專利名稱：一種極限載荷控制方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及工程機械領域，更具體地說，涉及一種極限載荷控制方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著可編程控制器(PLC)等微電子控制技術(shù)的發(fā)展及其在國內(nèi)中大噸位起重機 上的逐步深入和廣泛應用，以及液壓集成技術(shù)的飛速發(fā)展，使得許多國際先進技術(shù)在起重 機上得以方便的實現(xiàn)，極限載荷電子控制技術(shù)就是在這樣一種環(huán)境下發(fā)展出的先進技術(shù)。在發(fā)動機的傳統(tǒng)設計中，一般將發(fā)動機最大扭點與液壓系統(tǒng)的最大負荷點相匹 配，此時機器處于正常的工作狀態(tài)。但是在實際的工作中，由于液壓系統(tǒng)負荷的不確定性， 使得機器在工作時，就可能導致發(fā)動機與液壓系統(tǒng)的負荷發(fā)生不匹配的現(xiàn)象，從而導致發(fā) 動機失速過多，甚至導致發(fā)動機熄火。除此以外，在大噸位起重機中，液壓系統(tǒng)均為多泵多 馬達系統(tǒng)，發(fā)動機的輸出功率如果與液壓泵的吸收功率不匹配的話，為油泵的管理也帶來 了很大的問題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明實施例提供一種極限載荷控制方法和系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中 發(fā)動機最大扭點與液壓系統(tǒng)的最大負荷無法較好匹配的問題。本發(fā)明實施例是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明提供了一種極限載荷控制方法，包括獲取發(fā)動機的目標轉(zhuǎn)速和實際轉(zhuǎn)速；根據(jù)所獲取的所述目標轉(zhuǎn)速和所述實際轉(zhuǎn)速進行所述發(fā)動機的失速補償量的計 算；獲取液壓系統(tǒng)外部壓力；根據(jù)所述失速補償量和所述液壓系統(tǒng)外部壓力對液壓泵的吸收功率進行調(diào)整。所述獲取發(fā)動機的目標轉(zhuǎn)速，包括采集所述發(fā)動機的當前油門的位置；根據(jù)所采集到的所述油門的位置計算所述發(fā)動機的目標轉(zhuǎn)速。所述獲取發(fā)動機的實際轉(zhuǎn)速，包括通過采用傳感器對所述發(fā)動機的實際轉(zhuǎn)速進行獲取。所述根據(jù)所獲取的所述目標轉(zhuǎn)速和所述實際轉(zhuǎn)速進行所述發(fā)動機的失速補償量 的計算，包括根據(jù)所獲取的所述發(fā)動機的實際轉(zhuǎn)速，根據(jù)功率模式和調(diào)速器特性，計算所述發(fā) 動機的允許失速；根據(jù)所求得的所述允許失速進行實際失速的估計；根據(jù)所求得的所述實際失速和所述目標轉(zhuǎn)速，通過比例、積分、微分控制的方式， 求得所述發(fā)動機的失速補償量。
所述根據(jù)所述失速補償量對液壓泵的吸收功率進行調(diào)整，包括
將所述失速補償量轉(zhuǎn)化為電信號；通過所述電信號對所述液壓泵的吸收功率進行調(diào)整。所述通過所述電信號對所述液壓泵的吸收功率進行調(diào)整，包括通過所述電信號對斜盤式柱塞泵的斜盤傾斜角度進行調(diào)整；利用所述斜盤式柱塞泵的斜盤傾斜角度的變化對液壓泵的吸收功率進行調(diào)整。本發(fā)明實施例提供了一種極限載荷控制系統(tǒng)，包括發(fā)送機數(shù)據(jù)獲取單元、計算單 元、壓力數(shù)據(jù)獲取單元和調(diào)整單元，其中，所述發(fā)動機數(shù)據(jù)獲取單元，用于獲取發(fā)動機的目標轉(zhuǎn)速和實際轉(zhuǎn)速；所述計算單元，用于根據(jù)所獲取的所述目標轉(zhuǎn)速和所述實際轉(zhuǎn)速進行所述發(fā)動機 的失速補償量的計算；所述壓力數(shù)據(jù)獲取單元，用于獲取液壓系統(tǒng)的外部壓力；調(diào)整單元，用于根據(jù)所述失速補償量對液壓泵的吸收功率進行調(diào)整。
