专利名称：摊铺机节能控制方法
技术领域：
本发明主要涉及到路面工程机械中的摊铺机领域，特指一种摊铺机的节能控制方法。
背景技术：
配备柴油发动机作为动力装置的摊铺机，往往没有工作在额定负载下，实际生产率只有理论生产率的50％左右，振动、振捣装置的实际工作频率较之最高频率也低许多。但是在摊铺作业过程中，发动机都设定在额定转速下工作，使发动机在确保扭矩、功率输出的情况下，工作在燃油消耗率g。很高的区域，没有工作在经济运行区，造成摊铺机动力系统的经济性能下降。同时，发动机转速增高，动力系统的机械损耗也会增加；在满足同样工况的前提下，必然会降低液压泵的排量，使液压系统的总效率降低。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种操作简便、自动化程度高，能够根据实际工况的变化实时调整发动机转速，从而既能提高整机效率，同时具备节能优点的摊铺机的节能控制方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的解决方案为一种摊铺机的节能控制方法，其特征在于将摊铺工作时的预设摊铺厚度、摊铺宽度、摊铺速度以及摊铺生产率输入控制器单元的发动机工作点配置单元中，控制器单元依此得到发动机预设转速值，控制器单元根据所得到的发动机预设转速值对摊铺机发动机进行调节，从而使摊铺机的实际转速等于预设转速值。
所述发动机工作点配制单元的发动机转速配制模型中自动工作档包括以下步骤(1)将摊铺工作时的预设摊铺厚度h、摊铺宽度b以及摊铺速度v代入下式①中得到预设摊铺生产率Q；Q＝60×2.3×b×h×v ①(2)将步骤(1)中得到的预设摊铺生产率Q与X进行比较，X为摊铺机额定摊铺生产率的40％～60％；当Q＞X时，根据摊铺速度v，将Q代入式②或式③中得到发动机预设转速值V0；当Q＜＝X时，根据摊铺速度v，将Q代入式④或式⑤中得到发动机预设转速值V0；其中，Y为摊铺机发动机最大扭矩点的转速值，Z为扭矩储备在4％～6％时的摊铺机发动机转速值；当v＞7m/min时，V0＝Q+10×(v-7)+Y ②
当v＜＝7m/min时，V0＝Q+Y；③当v＞7m/min时，V0＝10×(v-7)+Z； ④当v＜＝7m/min时，V0＝Z⑤。
所述发动机工作点配制单元的发动机转速配制模型中自动行驶档包括以下步骤(1)当摊铺机处于无负载的行驶状态时，由最高扭矩时发动机转速值n0和发动机的调速率η得到发动机的转速Y0，将摊铺速度v与X0进行比较，其中X0为发动机转速为Y0时摊铺机的行走速度，当v＜X0m/min时，V0＝Y0；当v＞＝X0m/min，V0＝Y0+7×(v-22)；(2)当摊铺机处于其他负载的行驶状态时，v＜22m/min时，V0＝Z；v＞＝22m/min时，V0＝Z+3×(v-22)，其中Z为扭矩储备在4％～6％时的摊铺机发动机转速值；所述控制器单元通过直流电机驱动摊铺机发动机的调节齿杆，实现对摊铺机发动机的转速控制，或者控制器单元直接对电喷式摊铺机发动机进行控制。
将摊铺机发动机的油门位置信号传送给控制器单元，控制器单元依此对摊铺机发动机的转速进行控制。
将摊铺机发动机的实际转速信号传送给控制器单元，控制器单元依此对摊铺机发动机的转速进行控制。
