專利名稱：一種挖掘機(jī)流量控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種液壓挖掘機(jī)的控制方法，尤其涉及的是一種挖掘機(jī)流量控制方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在挖掘機(jī)主流的液壓控制系統(tǒng)有負(fù)流量系統(tǒng)、正流量系統(tǒng)和負(fù)載敏感系統(tǒng)，其中正流量系統(tǒng)以其高效、節(jié)能、操作性好而深受客戶的好評(píng)。正流量系統(tǒng)根據(jù)電控參與控制的程度通常又分為全液控、半電控和全電控三種型式，其中全液控方式應(yīng)用比較成熟。雖然全液控作為一種比較成熟的技術(shù)，但是其通過(guò)采集先導(dǎo)壓力的最大值作為泵排量調(diào)節(jié)依據(jù)的方法，顯然大大的降低了泵功率的使用效率，而且增大了液壓系統(tǒng)的產(chǎn)熱量，同時(shí)也增大了發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，傳感器、PLC等技術(shù)的不斷完善，使得電控正流量控制方法得以具體實(shí)現(xiàn)，電子控制的精確性、快速響應(yīng)性等液壓控制所不具備的優(yōu)勢(shì)，使得此種控制方法具有很大的推廣空間，電控正流量的研發(fā)正成為各大主機(jī)廠搶占技術(shù)制高點(diǎn)的標(biāo)志性動(dòng)作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種挖掘機(jī)流量控制方法，通過(guò)控制挖掘機(jī)兩個(gè)主泵的排量提高系統(tǒng)工作效率。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟(I)使用壓力傳感器分別檢測(cè)動(dòng)臂上升時(shí)壓力傳感器的輸出電流II、動(dòng)臂下降時(shí)壓力傳感器的輸出電流12、鏟斗挖掘時(shí)壓力傳感器的輸出電流13、鏟斗卸載時(shí)壓力傳感器的輸出電流14、回轉(zhuǎn)動(dòng)作時(shí)壓力傳感器的輸出電流15、斗桿伸出時(shí)壓力傳感器的輸出電流16、斗桿收回時(shí)壓力傳感器的輸出電流17、左行走時(shí)壓力傳感器的輸出電流18、右行走時(shí)壓力傳感器的輸出電流19，第一主泵的負(fù)載電流111，第二主泵的負(fù)載電流112，第一主泵上設(shè)有第一比例電磁閥，第二主泵上設(shè)有第二比例電磁閥，第一主泵和第二主泵之間設(shè)有第三比例電磁閥，動(dòng)臂上設(shè)有第四比例電磁閥，斗桿上設(shè)有第五比例電磁閥；(2)計(jì)算第一主泵的排量Ql和第二主泵的排量Q2 計(jì)算挖掘機(jī)第一先導(dǎo)手柄的壓力Pnl，Pnl= P1+P2+P3+P4+P9,Pl= (Il-Imin) / (Im/Pmax)，同理可得 P2 P12，Ql=ffl/kX (PnI/ImaxI) = (ffl X Imaxl) / (kXPnl)，動(dòng)臂上升的壓力P1，動(dòng)臂下降的壓力P2，鏟斗挖掘的壓力P3，鏟斗卸載的壓力P4，右行走的壓力P9，Imin是壓力傳感器的電流輸出最小值,Im是壓力傳感器的電流輸出最大值，Pmax是壓力傳感器的壓力測(cè)量最大值，Wl是第一主泵的輸出功率，Imaxl是第一比例電磁閥的最大控制電流，k是比例系數(shù)，同理，Q2=(W2XImax2)/(kXPn2)，W2是第二主泵的輸出功率，Imax2是第二比例電磁閥的最大控制電流，k是比例系數(shù)，Pn2= P5+P6+P7+P8 ；回轉(zhuǎn)動(dòng)作的壓力P5，斗桿伸出的壓力P6，斗桿收回的壓力P7，左行走的壓力P8，
