一种新型节能双钢轮振动压路机用功率匹配控制系统.pdf

本发明公开了一种新型节能双钢轮振动压路机用功率匹配控制系统，包括控制器、行走状态控制装置、频率调整开关、压路机行走状态和压实状态的压实/行走选择开关以及实时对压路机的发动机转速进行检测的速度传感器；行走泵电磁阀和行走马达电磁阀由控制器控制；振动泵电磁阀与通过控制其启动时间实现将行走机构液压驱动系统和振动压实液压驱动系统两个动力系统的功率峰值错开的控制器相接且压实工作模式时振动泵电磁阀由控制器据速度传感器所检测信号相应控制进行启动。本发明设计合理、使用操作简便且性能卡靠、使用效果好，在可靠抑制压路机行走和振动系统瞬时功率的同时，也能有效降低振动压路机的装机功率，减小功率消耗、节省使用成本。

1.  一种新型节能双钢轮振动压路机用功率匹配控制系统，其特征在于：包括控制器(1)、对双钢轮振动压路机的行走速度和前进后退方向进行控制调整的行走状态控制装置、对双钢轮振动压路机的压实作业时的工作频率进行控制调整的频率调整开关、用于选择双钢轮振动压路机行走状态和压实状态的压实/行走选择开关(3)以及实时对所述双钢轮振动压路机的发动机转速进行检测的速度传感器(7)；所述行走状态控制装置、频率调整开关和压实/行走选择开关(3)均接控制器(1)；对所述双钢轮振动压路机的行走机构液压驱动系统进行启停和驱动量大小控制的行走泵电磁阀(6)和行走马达电磁阀(4)均与控制器(1)相接，且二者均由控制器(1)进行控制；对所述双钢轮振动压路机的振动压实液压驱动系统进行启停控制的振动泵电磁阀(5)与通过控制其启动时间实现将所述行走机构液压驱动系统和振动压实液压驱动系统两个动力系统的功率峰值相错开的控制器(1)相接，且在压实/行走选择开关(3)选择压实工作模式时振动泵电磁阀(5)由控制器(1)根据速度传感器(7)所检测的速度信号相应控制进行启动。

2.  按照权利要求1所述的一种新型节能双钢轮振动压路机用功率匹配控制系统，其特征在于：所述行走泵电磁阀(6)的进油路设置有一个或多个用以相应增大系统阻尼的阀前节流口(10)。

3.  按照权利要求2所述的一种新型节能双钢轮振动压路机用功率匹配控制系统，其特征在于：所述行走泵电磁阀(6)的出油路设置有一个或多个用以相应增大系统阻尼的阀后节流口(11)。

4.  按照权利要求1、2或3所述的一种新型节能双钢轮振动压路机用功率匹配控制系统，其特征在于：还包括与控制器(1)相接的显示单元(8)。

5.  按照权利要求1或2所述的一种新型节能双钢轮振动压路机用功率匹配控制系统，其特征在于：所述行走状态控制装置为对所述行走机构液压驱动系统进行控制的行走状态控制手柄(2)，行走状态控制手柄(2)通过传动机构与所述行走机构液压驱动系统相连。

6.  按照权利要求1或2所述的一种新型节能双钢轮振动压路机用功率匹配控制系统，其特征在于：所述频率调整开关为高频/低频选择开关(9)。

一种新型节能双钢轮振动压路机用功率匹配控制系统
技术领域
本发明属于路面工程机械技术领域，尤其是涉及一种新型节能双钢轮振动压路机用功率匹配控制系统。
背景技术
双钢轮振动压路机是压实沥青混合料的面层作业压实机械，其工作对象对压实作业质量要求比较高。为了达到合格的压实质量，国标中规定双钢轮压路机工作过程中的压实距离为60-80米，即双钢轮振动压路机的压实作业过程为循环振动压实作业。因此，双钢轮压路机是循环往复作业机器，其中启动和停车的动态过程占据了作业总时间的25％以上，启动和停车过程中功率需求量和压力冲击量在整个作业过程中最大。测试表明，启动过程中，振动系统和行走系统需要最大总功率为正常压实作业的2倍以上，为了满足压路机动态特性需求，通常都采用匹配大功率发动机。这样就直接带来以下后果，一方面带来发动机功率匹配的提升，另一方面启动过程中冲击过大，作业质量不合格。
