一种柴油机单轨吊制动回收能量的释放控制系统及方法

本发明属于单轨吊机车，具体涉及了一种柴油机单轨吊制动回收能量的释放控制系统及方法

背景技术：

1、相比其它矿山辅助运输设备，单轨吊在运行速度、运输能力和行驶距离等方面都具有一定的优势。在高负载、大坡度下，柴油机单轨吊在制动时有着巨大的制动能，但大部分能量在机车制动过程以热能的方式损失掉。由于目前对柴油机单轨吊节能系统研究较少，传统的回转能量回收系统多用于液压挖掘机，其原理是通过二次元件将挖掘机回转能量转化成液压能存储于蓄能器中，并通过能量释放阀开启动作对能量进行释放，进而提高系统的节能效率，但是该系统的能量释放方法并未考虑蓄能器内液压油的状态，若蓄能器存储液压油体积较小，蓄能器单独供能无法长时间驱动机车运行，并且蓄能器内液压油压力过高会使得能量释放阀在全打开时，导致单轨吊运行速度会出现大幅度波动的现象，影响驾驶人员的舒适性和机车行驶的安全性。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：提供了一种柴油机单轨吊制动回收能量的释放控制系统及方法，在主泵供能的同时对能量释放阀进行控制，保证了机车运行速度的稳定性。

2、本发明提供一种柴油机单轨吊制动回收能量的释放控制方法，包括步骤：

3、a)计算速度偏差ve，其计算公式为ve＝vi-vo，vi为设定的运行速度参考曲线，vo为机车实际运行速度；

4、b)根据系统状态计算蓄能器满足释放条件的压力psys，并根据蓄能器内液压油压力值pacc的高低，划分为三类储能等级，当psys＜pacc≤λ1psys时为i级储能；当λ1psys＜pacc≤λ2psys时为ii为级储能；当λ2psys＜pacc时为iii级储能，其中λ1和λ2为储能等级划分系数，1<λ1＜λ2；

5、c)当蓄能器储能等级为i级时，按照最大程度释放蓄能器内能量；

6、d)当蓄能器储能等级为ii级时，当速度偏差ve>0时，按固定比例释放蓄能器内能量，当ve≤0时，停止释放蓄能器内能量；

7、e)当蓄能器储能等级为iii级时，根据速度偏差ve大小按照比例动态释放蓄能器内能量；

8、f)当pacc≤λ2psys，根据ve变化使主泵在额定转速下动态调节主泵排量；

9、g)当pacc>λ2psys，将参考曲线vi转化为主泵在额定转速下的排量曲线；

10、h)重复执行步骤a)至步骤g)，直至完成单轨吊此次任务。

11、进一步的，蓄能器满足释放条件的压力psys计算公式为psys＝j(2fδ+mgrsinθ)/dm，其中j为压力增益系数，且j>1，取值范围为1.2～1.5，f为驱动轮夹紧力；δ为驱动轮滚阻系数；m为机车质量；g为重力加速度；r为驱动轮半径；θ为运行坡度，当单轨吊上坡运行θ符号为正，否则为负；dm为二次元件排量。

12、进一步的，储能等级划分系数λ1取值范围为1＜λ1＜1.5、λ2取值范围为1.5≤λ2＜2。

13、进一步的，在步骤d中，按固定比例释放蓄能器内能量为最大程度的0.4～0.7倍。

14、进一步的，在步骤g中，根据参考曲线vi转化的主泵排量di计算公式为di＝kdmvi/(2πrn)，其中；k为排量增益系数，取值范围为0.6～0.8；n为主泵额定转速；dm为二次元件排量。

15、进一步的，当pacc≤psys，蓄能器不释放能量。

16、进一步的，所述蓄能器通过三位四通比例换向阀控制能量释放，在步骤c中，三位四通比例换向阀按照最大开口释放策略进行能量释放，对三位四通比例换向阀输出固定电流ii＝imax，使得三位四通比例换向阀保持最大开口度，其中imax为三位四通比例换向阀开口度最大的控制电流；在步骤d中，当ve>0时，对三位四通比例换向阀输出电流ii＝icon，当ve≤0时，对三位四通比例换向阀不再输出电流，其中icon为三位四通比例换向阀维持一定开口度的控制电流；在步骤e中，三位四通比例换向阀按照比例换向释放策略进行能量释放，根据ve数值大小，对三位四通比例换向阀动态输出电流ii＝idyn，其中idyn为根据速度偏差ve大小，动态输出的变化控制电流。

17、本发明还提供一种柴油机单轨吊制动回收能量的释放控制系统，包括液压系统和控制系统，所述液压系统主要包括二次元件、主泵、蓄能器、三位四通比例换向阀、单向阀，二次元件的a口同时接主泵的a口和三位四通比例换向阀的b口，二次元件的b口同时接主泵的b口和三位四通比例换向阀的a口，三位四通比例换向阀的p口和t口分别接单项阀的出油口和油箱，单向阀的进油口接蓄能器的出口；所述控制系统主要包括倾角传感器、速度传感器、压力传感器和控制单元，倾角传感器安装于负载用于检测机车运行坡度，速度传感器安装于负载和二次元件之间，用于检测机车运行速度，压力传感器安装于单向阀进口和蓄能器出口之间，用于检测蓄能器内油液压力，控制单元根据传感器反馈信息，对三位四通比例换向阀输出控制信号；