所述發(fā)動機數(shù)據(jù)獲取單元包括目標轉(zhuǎn)速獲取子單元，用于獲取發(fā)動機的目標轉(zhuǎn)速；實際轉(zhuǎn)速獲取子單元，用于獲取發(fā)動機的實際轉(zhuǎn)速。所述計算單元包括允許失速計算子單元，用于根據(jù)所獲取的所述發(fā)動機的實際轉(zhuǎn)速，根據(jù)功率模式 和調(diào)速器特性，計算所述發(fā)動機的允許失速；實際失速計算子單元，用于根據(jù)所求得的所述允許失速進行實際失速的估計；失速補償子單元，用于根據(jù)所求得的所述實際失速和所述目標轉(zhuǎn)速，通過比例、積 分、微分控制的方式，求得所述發(fā)動機的失速補償量。所述調(diào)整單元包括轉(zhuǎn)化單元，用于將所述失速補償量和所述液壓系統(tǒng)外部壓力轉(zhuǎn)化為電信號；調(diào)整子單元，用于通過所述電信號對所述液壓泵的吸收功率進行調(diào)整。對現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點和特點本發(fā)明實 施例所提供的技術(shù)方案，通過對發(fā)動機的相關(guān)數(shù)據(jù)進行獲取以及對液壓系統(tǒng)外部壓力的獲 取，并利用所獲取的相關(guān)數(shù)據(jù)實現(xiàn)對液壓泵吸收功率的調(diào)整，使液壓泵的吸收功率與發(fā)動 機的輸出功率向匹配。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可 以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明實施例所涉及的一種極限載荷控制方法流程圖；圖2為本發(fā)明實施例所涉及的一種發(fā)動機速度曲線示意圖；圖3為本發(fā)明實施例所涉及的一種極限載荷控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明實施例所涉及的一種極限載荷控制系統(tǒng)中某一單元的結(jié)構(gòu)示意圖5為本發(fā)明實施例所涉及的一種極限載荷控制系統(tǒng)中某一單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明實施例所涉及的一種極限載荷控制系統(tǒng)中某一單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。一般情況下，發(fā)動機與液壓泵通過彈性聯(lián)軸器直接相連，在不計摩擦轉(zhuǎn)矩和傳動 效率的情況下，液壓傳動系統(tǒng)的功率平衡方程為Mjie OO =Σ PbQb，其中軋表示發(fā)動機的扭 矩，ne表示發(fā)動機的當前轉(zhuǎn)速，相應地，MeIie (ne)就表示在轉(zhuǎn)速為~的情況下發(fā)動機的輸出 功率，由于在正常情況下，發(fā)動機的輸出功率等于液壓泵的吸收功率，因此Σ PbQb表示液壓 泵的吸收功率，其中，由于一個液壓泵中存在多個柱塞泵，而液壓泵的總的吸收功率等于所 有柱塞泵的功率的總和，在Σ PbQb中，Pb表示對應柱塞泵的壓力，而Qb則表示該柱塞泵單位 時間液體的流量。由液壓傳動系統(tǒng)的功率平衡方程可以得知，當發(fā)動機的轉(zhuǎn)速確定之后，其 對應的目標轉(zhuǎn)矩隨之確定，相應發(fā)動機的目標功率也隨之確定。在典型的閥控液壓系統(tǒng)中， 液壓系統(tǒng)單位時間的流量込=火，其中，K表示液體的流量系數(shù)，該系數(shù)由液體流 動的性質(zhì)狀態(tài)所決定，A表示主閥開口的面積，而Δρ則表示主閥前后的壓差。并且，當主 閥開口面積A確定之后，液壓系統(tǒng)的吸收功率只能由負載壓力來決定，當負載變大時，液壓 泵的吸收功率相應增大，并由可能超過發(fā)動機的許用功率的限值，為了避免這種情況的發(fā) 生，此時可以通過一定手段減小Δρ的值，從而減小液壓系統(tǒng)單位時間流量Qb的值，并最終 實現(xiàn)降低液壓泵吸收功率超限的目的，使液壓泵的吸收功率能夠和發(fā)動機的輸出功率相匹 配。要實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種極限載荷控制的方法，該方法具體流程如圖1 所示SlOl 獲取發(fā)動機的目標轉(zhuǎn)速。在SlOl中，為獲得發(fā)動機的相關(guān)運行數(shù)據(jù)，可以通過采集當前油門的位置，即發(fā) 動機的目標轉(zhuǎn)速。由于發(fā)動機的速度特性可以顯示發(fā)動機的性能指標，例如轉(zhuǎn)矩、功率、燃 油消耗比等隨轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系。