与现有技术相比，本发明的优点就在于1、本发明的摊铺机的节能控制方法，根据摊铺工况或无负载行驶工况下不同的预设参数值，结合控制器单元中的发动机工作点配置单元，得到该不同工况下合理的发动机转速，将其作为发动机预设转速值，通过控制器单元使摊铺机发动机的实际转速等于该发动机预设转速值，从而完成对摊铺机发动机的控制；这种根据实际工况或实际生产率及时调整摊铺机发动机转速的方式，既能够使发动机满足执行机构或行驶机构对动力系统输出扭矩、功率的需求，并留有适当的储备，同时能提高整机液压系统的工作效率；2、本发明的摊铺机的节能控制方法中，对摊铺机行驶实施稳速控制，摊铺机发动机工作转速的降低，使其调速性能有所下降，行驶控制系统性能的改善保证了左、右马达速度的稳定性和同步性能；3、本发明的摊铺机的节能控制方法中，摊铺机发动机的转速采用自适应调节，使其在同样生产率的状况下，即便路面坡度、平整度等因素的变化引起实际载荷的变化过大，也能够自动地调节发动机油门(增加或减少)以适应工况的变化；4、本发明的摊铺机的节能控制方法中包含了两种工作模式，为满足不同操作对象或现场的要求，设置了正常和经济两种操作模式，正常模式遵循原有的操作习惯，使其能够容易被操作员掌握，而经济模式即由设备根据作业参数自动控制发动机转速；
5、本发明摊铺机的节能控制方法中，摊铺机暂停时具有自动回怠速的功能，即摊铺机在作业过程中，遇到暂停时间超过设定值后，发动机自动回怠速以利节省能源；6、采用本发明摊铺机的节能控制方法，能够使摊铺机的发动机转速降低，使整机噪声有所下降；7、采用本发明摊铺机的节能控制方法，在同等工况下摊铺沥青，用经济模式作业控制，自适应不同的工况，根据不同工况实时调整其转速，能够使摊铺机的发动机时刻处在最合理的转速下工作，比常规的工作模式节油20％以上。
图1是本发明的控制原理框架示意图；图2是本发明中发动机工作点配置单元的框架示意图；图3是本发明中发动机调节控制模型的框架示意图；图4是本发明具体实施例中控制原理的流程示意图；图5是本发明中具体实施例中控制器单元的原理示意图。
具体实施例方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明摊铺机的节能控制方法，将摊铺工作时的预设摊铺厚度、摊铺宽度、摊铺速度等工艺参数通过键盘等输入单元以及显示单元，将各参数输入到控制器单元的发动机工作点配置单元中，控制器单元依此得到发动机预设转速值，控制器单元根据所得到的发动机预设转速值对摊铺机发动机进行调节，从而使摊铺机的实际转速等于预设转速值。控制器单元通过直流电机驱动摊铺机发动机的调节齿杆，实现对摊铺机发动机的转速控制，或者控制器单元直接对电喷式摊铺机发动机进行控制。在具体实施例中，可以将摊铺机发动机的油门位置信号传送给控制器单元，控制器单元依此对摊铺机发动机的转速进行控制。同时，还可以将摊铺机发动机的实际转速信号传送给控制器单元，控制器单元依此对摊铺机发动机的转速进行控制。
摊铺机的发动机通常工作在额定转速下，这是常规的工作模式。本实施例中，将对摊铺机发动机的控制分成两个模式“正常模式”和“经济模式”，“正常模式”下的控制遵循原有的操作习惯，使其能够容易被操作员掌握，在此也不再赘述。在“经济模式”下，发动机工作点配置单元的发动机转速配制模型中分成“自动工作档”和“自动行驶档”。通过面板操作按键的设置可以随时将摊铺机切换到“经济模式”或“正常模式”，摊铺机就能在两个工作模式下转换。
参见图2所示，其中，自动工作档包括以下步骤
(1)将摊铺工作时的预设摊铺厚度h、摊铺宽度b以及摊铺速度v代入下式①中得到预设摊铺生产率Q；Q＝60×2.3×b×h×v①(2)将步骤(1)中得到的预设摊铺生产率Q与X进行比较，X为摊铺机额定摊铺生产率的40％～60％；当Q＞X时，根据摊铺速度v，将Q代入式②或式③中得到发动机预设转速值V0；当Q＜＝X时，根据摊铺速度v，将Q代入式④或式⑤中得到发动机预设转速值V0；其中，Y为摊铺机发动机最大扭矩点的转速值，Z为扭矩储备在4％～6％时的摊铺机发动机转速值；当v＞7m/min时，V0＝Q+10×(v-7)+Y②当v＜＝7m/min时，V0＝Q+Y； ③当v＞7m/min时，V0＝10×(v-7)+Z；④当v＜＝7m/min时，V0＝Z ⑤最后控制器单元根据所得到的发动机预设转速值对摊铺机发动机进行调节，使摊铺机的实际转速等于预设转速值，从而完成对摊铺机发动机的控制。
