吊车能量回收方法、设备和吊车与流程

1.本技术涉及工程机械相关技术领域，具体涉及吊车能量回收方法、设备和吊车。


背景技术：

2.针对吊车等工程机械，在吊物上升时，需要吊车动力系统提供动力，带动臂架、吊具以及吊物上升，消耗吊车能量；而在吊物下降时，一般主要依靠臂架、吊具以及吊物的重力势能就可以实现下降。
3.现有技术中，存在吊物下降的过程中通过蓄能器对重力势能进行回收的方案。但是由于吊车不同负载的重量差别一般很大，通过现有技术中的蓄能器进行能量回收的方案中，在回收能量较小时，回收装置仍然保持较大回收功率，功耗验证且导致下降速度慢，影响设备的正常动作；在回收能量较大时，仍然只能以空载的固定功率回收，无法有效回收势能。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明致力于提供一种吊车能量回收方法、设备和吊车。
5.第一方面，本发明提供了一种吊车能量回收方法，包括：
6.获取吊车的工况数据；
7.基于所述工况数据确定预设能量回收装置的第一输出功率数据；
8.基于所述第一输出功率数据，控制所述预设能量回收装置在所述吊车的臂架下降过程中进行能量回收。
9.可选地，所述工况数据包括臂架负载重量、臂架重量、臂架下降速度和设备姿态中的一种或多种；
10.所述基于所述工况数据确定预设能量回收装置的第一输出功率数据，包括：
11.基于所述臂架负载重量、所述臂架重量、所述臂架下降速度和所述设备姿态，确定待回收能量的值；
12.基于所述待回收能量的值确定所述第一输出功率数据。
13.可选地，所述第一输出功率数据包括反向扭矩和反向转速。
14.可选地，所述基于所述待回收能量的值确定所述第一输出功率数据，包括：
15.当所述待回收能量的值小于预设值时，确定所述反向扭矩为能使所述预设能量回收装置完全回收所述待回收能量的最小反向扭矩，
16.以及，确定所述反向转速为能使所述预设能量回收装置完全回收所述待回收能量的最小反向转速；
17.当所述待回收能量的值大于或等于所述预设值时，确定所述反向扭矩为所述预设能量回收装置的最大反向扭矩，
18.以及，确定所述反向转速为所述预设能量回收装置的最大反向转速。
19.可选地，所述预设值为所述能量回收装置的最大能量回收值。
20.可选地，还包括：
21.当所述待回收能量的值大于或等于所述预设值时，基于所述待回收能量值和所述预设值的差值，确定额外支撑力值；
22.基于所述额外支撑力值，控制所述吊车的俯仰油缸或变幅为所述臂架提供支撑力。
23.可选地，还包括：
24.基于所述工况数据，确定第二输出功率数据；
25.基于所述第二输出功率数据，控制所述预设能量回收装置推动所述臂架上升。
26.第二方面，本技术实施例还提供一种吊车能量回收设备，包括控制器和能量回收装置；
27.所述控制器，用于获取吊车的工况数据，并基于所述工况数据确定所述能量回收装置的第一输出功率数据；
28.所述控制器，还用于基于所述第一输出功率数据，控制所述能量回收装置，在所述吊车的臂架下降过程中进行能量回收。
29.可选地，所述能量回收装置包括电动缸或电动推杆。
30.第三方面，本技术实施例还提供一种吊车，包括如上提到的吊车能量回收设备。
31.本技术提供一种吊车能量回收方法、设备和吊车，通过获取的吊车工况数据，确定能量回收装置在臂架下降过程中的输出功率，从而可以在吊车臂架下降的过程中，根据吊车的工况，实时调整势能回收的功率，从而避免在回收能量较小时，回收装置仍然保持较大回收功率，导致下降速度慢，影响设备的正常动作，且功耗严重；在回收能量较大时，仍然只能以空载的固定功率回收，无法有效回收势能。
附图说明
32.通过结合附图对本技术实施例进行更详细的描述，本技术的上述以及其他目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本技术实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术实施例一起用于解释本技术，并不构成对本技术的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。