(3)對(duì)第一主泵和第二主泵的排量通過(guò)第一比例電磁閥和第二比例電磁閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，并滿足Wo >ffx,Wo為第一主泵和第二主泵的輸出功率之和，Wo=PIIXQI+ P12XQ2，Wx為系統(tǒng)的最大輸出功率，第一主泵的負(fù)載壓力PU，第二主泵的負(fù)載壓力P12。所述步驟(3)中，Wx= PXQ, P為系統(tǒng)壓力，Q為系統(tǒng)流量，當(dāng)通過(guò)第三比例電磁閥的輸入電流和起調(diào)壓力不變時(shí)，此時(shí)即為系統(tǒng)的最大輸出功率。本控制方法還包括如下步驟(4)根據(jù)Il和12確定第四比例電磁閥的開(kāi)度，根據(jù)16和17確定第五比例電磁閥的開(kāi)度根據(jù)Pl= (Il-Imin)/ (Im/Pmax)可以得出壓力和電流之間的關(guān)系,可以將壓力傳感器的壓力參數(shù)即操作者的操作幅度檢測(cè)出，進(jìn)而控制第四和第五比例電磁閥的開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)流量的控制。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明通過(guò)壓力傳感器采集操作手柄處的先導(dǎo)壓力信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確檢測(cè)每一個(gè)負(fù)載動(dòng)作操作幅度的目的，從而精確調(diào)節(jié)泵的排量；減少了液壓系統(tǒng)溢流的出現(xiàn)，從而達(dá)到了提高液壓系統(tǒng)工作效率，減少熱量的產(chǎn)生；發(fā)動(dòng)機(jī)根據(jù)泵的功率提供匹配性較好的輸出功率，從而減少了發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的浪費(fèi)，提高了整車燃油的經(jīng)濟(jì)性。實(shí)現(xiàn)了挖掘機(jī)整車操作動(dòng)作的精確化控制，提高了整車的操作穩(wěn)定性及舒適性；由于實(shí)現(xiàn)了精確化控制，顯然其燃油消耗會(huì)明顯下降，減少了用戶的使用成本；由于液壓系統(tǒng)的循環(huán)實(shí)現(xiàn)了按需滿足，一改以往控制方法中的液壓功率利用率低的特點(diǎn)，這必將使得液壓系統(tǒng)的產(chǎn)熱量降低，從而減輕了整車散熱系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。


圖I是本發(fā)明的操作手柄信號(hào)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是泵的控制原理圖；圖3是本發(fā)明的控制流程圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。如圖I所示，本實(shí)施例的挖掘機(jī)上設(shè)置用于檢測(cè)動(dòng)臂上升信號(hào)的第一壓力傳感器
I、檢測(cè)動(dòng)臂下降信號(hào)的第二壓力傳感器2、檢測(cè)鏟斗挖掘信號(hào)的第三壓力傳感器3、檢測(cè)鏟斗卸載信號(hào)的第四壓力傳感器4、檢測(cè)回轉(zhuǎn)動(dòng)作信號(hào)的第五壓力傳感器5、檢測(cè)斗桿伸出信號(hào)的第六壓力傳感器6、檢測(cè)斗桿收回信號(hào)的第七壓力傳感器7、檢測(cè)左行走信號(hào)的第八壓力傳感器8，檢測(cè)右行走信號(hào)的第九壓力傳感器9，上述壓力傳感器用于檢測(cè)先導(dǎo)動(dòng)作信號(hào)值作為泵排量調(diào)節(jié)參照值。如圖2所示，第一比例電磁閥15用于控制第一主泵排量，根據(jù)第一壓力傳感器I輸出電流II，第二壓力傳感器2輸出電流12，第三壓力傳感器3輸出電流13，第四壓力傳感器4輸出電流14，第九壓力傳感器9輸出電流19，作為第一比例電磁閥15調(diào)節(jié)的控制參照值。第二比例電磁閥13用于調(diào)節(jié)第二主泵排量，根據(jù)第五壓力傳感器5輸出電流15，第六壓力傳感器6輸出電流16，第七壓力傳感器7輸出電流17，第八壓力傳感器8輸出電流18，作為第二比例電磁閥13調(diào)節(jié)的控制參照值，調(diào)節(jié)第一比例電磁閥15和第二比例電磁閥13的開(kāi)口大小即達(dá)到控制泵排量的目的。