一种基于破碎工况的自寻优控制装置及方法与流程

本发明属于挖掘机电液控制技术领域，具体涉及一种基于破碎工况的自寻优控制装置及方法。

背景技术：

液压破碎锤是一种以液压能作为动力源，在运动过程中将液压能转换为机械打击动能，从而使活塞推动钎杆进行破碎作业的装置。它作为一种新型的破碎工具，具有噪声小，破碎性能优越，节能环保等特点。

液压挖掘机是一种移动灵活应用广泛的工程机械设备，其前端工作装置可灵活搭载多种机具，实现一机多能的效果。进入21世纪，我国经济高速发展，基础建设和矿山开采等发展迅猛，国内挖掘机保有量持续攀升。从衡量破碎锤行业发展的关键技术指标挖掘机配锤率来看，2006年以来我们破碎锤率仅为6.2％，到2016年仅仅十年的时间中国的挖掘机破碎锤率发展到20％，据统计欧美等发达国家挖掘机破碎锤率达到35％，日韩等国高达60％，因此我国液压破碎锤发展空间巨大。

国家相关职能部门开始加强对环保的督查力度，严格控制工程炸药的使用量，挖掘机搭载破碎锤在工程建设和矿山开采中的扮演着越来越重要的作用。

目前，国内对破碎锤控制技术的研究尚不充分，破碎锤功率设定不合理，匹配上不能实现精准匹配造成能量损耗，因此应加强对破碎技术的研究与应用。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出一种基于破碎工况的自寻优控制装置及方法，通过破碎功率自寻优或者频率自寻优的方法，根据发动机油耗特性曲线在预定的几个转速下寻找某一转速下最佳油耗值及对应主泵比例阀电流值，并将寻优的控制参数分别存储在不同的破碎模式下，从而实现精准高效的功率匹配，提升系统节能效果；同时本发明还可以通过破碎关键参数的监控，提升对机器的运营管理。

实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

第一方面，本发明提供了一种基于破碎工况的自寻优控制装置，包括：

主控制器；

电子监控器和发动机控制器，所述电子监控器和发动机控制器均通过总线与所述主控制器相连；所述电子监控器用于进行自寻优控制装置的参数设置以及寻优控制模式选择；所述发动机控制器的输出端用于与挖掘机中的发动机的控制端相连；

转速传感器，所述转速传感器用于监测挖掘机中的发动机的转速，其输出端与所述发动机控制器的输入端相连；

主泵压力传感器，所述主泵压力传感器设于挖掘机上主泵的出油口处，检测主泵的出油口压力，其的输出端与所述主控制器的输入端相连；

主泵比例阀，所述主泵比例阀与所述主控制器的控制输出端相连，用于与破碎锤的液压泵相连，控制液压泵的排量。

优选地，所述基于破碎工况的自寻优控制装置还包括氮气压力传感器，所述氮气压力传感器用于安装在破碎锤上，检测破碎锤的氮气室中氮气的压力，其输出端与所述主控制器的输入端相连。

优选地，所述基于破碎工况的自寻优控制装置还包括：设于破碎锤破碎先导油路上的破碎先导压力传感器，用于检测破碎先导油路中的压力，其输出端与所述主控制器的输入端相连；

所述主泵压力传感器、破碎先导压力传感器和氮气压力传感器均为电压型传感器，输出0.5-4.5v的电压信号；

或者所述主泵压力传感器、破碎先导压力传感器和氮气压力传感器均为电流型传感器，输出4-20ma的电流信号。

优选地，所述自寻优控制装置还包括gps控制器，所述gps控制器与主控制器相连，用于进行远程数据监控。

第二方面，本发明提供了一种基于破碎工况的自寻优控制装置的控制方法，包括：

(1)在主控制器中预先设置至少一个寻优控制模式，各寻优控制模式下分别设置至少一种破碎功率模式，各破碎功率模式均设有对应的目标值；

(2)利用电子监控器设置破碎锤的最大流量q及压力值p，用于计算出破碎锤的最大输入功率wmax；

(3)利用电子监控器选中某一寻优控制模式，自寻优控制装置进入某一破碎功率模式；

(4)自寻优控制装置中的主控制器在预定的转速下不断调整主泵比例阀的电流值直至寻找到与该破碎功率模式所对应的目标值；

(5)当寻找到目标值后，自寻优控制装置以该目标值运转设定时间后，由主控制器获取转速传感器中发动机转速、主泵比例阀的电流值以及发动机平均油耗值；

(6)改变预定的转速值，重复步骤(4)和(5)，使得自寻优控制装置在各预定转速下分别进行目标值的寻找，并由主控制器记录对应的发动机转速、主泵比例阀的电流值以及发动机平均油耗值；

