专利名称：一种挖掘机散热系统的节能控制方法
技术领域：
本发明涉及一种工程机械领域散热系统的节能控制方法，具体是一种挖掘机散热系统的节能控制方法，属于工程机械散热系统的节能控制技术领域。
背景技术：
目前国内履带挖掘机散热系统包括冷却水散热系统和液压油散热系统两部分，通常都采用发动机直接驱动散热风扇进行散热，而散热风扇的转速、功率、驱动力矩与发动机的转速大小直接相关，安装位置也受到限制，从而造成低速大负载作业时散热能力不够使整机工作温度过高、油耗高、振动大、噪音高等主要问题。现有国内挖掘机功率自适应节能控制技术中，国内工程机械产品特别是挖掘机， 其散热系统少有采用完全独立散热。考虑挖掘机不同的作业工况，在高温环境下挖掘机作业时需要最大散热能力，散热功率较大；而在低温环境下作业只需要较小功率散热，甚至不需要散热，此时的散热泵功率需要较小。因此，对配置独立散热系统的挖掘机，除考虑整机发动机输出功率满足液压系统正常作业需要的功率外，依据在各种环境温度不同的情况下、独立散热系统功率大小不同需要、作业负载的不同变化，时时调整发动机的输出功率与液压主泵功率和独立散热泵功率匹配，使其达到最佳，从而大大提高挖掘机作业效率及性能、散热性能最佳；降低整机油耗、噪音及振动，优化整机的各种性能指标。针对挖掘机独立散热系统的功率自适应节能控制技术国内还是空白状态，所以，需求一种挖掘机独立散热系统的功率自适应节能控制方法，结合电子控制系统对液压主泵和发动机功率匹配节能控制技术，使挖掘机的节能效果及工作效率达到最佳，智能化程度高，满足市场需要。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种挖掘机散热系统的节能控制方法，在有效降低油耗的同时，使挖掘机的发动机输出功率与主泵功率和独立散热泵的功率匹配达到最佳，实现自适应控制，降低油耗及噪音，提高系统操作的平稳性和工作效率的目的。为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现一种挖掘机散热系统的节能控制方法，其具体控制步骤如下(1)、发动机启动后，通过多功能电子监控器选择功率模式，主控制器通过CAN总线读入此信号，设定各功率模式下发动机空载时设定的最高转速值；O)、操作油门旋钮，设定发动机的转速目标工作位置，主控制器输入端口 1采集到此输入信号；(3)、经过运算，主控制器通过与发动机E⑶控制器之间的CAN总线接口，按照 J1939通讯协议，发送油门旋钮对应的油门开度百分比数值，从而控制发动机的转速；0)、主控制器通过输出端口 2，对应油门旋钮的最低空载怠速到最高空载怠速位置，设定与转速信号非线性对应的从最小电流值到最大电流值的占空比的脉宽调制PWM信号，即预先设定主泵一和主泵二电流值，调整主泵一和主泵二的斜盘角，改变主泵一和主泵二的排量；(5)、通过主控制器的输出端口 1，输出占空比的脉宽调制PWM信号电流值为0mA， 调整散热泵的斜盘角，使其排量及散热功率最大；(6)、主控制器通过CAN总线读入发动机的冷却水温Tl、进气温度T2，通过输入口读入液压油温T3 ；(7)、进行逻辑判断设定，Tlmin和Tlmax分别为发动机正常工作时控制的冷却水温的最小值和最大值，T2min和T2maX分别为发动机正常工作时控制的进气温度的最小值和最大值，T3min和 T3max分别为发动机正常工作时控制的液压油温的最小值和最大值；当Tl > Tlmax或T2 > T2max或T3 > T3max时，保持输出电流值为0mA，调整散热泵的斜盘角，使其排量最大，即散热泵(的功率达到最大；当Tl < Tlmin且T2 < T2min且T3 < T3min时，输出电流值为最大电流，调整散热泵斜盘角，使其排量最小，即散热泵的功率最小；当 Tlmin < Tl < Tlmax 且 T2min < T2 < T2max 且 T3min < T3 < T3max 时，主控制器输出电流值调整散热泵的功率，依据散热功率必须满足优先原则权——发动机的冷却水散热系统功率优先于液压油温散热系统功率，即满足正常工作温度优先原则Tl > T2 > T3 ；将T1、T2和Τ3各温度分成三种温度段，用三种斜率Κ1、Κ2和Κ3进行线性调整，即输出电流值对散热泵(5)的排量进行线性调整；(8)、主控制器根据各种散热条件下所需的散热功率比较多少判断，即散热泵实际需要的功率Ntl与散热泵的最大功率Nmax相比的剩余功率N1 = Nmax-N0 ；(9)当Ntl < Nmax时，将剩余功率N1，经条件换算，采取控制策略，在预先设置的主泵一和主泵二的功率基础上，适当增加液压主泵一、二电比例阀的电流预先设定值；(10)、主控制器通过输入口 3、输入口 4、输入口 5、输入口 6、输入口 7读入的主泵二压力传感器、主泵一压力传感器、动臂起压力传感器、斗杆收压力传感器和铲斗收压力传感器的信号，以及通过CAN总线读入的发动机的实际转速和负荷率信号，判断挖掘机作业时的负荷变化，比较发动机的设定目标转速与实际转速；(11)、进行二维模糊PID调节、实现ESS控制即转速传感控制，跟踪挖掘机作业负载变化，调整最终输出的液压主泵一、二电比例阀的电流值，从而实时调整主泵一和主泵二的斜盘角及输出排量大小，从而增加主泵一和主泵二的吸收功率；(12)、当N。= Nmax时，主控制器通过输入口 3、输入口 4、输入口 5、输入口 6和输入口 7读入的主泵二压力传感器、主泵一压力传感器、动臂起压力传感器、斗杆收压力传感器和铲斗收压力传感器的信号，以及通过CAN总线读入的发动机的实际转速和负荷率信号， 再次判断挖掘机作业时的负荷变换，比较发动机的设定目标转速与实际转速；(13)、再次进行二维模糊PID调节、ESS控制和转速传感控制，主控制器输出保持在预先设定与转速信号对应的占空比的脉宽调制PWM信号，即液压主泵一、二电比例阀的电流值，即保持主泵设定功率不变，调整主泵一和主泵二的功率输出；(14)、通过主控制器最终控制各泵的流量分配，利用发动机的动力，使得分配到主泵一、主泵二和散热泵的泵功率总和不超过发动机的输出功率。
本发明的有益效果是在有效降低油耗和噪音的同时，使挖掘机的发动机输出功率与主泵功率和独立散热泵功率匹配达到最佳，实现自适应控制，提高了系统操作的平稳性和工作效率。
图1是本发明的控制方法流程图；图2是本发明的控制系统结构示意图；图3是本发明的节能控制调整方法示意图；图4是本发明的独立散热控制调整方法示意图。图中1、冷却水散热马达，2、液压油散热马达，3、液压主泵一、二电比例阀，4、散热泵电比例阀，5、散热泵，6、主泵一，7、主泵二，9、发动机，10、发动机EUC控制器，11、多功能电子监控器，12、液压油温传感器，13、主泵一压力传感器，14、主泵二压力传感器，15、油门旋钮，16、主控制器，17、动臂起压力传感器，18、斗杆收压力传感器，19、铲斗收压力传感器， 20、液压油散热器，21、液压油散风扇，22、冷却水散热器，23、冷却水散风扇。
具体实施例方式下面将结合附图对本发明做进一步说明。如图1、图2和图3所示，一种挖掘机散热系统的节能控制方法，首先，发动机9启动后，通过多功能电子监控器11选择功率模式(H重载模式、S标准模式、L轻载模式)，主控制器16通过CAN总线读入此信号；设定各功率模式下发动机9空载时设定的最高转速值； 操作油门旋钮15，设定发动机9的转速工作位置，主控制器16输入端口 1采集到此输入信号；经过运算，主控制器16通过与发动机E⑶控制器10之间的CAN总线接口，按照J1939 通讯协议，发送油门旋钮15对应的油门开度百分比数值，从而控制发动机9的转速；同时主控制器16通过输出端口 2，对应油门旋钮15的最低空载怠速到最高空载怠速位置，设定与转速信号非线性对应的从最小电流值到最大电流值的占空比的脉宽调制PWM信号，即预先设定主泵一 6和主泵二 7电流值，调整主泵一 6和主泵二 7的斜盘角，改变主泵一 6和主泵二 7的排量；通过主控制器16的输出端口 1，输出占空比的脉宽调制PWM信号电流值为 0mA，调整散热泵5的斜盘角，使其排量达到最大，即散热泵5的功率最大，具有安全保护作用；通过发动机9驱动各泵工作，主泵一 6和主泵二 7通过各油路实现液压系统各种作业功能，散热泵5通过油路驱动冷却水散热马达1和液压油散热马达2分别带动冷却水散风扇 23、液压油散风扇21，实现液压油散热器20和冷却水散热器22的散热功能，从而实现独立散热。