技术领域
[0001] 本
发明涉及
液压泵控制技术领域，特别涉及一种
变量泵组的控制方法和系统，以及应用上述变量泵组的控制系统的工程机械。
背景技术
[0002] 目前，电比例变量泵组的应用范围非常广泛，应用该变量泵组的液压系统可以实现大范围的无极调速，传动
力矩大，是工程机械领域中常用的液压系统。
[0003] 变量泵组的效率是其重要的性能指标之一，如何更好地控制变量泵组中多个变量泵的工作状态，对于提升整个变量泵组的效率及使用寿命具有非常重要的意义。
[0004] 在传统的控制方式中，电比例变量泵组一般采用同步均等的控制方式，即变量泵组中每个变量泵的
排量大小相等并且其变化调节方式一致。工作过程中，多个变量泵的排量大小相等，其弊端就在于，在很多工况下，多个变量泵都工作在小排量范围，变量泵的
泄漏非常严重，摩擦和发热产生的损耗非常大，大幅度地降低了变量泵的容积效率和机械效率，从而降低了整个变量泵组的效率；并且，变量泵组中多个变量泵同步工作，在工作过程中每个变量泵都会产生相应的寿命损耗，从而降低了每个变量泵的使用寿命，最终降低了整个变量泵组的使用寿命。
[0005] 因此，如何设计变量泵组的控制方式，以提高变量泵组的效率和使用寿命，就成为本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
[0006] 本发明提出了一种变量泵组的控制方法和系统，提高了变量泵组的效率和使用寿命。本发明还提出了一种包括上述变量泵组的控制系统的工程机械。
[0007] 一方面，本发明提出了一种变量泵组的控制方法，所述变量泵组由n个变量泵并联而成，n≥2，所述控制方法包括：
[0008] 根据所述变量泵组的目标排量q，在预定的工作压力p下，构建所述变量泵组的效率e与n个变量泵的排量q1、q2、…、qn的函数关系式：
[0009]
[0010] 其中，q1max、q2max、…、qnmax分别为n个变量泵的最大排量；
[0011] 根据上述函数关系式，通过寻优
算法计算得到所述变量泵组在最大效率max(e)下n个变量泵的目标排量q1、q2、…、qn，并控制所述变量泵组中n个变量泵在目标排量q1、q2、…、qn下运行。
[0012] 优选地，所述变量泵为电比例变量泵，根据n个电比例变量泵的目标排量q1、q2、…、qn计算相对应的比例
电流i1、i2、…、in，并向n个电比例变量泵分别输出比例电流i1、i2、…、in以控制n个电比例变量泵在目标排量q1、q2、…、qn下运行。
[0013] 优选地，在q＜q1max+q2max+...+qnmax的情况下；预设变量泵组的交替工作时间T，或者，根据n个变量泵的寿命损耗值Δs1、Δs2、…、Δsn确定交替工作时间T；在所述变量泵组运行达到交替工作时间T时，控制所述变量泵组中n个变量泵交替工作。
[0014] 优选地，根据n个变量泵的寿命损耗值Δs1、Δs2、…、Δsn，预设变量泵的寿命损耗
阈值Δst，在Δs1、Δs2、…、Δsn中任一寿命损耗值达到预设的寿命损耗阈值Δst时，将所述变量泵组的当前运行时间t定义为交替工作时间T。
[0015] 优选地，根据所述变量泵组的工作压力p、工作环境
温度r、n个变量泵的目标排量q1、q2、…、qn和运行时间t，确定n个变量泵的寿命损耗Δs1、Δs2、…、Δsn，其中，[0016] Δs1＝G(p，r，q1，t)、Δs2＝G(p，r，q2，t)、…、Δsn＝G(p，r，qn，t)。
[0017] 另一方面，本发明还提出了一种变量泵组的控制系统，所述变量泵组由n个变量泵并联而成，n≥2，所述控制系统包括
控制器，控制器与所述变量泵组中n个变量泵连接；
[0018] 根据所述变量泵组的目标排量q，在预定的工作压力p下，所述控制器构建所述变量泵组的效率e与n个变量泵的排量q1、q2、…、qn的函数关系式：
[0019]
[0020] 其中，q1max、q2max、…、qnmax分别为n个变量泵的最大排量；
[0021] 所述控制器根据上述函数关系式，通过寻优算法计算得到所述变量泵组在最大效率max(e)下n个变量泵的目标排量q1、q2、…、qn，并控制所述变量泵组中n个变量泵在目标排量q1、q2、…、qn下运行。
[0022] 优选地，所述变量泵为电比例变量泵，所述控制器根据n个电比例变量泵的目标排量q1、q2、…、qn计算相对应的比例电流i1、i2、…、in，并向n个电比例变量泵分别输出比例电流i1、i2、…、in以控制n个电比例变量泵在目标排量q1、q2、…、qn下运行。