33.图1为本发明实施例提供的吊车能量回收方法的流程示意图。
34.图2是本技术实施例提供的吊车能量回收方法中确定能量回收装置能量回收功率的流程示意图。
35.图3是本技术实施例提供的吊车能量回收设备的模块示意图。
36.图4是本技术实施例提供的吊车能量回收设备的结构示意图。
具体实施方式
37.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
38.申请概述：
39.对于工程机械尤其是吊车如正面吊，在吊车臂架吊起吊物时，需要吊车提供动力，如通过燃油以及电能提供动力，而在吊臂下降过程中，可以基于吊臂以及吊物的重力势能实现下降。在吊臂下降过程中，对吊臂以及吊物的重力势能进行回收，可以大大减少吊车的能量消耗，从而实现节能的目的。
40.现有技术中，一般通过液压蓄能器收集吊臂下降过程中的重力势能，从而实现能量回收。但是通过液压蓄能器收集能量，无法按负载进行回收功率调整，导致能量回收效率低，而且液压蓄能器能量回收组件，存在较多橡胶件，使用寿命较短，影响能量回收效果。
41.方法实施例：
42.图1为本发明实施例提供的吊车能量回收方法的流程示意图，如图1所示，本技术提供的吊车能量回收方法包括：
43.s101、获取吊车的工况数据。
44.具体的，工况数据可以包括设备如吊车臂架的姿态和负载等，例如臂架负载重量当然也包括臂架本身的重量，以及臂架下降速度以及设备姿态等，其中设备姿态可以包括臂架的姿态，而且由于回收的能量大小与角度以及位置也有关系，所以设备姿态还可以包括油缸与臂架的位置关系、油缸与臂架角度的关系等。这些可以通过预设的传感器以及控制信号获取。
45.需要说明的是，以为在实际应用中，对于回收能量的精确度一般不完全相同，所以可以根据实际需求，调整上述工况数据包括的内容，对上述工况数据的种类进行取舍，如在低精度需求下，不获取油缸和臂架的位置以及角度关系，或者只获取低精度的位置和角度关系，当然也可是对其他数据进行取舍，在此不再详细介绍。
46.s102、基于工况数据确定预设能量回收装置的第一输出功率数据。
47.具体的，基于上述工况数据进行计算，得到预设能量回收装置如电动缸或电动推杆等的第一输出功率数据。需要说明的是，第一输出功率数据用于表征能量回收装置进行能量回收的功率，包括能量回收装置的输出力，如反向扭矩以及反向转速等。
48.s103、基于第一输出功率数据，控制预设能量回收装置在吊车的臂架下降过程中进行能量回收。
49.具体的，对于吊车如正面吊等，在吊车臂架下降时，吊物也随之下降。此时能量回收装置根据上述得到的第一输出功率数据，进行工作。例如，根据第一输出功率数据中的反向扭矩以及反向转速，进行工作，在重力势能的作用下，电机反转，将臂架以及吊物重力势能转换为电能存储起来，实现对臂架以及吊物重力势能的回收。
50.本技术提供一种吊车能量回收方法，首先获取包括臂架本身的重量、臂架负载重量、臂架下降速度以及设备姿态的吊车工况数据，根据吊车的工况数据确定能量回收装置的输出功率，从而在吊车臂架下降的过程中，根据计算出的结果，调整能量回收的功率，从而在待回收能量较小时，使能量回收装置降低输出功率，保证回收能量的同时，不影响臂架正常下降，同时降低功耗，更加节能；在待回收能量较大时，提高能量回收装置的输出功率，尽可能完全回收能量，从而提升能量回收效果，实现节能目的。
51.需要说明的是，本技术实施例中，能量回收装置可以是电动缸或电动推杆等装置，集成电机以及减速器的功能，以及带有滚珠丝杆或具有相同功能的机构，能量回收装置一端与吊车臂架连接，另一端与储能器件如电池等连接。电动缸或电动推杆回收臂架以及吊
物的重力势能，通过内部电机转化为电能，最终存储于电池中，其中因为传动环节环节少，所以能量回收效率更高。而且因为电动缸和电动推杆，可以完全由机械零部件连接，实现上述功能，所以相对于现有技术中必须采用橡胶件的液压蓄能器，使用寿命更长，减少后期维护成本。
