泵送速度控制方法、控制装置、泵送系统及工程机械

摘要

本发明提供一种泵送速度控制方法、控制装置、泵送系统及工程机械。泵送系统包括输送油缸、主油泵和发动机，泵送速度控制方法包括如下步骤：S10，根据目标泵送速度所处的泵送速度阶段确定与该泵送速度阶段唯一对应的输送油缸的启动加速度；S20，根据启动加速度和目标泵送速度确定输送油缸的稳定泵送速度；S30，根据泵送速度阶段确定发动机转速；S40，根据启动加速度和发动机转速控制主油泵的排量电流斜率值；S50，根据稳定泵送速度和发动机转速控制主油泵的排量电流稳定值，以使输送油缸的实际的泵送速度按照启动加速度达到稳定泵送速度。该泵送速度控制方法可以解决现有技术中泵送控制程序繁琐，可靠性不高的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及泵送系统控制领域，具体而言，涉及一种泵送速度控制方法、控制装置、泵 送系统及工程机械。

背景技术

目前，大部分混凝土泵送机械均采用双混凝土缸进行泵送，泵送速度控制策略直接影响 整车的振动性能、节能效果及吸入混凝土的特性，与整个设备的效率息息相关，直接影响客 户使用的舒适性和经济性。因此，泵送速度控制策略一直是泵送领域所需关注的重点。

目前，输送混凝土的速度控制策略主要有以下两种方案：

方案一：调节泵送液压系统主油泵的稳定排量电流的最大值来实现主油泵输出流量的变 化，从而改变泵送速度，如图1所示，其中a为该方案一的速度油缸前进速度调节阶段，b为 换向缓冲阶段，c为油缸退回速度调节阶段；

方案二：在每一个泵送档位自动寻找相对应的泵送启动加速度，加速至稳定速度后恒速 运动，如图2所示，其中a为该方案二的速度油缸前进速度调节阶段，b为换向缓冲阶段，c 为油缸退回速度调节阶段。

方案一速度控制方式过于单一，在泵送状态切换过程中压力冲击较大，导致设备的振动 较大，容易出现疲劳破坏。方案二的控制策略能够实现无级调速，但在每次泵送启动后的前 几个周期均需要寻找启动加速度，程序较繁琐，可靠性不高，稳定性较差。

发明内容

本发明旨在提供一种泵送速度控制方法、控制装置、泵送系统及工程机械，以解决现有 技术中泵送控制程序繁琐，可靠性不高的问题。

本发明的第一方面，提供了一种泵送系统的泵送速度控制方法，泵送系统包括输送油缸， 用于驱动输送油缸运行的主油泵和用于驱动主油泵运行的发动机，泵送速度控制方法包括如 下步骤：S10，根据目标泵送速度所处的泵送速度阶段确定与该泵送速度阶段唯一对应的输送 油缸的启动加速度；S20，根据启动加速度和目标泵送速度确定输送油缸的稳定泵送速度；S30， 根据泵送速度阶段确定发动机转速；S40，根据启动加速度和发动机转速控制主油泵的排量电 流斜率值；S50，根据稳定泵送速度和发动机转速控制主油泵的排量电流稳定值，以使输送油 缸的实际的泵送速度按照启动加速度达到稳定泵送速度。

进一步地，每个泵送速度阶段对应的发动机转速根据发动机与负载匹配性好，即在发动 机的经济区域工作的原则确定。

进一步地，发动机转速为在发动机的经济区域工作的条件下的最佳转速。

进一步地，每个泵送速度阶段对应的启动加速度按照吸入特性好、砼管满管率高的原则 确定。

进一步地，每个泵送速度阶段对应的启动加速度为该泵送速度阶段下输送方量最多时的 泵送加速度。

进一步地，泵送速度阶段按照从0至100％平均分配的原则划分。

进一步地，泵送速度阶段的划分数目与泵送系统的档位数目相同且一一对应。

进一步地，当目标泵送速度发生变化时，判断与新目标泵送速度对应的新泵送速度阶段 与原目标泵送速度对应的原泵送速度阶段是否相同，如果新泵送速度阶段与原泵送速度阶段 相同，保持发动机转速不变和保持主油泵的排量电流斜率值不变，改变主油泵的排量电流稳 定值。

进一步地，当目标泵送速度发生变化时，判断与新目标泵送速度对应的新泵送速度阶段 与原目标泵送速度对应的原泵送速度阶段是否相同，如果新泵送速度阶段与原泵送速度阶段 不同，根据所述新泵送速度阶段重复执行所述步骤S10至步骤S50。

