[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

说明书

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，属于工程机械挖掘机控制技术领域。本方法以液压泵排量为控制对象，在不同负载需求时，选择不同的控制策略。在轻载与中载的负载要求时，选择高效作业为目标，按照发动机工作点，控制液压泵排量，提高作业效率。在重载的作业要求时，选择经济作业为目标，按照负载流量的需求，反向控制液压泵排量，选择合理工作点，降低作业的燃油消耗。本为挖掘机节能作业提供了新的策略选择方式，可以按照实际作业要求，选取最符合工程实际的节能方法。

技术领域

本发明属于工程机械挖掘机控制技术领域，具体是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。

背景技术

挖掘机等工程机械有着机械匹配性好，可进行高难度作业等优点，但是由于有发动机、液压元件、管路损失、油缸等很多结构件消耗的影响，使实际用于挖掘作业的能源的利用率只有20％左右。然而挖掘机作为机械行业中最重要的产品之一，与国家的经济紧密相。在世界各国大力发展经济的趋势下，挖掘机的需求已然出现了“井喷”的趋势。为顺应全球节能环保的呼吁，对挖掘机的节能技术的研究也是势在必行。

针对液压挖掘机而言，液压系统与动力系统的能量损失是限制液压挖掘机能效的最重要因素。因此实现挖掘机的节能主要可以通过两个方向来考虑。一个是发动机与液压泵之间的动力系统的功率匹配，目的是提高挖掘机作业效率，进而降低挖掘机燃油消耗率。另一个是液压泵与各液压缸的流量匹配，目的是实现液压泵的输出流量与作业装置需求流量相适应，目的是保证挖掘机正常作业的前体下，降低液压系统由于多余液压油流动造成的各种损失。

因此本发明就挖掘机开展节能技术的需求，提出了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。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种液压挖掘机的节能方法。本发明主要的节能方式为：

在挖掘机轻载与中载作业的高效模式区，通过发动机确定的模式与工作点，保持发动机输出功率不变，控制液压泵排量，采用恒功率控制，令液压泵输出功率与发动机输出功率动态匹配，使液压泵充分吸收发动机的输出功率，提高挖掘机作业效率。

在液压挖掘机重载作业的经济模式区，通过先导信息，估计负载流量需求，调节液压泵流量与负载需求流量匹配，改变液压泵排量完成液压泵流量输出要求。在液压泵排量确定后，计算液压泵输出功率，选择最合理的发动机工作点，改变发动机的转速与液压泵排量，使液压系统的流量匹配与动力系统的功率匹配均达到良好的效果。控制原理如图1所示。

为了实现上述的目的，本发明的技术方案是：

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，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，如图2所示。

综上，可以确定挖掘机的两种工作模式及其内部工作点数值。

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，如图3所示。

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。