[0023] 优选地，在q＜q1max+q2max+...+qnmax的情况下；在所述控制器中预设变量泵组的交替工作时间T，或者，所述控制器根据n个变量泵的寿命损耗值Δs1、Δs2、…、Δsn确定交替工作时间T；在所述变量泵组运行达到交替工作时间T时，所述控制器可控制所述变量泵组中n个变量泵交替工作。
[0024] 优选地，所述控制器根据n个变量泵的寿命损耗值Δs1、Δs2、…、Δsn，预设变量泵的寿命损耗阈值Δst，在Δs1、Δs2、…、Δsn中任一寿命损耗值达到预设的寿命损耗阈值Δst时，所述控制器将所述变量泵组的当前运行时间t定义为交替工作时间T。
[0025] 优选地，所述控制器根据所述变量泵组的工作压力p、工作
环境温度r、n个变量泵的目标排量q1、q2、…、qn和运行时间t，确定n个变量泵的寿命损耗Δs1、Δs2、…、Δsn，其中，
[0026] Δs1＝G(p，r，q1，t)、Δs2＝G(p，r，q2，t)、…、Δsn＝G(p，r，qn，t)。
[0027] 本发明中，根据满足液压系统当前作业要求的变量泵组目标排量q，通过寻优算法计算得到n个变量泵的目标排量q1、q2、…、qn，q＝q1+q2+...+qn，在变量泵组中n个变量泵运行在目标排量q1、q2、…、qn下，变量泵组处于最大效率下工作。这样，根据满足液压系统当前作业要求的变量泵组目标排量q，得到变量泵组在最大效率下n个变量泵的目标排量，通过动态调节变量泵组中n个变量泵排量的控制方式实现了变量泵组的效率最大化；相较于
现有技术中同步均等控制方式，减小了变量泵组的泄漏和损耗等现象，提高了变量泵组效率，并且，动态调节控制方式可以提高变量泵组的使用寿命。
[0028] 又一方面，本发明还提出了一种工程机械，包括变量泵组，还包括上述变量泵组的控制系统。
[0029] 基于上述变量泵组的控制系统的技术效果，包括该变量泵组的控制系统的工程机械也同样具有上述技术效果。
附图说明
[0030] 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。
[0031] 图1为本发明提出的一种变量泵组的控制系统的结构原理图。
具体实施方式
[0032] 本发明的核心思想在于提出一种变量泵组的控制方法和系统，以提高变量泵组的效率和使用寿命；进一步地，本发明还提出一种包括上述变量泵组的控制系统的工程机械。
[0033] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0034] 如图1所示，图1为本发明提出的一种变量泵组的控制系统的结构原理图。
[0035] 在变量泵中，变量泵的效率主要取决于工作压力和排量，在预定的工作压力下，变量泵的排量是影响其效率的主要因素。
[0036] 本发明中，变量泵组由n个变量泵并联而成，则：
[0037] 变量泵的效率与排量的关系为：e1＝f(q1)、e2＝f(q2)、…、en＝f(qn)，[0038] 变量泵组的排量与n个变量泵的排量的关系为：q＝q1+q2+...+qn，[0039] 变量泵组的效率与n个变量泵的效率的关系为：e＝e1×e2×...×en，[0040] 其中，e1、e2、…、en分别为n个变量泵的效率，q1、q2、…、qn分别为n个变量泵的效率的排量，q为变量泵组的排量，e为变量泵组的效率。
[0041] 参照图1，本发明提出的一种变量泵组的控制系统，包括控制器和变量泵组，变量泵组由n个变量泵并联而成，n≥2，控制器用于：
[0042] 根据变量泵组的目标排量q，在预定的工作压力p下，控制器构建变量泵组的效率e与n个变量泵的排量q1、q2、…、qn的函数关系式：
[0043] max(e)＝max[e1×e2×...×en]＝max[f(q1)×f(q2)×...×f(qn)]
[0044] 该函数关系式的边界条件为：
[0045] f(0)＝1，
[0046] q＝q1+q2+...+qn，
[0047] 0≤q1≤q1max，0≤q2≤q2max，...，0≤qn≤qnmax，
[0048] 其中，q1max、q2max、…、qnmax分别为n个变量泵的最大排量；
[0049] 根据上述函数关系式，控制器通过寻优算法计算得到变量泵组在最大效率max(e)下n个变量泵的目标排量q1、q2、…、qn，并控制变量泵组中n个变量泵在目标排量q1、q2、…、qn下运行。