进一步地，步骤S10之前还包括：S0，建立数据库，包括确定目标泵送速度与各泵送速 度阶段的对应关系，以及确定与各泵送速度阶段一一对应的启动加速度。

进一步地，步骤S0还包括：确定与各泵送速度阶段一一对应的发动机转速；和/或，确定 与各启动加速度一一对应的主油泵的排量电流斜率值；和/或，确定与各泵送速度阶段对应的 主油泵的排量电流稳定值的调节区间。

本发明第二方面提供一种泵送系统的泵送速度控制装置，泵送系统包括输送油缸，用于 驱动输送油缸运行的主油泵和用于驱动主油泵运行的发动机，泵送速度控制装置包括：启动 加速度设定模块，用于根据目标泵送速度所处的泵送速度阶段确定与该泵送速度阶段唯一对 应的输送油缸的启动加速度；稳定泵送速度确定模块，用于根据启动加速度和目标泵送速度 确定输送油缸的稳定泵送速度；发动机转速控制模块，用于根据泵送速度阶段确定发动机转 速；排量电流斜率确定模块，用于根据启动加速度和发动机转速确定主油泵的排量电流斜率 值，以使输送油缸的实际的泵送加速度达到启动加速度；以及，排量电流稳定值调节模块， 用于根据稳定泵送速度和发动机转速调节主油泵的排量电流稳定值，以使输送油缸的实际的 泵送速度达到稳定泵送速度。

进一步地，发动机转速控制模块根据发动机与负载匹配性好，即在发动机的经济区域工 作的原则控制每个所述泵送速度阶段对应的所述发动机转速。

进一步地，泵送速度控制装置还包括数据库存储模块，数据库存储模块存储的数据库包 括目标泵送速度与各泵送速度阶段的对应关系，以及与各泵送速度阶段一一对应的启动加速 度。

进一步地，数据库还包括：与各泵送速度阶段一一对应的发动机转速；和/或，与各启动 加速度一一对应的主油泵的排量电流斜率值；和/或，与各泵送速度阶段对应的输送油缸的排 量电流稳定值的调节区间。

进一步地，泵送速度控制装置还包括档位调节模块，档位调节模块根据目标泵送速度调 节泵送系统的档位。本发明第三方面提供一种泵送系统，所述泵送系统包括输送油缸，用于 驱动所述输送油缸运行的主油泵和用于驱动所述主油泵运行的发动机，泵送系统还包括本发 明第二方面中任一项的泵送速度控制装置，泵送速度控制装置与发动机和主油泵电连接。

本发明第四方面提供一种工程机械，包括泵送系统，泵送系统为本发明第三方面的泵送 系统。

应用本发明的技术方案，泵送速度控制方法包括：根据目标泵送速度所处的泵送速度阶 段确定与该泵送速度阶段唯一对应的输送油缸的启动加速度；根据启动加速度和目标泵送速 度确定输送油缸的稳定泵送速度；根据泵送速度阶段确定发动机转速和主油泵的排量电流斜 率值和排量电流稳定值。在进行泵送时，由于已经根据目标泵送速度所处的泵送速度阶段确 定较合适的启动加速度，可以直接以该启动加速度来启动泵送，避免了在泵送启动时寻找启 动加速度的繁琐程序。该启动加速度的确定可以根据较好地保证泵送启动时的可靠性和稳定 性的原则确定，以通过该选定的启动加速度避免泵送过程中出现压力冲击较大的问题，减少 泵送状态切换时设备承受疲劳应力的次数，延长设备的使用寿命。此外，在确定启动加速度 后，即可以根据启动加速度和目标泵送速度确定稳定泵送速度，并选取合适的发动机转速， 使得发动机既能节约燃油，又能够改善泵送机构的吸入特性，实现用较少的燃油输送较多的 混凝土。在上述条件满足的基础上，根据该启动加速度、稳定泵送速度和发动机转速就可以 确定主油泵的排量电流斜率值和稳定值，从而使得泵送系统实现达到目标泵送速度。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及 其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了现有技术中的方案一的速度控制图；

