挖掘機升速控制節能系統及方法
2023-10-26 12:47:12 2
專利名稱：挖掘機升速控制節能系統及方法
技術領域：
本發明涉及工程機械領域，特別涉及一種挖掘機升速控制節能系統及方法。
背景技術：
大型液壓挖掘機是重要的工程機械，具有挖掘カ大、生產效率高、環境適應強、適應範圍廣等優點。但是，由於大型液壓挖掘機作業エ況複雜、作業過程中負荷變化頻繁、變化範圍大而存在著不少環節的能量損失。例如，在現有技術中，挖掘機掛擋後，發動機轉速將直接升至該檔位的目標轉速，當連接負載後，才在該目標轉速的基礎上自由掉速。這樣操作產生的問題是，若挖掘機掛擋後有一段時間沒用工作負載，將因發動機的高速轉動耗費過多燃油，進而引起液壓系統發熱，工作性能惡化等問題。節能控制已經成為大型液壓挖掘機的重點發展方向之一；並且，該需求也成為提高市場競爭力的迫切要求。
發明內容
有鑑於此，本發明提出一種挖掘機升速控制節能系統及方法，以實現挖掘機在升速過程中的節能控制。第一方面，本發明挖掘機升速控制節能系統包括先導壓カ傳感器、控制器和油門操縱機構。先導壓カ傳感器用於檢測挖掘機各個動作的先導壓カ信號；控制器與挖掘機的油門旋鈕和所述先導壓カ傳感器相連接；油門操縱機構與所述控制器相連接；其中，所述控制器用於根據油門旋鈕傳遞的工作檔位和所述先導壓カ傳感器檢測的負載情況，按不同級別通過油門操縱機構控制油門的開合度。進ー步地，上述挖掘機升速控制節能系統中，所述控制器進ー步包括檔位檢測端ロ、先導壓カ檢測埠和處理器。檔位檢測端ロ用於接收所述油門旋鈕獲取的挖掘機工作檔位；先導壓カ檢測端ロ用於接收所述先導壓カ傳感器檢測的先導壓カ信號；處理器用於在獲取挖掘機工作檔位時發出空載轉速控制信號，並在進一步檢測到先導壓カ信號時發出目標轉速控制信號；其中，所述空載轉速控制信號、目標轉速控制信號用於驅動所述油門操縱機構控制發動機的轉速處於空載轉速和目標轉速之間。進ー步地，上述挖掘機升速控制節能系統還包括油門開度傳感器，其信號輸入端與所述油門操縱機構相連接，信號輸出端與所述控制器的輸入端相連接，用於將油門開合度反饋至所述控制器。進ー步地，上述挖掘機升速控制節能系統還包括比例電磁閥和轉速傳感器；其中，所述轉速傳感器連接於所述發動機和控制器之間，用於測量發動機的轉速並將轉速信息傳遞至所述控制器；所述比例電磁閥的輸入端與所述控制器相連接，輸出端通過發動機的主液壓泵與發動機相連接；用於在所述控制器根據轉速傳感器傳遞的轉速信息所確定的電流信號輸出壓力信號，該壓カ信號用於控制主液壓泵的實時功率不超過發動機的實時功、率。進ー步地，上述挖掘機升速控制節能系統中，所述空載轉速和所述目標轉速根據所述發動機的功率曲線、主液壓泵的功率曲線、以及實際工作中的測試結果確定。本發明通過將控制器與挖掘機的油門旋鈕和先導壓カ傳感器相連接，可以測得油門旋鈕給出的檔位信號或先導壓カ傳感器傳遞的壓カ信號；並且，控制器根據油門旋鈕傳遞的工作檔位和先導壓カ傳感器檢測的負載情況，按不同級別通過油門操縱機構控制油門的開合度，進而使發動機在有先導壓カ和沒有先導壓カ的情況下，按照不同的轉速進行運轉。通過這種方式，本發明的節能系統實現了挖掘機在升速過程中的節能控制，避免了發動機功率損失，使發動機和主泵運行在最經濟狀態。並且，不用增加輔助設備，即可實現大型挖掘機效率提升和油耗降低。第二方面，本發明還公開了ー種挖掘機升速控制節能方法，該方法根據油門旋鈕傳遞的工作檔位和先導壓カ傳感器檢測的負載情況，發出不同級別的轉速控制信號，所述 轉速控制信號用於驅動油門操縱機構控制油門的開合度，以使發動機在不同級別的轉速下 運轉。進ー步地，上述挖掘機升速控制節能方法中，所述方法進ー步為在採集到挖掘機的工作檔位後，發出空載轉速控制信號，以控制發動機的轉速升至空載轉速；在發動機處於空載轉速的狀態下，若進ー步檢測到先導壓カ信號，則發出目標轉速控制信號，控制發動機的轉速升至目標轉速，使發動機在負載的作用下，發動機自所述目標轉速掉速。