第三比例電磁閥10用于控制主泵的功率，第十一壓力傳感器11設(shè)置于第一主泵上，第十二壓力傳感器12設(shè)置于第二主泵上，根據(jù)第十一壓力傳感器11輸出電流111，第十二壓力傳感器12輸出電流112作為控制輸入量，調(diào)節(jié)泵功率大?。坏谝粔毫鞲衅鱅和第二壓力傳感器2的輸出電流作為第四比例電磁閥14動(dòng)臂合流 控制的參照值，第六壓力傳感器6和第七壓力傳感器7輸出電流作為第五比例電磁閥16斗桿合流控制的參照值。本實(shí)施例的具體實(shí)現(xiàn)流程如圖3所示，本實(shí)施例的壓力傳感器為電流型輸出，壓力測(cè)量范圍為0 60Bar，電流輸出為4 20mA，且電流輸出與被檢測(cè)壓力值成線性正比例關(guān)系；本實(shí)施例的先導(dǎo)壓力信號(hào)范圍為0 35bar。檢測(cè)動(dòng)臂上升時(shí)壓力傳感器的輸出電流II、動(dòng)臂下降時(shí)壓力傳感器的輸出電流12、鏟斗挖掘時(shí)壓力傳感器的輸出電流13、鏟斗卸載時(shí)壓力傳感器的輸出電流14、回轉(zhuǎn)動(dòng)作時(shí)壓力傳感器的輸出電流15、斗桿伸出時(shí)壓力傳感器的輸出電流16、斗桿收回時(shí)壓力傳感器的輸出電流17、左行走時(shí)壓力傳感器的輸出電流18、右行走時(shí)壓力傳感器的輸出電流19，第一主泵的負(fù)載電流111，第二主泵的負(fù)載電流112，并將上述壓力傳感器的電流信號(hào)傳輸?shù)娇刂破髦羞M(jìn)行計(jì)算。控制器中與以上壓力傳感器相對(duì)接的模擬量輸入端口所采集到的電流信號(hào)I通過(guò)以下算法即可得出相應(yīng)油路的壓力值Pl= (Il-Imin)/ (Im/Pmax)= (11-4)/ (20/60),同理可得P2 P12，Imin是壓力傳感器的電流輸出最小值，Pmax是壓力傳感器的壓力測(cè)量最大值，Im是壓力傳感器的電流輸出最大值，本實(shí)施例的壓力傳感器將測(cè)量到的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，再將電流信號(hào)傳輸?shù)娇刂破鳌５谝幌葘?dǎo)手柄的壓力之和Pnl為Pnl= P1+P2+P3+P4+P9,動(dòng)臂上升的壓力P1，動(dòng)臂下降的壓力P2，鏟斗挖掘的壓力P3，鏟斗卸載的壓力P4，右行走的壓力P9。第一比例電磁閥15的最大控制電流為Imaxl，根據(jù)比例電磁閥的壓力-電流百分比曲線圖，認(rèn)為壓力與電流百分比成線性正比例關(guān)系P0=kX (Pnl/ Imaxl) ;k 為比例系數(shù)。根據(jù)公式W=PXQ,可知第一主泵的排量Ql, Ql= Wl/ kX (Pnl/ Imaxl)= (W1 X Imaxl) / (kXPnl)，Wl是第一主泵的輸出功率，Imaxl是第一比例電磁閥的最大控制電流，從而實(shí)現(xiàn)了先導(dǎo)壓力信號(hào)到第一主泵排量的精確控制。同理可以計(jì)算得到第二主泵的排量Q2，Q2=(W2XImax2)/(kXPn2)，W2是第二主泵的輸出功率，Imax2是第二比例電磁閥的最大控制電流，k是比例系數(shù)，Pn2= P5+P6+P7+P8 ；回轉(zhuǎn)動(dòng)作的壓力P5，斗桿伸出的壓力P6，斗桿收回的壓力P7，左行走的壓力P8，從而實(shí)現(xiàn)了先導(dǎo)壓力對(duì)第二主泵排量的精確控制。