图2示出了现有技术中的方案二的速度控制图；

图3示出了根据本发明的泵送速度控制方法流程图；

图4示出了根据本发明的实施例的泵送速度控制方法在目标泵送速度未发生改变时进行 速度控制时的流程图；

图5示出了根据本发明的实施例的泵送速度控制方法在目标泵送速度发生改变时进行速 度控制时的流程图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下， 本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本申请中的目标泵送速度指在一个泵送周期内的平均泵送速度，泵送稳定速度是指处于 匀速泵送状态时的稳定速度。一般而言，泵送稳定速度高于平均泵送速度。

如图3所示，根据本发明实施例，泵送系统包括输送油缸，用于驱动输送油缸运行的主 油泵和用于驱动主油泵运行的发动机。泵送速度控制方法包括如下步骤：S10，根据目标泵送 速度所处的泵送速度阶段确定与该泵送速度阶段唯一对应的输送油缸的启动加速度；S20，根 据启动加速度和目标泵送速度确定输送油缸的稳定泵送速度；S30，根据泵送速度阶段确定发 动机转速；S40，根据启动加速度和发动机转速控制主油泵的排量电流斜率值；S50，根据稳 定泵送速度和发动机转速控制主油泵的排量电流稳定值，以使输送油缸的实际的泵送速度按 照启动加速度达到稳定泵送速度。本实施例以输送混凝土为例加以说明。

在进行泵送时，由于已经根据目标泵送速度所处的泵送速度阶段确定较合适的启动加速 度，可以直接以该启动加速度来启动泵送，避免了在泵送启动时寻找启动加速度的繁琐程序。 该启动加速度的确定可以根据较好地保证泵送启动时的可靠性和稳定性的原则确定，以通过 该选定的启动加速度避免泵送过程中出现压力冲击较大的问题，减少泵送状态切换时设备承 受疲劳应力的次数，延长设备的使用寿命。此外，在确定启动加速度后，即可以根据启动加 速度和目标泵送速度确定稳定泵送速度，并选取合适的发动机转速，使得发动机既能节约燃 油，又能够改善泵送机构的吸入特性，实现用较少的燃油输送较多的混凝土。在上述条件满 足的基础上，根据该启动加速度、稳定泵送速度和发动机转速就可以确定主油泵的排量电流 斜率值和稳定值，从而使得泵送系统实现达到目标泵送速度。因此通过本申请的泵送速度控 制方法可以有效降低泵送启动过程中的繁琐程序，提高泵送速度控制的可靠性和稳定性，降 低泵送过程中的冲击，提高泵送效率。

由于在不同的目标泵送速度下，能够使混凝土泵送具有较大泵送方量的启动加速度、发 动机转速以及排量电流斜率值也会相应不同，为了减小这种变化对泵送过程中具体数值的确 定所带来的影响，并尽量使得在相应的目标泵送速度下混凝土泵送具有较大的泵送方量，将 目标泵送速度分为多个泵送速度阶段，使每一个泵送速度阶段对应一个确定的启动加速度。 每个泵送速度阶段对应的启动加速度按照吸入特性好、砼管满管率高的要求确定。更优选地， 每个泵送速度阶段对应的启动加速度为该泵送速度阶段下输送方量最多时的泵送加速度。

为了能够使得泵送速度阶段的划分对泵送速度的控制更加精确，各泵送速度阶段的区间 应该尽可能小，泵送速度阶段的数目应该尽可能多，而为了简化控制过程，泵送速度阶段的 数目又需要控制在一个合理的范围内。为了简化化分方式，优选地，泵送速度阶段按照从0 至100％平均分配的原则划分。结合当前混凝土泵送机械输送混凝土速度的分类，更优选地， 泵送速度阶段的划分数目与泵送系统的档位数目相同且一一对应。

在本实施例中泵送速度阶段即按照从0至100％平均分配的原则划分且泵送速度阶段的划 分数目与泵送系统的档位数目相同且一一对应，其中，泵送系统具有10个档位。即将泵送速 度分为0至10挡或者0至100％档。当然，本发明并不排除根据实际需要，选择其它的速度 划分方式或泵送速度阶段的划分数目。

本实施例中，在确定发动机转速时，遵循发动机与负载匹配性好，即在发动机的经济区 域工作的原则，使得发动机可以满足负载要求，能够很好地完成泵送工作的同时，可以有较 低的燃油消耗。为了使发动机在满足与负载匹配的基础上的能耗比达到最低，可以在该范围 内选择在发动机的经济区域工作的条件下的最佳转速作为发动机转速。由于此时发动机在燃 油消耗较小的情况下处于最佳转速状态，因此可以保证在相同启动加速度的情况下，混凝土 的泵送方量较大，因此该选择是一个具有较高泵送方量的发动机转速，以提高泵送效率。