18、所述控制元件在执行存储器中存储的计算机程序时实现柴油机单轨吊制动回收能量的释放控制方法。

19、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果:

20、(1)实际中由于蓄能器存储油液体积较小，单独供能时无法保证单轨吊长时间行驶，本发明通过泵和蓄能器双动力驱动单轨吊运行，实现了制动能的有效利用，避免了蓄能器单独供能时机车续航短的问题。

21、(2)当蓄能器内存储油液压力过高，在进行能量释放时使得机车运行速度瞬间上升，造成速度波动，本发明在能量释放过程中按照蓄能器内油液压力的高低，对三位四通比例换向阀执行不同的释放策略，避免了能量释放产生的速度冲击，提高了机车运行的平稳性和驾驶人员的舒适性。

技术特征：

1.一种柴油机单轨吊制动回收能量的释放控制方法，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述的柴油机单轨吊制动回收能量的释放控制方法，其特征在于，蓄能器满足释放条件的压力psys计算公式为psys＝j(2fδ+mgrsinθ)/dm，其中j为压力增益系数，且j>1，取值范围为1.2～1.5，f为驱动轮夹紧力；δ为驱动轮滚阻系数；m为机车质量；g为重力加速度；r为驱动轮半径；θ为运行坡度，当单轨吊上坡运行θ符号为正，否则为负；dm为二次元件排量。

3.根据权利要求1所述的柴油机单轨吊制动回收能量的释放控制方法，其特征在于，储能等级划分系数λ1取值范围为1＜λ1＜1.5、λ2取值范围为1.5≤λ2＜2。

4.根据权利要求1所述的柴油机单轨吊制动回收能量的释放控制方法，其特征在于，在步骤d中，按固定比例释放蓄能器内能量为最大程度的0.4～0.7倍。

5.根据权利要求1所述的柴油机单轨吊制动回收能量的释放控制方法，其特征在于，在步骤g中，根据参考曲线vi转化的主泵排量di计算公式为di＝kdmvi/(2πrn)，其中；k为排量增益系数，取值范围为0.6～0.8；n为主泵额定转速；dm为二次元件排量。

6.根据权利要求1所述的柴油机单轨吊制动回收能量的释放控制方法，其特征在于，当pacc≤psys，蓄能器不释放能量。

7.根据权利要求1所述的柴油机单轨吊制动回收能量的释放控制方法，其特征在于，所述蓄能器通过三位四通比例换向阀控制能量释放，在步骤c中，三位四通比例换向阀按照最大开口释放策略进行能量释放，对三位四通比例换向阀输出固定电流ii＝imax，使得三位四通比例换向阀保持最大开口度，其中imax为三位四通比例换向阀开口度最大的控制电流；在步骤d中，当ve>0时，对三位四通比例换向阀输出电流ii＝icon，当ve≤0时，对三位四通比例换向阀不再输出电流，其中icon为三位四通比例换向阀维持一定开口度的控制电流；在步骤e中，三位四通比例换向阀按照比例换向释放策略进行能量释放，根据ve数值大小，对三位四通比例换向阀动态输出电流ii＝idyn，其中idyn为根据速度偏差ve大小，动态输出的变化控制电流。

8.一种柴油机单轨吊制动回收能量的释放控制系统，其特征在于：包括液压系统和控制系统，所述液压系统主要包括二次元件、主泵、蓄能器、三位四通比例换向阀、单向阀，二次元件的a口同时接主泵的a口和三位四通比例换向阀的b口，二次元件的b口同时接主泵的b口和三位四通比例换向阀的a口，三位四通比例换向阀的p口和t口分别接单项阀的出油口和油箱，单向阀的进油口接蓄能器的出口；所述控制系统主要包括倾角传感器、速度传感器、压力传感器和控制单元，倾角传感器安装于负载用于检测机车运行坡度，速度传感器安装于负载和二次元件之间，用于检测机车运行速度，压力传感器安装于单向阀进口和蓄能器出口之间，用于检测蓄能器内油液压力，控制单元根据传感器反馈信息，对三位四通比例换向阀输出控制信号；

技术总结
本发明公开了一种柴油机单轨吊制动回收能量的释放控制系统及方法。单轨吊制动能量释放控制系统利用二次元件将蓄能器回收的制动能转变成机械能，通过对能量释放阀的控制实现液压能的释放，并且蓄能器出口、二次元件、负载上分别装有压力传感器、速度传感器和倾角传感器；控制单元根据蓄能器内存储油液压力值的大小划分为不同的储能等级，并按照储能等级制定最大开口，通断切换和比例换向三种能量释放方式，在主泵供能的基础上，利用速度传感器反馈的速度信号，采用速度闭环的控制方法实现对能量释放阀的控制，避免了蓄能器单独供能时因油液体积较小或压力过大导致机车运行时间短和行驶速度过快的问题，从而提高了机车运行的平稳性和系统的节能性。

技术研发人员：汤裕,朱真才,沈刚,卢昊,彭玉兴,王威,柏德恩,周公博,王庆国,沙超
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15