(6)比较各预定转速下的发动机平均油耗值，并将发动机平均油耗值最小的发动机转速、主泵比例阀设定为该破碎功率模式的参数，完成该破碎功率模式的参数标定；

(7)重复步骤(3)-(6)，直至完成所有破碎功率模式的参数标定。

优选地，所述在主控制器中预先设置至少一个寻优控制模式，各寻优控制模式下分别设置至少一种破碎功率模式，各破碎功率模式均设有对应的目标值具体为：

在主控制器中预先设置两个寻优控制模式，分别为频率寻优控制模式和功率寻优控制模式；

各寻优控制模式下均设置三种破碎功率模式，分别为轻载模式、标准模式和重载模式；

在频率寻优控制模式下，三种破碎功率模式对应的目标值分别为第一目标频率值、第二目标频率值和第三目标频率值；

在功率寻优控制模式下，三种破碎功率模式对应的目标值分别为第一目标功率值、第二目标功率值和第三目标功率值。

优选地，所述第一目标频率值、第二目标频率值和第三目标频率值的关系为：

第一目标频率值<第二目标频率值<第三目标频率值；

所述第一目标功率值、第二目标功率值和第三目标功率值的关系为：

第一目标功率值<第二目标功率值<第三目标功率值，其中，所述第三目标功率值小于或者等于破碎锤的最大输入功率wmax。

优选地，所述步骤(4)中还包括：

当自寻优控制装置中的主控制器检测到来自破碎先导压力传感器的信号后，则开始采集主泵压力传感器的信号。

优选地，所述步骤(4)中还包括：

利用主控制器获取氮气压力传感器中的充氮压力pn0；

当主控制器判定出所述充氮压力值pn0与预先设定的压力值pn的差值超过设定阈值时，则产生氮气室低压或者超压提示信号，并将所述氮气室低压或者超压提示信号传输给电子监控器，由电子监控器做相应的氮气压力异常提示，供操作人员调整相应的充氮压力，当自寻优控制装置中的主控制器检测到来自破碎先导压力传感器的信号，且充氮压力符合设定的要求后，则开始采集主泵压力传感器的信号，当主泵压力值超过设定值进行超压报警。

优选地，所述基于破碎工况的自寻优控制装置的控制方法还包括：

(8)利用主控制器将破碎锤的相关运行参数发送至gps控制器。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明通过破碎功率自寻优或者频率自寻优的方法，根据发动机油耗特性曲线在预定的几个转速下寻找某一转速下最佳油耗值(即发动机平均油耗值最小)及对应主泵比例阀电流值，并将寻优的控制参数分别存储在不同的破碎功率模式下，从而实现精准高效的功率匹配，提升系统节能效果；同时本发明还可以通过破碎关键参数的监控，提升对机器的运营管理。

本发明简化了破碎锤的功率设定，将破碎锤的工作简化为三种功率模式，用户可以根据不同的需求选择自己的工作模式。

本发明可以实现在不同的破碎模式对破碎锤控制参数的快速精准标定。

本发明可以实现充氮压力、破碎运行时间、锤打击频率等参数的监控及上传，提升对机器的运营监控及管理。

附图说明

图1为本发明一种实施例的基于破碎工况的自寻优控制装置的电原理框图；

图2为本发明一种实施例的频率寻优控制流程；

图3为本发明一种实施例的功率寻优控制流程；

图中，1.主控制器，2.电子监控器，3.gps控制器，4.主泵压力传感器，5.破碎先导压力传感器，6.氮气压力传感器，7.主泵比例阀，8.发动机控制器9.转速传感器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