由于a_i＝f(_ri,k_i)，其中a_i为启动加速度，r_i为发动机转速，k_i为主油泵的排量电流斜率 值，因此在确定发动机转速后，可以根据发动机转速、启动加速度和排量电流斜率值之间的 关系，可以确定相应的主油泵的排量电流斜率值，上述的参数之间的关系a_i＝f(r_i,k_i)可以通 过试验获得，为经验关系式，对于不同的产品种类，参数也可能发生相应改变。

为了更加便于确定与启动加速度相应的发动机转速和主油泵的排量电流斜率值和排量电 流稳定值等，提高各项参数的选取效率，以便能够提高泵送启动效率，并保证混凝土在泵送 过程中能够快速到达较大的泵送方量，在设定输送油缸的启动加速度之前还包括预先建立数 据库的步骤S0(图中未示出)。该步骤S0包括确定目标泵送速度与各泵送速度阶段的对应关 系，以及确定与各泵送速度阶段一一对应的启动加速度。优选地步骤S0还包括确定与各泵送 速度阶段一一对应的发动机转速；和/或，确定与各启动加速度一一对应的主油泵的排量电流 斜率值；和/或，确定与各泵送速度阶段对应的主油泵的排量电流稳定值的调节区间。

当然，本实施例不用于限制本发明。例如，在另一个实施例中，步骤S0可以不是包括确 定与各泵送速度阶段一一对应的发动机转速的步骤，而是包括确定与各泵送速度阶段对应的 发动机转速的调节区间。再例如，在又一个实施例中，步骤S0可以不是包括确定与各启动加 速度一一对应的主油泵的排量电流斜率值，而是包括确定与各启动加速度和对应的主油泵的 排量电流斜率值的调节区间。

本实施例中，如表1所示，当确定了目标泵送速度d之后，由于泵送速度阶段和档位具 有对应关系，因此，泵送速度阶段和档位就随之确定，从而与相应的泵送速度阶段和档位唯 一对应的启动加速度得以确定，从而可以对应选取发动机转速以及主油泵的排量电流斜率值。 由于在该启动加速度下选取的对应的发动机转速和主油泵的排量电流斜率值均是可以使得混 凝土的泵送方量较大的数值，因此可以省去根据启动加速度去计算相应的发动机转速和排量 电流斜率值的时间，并能够省去计算所需的资源，降低能源的耗费，提高泵送的效率。

表1：目标泵送速度、发动机转速、排量电流的对应关系表

如图4所示，其中，控制装置接收到目标泵送转速后，即根据目标泵送转速确定泵送转 速阶段，进而确定启动加速度，再确定稳定泵送速度，根据泵送速度阶段确定发动机转速r_i， 根据启动加速度和发动机转速r_i确定排量电流斜率值k_i，以及根据稳定泵送速度和发动机转 速r_i确定排量电流值稳定值m_ix，使输送油缸按照启动加速度和稳定泵送速度运转，从而达获 得需要的泵送速度。

如图5所示，本控制方法中，当目标泵送速度发生变化时，判断与新目标泵送速度对应 的新泵送速度阶段与原目标泵送速度对应的原泵送速度阶段是否相同。如果新泵送速度阶段 与原泵送速度阶段相同，即对于目标泵送速度在某一个阶段i(i＝1,2,3…,10)内变化时，泵 送启动加速度a_i保持不变，即发动机转速r_i和排量电流斜率值k_i均保持不变，只需改变主油泵 的排量电流值稳定值m_ix，即可实现泵送速度的变化，即d＝f(m_ix)。该设置避免控制器寻找 新的主油泵的排量电流斜率值k_i，因此控制逻辑简单，在不同的时间段内，只需要调整主油 泵的排量电流值稳定值m_ix，就可以方便地调节稳定泵送速度，使其随目标泵送速度的调整而 调整，调整快速准确，能够简化调整程序，提高泵送效率。

