用流量指令Qal减小为V al，CT al的取值不超过Qal取值的85%，此时栗最大可用 功率Nal由下降为f al；
[0013] 步骤5、判断各台液压栗的功率需求是否大于该液压栗的最大可用功率Nal或 N' al，若是，则以Nal或N' 31计算得到该液压栗的流量指令，否则，执行步骤1计算的流量 指令；
[0014] 步骤6、将流量指令输出至第i台液压栗。
[0015] 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，极大地提高了液压栗-发动机的功率匹配程度，同时允许液压栗 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栗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】
[0016] 图1为对应最大可用功率Nal的液压栗P ^Qal功率曲线；
[0017] 图2为减小液压栗最大可用功率进行发动机掉速保护示意；
[0018] 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】
[0019] 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。
[0020] 设单台挖掘机共装有k台液压栗，第i台液压栗的流量需求为Q"、（单位：升每 分），该台栗出口实测压力为P1 (单位：兆帕），则其功率需求N" (单位：千瓦）可由式（1) 计算得到。
[0021]
(1)
[0022] 设发动机可提供的总功率为NE，则第i台液压栗的最大可用功率Nal可由下式计算 得到：
[0023]
^
[0024] 当所有液压栗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台液压栗运行时的实际功率不超过最大可用功率Nal。对于Nal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P1T液压栗最大可 用流量指令Qal的大小，从而保证第i台液压栗的实际功率不超过Nal。附图1中的〇_为 第i台液压栗受发动机最大转速和栗最大排量限制最大输出流量；ΡΜΧ1为第i台液压栗受 挖掘机液压系统溢流压力限制的最大压力。
[0025] 在液压栗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，将液压栗最大可用流量指令Qal减小为V al，由 式（1)可知此时栗最大可用功率Nal由下降为N' al，从而减缓发动机掉速的现象。
[0026] 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：
[0027] 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 应为各液压栗（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；
[0028] 骤2、测量各液压栗的出口压力P1，得到该液压栗的功率需求
[0029] 步骤3、计算第i台液压栗的最大可用功率
'其中，化为发动机 可提供的总功率；
[0030] 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，将液压栗最大可用流量指令Qal减小为V alW al的取值不超过Qal取值的85%，此时栗最大可用功率Nal由下降为f al;
[0031] 步骤5、判断各台液压栗的功率需求是否大于该液压栗的最大可用功率Nal或 N' al，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)液压栗的最大可 用流量指令限幅值，以Nal或N' 31计算得到该液压栗的流量指令，否则，执行步骤1计算的 流量指令；
[0032] 步骤6、将经过限幅的流量指令输出至第i台（i = 1，2, ···，!〇液压栗，至此，完成 了功率保护控制。
【主权项】
1. 一种液压挖掘机功率保护控制方法，其特征在于包括下述步骤： 步骤1、接收驾驶员给出的操作杆指令，对应生成挖掘机上各液压栗的流量指令Q"，i 表示第i台液压栗，i = 1，2,…，k，k表示挖掘机上共装有k台液压栗； 步骤2、测量各液压栗的出口压力P1，得到该液压栗的功率需求步骤3、计算第i台液压栗的最大可用功率'其中，NE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，将液压栗最大 可用流量指令Qal减小为V al，CT al的取值不超过Qal取值的85%，此时栗最大可用功率 Nal由下降为N' al； 步骤5、判断各台液压栗的功率需求是否大于该液压栗的最大可用功率Nal或N' al，若 是，则以Nal或Ν' 31计算得到该液压栗的流量指令，否则，执行步骤1计算的流量指令； 步骤6、将流量指令输出至第i台液压栗。
【专利摘要】本发明提供了一种液压挖掘机功率保护控制方法，接收驾驶员给出的操作杆指令，对应生成挖掘机上各液压泵的流量指令，并换算为该液压泵的功率需求，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，将液压泵最大可用流量指令减小，对应的液压泵最大可用功率也下降；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，若是，则以最大可用功率计算得到该液压泵的流量指令，否则，执行初始生成的流量指令。本发明提高了液压泵-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。
【IPC分类】E02F9/22, E02F9/24
【公开号】CN105155610
【申请号】CN201510534592
【发明人】宋科璞, 王东辉, 田一松, 李国玉, 刘宏明, 夏立群, 武晓光, 孙逊, 潘文俊, 袁豪放, 苏安萍, 田贝, 王熙, 卓继文, 苏振毅, 崔洪光
【申请人】中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所, 厦门厦工机械股份有限公司
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年8月27日