实施例1

本发明实施例提供了一种基于破碎工况的自寻优控制装置，包括：

主控制器，所述主控制器用于控制破碎锤的功率输出，在具体实施时，可以直接从市面上采购现有的控制器芯片作为本发明实施例的主控制器；

电子监控器2和发动机控制器8；所述电子监控器2和发动机控制器8均通过总线与所述主控制器相连；优选地，所述电子监控器2和发动机控制器8均通过can总线与所述主控制器相连；所述电子监控器2用于进行自寻优控制装置的参数设置以及寻优控制模式选择，在实际应用过程中，所述电子监控器2可以选用触控显示器，还可以选择其他能够实现显示和控制的器件，其与主控制器之间的连接关系是现有技术，因此，本实施例中不做过多的赘述；所述发动机控制器8的输出端还用于与挖掘机中的发动机的控制端相连，用于控制发动机的转速；所述发动机用于带动与破碎锤中的液压泵运转，即当所述发动机运转后会带动液压泵运转，液压泵运转后将液压油泵送到执行机构破碎锤中，为破碎锤提供运动所需的能量；

转速传感器9，所述转速传感器9用于监测挖掘机中的发动机的转速，其输出端与所述发动机控制器8的输入端相连，用于将采集到的发动机的转速发送给发动机控制器8；

主泵压力传感器4，所述主泵压力传感器4用于安装在挖掘机中的主泵出油口处，实时检测主泵的出油口压力，其输出端与所述主控制器的输入端相连；

主泵比例阀7，所述主泵比例阀7与所述主控制器的控制输出端相连，用于与破碎锤的液压泵相连，控制液压泵的排量。

综上所述，本实施例中的基于破碎工况的自寻优控制装置的工作原理为：

(1)在主控制器中预先设置至少一个寻优控制模式，各寻优控制模式下分别设置至少一种破碎功率模式，各破碎功率模式均设有对应的目标值；

(2)利用电子监控器2设置破碎锤的最大流量q及压力值p，用于计算出破碎锤的最大输入功率wmax，所述最大输入功率wmax的计算公式为：wmax＝(p*q)/60；

(3)利用电子监控器2选中某一寻优控制模式，自寻优控制装置按照设定的规则进入某一破碎功率模式；

(4)自寻优控制装置中的主控制器在预定的转速下不断调整主泵比例阀7的电流值直至寻找到与该破碎功率模式所对应的目标值；

(5)当寻找到目标值后，自寻优控制装置以该目标值运转设定时间后，由主控制器获取转速传感器9中发动机转速、主泵比例阀7的电流值以及发动机平均油耗值；所述发动机平均油耗值是通过读取发动机的瞬时友好值并累加，经过一段时间的累加后计算出这段时间的油耗，然后除以累计时间得到的；

(6)改变预定的转速值，重复步骤(4)和(5)，使得自寻优控制装置在各预定转速下分别进行目标值的寻找，并由主控制器记录对应的发动机转速、主泵比例阀7的电流值以及发动机平均油耗值；

(6)比较各预定转速下的发动机平均油耗值，并将发动机平均油耗值最小的发动机转速、主泵比例阀7设定为该破碎功率模式的参数，完成该破碎功率模式的参数标定；

(7)重复步骤(3)-(6)，直至完成所有破碎功率模式的参数标定。

实施例2

基于实施例1，本实施例与实施例1的区别在于：

所述基于破碎工况的自寻优控制装置还包括均；设于破碎锤破碎先导油路上的破碎先导压力传感器5，用于检测破碎先导油路中的压力，其输出端与所述主控制器的输入端相连；

所述主泵压力传感器4、破碎先导压力传感器5和氮气压力传感器6均为电压型传感器，输出0.5-4.5v的电压信号；

或者所述主泵压力传感器4、破碎先导压力传感器5和氮气压力传感器6均为电流型传感器，输出4-20ma的电流信号。

综上所述，本实施例中的基于破碎工况的自寻优控制装置的工作原理为：

(1)在主控制器中预先设置至少一个寻优控制模式，各寻优控制模式下分别设置至少一种破碎功率模式，各破碎功率模式均设有对应的目标值；

(2)利用电子监控器2设置破碎锤的最大流量及压力值；

(3)利用电子监控器2选中某一寻优控制模式，自寻优控制装置按照设定的规则进入某一破碎功率模式；

(4)自寻优控制装置中的主控制器在预定的转速下不断调整主泵比例阀7的电流值直至寻找到与该破碎功率模式所对应的目标值，其中，当自寻优控制装置中的主控制器检测到来自破碎先导压力传感器5的信号后，则开始采集主泵压力传感器4的信号；