進ー步地，上述挖掘機升速控制節能方法中，在沒有採集到挖機的工作檔位時，發動機處於自動怠速控制狀態。進ー步地，上述挖掘機升速控制節能方法中，在發動機處於空載轉速的狀態下，若沒有檢測到先導壓カ信號，則使發動機保持空載轉速。進ー步地，上述挖掘機升速控制節能方法中，所述空載轉速和所述目標轉速根據挖掘機發動機功率曲線、主液壓泵的功率曲線、以及實際工作中的測試結果確定。本發明根據油門旋鈕傳遞的工作檔位和先導壓カ傳感器檢測的負載情況，發出不同級別的轉速控制信號，所述轉速控制信號用於驅動油門操縱機構控制油門的開合度，以使發動機在不同級別的轉速下運轉。因此，本發明的節能方法實現了挖掘機在升速過程中的節能控制，避免了發動機功率損失，使發動機和主泵運行在最經濟狀態。並且，不用増加輔助設備，即可實現大型挖掘機效率提升和油耗降低。
構成本發明的一部分的附圖用來提供對本發明的進ー步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中圖I為本發明挖掘機升速控制節能系統第一實施例的結構框圖；圖2為本發明挖掘機升速控制節能系統第一實施例的信號控制示意圖；圖3為本發明挖掘機升速控制節能系統第二實施例的結構框圖；圖4為本發明挖掘機升速控制節能系統第二實施例的信號控制示意圖；圖5為本發明挖掘機升速控制節能方法優選實施例的步驟流程圖。
具體實施例方式需要說明的是，在不衝突的情況下，本發明中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。下面將參考附圖並結合實施例來詳細說明本發明。挖掘機升速控制節能系統第一實施例參照圖I和圖2。本實施例挖掘機升速控制節能系統包括先導壓カ傳感器500、控制器100和油門操縱機構200。其中，先導壓カ傳感器500用於檢測挖掘機各個動作的先導壓カ信號；控制器100與挖掘機的油門旋鈕600和先導壓カ傳感器500相連接；用於僅在通過油門旋鈕600獲取挖掘機工作檔位的情況下，發出空載轉速控制信號；並且，在獲取工作檔位後，若進ー步檢 測到先導壓カ信號，則發出目標轉速控制信號；油門操縱機構200與控制器100相連接，用於依據空載轉速控制信號或目標轉速控制信號控制油門的開合度，以控制發動機300的轉速處於空載轉速和目標轉速之間。其中，空載轉速和目標轉速根據所述發動機300的功率曲線、發動機300主液壓泵800的功率曲線，以及，實際工作中的測試結果確定。並且，根據功率曲線及測試結果確定空載轉速及目標轉速的方法，對於本領域的技術人員時習知的，在此不再做過多說明。優選地ー種方式是，節能系統還可以設置ー個油門開度傳感器400，其信號輸入端與油門操縱機構200相連接，其信號輸出端與控制器100的輸入端相連接，用於將油門開合度反饋至控制器100。並且，控制器100還可以連接ー個顯示屏，以方便檔位信號、先導壓カ信號、轉速信號的觀察。本實施例通過將控制器與挖掘機的油門旋鈕和先導壓カ傳感器相連接，可以測得油門旋鈕給出的檔位信號或先導壓カ傳感器傳遞的壓カ信號；並且，在僅僅檢測到挖掘機工作檔位的情況下，發出空載轉速控制信號；在獲取工作檔位後，若進ー步檢測到先導壓カ信號，則發出目標轉速控制信號。而後，壓カ油門操縱機構根據不同的控制信號，控制發動機的轉速。這種設計的好處在於在挖掘機雖然掛擋，但實際並沒有負載的情況下，挖掘機以較低的空載轉速運轉，而一旦檢測到先導壓カ後，則控制發動機從空載轉速上升至目標轉速，而後，發動機再以目標轉速為起點，自由掉速。也就說，挖掘機發動機的升速分為兩步走第一歩，先將其升速至ー個較小的轉速；第二步，若有負載，則從較小的轉速升至ー個較高的轉速。顯而易見，相對於現有技術中的挖掘機ー掛擋，就將轉速升至目標轉速的方案而言，本實施例可以避免挖掘機無動作時發動機運行在高速狀態消耗過多燃油，即，第一歩和第二步之間過多消耗的燃油。綜上所述，本實施例實現了挖掘機在升速過程中的節能控制，避免發動機功率損失，使發動機和主泵運行在最經濟狀態。並且，不用增加輔助設備，即可實現大型挖掘機效率提升和油耗降低。此外，需要說明的是，本實施例中，挖掘機的轉速定在兩個狀態，即空載轉速和目標轉速，事實上，若有需要，可以進一歩細化挖掘的轉速級別。本申請在此不做限定。挖掘機升諫控制節能系統第二實施例參照圖3和圖4。