然后，挖掘机开始作业，主控制器16通过CAN总线读入发动机9的冷却水温Tl、进气温度T2，通过输入口 2读入液压油温T3，液压油温T3通过液压油温传感器12采集；进行逻辑判断如图4所示，设定，Tlmin和Tlmax分别为发动机9正常工作时控制的冷却水温的最小值和最大值，T2min和T2maX分别为发动机9正常工作时控制的进气温度的最小值和最大值，T3min和T3maX分别为发动机9正常工作时控制的液压油温的最小值和最大值；当Tl > Tlmax或T2 > T2max或T3 > T3max时，保持输出电流值为0mA，调整散热泵5的斜盘角，使其排量最大，即散热泵5的功率达到最大；当Tl < Tlmin且T2 < T2min且T3 < T3min时，输出电流值为最大电流，调整散热泵5斜盘角，使其排量最小，即散热泵5的功率最小；^ Tlmin < Tl < Tlmax T2min < T2 < T2max T3min < T3 < T3max B^, ± 控制器16输出电流值调整散热泵5的功率，依据散热功率必须满足优先原则权——发动机 9的冷却水散热系统功率优先于液压油温散热系统功率，即满足正常工作温度优先原则Tl > T2 > T3。将T1、T2和Τ3各温度分成三种温度段，用三种斜率Κ1、Κ2和Κ3进行线性调整，即实现输出电流值对散热泵5的排量进行线性调整。最后，在以上步骤的基础上，主控制器16根据各种散热条件下所需的散热功率比较多少判断，即散热泵5实际需要的功率Ntl与散热泵5的最大功率Nmax相比的剩余功率 N1 = Nmax-N0,继而在预先设置的主泵一 6和主泵二 7的功率基础上，调整主泵一 6和主泵二 7的功率大小即当Ntl < Nmax时，将剩以功率N1，经条件换算，采取控制策略，适当增加液压主泵一、二电比例阀3的电流预先设定值；同时主控制器16通过输入口 3、输入口 4、输入口 5、输入口 6、输入口 7读入的主泵二压力传感器14、主泵一压力传感器13、动臂起压力传感器17、斗杆收压力传感器18和铲斗收压力传感器19的信号，以及通过CAN总线读入的发动机9的实际转速和负荷率信号，判断挖掘机作业时的负荷变化，比较发动机9的设定目标转速与实际转速；进行二维模糊PID调节、ESS控制和转速传感控制，跟踪挖掘机作业负载变化，实时调整最终输出的液压主泵一、二电比例阀3的电流值，调整主泵一 6和主泵二 7的斜盘角，继而调整主泵一 6和主泵二 7的输出排量大小，从而增加主泵一 6和主泵二 7 的功率，提高整机作业效率；当N。= Nmax时，主控制器16通过输入口 3、输入口 4、输入口 5、输入口 6和输入口 7读入的主泵二压力传感器14、主泵一压力传感器13、动臂起压力传感器17、斗杆收压力传感器18和铲斗收压力传感器19的信号，以及通过CAN总线读入的发动机9的实际转速和负荷率信号，再次判断挖掘机作业时的负荷变换，比较发动机9的设定目标转速与实际转速；再进行二维模糊PID调节、ESS控制和转速传感控制，主控制器16输出保持在预先设定与转速信号对应的占空比的脉宽调制PWM信号，跟踪挖掘机作业负载变化，实时调整最终输出的液压主泵一、二电比例阀3的电流值，即保持主泵设定功率不变，实时调整主泵一 6和主泵二 7的功率输出；通过主控制器16最终控制各泵的流量分配，利用发动机9的动力，使得分配到主泵一 6、主泵二 7和散热泵5的泵功率总和不超过发动机9的输出功率。
权利要求
1. 一种挖掘机散热系统的节能控制方法，其特征在于，具体控制步骤如下(I)、发动机(9)启动后，通过多功能电子监控器(11)选择功率模式，主控制器(16)通过CAN总线读入此信号，设定各功率模式下发动机(9)空载时设定的最高转速值；O)、操作油门旋钮(15)，设定发动机(9)的转速目标工作位置，主控制器(16)输入端口1采集到此输入信号；(3)、经过运算，主控制器(16)通过与发动机E⑶控制器(10)之间的CAN总线接口，按照J1939通讯协议，发送油门旋钮(1 对应的油门开度百分比数值，从而控制发动机(9) 的转速；G)、主控制器(16)通过输出端口 2，对应油门旋钮(15)的最低空载怠速到最高空载怠速位置，设定与转速信号非线性对应的从最小电流值到最大电流值的占空比的脉宽调制 PWM信号，即预先设定主泵一(6)和主泵二(7)电流值，调整主泵一(6)和主泵二(7)的斜盘角，改变主泵一(6)和主泵二(7)的排量；(5)、通过主控制器(16)的输出端口1，输出占空比的脉宽调制PWM信号电流值为0mA， 调整散热泵(5)的斜盘角，使其排量及散热功率最大；(6)、主控制器(16)通过CAN总线读入发动机(9)的冷却水温Tl、进气温度T2，通过输入口读入液压油温T3 ；(7)、进行逻辑判断设定，Tlmin和Tlmax分别为发动机(9)正常工作时控制的冷却水温的最小值和最大值，Tallin和T2maX分别为发动机(9)正常工作时控制的进气温度的最小值和最大值，Bmin 和T3maX分别为发动机(9)正常工作时控制的液压油温的最小值和最大值；当Tl > Tlmax或T2 > T2max或T3 > T3max时，保持输出电流值为0mA，调整散热泵 (5)的斜盘角，使其排量最大，即散热泵(5)的功率达到最大；当Tl < Tlmin且T2 < Tallin且T3 < T3min时，输出电流值为最大电流，调整散热泵(5)斜盘角，使其排量最小，即散热泵(5)的功率最小；当 Tlmin < Tl < Tlmax 且 T2min < T2 < T2max 且 T3min < T3 < T3max 时，主控制器(16)输出电流值调整散热泵(5)的功率，依据散热功率必须满足优先原则权——发动机 (9)的冷却水散热系统功率优先于液压油温散热系统功率，即满足正常工作温度优先原则 Tl > T2 > T3 ；将Tl、T2和T3各温度分成三种温度段，用三种斜率Kl、K2和K3进行线性调整，即输出电流值对散热泵(5)的排量进行线性调整；(8)、主控制器(16)根据各种散热条件下所需的散热功率比较多少判断，即散热泵(5) 实际需要的功率Ntl与散热泵(5)的最大功率Nmax相比的剩余功率N1 = Nmax-N0 ；(9)当Ntl< Nmax时，将剩余功率N1，经条件换算，采取控制策略，在预先设置的主泵一(6)和主泵二(7)的功率基础上，适当增加液压主泵一、二电比例阀C3)的电流预先设定值， 即增加其功率；(10)、主控制器(16)通过输入口3、输入口 4、输入口 5、输入口 6、输入口 7读入的主泵二压力传感器(14)、主泵一压力传感器(13)、动臂起压力传感器(17)、斗杆收压力传感器 (18)和铲斗收压力传感器(19)的信号，以及通过CAN总线读入的发动机(9)的实际转速和负荷率信号，判断挖掘机作业时的负荷变化，比较发动机(9)的设定目标转速与实际转速；(II)、进行二维模糊PID调节、实现ESS控制即转速传感控制，跟踪挖掘机作业负载变化，调整最终输出的液压主泵一、二电比例阀(3)的电流值，从而实时调整主泵一(6)和主泵二(7)的斜盘角及输出排量大小，从而增加主泵一(6)和主泵二(7)的功率；(12)、当N。=Nmax时，主控制器(16)通过输入口 3、输入口 4、输入口 5、输入口 6、输入口 7读入的主泵二压力传感器(14)、主泵一压力传感器(13)、动臂起压力传感器(17)、斗杆收压力传感器(18)和铲斗收压力传感器(19)的信号，以及通过CAN总线读入的发动机 (9)的实际转速和负荷率信号，再次判断挖掘机作业时的负荷变换，比较发动机(9)的设定目标转速与实际转速；(13)、再次进行二维模糊PID调节、ESS控制和转速传感控制，主控制器(16)输出保持预先设定与转速信号对应的占空比的脉宽调制PWM信号，即液压主泵一、二电比例阀(3)的电流值，保持主泵设定功率不变，调整主泵一(6)和主泵二(7)的功率输出；(14)、通过主控制器(16)最终控制各泵的流量分配，利用发动机(9)的动力，使得分配到主泵一(6)、主泵二(7)和散热泵(5)的泵功率总和不超过发动机(9)的输出功率。
全文摘要
本发明公开了一种挖掘机散热系统的节能控制方法，属于工程机械散热系统的节能控制技术领域，其具体步骤是主控制器依据功率模式和油门旋钮输入信号，设定目标转速和液压主泵的功率；对发动机冷却水温、进气温度和液压油温信号进行条件判断，输出PWM信号，对独立散热泵的功率进行调节；依据散热泵需要的功率大小，判断挖掘机在不同工况下的负载变化，利用ESS转速传感控制，通过模糊二维PID调节，输出PWM信号，实时调整液压主泵的功率大小，使发动机输出功率与液压主泵及散热泵功率相匹配。有益效果是在有效降低油耗和噪音的同时，使挖掘机的发动机输出功率与主泵功率和独立散热泵功率匹配达到最佳，实现自适应控制，提高系统操作的平稳性和工作效率。
文档编号E02F9/20GK102493521SQ20111039242
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月1日 优先权日2011年12月1日
发明者李亚东, 杨梅, 陈柏余 申请人:徐州徐工挖掘机械有限公司