“自动行驶档”包括以下步骤(1)当摊铺机处于无负载的行驶状态时，由最高扭矩时发动机转速值n0和发动机的调速率η得到发动机的转速Y0，将摊铺速度v与X0进行比较，其中X0为发动机转速为Y0时摊铺机的行走速度，当v＜X0m/min时，V0＝Y0；当v＞＝X0m/min，V0＝Y0+7×(v-22)；(2)当摊铺机处于其他负载的行驶状态时，v＜22m/min时，V0＝Z；v＞＝22m/min时，V0＝Z+3×(v-22)，其中Z为扭矩储备在4％～6％时的摊铺机发动机转速值；参见图3所示，在下列情况下，通过步进电机控制发动机油门向提速方向运动使空载提速40rpm。
1、在自动工作档、无输分料手动干预时，对发动机转速连续采样20次，有10次以上低于1550rpm。
2、在自动工作档、有输分料手动干预时，对发动机转速连续采样20次，有10次以上低于1500rpm。
3、在自动行驶档时，对发动机转速连续采样20次，有10次以上低于1500rpm。
由于负载的增大，使发动机油门位置大于起始配置的空载转速位置120rpm以上，对发动机转速连续采样3000次(约1分钟)，如ABS(发动机实际转速-设定速度)<5％×设定速度的次数>＝2500时，通过步进电机控制发动机油门向提速方向运动使空载降速40rpm。在行驶手柄回到中位时，控制发动机自动回怠速，以节省燃油。
工作流程参见图4所示，首先通过面板上显示器的操作按键输入施工工艺参数摊铺宽度、厚度，并确定工作模式(正常模式/经济模式)；通过速度给定电位器给定摊铺速度；启动发动机后，在正常模式时，不管是工作挡还是行驶挡，发动机都将工作在2200rpm左右，其操作与原有系统完全一样。在经济模式下，行驶手柄离开中位后，系统将根据工作挡/行驶挡的不同，配置发动机的初始工作转速，并通过步进电机控制调速齿杆使实际速度等于配置速度；之后，行走系统开始工作，并通过相应的控制机构将找平、输料、分料、振捣、振动等实现联动。在实际运行过程中，可以手动干预发动机转速，由于负载的过大波动造成发动机转速波动太大时，系统会控制自动提速，当系统检测到功率过剩时，系统会适当自动降速。当行驶手柄回到中位1分钟后，系统控制发动机自动回到怠速位，之后可以手动干预发动机转速。
以一个实际操作具体实施例为例说明其工作原理。参见图5所示，摊铺机发动机的转速信号通过RC6/9控制器单元的高速脉冲输入点采集，油门步进电机的驱动由油门控制器完成，步进电机可以实现正向/反向运动实现油门位置的增大/减小。RC6/9控制器的一个PWM输出点，控制油门控制器的脉冲步进端实现油门变化量的控制，一个开关量输出点控制步进方向端实现正/反方向控制。油门位置的检测是由步进电机上配带的一个角度电位器的阻值变化转化为电压变化送到RC6/9的模拟量输入端完成的。所有操纵信号通过操纵台内另一个RC6/9控制器进行信号采集后通过CANBUS送往A1模块进行控制。
在“经济模式”/“工作档”下，操作员需要在面板上输入摊铺厚度h、宽度b、速度v三个工艺参数，通过发动机空载转速控制模型及每台设备标定的发动机速度一油门位置曲线，确定了发动机的空载油门位置；如果没有输入工艺参数，默认值为0，此时将空载转速默认为1800rpm。行驶手柄在中位时，发动机工作在怠速位；在行驶手柄推向“前进”位时，系统首先控制油门到达配置的位置上，之后按自动工作模式进行与行驶关联的联动作业。当由于外界扰动引起发动机转速的波动低于某一扭矩储备值时，通过发动机速度调节模型，系统能够自动提高转速；当扰动消除，功率再次出现富余时同样通过调节模型降低转速。当手柄回到“中位”时，延时1min发动机自动回怠速。在“经济模式”/“行驶档”下，发动机的最低转速确定为1500rpm，之后根据行走速度的要求调节油门位置提高转速以实现系统速度调节要求。