本實施例挖掘機升速控制節能系統包括先導壓カ傳感器500、控制器100、油門操縱機構200、油門開度傳感器400、比例電磁閥700和轉速傳感器900。其中，先導壓カ傳感器500用於檢測挖掘機各個動作的先導壓カ信號；控制器100與挖掘機的油門旋鈕600和先導壓カ傳感器500相連接；用於僅在通過油門旋鈕600獲取挖掘機工作檔位的情況下，發出空載轉速控制信號；並且，在獲取工作檔位後，若進ー步檢測到先導壓カ信號，則發出目標轉速控制信號；油門操縱機構200與控制器100相連接，用於依據空載轉速控制信號或目標轉速控制信號控制油門的開合度，以控制發動機300的轉速處於空載轉速和目標轉速之間。具體而言，控制器100進ー步包括檔位檢測端ロ、先導壓カ檢測埠和處理器。其中，檔位檢測端ロ用於接收油門旋鈕600獲取的挖掘機工作檔位；先導壓カ檢測端ロ用於接收先導壓カ傳感器500檢測的先導壓カ信號；處理器用於在獲取挖掘機工作檔位時發出空載轉速控制信號，並在進一步檢測到先導壓カ信號時發出目標轉速控制信號；其中，空載轉速控制信號、目標轉速控制信號用於驅動油門操縱機構200控制發動機300的轉速處於空載轉速和目標轉速之間。 具體實施時，控制器100可以選用一般的工程機械控制器，可以採用專用編程程序；各液壓先導迴路事先安裝先導壓カ傳感器500，控制器100檢測油門旋鈕600的檔位信號和先導壓カ信號進行轉速控制；控制器輸出直接驅動油門機構，使發動機轉速在空載轉速和目標轉速之間切換。 同第一實施例，空載轉速和目標轉速根據發動機300的功率曲線、主液壓泵800的功率曲線，以及，實際工作中的測試結果確定。並且，根據功率曲線及測試結果確定空載轉速及目標轉速的方法，對於本領域的技術人員時習知的，在此不再做過多說明。油門開度傳感器400的信號輸入端與油門操縱機構200相連接，油門開度傳感器400的信號輸出端與控制器100的輸入端相連接，用於將油門開合度反饋至控制器100。並且，控制器100還可以連接ー個顯示屏，以方便檔位信號、先導壓カ信號、轉速信號的觀察。轉速傳感器900連接於發動機300和控制器100之間，用於測量發動機300的轉速並將轉速信息傳遞至控制器100。比例電磁閥700的輸入端與控制器100相連接，輸出端通過主液壓泵800與發動機300相連接；用於在控制器100根據轉速傳感器900傳遞的轉速信息所確定的電流信號輸出壓力信號，該壓カ信號用於控制主液壓泵800的實時功率不超過發動機300的實時功率。本實施例通過將控制器與挖掘機的油門旋鈕和先導壓カ傳感器相連接，可以測得油門旋鈕給出的檔位信號或先導壓カ傳感器傳遞的壓カ信號；並且，在僅僅檢測到挖掘機工作檔位的情況下，發出空載轉速控制信號；在獲取工作檔位後，若進ー步檢測到先導壓カ信號，則發出目標轉速控制信號。而後，壓カ油門操縱機構根據不同的控制信號，控制發動機的轉速。如上ー實施例所說明，這種設計的好處在於在挖掘機雖然掛擋，但實際並沒有負載的情況下，挖掘機以較低的空載轉速運轉，而一旦檢測到先導壓カ後，則控制發動機從空載轉速上升至目標轉速，而後，發動機再以目標轉速為起點，自由掉速。也就說，挖掘機發動機的升速分為兩步走第一歩，先將其升速至一個較小的轉速；第二歩，若有負載，則從較小的轉速升至ー個較高的轉速。顯而易見，相對於現有技術中的挖掘機ー掛擋，就將轉速升至目標轉速的方案而言，本實施例可以避免挖掘機無動作時發動機運行在高速狀態消耗過多燃油，即，第一歩和第二步之間過多消耗的燃油。因此，本實施例挖掘機升速控制節能系統實現了挖掘機在升速過程中的節能控制，進而在一定程度克服發動機的油耗多，液壓系統發熱和工作性能惡化等問題。並且，相對於第一實施例，本實施例増加了比例電磁閥700和轉速傳感器900。