压实机械通常自重都比较大，质量大物体的状态改变过程中必然会产生很大的惯性负载，惯性负载过大又会给传动系统带来过大瞬时载荷，引起系统动态特性恶化和发动机工作点的偏移油耗偏高。传统解决压路机惯性负载过大的方法都是增加发动机功率储备，匹配功率大一些发动机来提高整体的动态特性，避免作业质量恶化。但是，上述方式在稳定工作过程中会有大量功率富裕，造成不必要浪费。
同时，振动压路机工作过程中是双动力系统，行走系统和振动系统启动时同时启动，工作过程中协同作业。由于行走系统和振动系统都是大惯量系统，启动过程中双系统都需要很大的瞬时功率，这样就会对发动机提出比较高的功率要求。当发动机功率不能满足双系统动态过程需求时，行走系统和振动系统的动态特性就会变差，将会直接造成影响启动阶段作业质量的严重问题；并且由于双系统同时启动，形成行走起动负荷峰值与振动起动负荷峰值的重合，因而不得不匹配大功率的发动机以保证能正常工作，从而造成了极大的功率浪费，大大增加了振动压路机的使用成本。
驱动上述双钢轮振动压路机进行振动压实和行走的驱动系统分别为振动液压系统和行走液压系统，其中振动液压系统多为泵控双马达串联系统，行走液压系统大多为泵控双马达并联系统。泵控马达系统是一种大功率传动系统，其系统频率不高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种新型节能双钢轮振动压路机用功率匹配控制系统，其设计合理、使用操作简便且性能卡靠、使用效果好，在可靠抑制压路机行走和振动系统瞬时功率的同时，也能有效降低振动压路机的装机功率，减小功率消耗、节省使用成本。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种新型节能双钢轮振动压路机用功率匹配控制系统，其特征在于：包括控制器、对双钢轮振动压路机的行走速度和前进后退方向进行控制调整的行走状态控制装置、对双钢轮振动压路机的压实作业时的工作频率进行控制调整的频率调整开关、用于选择双钢轮振动压路机行走状态和压实状态的压实/行走选择开关以及实时对所述双钢轮振动压路机的发动机转速进行检测的速度传感器；所述行走状态控制装置、频率调整开关和压实/行走选择开关均接控制器；对所述双钢轮振动压路机的行走机构液压驱动系统进行启停和驱动量大小控制的行走泵电磁阀和行走马达电磁阀均与控制器相接，且二者均由控制器进行控制；对所述双钢轮振动压路机的振动压实液压驱动系统进行启停控制的振动泵电磁阀与通过控制其启动时间实现将所述行走机构液压驱动系统和振动压实液压驱动系统两个动力系统的功率峰值相错开的控制器相接，且在压实/行走选择开关选择压实工作模式时振动泵电磁阀由控制器根据速度传感器所检测的速度信号相应控制进行启动。
所述行走泵电磁阀的进油路设置有一个或多个用以相应增大系统阻尼的阀前节流口。
所述行走泵电磁阀的出油路设置有一个或多个用以相应增大系统阻尼的阀后节流口。
还包括与控制器相接的显示单元。
所述行走状态控制装置为对所述行走机构液压驱动系统进行控制的行走状态控制手柄，行走状态控制手柄通过传动机构与所述行走机构液压驱动系统相连。
所述频率调整开关为高频/低频选择开关。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、设计新颖、合理且智能化程度高，使用操作简便。