通常情況下，工程機械發(fā)動機上通常會安裝全程式調(diào)速器， 在最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速的工作范圍內(nèi)，調(diào)速器均能控制噴油泵齒桿位置，進而保持發(fā)動機 的轉(zhuǎn)速恒定。油量調(diào)節(jié)桿在標定位置時的速度特定為外特性。其中，外特性反映發(fā)動機的 最大動力性能，確定標定功率、最大轉(zhuǎn)矩以及相應的轉(zhuǎn)速。另外，不同的油門旋鈕位置對應 發(fā)動機不同的空載轉(zhuǎn)速，改變油門旋鈕的位置，實際上只是改變了全制式調(diào)速器調(diào)速彈簧 的預緊力，即調(diào)速器其作用的是發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，而不是直接調(diào)節(jié)噴油泵循環(huán)供油量的大小。 而發(fā)動機在調(diào)速器的控制下穩(wěn)定運行在不同的速度下，如圖2所示，圖2為本發(fā)明所涉及的 發(fā)動機的速度曲線示意圖。其中，圖中的Iitl曲線代表發(fā)動機的空載轉(zhuǎn)速，在不同油門位置 的空載轉(zhuǎn)速下對應了不同的發(fā)送機的當前轉(zhuǎn)速下的失速率，并可通過相應計算獲得期望的 工作轉(zhuǎn)速，也就是目標轉(zhuǎn)速。S102 采集發(fā)動機的實際轉(zhuǎn)速。
在S102中，在對發(fā)動機的實際轉(zhuǎn)速進行采集時，可以采用傳感器等多種方式進行采集，并且可以直接獲得。S103 根據(jù)所獲得發(fā)動機的目標轉(zhuǎn)速和實際轉(zhuǎn)速計算出發(fā)動機的失速補償量。在S103中，在采集到發(fā)動機的實際轉(zhuǎn)速后，可以根據(jù)功率模式和調(diào)速器特性，計 算發(fā)動機的允許失速，并以此對發(fā)動機的實際失速進行估計，在選定功率模式并求得發(fā)動 機的實際失速后，通過比例、積分、微分控制的方式，求得發(fā)動機的失速補償量。S104 采集液壓系統(tǒng)的外部壓力。在S104中，在對液壓系統(tǒng)的外部壓力進行采集時，可以采用壓力傳感器等裝置進 行直接采集。S105:根據(jù)發(fā)動機的失速補償量和系統(tǒng)的外部壓力對液壓泵的吸收功率進行調(diào)
整 ο在S105中，在求得發(fā)動機的失速補償量并采集到系統(tǒng)的外部壓力之后，如何根據(jù) 該失速補償量和系統(tǒng)外部壓力對液壓泵的吸收功率進行調(diào)整是解決液壓泵吸收功率與發(fā) 動機輸出功率不匹配的關(guān)鍵所在。在前面已做過描述，如果希望液壓泵的吸收功率與發(fā)動機的輸出功率相匹配，要 設法減小液壓系統(tǒng)單位時間流量Qb的值，而要減小Qb的值，可以通過減小δ P的值來實現(xiàn)。 更進一步可以具體為在液壓泵的柱塞泵上增加一個減壓閥來實現(xiàn)對液壓泵吸收功率的調(diào)
整 ο在一般情況下，斜盤式柱塞泵的排量為可表示為q = π d2 · D · tg γ · Z · 10_3/4(ml)，其中，在該公式中，d表示斜盤式柱塞泵中每個柱塞的直徑， D表示斜盤式直徑，Y表示斜盤的傾斜角度，Z表示斜盤式柱塞泵中柱塞泵的個數(shù)。通過對 所設置的減壓閥進行調(diào)整，可以調(diào)整斜盤式柱塞泵斜盤的傾斜角度，這樣可以直接調(diào)整斜 盤式柱塞泵的排量。另外，根據(jù)公式Mp = P · Q/ω = 60P · Qth/(2η · ji · nm) = 30Ρ · q/ η · nm(Nm)，可以得知，液壓泵的吸收扭矩也隨著斜盤式柱塞泵的排量的變化而發(fā)生變化， 從而最終實現(xiàn)液壓泵吸收功率的改變。因此，通過上述方法介紹，可以根據(jù)所獲取的發(fā)動機失速補償和液壓泵的外部壓 力來對減壓閥進行控制，使液壓泵在減壓閥的作用下吸收功率能與發(fā)動機的輸出功率相匹 配。例如可以將發(fā)動機的失速補償量通過傳感器轉(zhuǎn)化為電信號，并用該電信號實時對減壓 閥進行控制，以達到調(diào)整液壓泵吸收功率的目的。本發(fā)明實施例所提供的一種極限載荷控制方法，通過對發(fā)動機的相關(guān)數(shù)據(jù)進行獲 取以及對液壓系統(tǒng)外部壓力的獲取，并利用所獲取的相關(guān)數(shù)據(jù)實現(xiàn)對液壓泵吸收功率的調(diào) 整，使液壓泵的吸收功率與發(fā)動機的輸出功率向匹配。