如图5所示，本控制方法中，当目标泵送速度发生变化时，判断与新目标泵送速度对应 的新泵送速度阶段与原目标泵送速度对应的原泵送速度阶段是否相同，如果新泵送速度阶段 与原泵送速度阶段不同，比如：泵送速度由泵送速度阶段1调至泵送速度阶段2或由泵送速 度阶段6调至泵送速度阶段5时，根据新目标泵送速度重复执行步骤S10至步骤S50，即根据 新泵送速度阶段确定新启动加速度，并根据新启动加速度和新目标泵送转速确定新稳定泵送 速度，根据新泵送速度阶段改变发动机转速、进而改变主油泵的排量电流斜率值和主油泵的 排量电流稳定值。由于泵送速度与启动加速度a_i和稳定泵送速度v_i相关，即 d＝f(a_i,v_i)＝f(r_i,k_i,m_ix)，控制装置根据表1的控制策略选择相应的发动机转速r_i、主油泵 排量电流斜率值k_i和排量电流稳定值m_ix。在不同的时间段内，采用不同的启动加速度，得到 的排量电流斜率值k_i也相应发生变化。

在检测到目标泵送速度从原泵送速度阶段调整至另一个新泵送速度阶段后，控制装置根 据新泵送速度阶段确定新启动加速度和发动机转速、排量电流斜率值等参数，并结合当前的 目标泵送速度重新确定排量电流稳定值，由于泵送速度阶段内的目标泵送速度为一个范围值， 因此排量电流稳定值相应的也为一个范围值，即m_i0≤m_ix≤m_in。在启动加速度、发动机转速 和排量电流斜率值确定之后，就可以采用单一泵送速度阶段的控制方法来使泵送稳定速度与 目标泵送速度相一致。

通过上述的控制方法，可以根据目标泵送速度的变化及泵送速度阶段的变化灵活方便而 又快速地实现泵送稳定速度的调整，使得泵送系统能够始终保证输出的混凝土方量较多，且 耗费的燃油较少，保证泵送系统的经济性的同时，提高泵送系统的泵送效率。

本发明实施例泵送速度控制装置用于对泵送系统的泵送速度进行控制。泵送系统包括输 送油缸，用于驱动输送油缸运行的主油泵和用于驱动主油泵运行的发动机。泵送速度控制装 置包括：启动加速度设定模块，用于根据目标泵送速度所处的泵送速度阶段确定与该泵送速 度阶段唯一对应的输送油缸的启动加速度；稳定泵送速度确定模块，用于根据启动加速度和 目标泵送速度确定输送油缸的稳定泵送速度；发动机转速控制模块，用于根据泵送速度阶段 确定发动机转速；排量电流斜率确定模块，用于根据启动加速度和发动机转速确定主油泵的 排量电流斜率值，以使输送油缸的实际的泵送加速度达到启动加速度；以及排量电流稳定值 调节模块，用于根据稳定泵送速度和发动机转速调节主油泵的排量电流稳定值，以使输送油 缸的实际的泵送速度达到稳定泵送速度。

其中优选地，发动机转速控制模块根据发动机与负载匹配性好，即在发动机的经济区域 工作的原则控制每个泵送速度阶段对应的发动机转速。在一个优选地实施方式中，可以通过 查表确定与泵送速度阶段对应的发动机转速。

优选地，泵送速度控制装置还包括数据库存储模块，数据库存储模块存储的数据库包括 目标泵送速度与各泵送速度阶段的对应关系，与各泵送速度阶段一一对应的启动加速度。另 外优选地，数据库还包括与各泵送速度阶段一一对应的发动机转速；和/或，与各启动加速度 一一对应的主油泵的排量电流斜率值；和/或，与各泵送速度阶段对应的输送油缸的排量电流 稳定值的调节区间。

另外优选地，泵送速度控制装置还包括档位调节模块，档位调节模块根据目标泵送速度 调节泵送系统的档位。

本发明实施例的泵送系统包括输送油缸，用于驱动输送油缸运行的主油泵和用于驱动主 油泵运行的发动机，其中，泵送系统还包括上述的泵送速度控制装置，泵送速度控制装置与 发动机和主油泵电连接。

本发明实施例的工程机械包括泵送系统，该泵送系统为上述的泵送系统。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

1.本申请的泵送速度控制方法既能够节约燃油，又能够改善混凝土泵的吸入特性，进而 提高混凝土泵的输送方量，实现用最少的燃油输送最多的混凝土，提高泵送效率。

2.该泵送速度控制方法既实现了泵送无压力冲击，又避免了启动泵送时调整时间过长的 问题。

3.该泵送速度控制方法可以大量减小泵送时的压力冲击，既减少混凝土泵车末端软管抖 动大的问题，又减少了设备承受疲劳应力的次数，提高了设备的使用寿命。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员 来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等 同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。