权利要求
1.一种摊铺机的节能控制方法，其特征在于将摊铺工作时的预设摊铺厚度、摊铺宽度、摊铺速度以及摊铺生产率输入控制器单元的发动机工作点配置单元中，控制器单元依此得到发动机预设转速值，控制器单元根据所得到的发动机预设转速值对摊铺机发动机进行调节，从而使摊铺机的实际转速等于预设转速值。
2.根据权利要求1所述的摊铺机的节能控制方法，其特征在于所述发动机工作点配制单元的发动机转速配置模型中自动工作档包括以下步骤(1)将摊铺工作时的预设摊铺厚度h、摊铺宽度b以及摊铺速度v代入下式①中得到预设摊铺生产率Q；Q＝60×2.3×b×h×v①(2)将步骤(1)中得到的预设摊铺生产率Q与X进行比较，X为摊铺机额定摊铺生产率的40％～60％；当Q＞X时，根据摊铺速度v，将Q代入式②或式③中得到发动机预设转速值V0；当Q＜＝X时，根据摊铺速度v，将Q代入式④或式⑤中得到发动机预设转速值V0；其中，Y为摊铺机发动机最大扭矩点的转速值，Z为扭矩储备在4％～6％时的摊铺机发动机转速值；当v＞7m/min时，V0＝Q+10×(v-7)+Y ②当v＜＝7m/min时，V0＝Q+Y；③当v＞7m/min时，V0＝10×(v-7)+Z； ④当v＜＝7m/min时，V0＝Z⑤。
3.根据权利要求1或2所述的摊铺机的节能控制方法，其特征在于所述发动机工作点配置单元的发动机转速配置模型中自动行驶档包括以下步骤(1)当摊铺机处于无负载的行驶状态时，由最高扭矩时发动机转速值n0和发动机的调速率η得到发动机的转速Y0，将摊铺速度v与X0进行比较，其中X0为发动机转速为Y0时摊铺机的行走速度，当v＜X0m/min时，V0＝Y0；当v＞＝X0m/min，V0＝Y0+7×(v-22)；(2)当摊铺机处于其他负载的行驶状态时，v＜22m/min时，V0＝Z；v＞＝22m/min时，V0＝Z+3×(v-22)，其中Z为扭矩储备在4％～6％时的摊铺机发动机转速值。
4.根据权利要求1或2所述的摊铺机的节能控制方法，其特征在于所述控制器单元通过直流电机驱动摊铺机发动机的调节齿杆，实现对摊铺机发动机的转速控制，或者控制器单元直接对电喷式摊铺机发动机进行控制。
5.根据权利要求3所述的摊铺机的节能控制方法，其特征在于所述控制器单元通过直流电机驱动摊铺机发动机的调节齿杆，实现对摊铺机发动机的转速控制，或者控制器单元直接对电喷式摊铺机发动机进行控制。
6.根据权利要求5所述的摊铺机的节能控制方法，其特征在于将摊铺机发动机的油门位置信号传送给控制器单元，控制器单元依此对摊铺机发动机的转速进行控制。
7.根据权利要求1或2所述的摊铺机的节能控制方法，其特征在于将摊铺机发动机的实际转速信号传送给控制器单元，控制器单元依此对摊铺机发动机的转速进行控制。
8.根据权利要求6所述的摊铺机的节能控制方法，其特征在于将摊铺机发动机的实际转速信号传送给控制器单元，控制器单元依此对摊铺机发动机的转速进行控制。
全文摘要
本发明公开了一种摊铺机的节能控制方法，将摊铺工作时的预设摊铺厚度、摊铺宽度、摊铺速度输入控制器单元的发动机工作点配置单元中，控制器单元依此得到发动机预设转速值，控制器单元根据所得到的发动机预设转速值对摊铺机发动机进行调节，从而使摊铺机的实际转速等于预设转速值。本发明是一种操作简便、自动化程度高，能够根据实际工况的变化实时调整发动机转速，从而在保证作业性能的前提下既能提高整机效率，同时具备节能优点的摊铺机的节能控制方法。
文档编号G05D13/62GK1995543SQ20061013698
公开日2007年7月11日 申请日期2006年12月29日 优先权日2006年12月29日
发明者王动勤, 唐楚舒, 周巍 申请人:三一重工股份有限公司