相應地，本發(fā)明實施例還提供了一種極限載荷控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示， 包括發(fā)動機數(shù)據(jù)獲取單元301、計算單元302、壓力數(shù)據(jù)獲取單元303和調(diào)整單元304，其 中發(fā)動機數(shù)據(jù)獲取單元301，用于獲取發(fā)動機的目標轉(zhuǎn)速和實際轉(zhuǎn)速；所述計算單元302，用于根據(jù)所獲取的所述目標轉(zhuǎn)速和所述實際轉(zhuǎn)速進行所述發(fā) 動機的失速補償量的計算；壓力數(shù)據(jù)獲取單元303，用于獲取液壓系統(tǒng)的外部壓力。
調(diào)整單元304，用于根據(jù)所述失速補償量對液壓泵的吸收功率進行調(diào)整。其中，發(fā)動機數(shù)據(jù)獲取單元301的具體結(jié)構(gòu)可如圖4所示，包括目標轉(zhuǎn)速獲取子單元401，用于獲取發(fā)動機的目標轉(zhuǎn)速；實際轉(zhuǎn)速獲取子單元402，用于獲取發(fā)動機的實際轉(zhuǎn)速。在本實施例中，可以通過使用J1939總線實現(xiàn)對發(fā)動機數(shù)據(jù)的采集。計算單元302的具體結(jié)構(gòu)也可如圖5所示，包括允許失速計算子單元501，用于根據(jù)所獲取的所述發(fā)動機的實際轉(zhuǎn)速，根據(jù)功率模 式和調(diào)速器特性，計算所述發(fā)動機的允許失速；實際失速計算子單元502，用于根據(jù)所求得的所述允許失速進行實際失速的估 計；失速補償子單元503，用于根據(jù)所求得的所述實際失速和所述目標轉(zhuǎn)速，通過比 例、積分、微分控制的方式，求得所述發(fā)動機的失速補償量。除此以外，調(diào)整單元304可進一步具體為如圖6所示結(jié)構(gòu)，包括轉(zhuǎn)化子單元601，用于將所述失速補償量和所述液壓系統(tǒng)外部壓力轉(zhuǎn)化為電信 號；調(diào)整子單元602，用于通過所述電信號對所述液壓泵的吸收功率進行調(diào)整。本發(fā)明實施例所提供的技術(shù)方案，通過對發(fā)動機的相關(guān)數(shù)據(jù)進行獲取以及對液壓 系統(tǒng)外部壓力的獲取，并利用所獲取的相關(guān)數(shù)據(jù)實現(xiàn)對液壓泵吸收功率的調(diào)整，使液壓泵 的吸收功率與發(fā)動機的輸出功率向匹配。對所公開的實施例的上述說明，使本領域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。 對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的 一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明 將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一 致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
一種極限載荷控制方法，其特征在于，包括獲取發(fā)動機的目標轉(zhuǎn)速和實際轉(zhuǎn)速；根據(jù)所獲取的所述目標轉(zhuǎn)速和所述實際轉(zhuǎn)速進行所述發(fā)動機的失速補償量的計算；獲取液壓系統(tǒng)外部壓力；根據(jù)所述失速補償量和所述液壓系統(tǒng)外部壓力對液壓泵的吸收功率進行調(diào)整。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述獲取發(fā)動機的目標轉(zhuǎn)速，包括 采集所述發(fā)動機的當前油門的位置；根據(jù)所采集到的所述油門的位置計算所述發(fā)動機的目標轉(zhuǎn)速。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述獲取發(fā)動機的實際轉(zhuǎn)速，包括 通過采用傳感器對所述發(fā)動機的實際轉(zhuǎn)速進行獲取。