工程机械牵引性能控制系统

摘要

一种工程机械牵引性能控制系统，有依次连接的油门踏板、发动机、工作泵和工作马达，分别与油门踏板、工作泵以及工作马达相连的控制器，发动机通过转速传感器或CAN总线与控制器相连，工作泵的输出通过压力传感器与控制器相连，控制器还分别连接档位手柄及转角传感器。所述的控制器是由单片机构成。所述的工作泵最大排量与工作泵压力满足恒功率曲线，在不同工作状态下人为的选择不同的匹配曲线。所述的第三电磁阀和第四电磁阀分别连接工作马达。本发明具有结构简单、节能及利于维修的优点。可以根据外部负载的变化调整泵和马达的状态，可以使发动机的工作效率发挥到最佳状态，使发动机始终处于油耗最低状态，从而达到节能效果，延长机械使用寿命。

权利要求

1.一种工程机械牵引性能控制系统，包括有依次连接的油门踏板(1)、发动机(2)、工作泵(3)和工作马达(4)，其特征是：还设置有分别与油门踏板(1)、工作泵(3)以及工作马达(4)相连的控制器(5)，所述的发动机(2)通过转速传感器(6)或CAN总线(10)与控制器(5)相连，工作泵(3)的输出通过压力传感器(7)与控制器(5)相连，所述的控制器(5)还分别连接档位手柄(8)及转角传感器(9)。

2.根据权利要求1所述的工程机械牵引性能控制系统，其特征是：所述的控制器(5)、档位手柄(8)和转速传感器(6)均分别连接直流电源。

3.根据权利要求1所述的工程机械牵引性能控制系统，其特征是：所述的工作马达(4)有1个以上。

4.根据权利要求1所述的工程机械牵引性能控制系统，其特征是：所述的控制器(5)是由单片机(U)构成，所述的单片机(U)的C2-P4脚连接转速传感器(6)；C2-P3脚连接压力传感器(7)；C1-P9脚、C2-P2脚和C1-P8脚分别连接转角传感器(9)，其中的C1-P9脚和C1-P8脚还分别连接压力传感器(7)；所述的单片机(U)的C1-P11脚、C1-P10脚、C1-P7脚和C1-P6脚分别连接档位手柄(8)；所述的单片机(U)的C1-P14脚和C1-P3脚连接CAN总线(10)；所述的单片机(U)的C1-P2脚连接直流电源，C1-P1脚接地。

5.根据权利要求1所述的工程机械牵引性能控制系统，其特征是：所述的构成控制器(5)的单片机(U)的C2-P9脚、C2-P10脚、C2-P11脚和C2-P12脚分别通过第一、第二、第三和第四电磁阀(11、12、13、14)接地，以及分别对应的通过第一、第二、第三和第四电磁阀(11、12、13、14)连接工作泵(3)和工作马达(4)，其中，所述的第一电磁阀(11)和第二电磁阀(12)分别连接工作泵(3)，所述的第三电磁阀(13)和第四电磁阀(14)分别连接工作马达(4)。