(5)当寻找到目标值后，自寻优控制装置以该目标值运转设定时间后，由主控制器获取转速传感器9中发动机转速、主泵比例阀7的电流值以及发动机平均油耗值；

(6)改变预定的转速值，重复步骤(4)和(5)，使得自寻优控制装置在各预定转速下分别进行目标值的寻找，并由主控制器记录对应的发动机转速、主泵比例阀7的电流值以及发动机平均油耗值；

(6)比较各预定转速下的发动机平均油耗值，并将发动机平均油耗值最小的发动机转速、主泵比例阀7设定为该破碎功率模式的参数，完成该破碎功率模式的参数标定；

(7)重复步骤(3)-(6)，直至完成所有破碎功率模式的参数标定。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于：

所述基于破碎工况的自寻优控制装置还包括氮气压力传感器6，所述氮气压力传感器6用于安装在破碎锤上，检测破碎锤的氮气室中氮气的压力，其输出端与所述主控制器的输入端相连。

综上所述，本实施例中的基于破碎工况的自寻优控制装置的工作原理为：

(1)在主控制器中预先设置至少一个寻优控制模式，各寻优控制模式下分别设置至少一种破碎功率模式，各破碎功率模式均设有对应的目标值；

(2)利用电子监控器2设置破碎锤的最大流量及压力值；

(3)利用电子监控器2选中某一寻优控制模式，自寻优控制装置按照设定的规则进入某一破碎功率模式；

(4)自寻优控制装置中的主控制器在预定的转速下不断调整主泵比例阀7的电流值直至寻找到与该破碎功率模式所对应的目标值，其中，利用主控制器获取氮气压力传感器6中的充氮压力pn0；当主控制器判定出所述充氮压力值pn0与预先设定的压力值pn的差值超过设定阈值时，则产生氮气室低压或者超压提示信号，并将所述氮气室低压或者超压提示信号传输给电子监控器2，由电子监控器2做相应的氮气压力异常提示，供操作人员调整相应的充氮压力，当自寻优控制装置中的主控制器检测到来自破碎先导压力传感器5的信号，且充氮压力符合设定的要求后，则开始采集主泵压力传感器4的信号；当主泵压力值超过设定值进行超压报警。

(5)当寻找到目标值后，自寻优控制装置以该目标值运转设定时间后，由主控制器获取转速传感器9中发动机转速、主泵比例阀7的电流值以及发动机平均油耗值；

(6)改变预定的转速值，重复步骤(4)和(5)，使得自寻优控制装置在各预定转速下分别进行目标值的寻找，并由主控制器记录对应的发动机转速、主泵比例阀7的电流值以及发动机平均油耗值；

(6)比较各预定转速下的发动机平均油耗值，并将发动机平均油耗值最小的发动机转速、主泵比例阀7设定为该破碎功率模式的参数，完成该破碎功率模式的参数标定；

(7)重复步骤(3)-(6)，直至完成所有破碎功率模式的参数标定。

实施例4

基于实施例1-3中的任一实施例，本实施例与其区别在于：

所述基于破碎工况的自寻优控制装置还包括gps控制器33，所述gps控制器3与主控制器相连，用于进行远程数据监控。

实施例5

本实施例中提供了一种基于破碎工况的自寻优控制装置的控制方法，包括以下步骤：

步骤(1)：在主控制器中预先设置至少一个寻优控制模式，各寻优控制模式下分别设置至少一种破碎功率模式，各破碎功率模式均设有对应的目标值；在本实施例的一种具体实施方式中，具体为：

在主控制器中预先设置两个寻优控制模式，分别为频率寻优控制模式和功率寻优控制模式；

在各寻优控制模式下均设置三种破碎功率模式，分别为轻载模式b1、标准模式b2和重载模式b3；

在频率寻优控制模式下，三种破碎功率模式对应的目标值分别为第一目标频率值f1、第二目标频率值f2和第三目标频率值f3；所述第一目标频率值f1、第二目标频率值f2和第三目标频率值f3均代表破碎锤每秒打击次数，不同吨位的挖掘机需求不一样，一般为2-4次，目标频率的设定和机型有一定的关系，三者之间的关系为：第一目标频率值f1<第二目标频率值f2<第三目标频率值f3；在本发明实施例的一种具体实施方式中，重载模式b3对应的第三目标频率为f(该频率f值不同机型不一样，根据实际情况设定)；标准模式b2对应的第二目标频率为80％f(该百分比可以根据实际需求调整),轻载模式b1对应的第一目标频率为60％f(该百分比可以根据实际需求调整)；