[0050] 本例中，根据液压系统的当前作业要求(流量需求)获得变量泵组的目标排量q，控制器通过寻优算法计算得到n个变量泵的目标排量q1、q2、…、qn，其中，q＝q1+q2+...+qn，使变量泵组中n个变量泵运行在目标排量q1、q2、…、qn下，变量泵组工作在最大效率下。这样，在满足液压系统当前作业要求的变量泵组目标排量q，得到变量泵组在最大效率下n个变量泵的目标排量，通过动态调节变量泵组中n个变量泵排量的控制方式实现了变量泵组的效率最大化；相较于现有技术中同步均等控制方式，减小了变量泵组的泄漏和损耗等现象，提高了变量泵组效率，并且，动态调节控制方式提高了变量泵组的使用寿命。
[0051] 例如，根据满足液压系统当前作业要求的变量泵组目标排量q，当采用现有技术中同步均等控制方式时，变量泵组中n个变量泵的排量大小相等，且均处于小排量工作范围，其泄漏现象非常严重，摩擦和发热导致的损耗非常大，变量泵组的效率极低；当采用本发明的上述变量泵组的控制系统，可得到变量泵组在最大效率下n个变量泵的目标排量，当其中一个或两个变量泵的排量能够满足液压系统当前作业要求的变量泵组目标排量q，并且变量泵组处于最大效率下，可以控制其他变量泵的排量为零，即关闭部分变量泵，这样，实现了变量泵组的效率最大化，并且变量泵组中处于关闭状态的部分变量泵不产生寿命损耗，可以提高变量泵组的使用寿命。
[0052] 在具体实施例中，上述变量泵组由n个电比例变量泵并联而成，基于变量泵的电比例特性，控制器可以根据n个电比例变量泵的目标排量q1、q2、…、qn计算相对应的比例电流i1、i2、…、in，在控制操作中，控制器分别向n个电比例变量泵分别输出比例电流i1、i2、…、in，从而控制n个电比例变量泵在目标排量q1、q2、…、qn下运行。
[0053] 在实际应用过程中，很多工况下，变量泵组中n个变量泵并不是完全满负荷工作，即变量泵组的排量q＜q1max+q2max+...+qnmax，此时，变量泵组中n个变量泵的寿命损耗存在差异，即部分变量泵的寿命损耗较大，而另一部分变量泵的寿命损耗较小，尤其在部分变量泵处于工作状态而部分变量泵处于关闭状态的情况下，处于工作状态下的变量泵的寿命损耗很大，而处于关闭状态的变量泵没有寿命损耗；常此以往，寿命损耗较大的变量泵会首先失效，形成整个变量泵组的“短板”，变量泵组的整体损耗增大，从而影响了整个变量泵组的使用寿命。
[0054] 为了减小了变量泵组的整体损耗，使得整个变量泵组具有较长的使用寿命，可以控制变量泵组中n个变量泵具有基本相等的使用寿命，消除“短板”效应；为此，在满足作业平稳性要求的前提下，控制变量泵组中n个变量泵交替工作，这样，通过交替工作方式，变量泵组中n个变量泵能够具有基本相等的使用寿命，从而减小变量泵组的整体损耗，提高整个变量泵组的使用寿命。
[0055] 具体地，通过设定交替工作时间T，在变量泵组运行达到交替工作时间T时，控制变量泵组中n个变量泵交替工作。
[0056] 一种具体实施方式中，在q＜q1max+q2max+...+qnmax的情况下，在控制器中预设变量泵组的交替工作时间T，在变量泵组运行达到交替工作时间T时，控制器控制变量泵组中n个变量泵交替工作。
[0057] 本例中，可以根据变量泵的工作参数、现场工况条件、施工周期等参数预先设定变量泵的交替工作时间T。
[0058] 另一种具体实施方式中，在q＜q1max+q2max+...+qnmax的情况下，控制器根据n个变量泵的寿命损耗值Δs1、Δs2、…、Δsn确定交替工作时间T；在变量泵组运行达到交替工作时间T时，控制器控制变量泵组中n个变量泵交替工作。
[0059] 具体地，在控制器中预设变量泵的寿命损耗阈值Δst，并且，控制器可以根据变量泵组的工作压力p、工作环境温度r、n个变量泵的目标排量q1、q2、…、qn和运行时间t来确定n个变量泵的寿命损耗Δs1、Δs2、…、Δsn，
[0060] Δs1＝G(p，r，q1，t)、Δs2＝G(p，r，q2，t)、…、Δsn＝G(p，r，qn，t)，[0061] 其中，寿命损耗阈值Δst可以根据变量泵的工作参数、现场工况条件、施工周期等参数进行确定，工作压力p可采用液压油的压力，工作环境温度r可以采用液压油的温度；这样，控制器在确定交替工作时间T的过程中，在Δs1、Δs2、…、Δsn中任一寿命损耗值达到预设的寿命损耗阈值Δst时，将变量泵组的当前运行时间t定义为交替工作时间T。
