工程机械电子节能控制技术研究

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1、工程机械电子节能控制技术研究工程机械电子节能控制技术研究现代工程机械对作业性能、能耗降低、操作舒适性的要求不断提高。当前国内工程机械能通过控制系统实现动力传动链中的局部优化节能控制，在节能与作业效率整体优化方面与世界先进水平还有很大差距。作者提出了新的全局节能控制的理念，尝试通过电子技术构建工程机械全局节能控制系统，实现传动参数按实际工况动态匹配的工程机械.L.全局节能控制系统。　　1广义节能概念　　1.1工程机械典型功率流图　　工程机械的工作过程，从能量的角度看，是能量的转换、传递和对外做功的过程。对工程机械的节能研究离不开对其

2、功率流程的分析，图1是典型工程机械的功率流程。　　　　图1工程机械典型功率流图　　对于以柴油机为动力的工程机械，所有的动力来源于柴油的化学能。柴油机将燃油的化学能转化输出为机械能:转速和转矩，目前采取全程调速或电控喷油等控制技术改善柴油机的动力特性和能耗特性。液压泵吸收柴油机的机械能并转化为液压能:压力和流量，目前一般采取恒功率控制、压力切断、正流量控制等改善泵的动力特性和能耗特性。　　柴油机和液压泵分别是能量的供方和需方，为了改善供求关系，一般对发动机和液压泵采取转速感应控制或功率极限载荷控制等，以改善二者联合工作时的动力特性和

3、能耗特性。液压阀吸收液压泵输出的液压能，经过调节液压系统的压力、流量和方向后输出压力和流量给相应的执行机构，一般采取可变流量控制以使多执行机构协同动作，或采取LUDV技术以克服并联回路中负载差异对流量分配的干扰。在阀控系统中，液压阀受操作者控制，液压阀的状态一般可以代表操作意图和流量需求，所以，液压泵和液压阀的关系是流量的供方和需方的关系。为了匹配供求关系，一般采用负流量控制或负荷传感控制。液压阀输出的液压能被油缸或马达吸收，并输出机械能:力和位移或转速和转矩;执行元件输出的机械能部分或全部对外负载做功，执行元件对外负载的有效做功

4、构成其有效功率。　　由以上对工程机械功率流的执行层和控制层的分析可见:目前的元件效率控制技术、部件功率控制技术和子系统功率控制技术都只能做到局部最优控制，而未能从整机作业系统的高度进行节能分析和控制。　　1.2节能理念和广义节能概念　　工程机械所有的能量转换和传递的最终目的是对外负载做有效功，即输出有效功率。由于工程机械往往是多执行机构协同作业，输出有效功率取决于两个因素:功率的有效传递和不同功率支流之间的有效配合。目前的节能控制往往专注于功率的有效传递和供需双方的动态匹配上，而忽略了不同功率流之间的有效配合。　　作业效率是指工程

5、机械单位时间的作业量。作业效率与节能往往是矛盾的，提高一方性能往往会使另一方的性能降低。只有在相同作业效率下的能耗数据才具有可比性。　　由上述分析可知，节能不仅取决于功率传递的效率和功率供需双方的动态匹配，还取决于不同功率流之间的有效配合，并与作业效率有关。　　广义节能的概念包含了这4点要求:效率、动态匹配、不同功率流之间的有效配合和作业效率。　　1.3工程机械全局节能控制系统　　为了实现广义节能意义下的节能控制，需要以作业系统(整机和负载)作为研究对象，将传统节能控制技术、多执行机构的协同控制和作业效率三者统一在一个共同的节能目

6、标下，实现广义节能意义下的最优节能控制。　　为了方便定量分析节能效果，可以定义如下全局节能指标:　　　　全局节能指标是在单位时间内、单位油耗下机械对外输出的有效功，是有效功率与油耗的比值，考虑了作业效率、多执行机构协同作业和传统节能控制三方面的内容，该指标能够全面评价和比较工程机械的节能特性。　　以全局节能指标为总目标，可以建立多层次、全方位的工程机械节能控制体系，如图2所示。图2工程机械全局节能控制体系图2中，全局节能控制目标可以分解为作业效率目标、协同作业目标和传统节能目标3个维度，每个维度又可以分解为系统级节能目标、部件级节

7、能目标和元件级节能目标。这样构建的节能体系有如下优点:　　(1)各个层次、各个部件的节能控制目标一致;　　(2)以全局为控制对象，能够实现全局最优控制;　　(3)节能目标是作业快速性和经济性的统一;　　(4)节能评价更合理，节能效果具有可比性。　　2基于全电控系统的.L.柔性匹配节能控制技术　　传统的节能控制已经在局部最优意义下取得了一定的成果，只有突破传统的节能控制范畴才能取得更大的节能成果。可以在以下几方面突破传统的节能技术体系:　　(1)突破固定参数的功率匹配，实现分工况的柔性参数动态功率匹配;　　(2)采用作业模式识别技术

8、，建立基于作业模式的动态功率分配系统;　　(3)识别驾驶员的操作意图，建立基于操作模式的作业效率管理系统。　　为了实现上述技术突破，需要建立全电控的执行层和分布式的控制层，构建全新的工程机械功率控制体系。　　2.1全电控的功率系统　　采用电控喷油柴