2、能有效抑制双钢轮振动压路机行走液压系统的瞬时功率：由于双钢轮振动压路机的行走液压系统(即行走机构液压驱动系统)大多为泵控双马达并联系统；而泵控马达系统是一种大功率传动系统，其系统频率不高，整个系统控制为泵排量的小闭环控制，再外加泵控马达系统的控制方式，因而为了抑制瞬时功率就要提高系统的稳定性，减小响应超调量，同时也要满足系统的快速性，这就要求适度增大系统阻尼，同时也不能降低系统的频率。考虑到泵控马达回路是系统主回路，任何调节对系统功率传递特性影响很大，因此调节变量泵小闭环的阻尼特性，改善整个传递环节的综合控制性能就是最有效、而且最适合双钢轮压路机的控制方法。相应地，本发明采用了在变量泵电磁阀即行走泵电磁阀的入口处或同时在出口处加入适当阻尼，以改变变量泵特性，控制整个系统特性的方式抑制系统瞬时功率，同时也保证了系统相应的快速性。具体而言，本发明主要根据液压泵和液压马达的匹配情况，在满足压路机启动特性的情况下，根据惯性负荷的大小，在行走泵电磁阀进油路或同时在出油路选取合适的节流口，达到明显抑制惯性冲击负荷、降低液压系统瞬时功率需求的目的，从而能有效减少启动过程中对发动机的动力需求的压力，降低发动机的匹配功率，使发动机在满足行走机构对发动机要求的输出功率、扭矩并有适当余量的条件下，降低装机功率，同时让液压泵工作在高效区，提高液压系统的效率，降低燃料消耗，提高整机机械效率，降低噪音，同时降低机械磨损，提高机器使用寿命。
3、由于双钢轮振动压路机采用行走液压系统和振动液压系统的双动力系统，其启动过程功率需求是一个变化过程，功率需求有一个峰值，错开两系统峰值功率就很有必要，本发明采用双动力启动控制系统，具体是通过测试发动机的速度变化情况(根据发动机速度变化幅度来确定行走液压系统最大负荷点)来确定行走液压系统的最大功率临界点，继而匹配振动液压系统的启动过程。具体而言，本发明的启动控制就是通过监测发动机的转度来判定振动系统的启动时间，从而避开两系统的峰值功率叠加。这种方式可以使振动系统和行走系统都满足快速性和平稳性要求，同时错开上述两系统之间的功率峰值，进一步减少启动过程对发动机的功率需求，控制过程中，控制器可以根据程序设定判断起振的最佳时间，因而能有效错开起动(即行走液压系统启动过程)与起振(即振动液压系统启动过程)的功率峰值，降低对发动机的功率需求，节省能源。
4、智能化程度高，使用操作简便，控制过程中，控制器自动控制振动压路机的起振，不再需要驾驶员干预，简化了操作，降低了驾驶员的工作强度。
5、本发明的启动功率控制系统能有效抑制双钢轮压路机启动过程中最大惯性力的出现，明显改善压实起步环节物料推移的现象，提高压实质量。
6、本发明可以明显降低发动机功率匹配，有效地节省燃料消耗，减少排放。
综上所述，本发明设计合理、使用操作简便且性能卡靠、使用效果好，在可靠抑制压路机行走和振动系统瞬时功率的同时，也能根据压实作业需求，通过控制器自动判断起振时间，避开双系统(即行走液压系统和振动液压系统)的功率峰值交合，达到有效降低振动压路机的装机功率，减小功率消耗、节省使用成本的目的。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的电路框图。
图2为本发明的控制流程框图。
图3为本发明节流口的液压驱动系统的液压原理图。
图4为带节流口的液压驱动系统使用前后双钢轮振动压路机的功率特性对比图。
图5为本发明使用前后双钢轮振动压路机的负荷特性对比图。
图6为本发明使用前后双钢轮振动压路机的功率特性对比图。
附图标记说明：
1-控制器；         2-行走状态控制手柄； 3-压实/行走选择开关；
4-行走马达电磁阀； 5-振动泵电磁阀；     6-行走泵电磁阀；
7-速度传感器；     8-显示单元；         9-高频/低频选择开关；
10-阀前节流口；    11-阀后节流口；      12-行走泵；
13-行走马达；      15-溢流阀；          16-冲洗阀；
