[发明专利]一种基于动力系统功率匹配与液压系统流量匹配的液压挖掘机的节能方法

权利要求书

1.一种基于动力系统功率匹配与液压系统流量匹配的液压挖掘机的节能方法，其特征在于，步骤如下：

步骤1、挖掘机工作模式与工作点的选取

根据实际挖掘机作业需求，将工作模式定义为经济模式与高效模式；其中，高效模式为挖掘机的挖掘负载为轻载与中载时选择的作业模式；经济模式为掘机的挖掘负载为重载时选择的作业模式；

通过挖掘机中发动机的转速范围，在各工作模式内部设置n个工作点，每个工作点对应唯一的转速、转矩与功率；

步骤2、发动机的传递函数模型的建立

1)根据发动机的万有特性曲线图，显示的不同的转速、转矩对应下的燃油消耗率；在万有特性曲线图上进行取点并利用取点数据进行插值拟合，利用插值拟合的结果获得发动机关于转速与转矩的燃油消耗率的三维模型；

2)利用步骤1)得到的燃油消耗率的三维模型，通过步骤1选取的不同工作模式及其工作点对应的唯一转速、转矩，确定每个工作点对应的燃油消耗率；

3)根据经验公式与燃油消耗率的三维模型，在matlab/Simulink中建立发动机的传递函数模型；发动机的传递函数模型以挖掘机工作模式及其工作点作为模型输入变量，输出该工作模式与工作点的转速、转矩、功率、燃油消耗率；

步骤3、液压泵传递函数模型的建立

从液压泵内部结构开始：

1)建立电磁比例减压阀输出的二次压力对输入电磁阀电流的传递函数；

2)建立控制活塞位移对电磁比例减压阀输出的二次压力的传递函数；

3)建立伺服阀位移与控制活塞位移之间比例方程；

4)建立变量活塞位移对伺服阀位移的传递函数；

5)将步骤1)至步骤4)所得结果相乘，得到以电流为输入，变量活塞位移为输出的传递函数；

将变量泵的排量计算公式与步骤5)得到的传递函数联合，在matlab/Simulink中建立液压泵传递函数模型；液压泵传递函数模型的输入为液压泵排量，输出为电磁阀的控制电流；

步骤4、挖掘机整体控制模型的建立

利用matlab/Simulink，将步骤3与步骤4得到的发动机的传递函数模型与液压泵传递函数模型通过负载压力或负载流量进行连接，获得到挖掘机控制的总体模型；挖掘机控制的总体模型是以发动机的传递函数模型中的发动机工作模式及工作点、负载压力、负载流量为输入，利用转矩与负载压力比值关系或利用负载流量与转速比值关系，得到中间变量液压泵排量，进而通过液压泵传递函数模型的电磁阀电流；

步骤5、选择挖掘机的节能匹配方式

(1)确定工作模式

1)确定的工作模式为高效模式时，选择步骤1所述的n个工作点中的一个工作点，并利用挖掘机控制的总体模型，以负载压力和转矩为输入，利用该工作点下的转矩与负载压力比值关系，得到中间变量液压泵排量，进而通过液压泵传递函数模型获得电磁阀电流；该电磁阀电流定为目标电流，去改变实际的液压泵排量，实现挖掘机的高效控制；

2)确定的工作模式为经济模式时，选择步骤1所述的n个工作点中的一个工作点，并利用挖掘机控制的总体模型，以负载流量和转速为输入，利用该工作点下的转速与负载流量比值关系，得到中间变量液压泵排量，进而通过液压泵传递函数模型的电磁阀电流获得电磁阀电流；该电磁阀电流定为目标电流，去改变实际的液压泵排量；根据改变后实际的液压泵排量得到液压泵输出功率，匹配该液压泵输出功率下的新的工作点，以新的工作点为输入，利用挖掘机控制的总体模型获得新的目标电磁阀电流，去改变实际的液压泵排量，实现挖掘机的经济控制。