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所獲取的所述目標轉(zhuǎn)速和所述 實際轉(zhuǎn)速進行所述發(fā)動機的失速補償量的計算，包括根據(jù)所獲取的所述發(fā)動機的實際轉(zhuǎn)速，根據(jù)功率模式和調(diào)速器特性，計算所述發(fā)動機 的允許失速；根據(jù)所求得的所述允許失速進行實際失速的估計；根據(jù)所求得的所述實際失速和所述目標轉(zhuǎn)速，通過比例、積分、微分控制的方式，求得 所述發(fā)動機的失速補償量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述失速補償量和所述液壓系 統(tǒng)的外部壓力對液壓泵的吸收功率進行調(diào)整，包括將所述失速補償量和所述液壓系統(tǒng)外部壓力轉(zhuǎn)化為電信號； 通過所述電信號對所述液壓泵的吸收功率進行調(diào)整。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述通過所述電信號對所述液壓泵的吸 收功率進行調(diào)整，包括通過所述電信號對斜盤式柱塞泵的斜盤傾斜角度進行調(diào)整； 利用所述斜盤式柱塞泵的斜盤傾斜角度的變化對液壓泵的吸收功率進行調(diào)整。
7.一種極限載荷控制系統(tǒng)，其特征在于，包括發(fā)動機數(shù)據(jù)獲取單元、計算單元、壓力 數(shù)據(jù)獲取單元和調(diào)整單元，其中，所述獲取單元，用于獲取發(fā)動機的目標轉(zhuǎn)速和實際轉(zhuǎn)速；所述計算單元，用于根據(jù)所獲取的所述目標轉(zhuǎn)速和所述實際轉(zhuǎn)速進行所述發(fā)動機的失 速補償量的計算；所述壓力數(shù)據(jù)獲取單元，用于獲取液壓系統(tǒng)的外部壓力；調(diào)整單元，用于根據(jù)所述失速補償量所述液壓系統(tǒng)外部壓力對液壓泵的吸收功率進行調(diào)整。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述獲取單元包括 目標轉(zhuǎn)速獲取子單元，用于獲取發(fā)動機的目標轉(zhuǎn)速；實際轉(zhuǎn)速獲取子單元，用于獲取發(fā)動機的實際轉(zhuǎn)速。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述計算單元包括允許失速計算子單元，用于根據(jù)所獲取的所述發(fā)動機的實際轉(zhuǎn)速，根據(jù)功率模式和調(diào) 速器特性，計算所述發(fā)動機的允許失速；實際失速計算子單元，用于根據(jù)所求得的所述允許失速進行實際失速的估計； 失速補償子單元，用于根據(jù)所求得的所述實際失速和所述目標轉(zhuǎn)速，通過比例、積分、 微分控制的方式，求得所述發(fā)動機的失速補償量。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述調(diào)整單元包括 轉(zhuǎn)化子單元，用于將所述失速補償量和所述液壓系統(tǒng)外部壓力轉(zhuǎn)化為電信號； 調(diào)整子單元，用于通過所述電信號對所述液壓泵的吸收功率進行調(diào)整。
全文摘要
本發(fā)明實施例公開了一種極限載荷控制方法，該方法包括獲取發(fā)動機的目標轉(zhuǎn)速和實際轉(zhuǎn)速；根據(jù)所獲取的所述目標轉(zhuǎn)速和所述實際轉(zhuǎn)速進行所述發(fā)動機的失速補償量的計算；獲取液壓系統(tǒng)外部壓力；根據(jù)所述失速補償量和所述液壓系統(tǒng)外部壓力對液壓泵的吸收功率進行調(diào)整。相應地，本發(fā)明實施例還提供了一種極限載荷控制系統(tǒng)。本發(fā)明實施例所提供的技術(shù)方案，通過對發(fā)動機的相關(guān)數(shù)據(jù)進行獲取以及對液壓系統(tǒng)外部壓力的獲取，并利用所獲取的相關(guān)數(shù)據(jù)實現(xiàn)對液壓泵吸收功率的調(diào)整，使液壓泵的吸收功率與發(fā)動機的輸出功率相匹配。
文檔編號F02D29/04GK101988434SQ20091005591
公開日2011年3月23日 申請日期2009年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月5日
發(fā)明者劉華富, 李斌, 白海濤, 蔡立超, 馬厚雪 申請人:上海派芬自動控制技術(shù)有限公司