17-补油泵；        18-补油溢流阀。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括控制器1、对双钢轮振动压路机的行走速度和前进后退方向进行控制调整的行走状态控制装置、对双钢轮振动压路机的压实作业时的工作频率进行控制调整的频率调整开关、用于选择双钢轮振动压路机行走状态和压实状态的压实/行走选择开关3以及实时对所述双钢轮振动压路机的发动机转速进行检测的速度传感器7。所述行走状态控制装置、频率调整开关和压实/行走选择开关3均接控制器1。另外，本发明还包括与控制器1相接的显示单元8。
对所述双钢轮振动压路机的行走机构液压驱动系统进行启停和驱动量大小控制的行走泵电磁阀6和行走马达电磁阀4均与控制器1相接，且二者均由控制器1进行控制。对所述双钢轮振动压路机的振动压实液压驱动系统进行启停控制的振动泵电磁阀5与通过控制其启动时间实现将所述行走机构液压驱动系统和振动压实液压驱动系统两个动力系统的功率峰值相错开的控制器1相接，且在压实/行走选择开关3选择压实工作模式时振动泵电磁阀5由控制器1根据速度传感器7所检测的速度信号相应控制进行启动。
本实施例中，所述行走泵电磁阀6和振动泵电磁阀5的进油路设置有一个节流口。所述行走状态控制装置为对所述行走机构液压驱动系统进行控制的行走状态控制手柄2，行走状态控制手柄2通过传动机构与所述行走机构液压驱动系统相连。所述频率调整开关为高频/低频选择开关9。具体而言，所述压实/行走选择开关3、行走状态控制手柄2、高频/低频选择开关9和速度传感器7分别与控制器1的对应输入端相接，行走泵电磁阀6、行走马达电磁阀4和振动泵电磁阀5分别与控制器1的对应输出端相接。
结合图2，本发明的工作过程是：操作之前，首先通过控制器1设定一供所述振动液压系统启动判断的行走速度阈值，上述行走速度阈值为与行走液压系统的最大功率临界点相对应的行走速度，之后控制器1按用户的输入指令控制双钢轮振动压路机的整个启动过程。
当驾驶员通过压实/行走选择开关3选择的工作模式为“压实”时，先通过高频/低频选择开关9选择双钢轮振动压路机压实作业时的工作频率，同时启动行走液压驱动系统以驱使双钢轮振动压路机向前行走，行走液压驱动系统启动前，先通过行走状态控制手柄2选择双钢轮振动压路机的行走速度和行走方向，控制器1相应根据行走状态控制手柄2所选择的上述参数相应给行走泵电磁阀6和行走马达电磁阀4发出控制指令，控制双钢轮振动压路机行走；而振动泵电磁阀5的启动由控制器1根据所设定的发动机转速阈值来进行自动控制，具体而言：在双钢轮振动压路机的行走过程中，速度传感器7实时对发动机的转速进行检测并将所检测的信号同步传送至控制器1，控制器1将速度传感器7实时传入的发动机转速信号与前一次实测发动机转速值进行比较，当所检测的发动机转速值不再减小时启动振动泵，即使得振动泵电磁阀5通电，否则不启动振动泵，这样能有效确保振动液压系统在最佳的时刻启动，从而达到有效错开行走与振动两系统的功率峰值，降低对发动机的功率需求的目的。综上所述，当驾驶员选择的工作模式为“压实”时，控制器1首先按照驾驶员设定的行走速度给行走泵电磁阀6和行走马达电磁阀4发出控制指令，使行走泵和行走马达的排量符合行驶速度的要求，启动双钢轮振动压路机行走；同时控制器1把速度传感器7输入的压路机实时发动机转速与前一次保存的发动机转速值进行比较，在所检测的实际发动机转速不再减小时，控制器1再向振动泵电磁阀5发出控制指令，启动双钢轮振动压路机振动。
当驾驶员通过压实/行走选择开关3选择的工作模式为“行走”时，控制器1只按照驾驶员通过行走状态控制手柄2设定的行走速度，给行走泵电磁阀6和行走马达电磁阀4发出控制指令，使行走泵和行走马达的排量符合行走速度的要求，以启动双钢轮振动压路机行走。