52.另外，通过电动缸或电动推杆回收的能量，因为最终存储于蓄能装置如电池中，所以使用更加灵活，首先可以通过作用于电动缸或电动推杆中，使电动缸或电动推杆在吊车吊起货物的过程中做工，辅助提升吊物，以及其他动作中，此时，因为回收和使用通过相同器件实现，可以减少回收的能量在传递过程中的损耗，以及降低单位时间的设备能耗。只需要根据吊车工况数据，确定电动缸或电动推杆的第二输出功率数据，第二输出功率数据用于表征电动缸或电动推杆利用回收的电能正面做工的输出力，包括正向扭矩以及正向转速等。其次，还可以通过各种电路与吊车上的其他机构进行连接，为吊车上的其他机构供电等，提高回收能量的用途。
53.进一步的，在本技术实施例中，根据工况数据确定能量回收装置的第一输出功率数据时，可以首先根据工况数据，计算确定待回收能量的值，然后基于待回收能量的值，再确定能量回收装置合适的输出功率。
54.例如，在臂架下降时，获取吊车臂架的负载以及姿态等数据，如臂架以及货物的重量、下降速度以及臂架的姿态包括角度等信息，根据这些信息通过现有的计算公式，计算得到此时吊车臂架具有多少能量，该能量可以只包括臂架(包括与臂架相连的同样下降的机构，如吊具等)以及负载的重力势能，而且因为采集的工况数据还可以有下降速度等，所以该能量除上述重力势能外，还可以包括动能。而待回收能量即为存在多少上述能量的值。
55.在确定待回收能量的值后，根据待回收能量的值与能量回收装置能回收能量的关系，从而确定能量回收装置在臂架以及吊物下降过程中回收能量时的具体工作效率数据，既第一输出功率数据。
56.图2是本技术实施例提供的吊车能量回收方法中确定能量回收装置能量回收功率的流程示意图，如图2所示，具体包括：
57.s201、获取吊车工况数据，基于吊车工况数据确定待回收能量的值。
58.s202、判断待回收能量的值是否小于预设值。
59.具体的，预设值可以是能量回收装置如上述提到的电动缸或电动推杆能够回收的最大能量值，根据能量回收装置最大能量回收值与待回收能量值的大小关系，确定能量回收装置的工作参数如反向扭矩以及反向转速等。若待回收能量的值小于预设值时，执行步骤s203，若待回收能量的值不小于预设值时，执行步骤s204。
60.s203、基于待回收能量的值确定能量回收装置的工作参数。
61.第一输出功率数据即为能量回收装置在能量回收阶段的工作参数。如上述提到的，能量回收装置可以采用电动缸或电动推杆等，此时第一输出功率数据包括反向扭矩和反向转速等。
62.具体的，当待回收能量的值小于预设值时，既待回收能量的值小于能量回收装置能够回收的最大能量值，此时根据待回收能量的值，确定能量回收装置能够完全回收完待回收能量的最小工作参数，包括反向转速和反向扭矩等，从而在保证自身能耗最小的基础上，将待回收能量也就是臂架以及吊物的重力势能转换为电能，存储与电池中，不影响臂架
和吊物下降的同时，进一步实现节省能耗。
63.例如，当预设值为100kj，而需要回收的能量为50kj时，如果此时将能量回收装置的参数设置为回收60kj时，能量回收装置只能回收50kj，而且因为输出扭矩较大，还会阻碍臂架和吊物的下降。而在本方案中，在当待回收能量的值小于预设值时，既待回收能量的值小于能量回收装置能够回收的最大能量值，此时根据待回收能量的值，确定能量回收装置能够完全回收完待回收能量的最小工作参数，在此例中，既为能回收50kj能量对应反向扭矩和反向转速，此时不仅能够保证完全回收待回收的能量，而且还能将输出调至最低，降低本身功耗，而且不影响臂架以及吊物的下降。
64.s204、确定为预设能量回收装置的最大输出功率。
65.具体的，当待回收能量的值大于或等于(不小于)预设值时，既待回收的能量已经超出能量回收装置的能量回收极限，此时能量回收装置即使在最大工作效率时，仍然刚刚完全回收或仍然不能完全回收待回收的能量，此时，将能量回收装置的输出功率参数如反向扭矩以及反向转速等，调整至最大，从而尽可能的多回收能量。