其作用是第一、最為重要的，通過發動機功率和主液壓泵功率的匹配，進ー步優化發動機轉速-比例電磁閥電流匹配關係，通過這種方式，可以進ー步提升工作效率，降低工作油耗；第二、除了上面所提到的技術效果外，本實施例還具有防止發動機熄火的功能，這是因為當挖掘機發動機的轉速從空載轉速升至目標轉速後，挖掘機因添加工作負載的緣故，油門開度雖然不變，但發動機會以目標轉速為掉速起點，開始掉速。但事實上是，發動機不能無限的掉速，因為，當發動機的速度降低的過低時，發動機的功率會慢慢降低，當發動 機的功率低於主液壓泵的輸出功率時，會導致發動機熄火。因此，為了避免這個問題的出現，本實施例中通過轉速傳感器900實時監控發動機的轉速，並將發動機的轉速反饋至控制器100，控制器100根據轉速傳感器900傳遞的轉速信息所確定的電流信號輸出壓力信號，該壓カ信號用於控制主液壓泵800的實時功率不超過發動機300的實時功率。因此，通過這種方式有效的保護了挖掘機的發動機。此外，使用電噴發動機的挖掘機，因發動機為高壓共軌方式供油，發動機控制器根據負載特性及扭矩變化，直接調節噴油嘴的噴射量，調節發動機輸出的方式可以替代上述技術方案。此外，需要說明的是，本實施例中，挖掘機的轉速定在兩個狀態，即空載轉速和目標轉速，事實上，若有需要，可以進一歩細化挖掘的轉速級別。本申請在此不做限定。挖掘機升速控制節能方法優選實施例本實施例挖掘機升速控制節能方法為，在採集到挖掘機的工作檔位後，發出空載轉速控制信號，以控制發動機的轉速升至空載轉速；在發動機處於空載轉速的狀態下，若進一步檢測到先導壓カ信號，則發出目標轉速控制信號，控制發動機的轉速升至目標轉速，使發動機在負載的作用下，發動機自所述目標轉速掉速。參照圖5，具體來說，包括如下步驟步驟S501，判斷挖掘機是否採集到掛擋信息？若否，則執行步驟S502A，使挖掘機進入自動怠速控制；若是，則執行S502B，將油門拉至對應檔位的空載轉速位置；S503B，判斷是否檢測到先導壓カ信號？若否，則保持當前檔位油門位置；若是，則，執行S504B,通過油門機構調整發動機到預定的目標轉速；S505B，在目標轉速下，進行發動機轉速和主泵功率的PID調節。需要說明的是，空載轉速和目標轉速可以根據所述發動機的功率曲線、主液壓泵的功率曲線，以及，實際工作中的測試結果確定。並且，根據功率曲線及測試結果確定空載轉速及目標轉速的方法，對於本領域的技術人員時習知的，在此不再做過多說明。本實施例在挖掘機雖然掛擋，但實際並沒有負載的情況下，挖掘機以較低的空載轉速運轉，而一旦檢測到先導壓カ後，則控制發動機從空載轉速上升至目標轉速，而後，發動機再以目標轉速為起點，自由掉速。也就說，挖掘機發動機的升速分為兩步走第一歩，先將其升速至ー個較小的轉速；第二步，若有負載，則從較小的轉速升至ー個較高的轉速。顯而易見，相對於現有技術中的挖掘機ー掛擋，就將轉速升至目標轉速的方案而言，顯而易見，本發明可以避免挖掘機無動作時發動機運行在高速狀態消耗過多燃油，即，第一歩和第ニ步之間過多消耗的燃油。綜上所述，本發明的節能方法實現了挖掘機在升速過程中的節能控制，避免了發動機功率損失，使發動機和主泵運行在最經濟狀態。並且，不用增加輔助設備，即可實現大 型挖掘機效率提升和油耗降低。此外，需要說明的是，本實施例中，挖掘機的轉速定在兩個狀態，即空載轉速和目標轉速，事實上，若有需要，可以進一歩細化挖掘的轉速級別。本申請在此不做限定。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種挖掘機升速控制節能系統，其特徵在於，包括 先導壓カ傳感器(500)，用於檢測挖掘機各個動作的先導壓カ信號； 控制器(100)，與挖掘機的油門旋鈕(600) 和所述先導壓カ傳感器(500)相連接； 油門操縱機構(200)，與所述控制器(100)相連接； 其中，所述控制器(100)用於根據油門旋鈕(600)傳遞的工作檔位和所述先導壓カ傳感器(500)檢測的負載情況，按不同級別通過油門操縱機構(200)控制油門的開合度。