6.根据权利要求1所述的工程机械牵引性能控制系统，其特征是：所述的工作泵(3)最大排量与工作泵压力满足恒功率曲线，在不同工作状态下人为的选择不同的匹配曲线。

说明书

技术领域

本发明属于一种工程机械的控制，特别是涉及一种可以使发动机的效率发挥到最佳状态，使发动机始终处于油耗最低状态，从而达到节能效果的工程机械牵引性能控制系统。

背景技术

现有的工程机械牵引多采用机械变速箱传动方式，这种传动方式不利于时时根据外部条件实现时时调整控制，容易导致机械部分损坏，不利于保养维修。
采用液压比例控制，可以分别调整发动机与工作泵的排量，但是两者之间没有必然联系，不能发挥发动机与工作泵的优化控制。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种可以使发动机的效率发挥到最佳状态，使发动机始终处于油耗最低状态，从而达到节能效果的工程机械牵引性能控制系统。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种工程机械牵引性能控制系统，包括有依次连接的油门踏板、发动机、工作泵和工作马达，还设置有分别与油门踏板、工作泵以及工作马达相连的控制器，所述的发动机通过转速传感器或CAN总线与控制器相连，工作泵的输出通过压力传感器与控制器相连，所述的控制器还分别连接档位手柄及转角传感器。
所述的控制器、档位手柄和转速传感器均分别连接直流电源。
所述的工作马达有1个以上。
所述的控制器是由单片机构成，所述的单片机的C2-P4脚连接转速传感器；C2-P3脚连接压力传感器；C1-P9脚、C2-P2脚和C1-P8脚分别连接转角传感器，其中的C1-P9脚和C1-P8脚还分别连接压力传感器；所述的单片机的C1-P11脚、C1-P10脚、C1-P7脚和C1-P6脚分别连接档位手柄；所述的单片机的C1-P14脚和C1-P3脚连接CAN总线；所述的单片机的C1-P2脚连接直流电源，C1-P1脚接地。
所述的构成控制器的单片机的C2-P9脚、C2-P10脚、C2-P11脚和C2-P12脚分别通过第一、第二、第三和第四电磁阀接地，以及分别对应的通过第一、第二、第三和第四电磁阀连接工作泵和工作马达，其中，所述的第一电磁阀和第二电磁阀分别连接工作泵，所述的第三电磁阀和第四电磁阀分别连接工作马达。
所述的工作泵最大排量与工作泵压力满足恒功率曲线，在不同工作状态下人为的选择不同的匹配曲线。
本发明具有的优点和积极效果是：本发明的工程机械牵引性能控制系统，具有结构简单、节能及利于维修的优点。工作泵排量随发动机转速变化而变化。泵出口压力和排量满足发动机功率匹配原理，并且能根据不同的作业工况选择不同的匹配曲线，可以根据外部负载的变化调整泵和马达的状态，可以使发动机的工作效率发挥到最佳状态，使发动机始终处于油耗最低状态，从而达到节能效果。系统还具有功率的极限调节功能，不会因意外的负载过大而导致发动机的非正常熄火，对于发动机起到保护发动机的作用，延长机械使用寿命。