66.在一些实施例中，上述预设值可以是能量回收装置的最大能量回收值，既在待回收能量小于能量回收装置的最大能量回收值时，基于待回收能量调整能量回收装置的功率；在待回收能量大于或等于能量回收装置的最大能量回收值时，直接使能量回收装置输出最大功率，进可能多的回收能量。
67.在本技术上述实施例的基础上，还可以通过在吊车上设置其他油缸，作为主油缸，可以是俯仰油缸或变幅油缸，包括液压油缸或者参数更大的电动油缸。在通过电动油缸或电动推杆作为能量回收装置，辅助臂架上升或下降的同时，主油缸为臂架上升和下降提供主要的力量，以及当待回收能量的值大于能量回收装置回收能量极限时，通过俯仰油缸对臂架提供动力如支撑力。
68.具体的，俯仰油缸或变幅油缸提供的动力包括支撑力具体的值，可以是待回收能量值也就是臂架以及吊物的总能量与能量回收装置电动缸或电动推杆能回收能量之间的差值，经单位转换后的力。也就是说在臂架下降过程中，首先由能量回收装置电动缸或电动推杆提供支撑，对臂架以及吊物的势能进行回收，当臂架和吊物的势能大于电动缸或电动推杆的最大回收能量时，既电动缸或电动推杆不能提供完全的支撑力时，俯仰油缸根据两者的差值，确定需要提供支撑力，对臂架进行支撑，从而保证吊车运行安全。
69.需要说明的是，在一些实施例中，当然还可以通过增加能量回收装置中的电动缸或电动推杆的尺寸，增加电动缸或电动推杆的能量回收上限，提高其减速比和最大输出力等，从而不需要设置上述提到的俯仰油缸，而只通过调节电动缸或电动推杆的工作参数，即可满足吊车不同工况的需求。而且，上述提到的电动缸或电动推杆中也可以不集成减速机，只要可使用滚珠丝杆机构或其他机构，满足电机回转和直线运动的转换机构均可。
70.在一些具体的实施例中，电动推杆或电动缸可以兼顾能量回收装置和辅助支撑部件，如上述实施例提到的，吊车上可以设置主要支撑臂架的俯仰油缸或变幅油缸，以及辅助电动缸或电动推杆。也就是说，吊车上设置有主要用于实现吊车臂架上升下降以及其他动作的俯仰油缸或变幅油缸，同时还设置有兼顾能量回收以及辅助吊车臂架上升下降和其他动作的辅助电动缸或辅助电动推杆。此时可以通过控制器分别控制上述两种机构的工作状态，其中控制器可以是单独设置，并与上述两个机构连接的控制器，也可以是吊车上原有的
整车控制器，具体工作原理根据吊臂不同状态分为如下三种情况：
71.1、在吊车臂架静止状态时：控制器控制俯仰油缸或变幅油缸保持，俯仰油缸或变幅油缸通过液压系统保持阀及控制策略，维持油缸姿态，对臂架提供主要支撑功能，防止臂架因重力而下落。同时，控制器可以控制用于辅助电动缸或辅助电动推杆中的电机处于停转模式，使辅助电动缸或辅助电动推杆不消耗电能，等待作业指令。
72.2、在吊车臂架上升过程中：控制器在接收臂架上升指令后，控制俯仰油缸或变幅油缸及其附属系统实现臂架举升。
73.此时，对于辅助电动缸或辅助电动推杆，可以存在两种工作模式。首先，控制器可以根据设备的姿态、负载、上升速度等工况数据，计算出辅助电动缸或辅助电动推杆最合适的输出扭矩和转速，控制电池为辅助电动缸或辅助电动推杆提供电能，从而使辅助电动缸或辅助电动推杆按上述计算得到的扭矩和转速在效率最高的情况下，正向做功，为臂架上升提供部分动力。
74.其次，控制器也可根据实际情况，对辅助电动缸或辅助电动推杆发送停机指令，此时辅助电动缸或辅助电动推杆保持停机，吊车臂架上升过程中带动辅助电动缸或辅助电动推杆上升，上升期间，只需克服辅助电动缸或辅助电动推杆的摩擦力，所述并不会消耗较多能量。
75.3、在吊车臂架下降过程中：控制器在接收臂架下降指令后，首先获取吊车工况数据，包括设备的姿态、负载以及下降速度等工况进行分析计算。
76.若计算结果显示，辅助电动缸或辅助电动推杆回收能量的最大值大于臂架以及吊物的能量时，换句话说，也就是辅助电动缸或辅助电动推杆的最大输出力大于臂架和负载在下降过程中产生的力时，控制器根据计算得到的辅助电动缸或辅助电动推杆能回收吊臂和吊物势能的最小工作参数，控制辅助电动缸或辅助电动推杆进行能量回收，其中工作参数包括反向扭矩以及反向转速等。这种情况下，辅助电动缸或辅助电动推杆可以完全回收臂架和吊物的势能，最终将势能转换为电能，存储在储能器件如电池中。此时，完全由辅助电动缸或辅助电动推杆进行臂架下降速度控制，最大程度回收臂架和吊物的势能，俯仰油缸或变幅油缸保持浮动状态即可，无需分担臂架及吊物的势能，不对臂架提供支撑。