2.根據權利要求I所述的挖掘機升速控制節能系統，其特徵在於，所述控制器(100)進ー步包括 檔位檢測端ロ，用於接收所述油門旋鈕(600)獲取的挖掘機工作檔位； 先導壓カ檢測端ロ，用於接收所述先導壓カ傳感器(500)檢測的先導壓カ信號； 處理器，用於在獲取挖掘機工作檔位時發出空載轉速控制信號，並在進一步檢測到先導壓カ信號時發出目標轉速控制信號； 其中，所述空載轉速控制信號、目標轉速控制信號用於驅動所述油門操縱機構(200 )控制發動機(300)的轉速處於空載轉速和目標轉速之間。
3.根據權利要求2所述的挖掘機升速控制節能系統，其特徵在於，還包括 油門開度傳感器(400),其信號輸入端與所述油門操縱機構(200)相連接,信號輸出端與所述控制器(100)的輸入端相連接，用於將油門開合度反饋至所述控制器(100)。
4.根據權利要求3所述的挖掘機升速控制節能系統，其特徵在於，還包括 比例電磁閥(700)和轉速傳感器(900);其中 所述轉速傳感器(900 )連接於所述發動機(300 )和控制器(100 )之間，用於測量發動機(300)的轉速並將轉速信息傳遞至所述控制器(100)； 所述比例電磁閥(700)的輸入端與所述控制器(100)相連接，輸出端通過發動機(300)的主液壓泵(800 )與發動機(300 )相連接；用於在所述控制器(100 )根據轉速傳感器(900 )傳遞的轉速信息所確定的電流信號輸出壓力信號，該壓カ信號用於控制主液壓泵(800)的實時功率不超過發動機(300)的實時功率。
5.根據權利要求I至4中任一項所述的挖掘機升速控制節能系統，其特徵在幹， 所述空載轉速和所述目標轉速根據所述發動機(300)的功率曲線、主液壓泵(800)的功率曲線、以及實際工作中的測試結果確定。
6.一種挖掘機升速控制節能方法，其特徵在於， 根據油門旋鈕傳遞的工作檔位和先導壓カ傳感器檢測的負載情況，發出不同級別的轉速控制信號，所述轉速控制信號用於驅動油門操縱機構控制油門的開合度，以使發動機在不同級別的轉速下運轉。
7.根據權利要求6所述的挖掘機升速控制節能方法，其特徵在於，所述方法進ー步為 在採集到挖掘機的工作檔位後，發出空載轉速控制信號，以控制發動機的轉速升至空載轉速； 在發動機處於空載轉速的狀態下，若進ー步檢測到先導壓カ信號，則發出目標轉速控制信號，控制發動機的轉速升至目標轉速，使發動機在負載的作用下，發動機自所述目標轉速掉速。
8.根據權利要求7所述的挖掘機升速控制節能方法，其特徵在幹，在沒有採集到挖掘機的工作檔位吋，發動機處於自動怠速控制狀態。
9.根據權利要求8所述的挖掘機升速控制節能方法，其特徵在幹， 在發動機處於空載轉速的狀態下，若沒有檢測到先導壓カ信號，則使發動機保持空載轉速。
10.根據權利要求9所述的挖掘機升速 控制節能方法，其特徵在幹， 所述空載轉速和所述目標轉速根據挖掘機發動機功率曲線、主液壓泵的功率曲線、以及實際工作中的測試結果確定。
全文摘要
本發明公開了一種挖掘機升速控制節能系統及方法。挖掘機升速控制節能系統包括先導壓力傳感器、控制器和油門操縱機構。先導壓力傳感器用於檢測挖掘機各個動作的先導壓力信號；控制器與挖掘機的油門旋鈕和所述先導壓力傳感器相連接；油門操縱機構與所述控制器相連接；其中，所述控制器用於根據油門旋鈕傳遞的工作檔位和所述先導壓力傳感器檢測的負載情況，按不同級別通過油門操縱機構控制油門的開合度。本發明避免發動機功率損失，使發動機和主泵運行在最經濟狀態。並且，不用增加輔助設備，即可實現大型挖掘機效率提升和油耗降低。
文檔編號E02F9/20GK102733441SQ20121020115
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月15日 優先權日2012年6月15日
發明者吳高豐, 尹滿義, 黃玉松 申請人:三一重機有限公司