在功率寻优控制模式下，三种破碎功率模式对应的目标值分别为第一目标功率值w1、第二目标功率值w2和第三目标功率值w3；所述第一目标功率值w1<第二目标功率值w2<第三目标功率值w3，在本发明实施例的一种具体实施方式中，另与所述第三目标功率值为破碎锤的最大输入功率wmax；重载模式b3对应的第三目标功率为w(该功率值w不同机型不一样，根据实际情况设定)，标准模式b2对应的第二目标功率为80％w(该百分比可以根据实际需求调整),轻载模式b1对应的第一目标功率为60％w(该百分比可以根据实际需求调整)；

步骤(2)：利用电子监控器设置破碎锤的最大流量q及压力值p，用于计算出破碎锤的最大输入功率wmax；

(3)利用电子监控器选中某一寻优控制模式，自寻优控制装置按照设定的规则进入某一破碎功率模式；

当步骤(3)中利用电子监控器选中频率寻优控制模式后，则自寻优控制装置进入重载模式b3；所述基于破碎工况的自寻优控制装置的控制方法还包括以下步骤：

(4)自寻优控制装置中的主控制器在预定的转速下不断调整主泵比例阀的电流值直至寻找到与重载模式b3所对应的目标频率值f3；(5)当寻找到目标频率值f3后，自寻优控制装置以该目标频率值f3运转设定时间后，由主控制器获取转速传感器中发动机转速、主泵比例阀的电流值以及发动机平均油耗值；(6)改变预定的转速值，重复前面的步骤(4)和(5)，使得自寻优控制装置在各预定转速下分别进行目标频率值f3的寻找，并由主控制器记录对应的发动机转速、主泵比例阀的电流值以及发动机平均油耗值；(7)比较各预定转速下的发动机平均油耗值，并将发动机平均油耗值最小的发动机转速、主泵比例阀设定为重载模式b3的参数，完成重载模式b3的参数标定；(8)重复步骤(3)-(7)，同理完成轻载模式b1和标准模式b2的参数标定；

当步骤(3)中利用电子监控器选中功率寻优控制模式后，则自寻优控制装置进入重载模式b3；所述基于破碎工况的自寻优控制装置的控制方法还包括以下步骤：

(4)自寻优控制装置中的主控制器在预定的转速下不断调整主泵比例阀的电流值直至寻找到与重载模式b3所对应的目标功率值w3；(5)当寻找到目标功率值w3后，自寻优控制装置以该目标功率值w3运转设定时间后，由主控制器获取转速传感器中发动机转速、主泵比例阀的电流值以及发动机平均油耗值；(6)改变预定的转速值，重复前面的步骤，使得自寻优控制装置在各预定转速下分别进行目标功率值w3的寻找，并由主控制器记录对应的发动机转速、主泵比例阀的电流值以及发动机平均油耗值；(7)比较各预定转速下的发动机平均油耗值，并将发动机平均油耗值最小的发动机转速、主泵比例阀设定为重载模式b3的参数，完成重载模式b3的参数标定；(8)重复步骤(3)-(7)，同理完成轻载模式b1和标准模式b2的参数标定。

实施例6

基于实施例5，本实施例中的步骤(4)中还包括：

当自寻优控制装置中的主控制器检测到来自破碎先导压力传感器的信号后，则开始采集主泵压力传感器的信号。

实施例7

基于实施例5，本实施例中的步骤(4)中还包括：

利用主控制器获取氮气压力传感器中的充氮压力pn0；

当主控制器判定出所述充氮压力值pn0与预先设定的压力值pn的差值超过设定阈值时，则产生氮气室低压或者超压提示信号，并将所述氮气室低压或者超压提示信号传输给电子监控器，由电子监控器做相应的氮气压力异常提示，供操作人员调整相应的充氮压力，当自寻优控制装置中的主控制器检测到来自破碎先导压力传感器的信号，且充氮压力符合设定的要求后，则开始采集主泵压力传感器的信号。

实施例8

基于实施例7，本发明实施例中的基于破碎工况的自寻优控制装置的控制方法，还包括：

利用主控制器将破碎锤的相关运行参数发送至gps控制器，所述相关运行参数包括：充氮压力值和破碎锤的打击频率等参数，实现数据的远程监控。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。