液压挖掘机负载自适应全局功率匹配控制系统..doc

第38卷2007年2月工程机械TestandResearch试验・液压挖掘机负载自适应全局功率匹配控制系统﹡中南大学机电工程学院!!!!"陈欠根李延伟郝鹏!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"摘要:提出一种以发动机-泵-阀-铲斗-负载作为整体来实现功率匹配的全局控制方案,并把全局功率匹配分为发动机-泵的匹配和阀-负载的匹配两部分,前一环节实现泵排量的调节,保证泵把发动机功率完全吸收,转化为液研究压能;后一环节则是调节阀的开口,使压力随负载变化,时刻把液压能发挥到最大。在铲斗负载自适应条件下发动机功率与负载的匹配和控制方法的实现,揭示了挖掘机节能的一种方法。!!!!"液压挖掘机节能技术研究是当前一个研究热点。目前各种节能方案中得到成功应用的主要是针对发动机-泵的功率匹配和针对泵-负载的功率匹配控制方案。本文提出一种以发动机-泵-阀-铲斗-负载作为整体来实现功率匹配的全局控制方案,同时可以在挖掘机整个工作循环中识别出挖掘过程进而自动判断并自动匹配挖掘时刻克服负载所需要的最大功率,实现挖掘负载自适应。当前成功得到应用的功率匹配方案多是在挖掘机“发动机-液压系统-铲斗-负载”整个能量传递链中上实现某个环节上的功率匹配,主要是发动机-泵的功率匹配和泵-负载的功率匹配。鉴于上述能量传递链,这里暂称这些方案为局部功率匹配方案。在液压挖掘机上实现发动机-泵的功率匹配主要目的是提高泵对发动机输出功率的吸收能力,在通过采用转矩控制或者转速感应控制实现两者的精确匹配的理想情况下,泵把吸收的发动机输出功率尽可能多的转化为液压能,液压能通过换向阀传递到执行机构作用于负载;针对泵-负载功率匹配的方案中应用比较广泛的液压控制有负荷传感控制、负流量控制等泵控系统,均为通过调节变量泵的摆角变化使输出流量与执行机构的需要流量相匹配,而减少溢流损失和节流损失。,并不能实现把发动机的输出功率经过液压系统和机械机构完全施加在*基金项目:国家863项目“液压挖掘机机电一体化及制造信息化”(编号:2003AA430200)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"关键词:液压挖掘机全局功率匹配负载自适应节能技术负载上的最终目的。如果能实现从“发动机-液压系统-负载”整个能量传递链各主要环节的功率匹配则可以解决这个问题,这里称此方案为全局功率匹配方案。实现全局功率匹配最直接的方法就是把目前广泛应用的发动机-泵的局部功率匹配系统和泵-负载的局部功率匹配系统连接起来。方案的关键就在于两者的协调统一,但是在具体做出调节的时候,这方案就出现了致命问题,因为实现发动机和泵的匹配需要调节泵的排量,而实现泵与负载的匹配也需要调节泵的排量,这就在调节时出现了干涉。如果把全局功率匹配分为发动机-泵的匹配和阀-负载的匹配就可以解决这个问题。前一环节在实现中调节泵的排量,目的是保证泵把发动机的功率完全吸收而转化为液压能;后一环节则是调节阀的开口,目的是在压力随负载变化的情况下以改变执行机构速度的方式时刻把液压能发挥到最大,这样就可以分别调节而实现从发动机-液压系统-负载的全局功率匹配。,目前的液压挖掘机一般都针对典型的工况划分为重载、经济和轻载3个转速挡位,分别对应发动机转速的100%、85%和65%。由于恒功率变量泵的吸收转矩在恒功率调节区内是不变的,所以3个转速档位的发动机输出功率也相应的为全功率的100%、85%和65%。重载模式和轻载模式主要是在直观单一工况中应用,重载模式把单全局功率匹配方案方案的意义—21—TestandResearch工程机械第38卷2007年2月试验研究・位时间内获得最大挖掘能力和最大作业量作为目标,轻载模式主要用在平整工作等追求作业精度的工况中,一般负载挖掘时选择经济模式,用在非单一工况中是应用最主要的工作模式。一般的工作均属于非单一工况,选择经济工作模式。但是在实际操作中当出现负载超过设定的发动机功率值时,虽然通过转速感应控制调节泵的排量可以防止发动机因负载转矩过大造成失速或熄火,但是此时的发动机输出功率仍然不足以使铲斗克服负载。要想继续工作只能手动增大发动机油门开度提高输出功率才能使铲斗有足以克服大负载的能力。所以在工况复杂的施工中,虽然出于节能的目的选择经济模式,但是如果实际工况中铲斗克服负载消耗的能量明显高于经济模式所对应的输出功率,则存在需要通过手动来调节发动机油门的弊端。即使在允许短时超载的发动机控制系统中,虽然允许超载情况短时存在,但是并没有输出更大的功率,最终也需要调节发动机功率才能在遇到大超载情况时正常工作。,