發(fā)動(dòng)機(jī)處于轉(zhuǎn)速r時(shí)，W0=W 額-W 外；其中WS為r轉(zhuǎn)速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)額定輸出功率；為空調(diào)壓縮機(jī)、風(fēng)扇等外負(fù)載消耗功率；Wo為輸入泵第一主泵和第二主泵的輸出功率之和；第十一壓力傳感器11和第十二壓力傳感器12，分別檢測(cè)第一主泵第二主泵的負(fù)載壓力信號(hào)分別為PU、P12，由Wo=PIIXQI+ P12XQ2從而建立了泵功率與電流之間的關(guān)系，根據(jù)第三比例電磁閥10的電流-流量特性曲線，電磁閥的輸入電流與其流量成線性正比例關(guān)系且輸入電流一定其起調(diào)壓力一定，此時(shí)泵最大輸出功率Wx= PXQ其中P為系統(tǒng)壓力；Q為系統(tǒng)流量。對(duì)第一主泵和第二主泵的排量通過(guò)第一比例電磁閥和第二比例電磁閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，在控制發(fā)動(dòng)機(jī)的每檔轉(zhuǎn)速時(shí)應(yīng)保證在任何轉(zhuǎn)速、任何負(fù)載情況下Wo > Wx，且在調(diào)速特性下發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率也稍大于此時(shí)泵額定功率為控制的最終目的。此外，本控制方法的液壓系統(tǒng)中設(shè)置了斗桿合流和動(dòng)臂合流等功能，即動(dòng)臂動(dòng)作或者斗桿動(dòng)作時(shí)負(fù)載挖掘力超過(guò)固定值時(shí)第一主泵和第二主泵需要同時(shí)對(duì)此負(fù)載動(dòng)作提供一定功率才能保證此動(dòng)作的順利進(jìn)行。控制系統(tǒng)則可以通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)，經(jīng)計(jì)算可以得出動(dòng)臂動(dòng)作信號(hào)第一壓力傳感器I和第二壓力傳感器2以及斗桿動(dòng)作信號(hào)第六壓力傳感器6和第七壓力傳感器7的輸出電流值I1J2和16、I7，建立斗桿合流的第四比例電磁閥14的輸入電流U與第六壓力傳感器6和第七壓力傳感器7信號(hào)電流之間的關(guān)系1-=4(1);動(dòng)臂合流的第五電磁閥16的輸入電流I-和第一壓力傳感器I和第二壓力傳感器2信號(hào)電流值間的關(guān)系式ImA2=f2 (I)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)動(dòng)臂合流電磁閥與斗桿合流電磁閥的精確控制。f: ( I)和f2 (I)分別由第四比例電磁閥14和第五電磁閥16的電流-流量曲線可以得出初步公式，再根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改即可得到。本實(shí)施例可以根據(jù)操作意圖進(jìn)行精確化檢測(cè)及操作要求的合理化滿足，整個(gè)系統(tǒng)消除了以往任何控制方法所帶來(lái)的能量浪費(fèi)，效率低下等弱點(diǎn)，從而消除了整個(gè)系統(tǒng)的產(chǎn)熱量。
權(quán)利要求
1.一種挖掘機(jī)流量控制方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)使用壓力傳感器分別檢測(cè) 動(dòng)臂上升時(shí)壓力傳感器的輸出電流II、動(dòng)臂下降時(shí)壓力傳感器的輸出電流12、鏟斗挖掘時(shí)壓力傳感器的輸出電流13、鏟斗卸載時(shí)壓力傳感器的輸出電流14、回轉(zhuǎn)動(dòng)作時(shí)壓力傳感器的輸出電流15、斗桿伸出時(shí)壓力傳感器的輸出電流16、斗桿收回時(shí)壓力傳感器的輸出電流17、左行走時(shí)壓力傳感器的輸出電流18、右行走時(shí)壓力傳感器的輸出電流19，第一主泵的負(fù)載電流111，第二主泵的負(fù)載電流112， 第一主泵上設(shè)有第一比例電磁閥，第二主泵上設(shè)有第二比例電磁閥，第一主泵和第二主泵之間設(shè)有第三比例電磁閥，動(dòng)臂上設(shè)有第四比例電磁閥，斗桿上設(shè)有第五比例電磁閥； (2)計(jì)算第一主泵的排量Ql和第二主泵的排量Q2 計(jì)算挖掘機(jī)第一先導(dǎo)手柄的壓力Pnl，Pnl= P1+P2+P3+P4+P9, Pl= (Il-Imin) / (Im/Pmax),同理可得 P2 P12,Ql=ffl/kX (PnI/ImaxI) = (ffl X