附图说明

图1是本发明的整体构成框图；
图2是本发明中控制器的电路原理图；
图3是系统压力与工作泵排量关系图。
图中的标号分别是：
1-油门踏板；2-发动机；3-工作泵；4-工作马达；5-控制器；6-转速传感器；7-压力传感器；8-档位手柄；9-转角传感器；10-CAN总线；11-第一电磁阀；12-第二电磁阀；13-第三电磁阀；14-第四电磁阀。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明本发明的工程机械牵引性能控制系统如下：
如图1所示，本发明的工程机械牵引性能控制系统，包括有依次连接的油门踏板1、发动机2、工作泵3和工作马达4，还设置有分别与油门踏板1、工作泵3以及工作马达4相连的控制器5，所述的发动机2通过转速传感器6或CAN总线10与控制器5相连，工作泵3的输出通过压力传感器7与控制器5相连，通过压力反馈控制液压马达的工作状态，使马达工作于高效区。所述的控制器5还分别连接档位手柄8及转角传感器9。所述的控制器5、档位手柄8和转速传感器6均分别连接24V直流电源。所述的工作马达4有1个以上。工作泵排量随发动机转速变化而变化。
所述的工作泵3最大排量与工作泵压力满足恒功率曲线，在不同工作状态下人为的选择不同的匹配曲线。
如图2所示，本发明所述的控制器5是由型号为MC024的单片机U构成，所述的单片机U的C2-P4脚连接转速传感器6。C2-P3脚连接压力传感器7；C1-P9脚、C2-P2脚和C1-P8脚分别连接转角传感器9，其中的C1-P9脚和C1-P8脚还分别连接压力传感器7。所述的单片机U的C1-P11脚、C1-P10脚、C1-P7脚和C1-P6脚分别连接档位手柄8，其中C1-P11脚连接第二工作马达，C1-P10脚连接第一工作马达，C1-P7脚连接后退档，C1-P6脚连接前进档。
所述的单片机U的C1-P14脚和C1-P3脚连接CAN总线10，其中，C1-P14脚接低端，C1-P3脚接高端
所述的单片机U的C1-P2脚连接24V直流电源，C1-P1脚接地。
所述的构成控制器5的单片机U的C2-P9脚、C2-P10脚、C2-P11脚和C2-P12脚分别通过第一、第二、第三和第四电磁阀11、12、13、14接地，以及分别对应的通过第一、第二、第三和第四电磁阀11、12、13、14连接工作泵3和工作马达4，其中，所述的第-电磁阀11为前进电磁阀连接工作泵3，第二电磁阀12为比例电磁阀连接工作泵3，所述的第三电磁阀13为开关量电磁阀连接第一工作马达，第四电磁阀14为比例电磁阀连接第二工作马达。
本发明的工程机械牵引性能控制系统的工作原理是：当人踩踏油门踏板使发动机增速时，压力传感器和转角传感器会时时检测发动机的工作转速以及工作泵内部的压力，控制器根据发动机转速和工作泵压力的变化做出判断，从而驱动工作泵以及工作马达。达到最佳工作效率，实现更小的油耗；保证发动机避免非正常熄火。
为达到工程机械最佳工作效率，实现更小的油耗。工程机械工作泵的输入电流(排量)由发动机转速决定，随着发动机转速的变化工作泵的电流(排量)随之变化，当发动机达到额定转速状态下，工作泵电流(排量)达到最大状态，且正常施工工作状态下和高速行走状态下有不同的曲线。另外，在工作泵中安装有压力传感器，通过它控制器能够时时采集工作泵内部的压力，根据预先设定好的函数关系调节工作马达的排量。工作马达排量的变化又会导致系统压力变化，使工程机械工作在不同的档位，最终使工作泵达到平衡状态。
在实际工作中，若外部负载过大，则会导致工作泵内的压力升高，发动机的转速下降，及负载超过发动机的实际输出功率，导致发动机非正常熄火。为避免出现这种情况，对工作泵与发动机的功率进行了计算和匹配。
发动机在某一最佳工作点工作时，可以认为其输出功率为一常数，工作泵的排量与出口压力成反比。当外部负载变化时，通过测量系统内部的压力变化，可以计算出工作泵的最大输入电流，从而实现外部负载与变量泵之间的自动调节控制，保证外部负载不会大于发动机的输出功率导致发动机停机或者损坏工作泵。
控制器可以根据设定的不同档位选择如图3所示的不同的曲线进行匹配，从而使发动机的效率发挥到最大，而且不会损坏发动机。
当机械遇到突然增大的外部负载时，会超过发动机的输出功率，从而使发动机非正常熄火，为避免这种情况出现，在控制器程序中设置了极限调节模块。
当发动机实际转速NA低于额定转速NR超过n％，即NT＜NA＜n％NR时，可以采用以下方式调节控制器的输出电流：
1.在第一个程序周期，将当前前进泵输出电流IA减小m％ΔI(ΔI为前进泵起止电流的差值)；
2.在第二个程序周期，比较发动机实际转速信号与额定转速信号，若实际转速NA仍然低于额定转速n％NR，在下一程序周期继续将IA再次减小m％ΔI，直到第N个周期满足n％NR＜NA＜NR；
3.在第N+1个程序周期，将IA增大m％ΔI，在此后连续的程序周期内，每个周期均将IA增大5％ΔI，使IA缓慢增大到额定状态下的稳定数值。
当发动机实际转速NA低于车辆需停车的危险转速NT，即NA＜NT时，表明车辆遇到负载过大，需要停止前进
程序中可以将NT、系数“n％”等设置为参数，以便根据不同工况标定调节。