[0062] 本发明中，在变量泵组运行达到交替工作时间T时，控制器控制变量泵组中n个变量泵交替工作，具体地，n个变量泵交替工作包括多种情况：n个变量泵不论其寿命损耗的大小，可以按照设定的工作顺序循环交替工作，例如，可以对n个变量泵进行编号排序，并控制n个变量泵按照顺序循环交替工作；或者，n个变量泵中寿命损耗最大的变量泵和寿命损耗最小的变量泵交替工作，依次向中间范围推进，并可控制寿命损耗处于中间范围的变量泵保持工作状态不变，等等，在此不一一枚举。
[0063] 通过控制变量泵组中n个变量泵交替工作，变量泵组中n个变量泵能够具有基本相等的使用寿命，尤其是对部分变量泵处于工作状态而部分变量泵处于关闭状态的情况下，将工作状态和关闭状态的变量泵之间进行交替工作，从而减小了变量泵组的整体损耗，显著地提高了整个变量泵组的使用寿命。
[0064] 本发明还提出了一种变量泵组的控制方法，所述变量泵组由n个变量泵并联而成，所述控制方法包括：
[0065] 根据所述变量泵组的目标排量q，在预定的工作压力p下，构建所述变量泵组的效率e与n个变量泵的排量q1、q2、…、qn的函数关系式：
[0066]
[0067] 其中，q1max、q2max、…、qnmax分别为n个变量泵的最大排量；
[0068] 根据上述函数关系式，通过寻优算法计算得到所述变量泵组在最大效率max(e)下n个变量泵的目标排量q1、q2、…、qn，并控制所述变量泵组中n个变量泵在目标排量q1、q2、…、qn下运行。
[0069] 在具体实施例中，所述变量泵组由n个电比例变量泵并联而成，在控制操作过程中，根据n个电比例变量泵的目标排量q1、q2、…、qn计算相对应的比例电流i1、i2、…、in，并向n个电比例变量泵分别输出比例电流i1、i2、…、in以控制n个电比例变量泵在目标排量q1、q2、…、qn下运行。
[0070] 本例中，根据液压系统的当前作业要求(流量需求)获得变量泵组的目标排量q，控制器通过寻优算法计算得到n个变量泵的目标排量q1、q2、…、qn，其中，q＝q1+q2+...+qn，在变量泵组中n个变量泵运行在目标排量q1、q2、…、qn下，变量泵组工作在最大效率下。这样，在满足液压系统当前作业要求的变量泵组目标排量q，得到变量泵组在最大效率下n个变量泵的目标排量，通过动态调节变量泵组中n个变量泵的控制方式实现了变量泵组的效率最大化；相较于现有技术中同步均等控制方式，减小了变量泵组的泄漏和损耗等现象，提高了变量泵组效率，并且，动态调节控制方式提高了变量泵组的使用寿命。
[0071] 在上述控制过程中，当变量泵组的排量q＜q1max+q2max+...+qnmax，即变量泵组中n个变量泵并不是完全满负荷工作时，为了减小了变量泵组的整体损耗，使得整个变量泵组具有较长的使用寿命，在满足作业平稳性要求的前提下，控制变量泵组中n个变量泵交替工作。
[0072] 一种具体实施方式中，在q＜q1max+q2max+...+qnmax的情况下，预设变量泵组的交替工作时间T，在所述变量泵组运行达到交替工作时间T时，控制所述变量泵组中n个变量泵交替工作。
[0073] 另一种具体实施方式中，在q＜q1max+q2max+...+qnmax的情况下，根据n个变量泵的寿命损耗值Δs1、Δs2、…、Δsn确定交替工作时间T，在所述变量泵组运行达到交替工作时间T时，控制所述变量泵组中n个变量泵交替工作。
[0074] 具体地，预设变量泵的寿命损耗阈值Δst，并且，可以根据变量泵组的工作压力p、工作环境温度r、n个变量泵的目标排量q1、q2、…、qn和运行时间t来确定n个变量泵的寿命损耗Δs1、Δs2、…、Δxn，
[0075] Δs1＝G(p，r，q1，t)、Δs2＝G(p，r，q2，t)、…、Δsn＝G(p，r，qn，t)，[0076] 其中，寿命损耗阈值Δst可以根据变量泵的工作参数、现场工况条件、施工周期等参数进行确定，工作压力p可采用液压油的压力，工作环境温度r可以采用液压油的温度；这样，在确定交替工作时间T的过程中，在Δs1、Δs2、…、Δsn中任一寿命损耗值达到预设的寿命损耗阈值Δst时，将变量泵组的当前运行时间t定义为交替工作时间T。
[0077] 本发明还提出了一种工程机械，包括变量泵组，还包括上述任一种变量泵组的控制系统。
[0078] 基于上述变量泵组的控制系统的技术效果，包括该变量泵组的控制系统的工程机械也同样具有上述技术效果。
[0079] 以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。