结合图3，所述行走机构液压驱动系统具体包括驱动压路机行走的液压泵即行走泵12、通过液压管路分别与行走泵12的进出油口相接且分别对所述双钢轮振动压路机的前后轮进行驱动的两个液压马达即行走马达13、在所述双钢轮振动压路机前进或后退过程中相应对行走泵12和行走马达13间液压管路中的油液压力进行控制调整的两个溢流阀15、对行走泵12的启停和排量大小进行控制的行走泵电磁阀6、与行走泵12相接且对行走泵电磁阀6和通过溢流阀15的单向阀对行走泵12与行走马达13间的液压回路分别进行供油的补油泵17以及接在行走马达13上的冲洗阀16。所述行走泵12为变量泵1，行走马达13为变量马达，所述两个溢流阀15接在行走泵12和行走马达13间的液压管路中，所述补油泵17与行走泵电磁阀6和溢流阀15的进油口之间均通过装有补油溢流阀18的液压管路相接，行走泵电磁阀6的两个出油口通过液压管路均与行走泵12的阀控油缸相接且所述两个出油口通过液压管路分别与两个溢流阀15的溢流油口相接。本实施例中，所述行走泵电磁阀6的进油路即与行走泵电磁阀6的进油口相接的液压管路上，开有一个或多个用以相应增大系统阻尼的阀前节流口10。同时，所述行走泵电磁阀6的出油路即分别与行走泵电磁阀6的两个出油口相接的两个液压管路上，开有一个或多个用以相应增大系统阻尼的阀后节流口11。
同时，由于行走液压系统所用的行走泵12为变量泵，相应在变量泵进油路或者进油路和出油路上同时添加一个阻尼孔即阀前节流口10后，就给变量泵伺服油缸小闭环控制系统增加了一个阻尼，继而达到改变变量泵响应特性、改变泵控马达系统的输入特性、改善泵控马达的频率特性以及有效抑制启动过程的冲击负荷和启动所需要瞬时功率的目的。
实际加工制作过程中，可根据实际需要相应对阀前节流口10和阀后节流口11的数量和大小进行调整。所述阀前节流口10和阀后节流口11的大小和安装位置的选择及组合，可以根据双钢轮振动压路机所承受实际惯性负荷的大小及液压系统要求的响应特性来定。一般而言：对于小型压路机来说，惯性质量比较小，惯性负荷不是很严重，因而就要充分考虑到机器的响应特性，只加一个阀前节流口10即可，并且阀前节流口10的大小根据压路机的实际加速度要求选定，当加速度要求越大时，阀前节流口10越大，反之越小；对于中型压路机来说，惯性负荷已经比较严重了，此时压路机不仅要考虑机器的动态特性，还要考虑启动过程中的经济性和可靠性，此时应选取一个较小的阀前节流口10，或者选取两个稍大一些阀前节流口10和一个阀后节流口11相匹配；对于大型压路机而言，惯性负荷比较严重，此时压路机的动态特性就要以可靠性和作业质量为首要目标，适当照顾动力性，因而必须采用双节流孔模式即采用同时设置阀前节流口10和阀后节流口11的方式，同时阀前节流口10和阀后节流口11的大小参数计算要结合机器特性要求进行。综上，本发明中，所述双钢轮振动压路机所采用的行走机构液压驱动系统为带节流口的液压驱动系统。结合图4、图5看出，带节流口的液压驱动系统能有效抑制双钢轮振动压路机启动过程中的瞬时惯性冲击负荷，并且能大幅降低双钢轮振动压路机的瞬时功率需求。结合图6可看出，双钢轮振动压路机的行走机构液压驱动系统采用节流口的液压驱动系统，且采用通过控制振动泵电磁阀5的启动时间来实现将所述行走机构液压驱动系统和振动压实液压驱动系统两个动力系统的功率峰值相错开的控制器1后，能大幅有效降低双钢轮振动压路机的功率匹配。
另外，在双钢轮振动压路机工作过程中，与控制器1相接的显示单元8，实时将当前双钢轮振动压路机的行走速度以及振动频率等信息直观显示出来，以便驾驶员准确了解双钢轮振动压路机的工作状态。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。