Imaxl) / (kXPnl), 動(dòng)臂上升的壓力P1，動(dòng)臂下降的壓力P2，鏟斗挖掘的壓力P3，鏟斗卸載的壓力P4，右行走的壓力P9，Imin是壓力傳感器的電流輸出最小值，Im是壓力傳感器的電流輸出最大值，Pmax是壓力傳感器的壓力測(cè)量最大值，Wl是第一主泵的輸出功率，Imaxl是第一比例電磁閥的最大控制電流，k是比例系數(shù)，同理，Q2= (W2 X Imax2) / (k X Pn2)， W2是第二主泵的輸出功率，Imax2是第二比例電磁閥的最大控制電流，k是比例系數(shù)，Pn2= P5+P6+P7+P8 ； 回轉(zhuǎn)動(dòng)作的壓力P5，斗桿伸出的壓力P6，斗桿收回的壓力P7，左行走的壓力P8， (3)對(duì)第一主泵和第二主泵的排量通過(guò)第一比例電磁閥和第二比例電磁閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，并滿足Wo > Wx， Wo為第一主泵和第二主泵的輸出功率之和，Wo=PlI XQl+ P12XQ2，Wx為系統(tǒng)的最大輸出功率，第一主泵的負(fù)載壓力P11，第二主泵的負(fù)載壓力P12。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種挖掘機(jī)流量控制方法，其特征在于所述步驟(3)中，Wx=PXQ, P為系統(tǒng)壓力，Q為系統(tǒng)流量，當(dāng)通過(guò)第三比例電磁閥的輸入電流和起調(diào)壓力不變時(shí)，此時(shí)即為系統(tǒng)的最大輸出功率。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種挖掘機(jī)流量控制方法，其特征在于本控制方法還包括如下步驟 (4)根據(jù)Il和12確定第四比例電磁閥的開(kāi)度，根據(jù)16和17確定第五比例電磁閥的開(kāi)度 根據(jù)Pl= (Il-Imin)/ (Im/Pmax)可以得出壓力和電流之間的關(guān)系，可以將壓力傳感器的壓力參數(shù)即操作者的操作幅度檢測(cè)出，進(jìn)而控制第四和第五比例電磁閥的開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)流量的控制。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種挖掘機(jī)流量控制方法，通過(guò)壓力傳感器采集操作手柄處的先導(dǎo)壓力信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確檢測(cè)每一個(gè)負(fù)載動(dòng)作操作幅度的目的，從而精確調(diào)節(jié)泵的排量；減少了液壓系統(tǒng)溢流的出現(xiàn)，從而達(dá)到了提高液壓系統(tǒng)工作效率，減少熱量的產(chǎn)生；發(fā)動(dòng)機(jī)根據(jù)泵的功率提供匹配性較好的輸出功率，從而減少了發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的浪費(fèi)，提高了整車燃油的經(jīng)濟(jì)性。實(shí)現(xiàn)了挖掘機(jī)整車操作動(dòng)作的精確化控制，提高了整車的操作穩(wěn)定性及舒適性；由于實(shí)現(xiàn)了精確化控制，顯然其燃油消耗會(huì)明顯下降，減少了用戶的使用成本；由于液壓系統(tǒng)的循環(huán)實(shí)現(xiàn)了按需滿足，一改以往控制方法中的液壓功率利用率低的特點(diǎn)，這必將使得液壓系統(tǒng)的產(chǎn)熱量降低，從而減輕整車散熱系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。
文檔編號(hào)E02F9/22GK102720243SQ20121024144
公開(kāi)日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月12日
發(fā)明者任小體, 劉道壽, 司圣濤, 柏瑩, 陸波 申請(qǐng)人:熔盛機(jī)械有限公司