77.若计算结果显示，辅助电动缸或辅助电动推杆回收能量的最大值小于或等于臂架以及吊物的能量时，换句话说，也就是辅助电动缸或辅助电动推杆的最大输出力小于或等于臂架和负载在下降过程中产生的力时，控制器控制辅助电动缸或辅助电动推杆以最大功率运行，输出最大反向扭矩以及最大反向转速，从而按最大功率回收臂架和吊物的势能。同时，控制器根据臂架和吊物的势能与辅助电动缸或辅助电动推杆回收的势能之间的差值，计算俯仰油缸或变幅油缸需要分配的能量，也就是俯仰油缸或变幅油缸需要提供的支撑力，并发送指令，控制俯仰油缸或变幅油缸对臂架提供额外的支撑力。这种情况这下，由俯仰油缸或变幅油缸和辅助电动缸或辅助电动推杆共同分担臂架和吊物产生的力，在回收能量的同时，保证吊车运行安全，以及保证辅助电动缸或辅助电动推杆不会因承受较大的力而损坏。
78.设备实施例：
79.图3是本技术实施例提供的吊车能量回收设备的模块示意图，图4是本技术实施例提供的吊车能量回收设备的结构示意图，如图3和图4所示，本技术实施例提供的吊车能量
回收设备，包括控制器1和能量回收装置2；
80.控制器1，用于获取吊车的工况数据，并基于工况数据确定能量回收装置2的第一输出功率数据；控制器1，还用于基于第一输出功率数据，控制能量回收装置2，在吊车的臂架下降过程中进行能量回收。
81.具体的，控制器1可以是单独设置的控制器，也可以是吊车原有的整车控制器，能量回收装置2可以是电动缸或电动推杆。控制器根据工况数据，判断待回收的势能与能量回收装置能量回收的最大值进行比较，当待回收势能小于能量回收装置能量回收的最大值时，控制器控制能量回收装置以能完全回收待回收势能的最小功率进行工作，如输出对应的反向扭矩以及反向转速，从而节省能耗；当待回收势能大于或等于能量回收装置能量回收的最大值时，控制器1控制能量回收装置2以其最大功率工作，如输出最大反向扭矩和最大反向转速，从而尽可能多的回收能量。
82.需要说明的是，上述提到的电动缸或电动推杆均集成了电机和减速机的功能，以及包括了滚珠丝杆机构或其他同功能的机构。从而可以通过控制控制电机输出反向扭矩以及反向转速，进行能量回收，以及输出正向扭矩和正向转速等在吊车臂架上升或停止时做功，而且因为可以全部通过机械结构实现，从而大大提升了设备的耐用性，减小维护成本。
83.进一步的，本技术实施例提供的吊车能量回收设备还包括电池3，电池3与能量回收装置2连接，接收能量回收装置2回收能量转化的电能，以及向能量回收装置2以及吊车上的其他机构提供电能。通过电动缸或电动推杆回收能量以及通过电池3存储，减小传动环节，提高能量回收效率。
84.另外，还可以增加俯仰油缸4，分别与控制器1和臂架连接，用于在臂架停止状态时、臂架上升过程中以及臂架下降且臂架及吊物的力大于电动缸或电动推杆最大输出力时，对臂架提供动力，从而保证吊车正常运行以及保护电动缸或电动推杆器件。其中，俯仰油缸4也可以是变幅油缸，可以是液压油缸会电动油缸。
85.吊车实施例：
86.基于同一个发明构思，本技术还提供一种吊车，可以是正面吊等，包括上述设备实施例中提供的吊车能量回收设备，通过获取吊车的工况数据，确定能量回收装置的输出功率，从而可以在吊车臂架下降的过程中，根据吊车的工况，实时调整势能回收的功率。避免在待回收势能较小时，装置仍然保持高功率，耗能严重；在待回收势能较大时，容易对回收装置器件造成损坏的问题，提高能量回收效果。而且由于能量回收装置采用集成电机、减速机以及滚珠丝杆机构的电动缸或电动推杆，结构简单耐用，大大提高了能量回收装置的使用寿命。而且，直接通过电池存储电能，减少传动环节，进一步提高能量回收效率。
87.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。