一种多功能抢险设备节能系统及其控制方法与流程

[0001]
本发明涉及一种多功能抢险设备节能系统及其控制方法，属于抢险救援机械设备技术领域。


背景技术：

[0002]
多功能抢险设备包含起重（含回转）、抓取、登高平台、破拆等多个子液压系统，各子系统工作时需频繁切换工作模式。尤其是实际作业时，无负荷待机时间较长，液压系统工作在不同的工况下，系统的能耗，即燃油经济性也是不同的。抢险设备的工作均是在补给相对困难的场地进行的，能耗低意味着设备续航能力强，对救人救灾的意义不言而喻。同时能耗低对运营成本及减少排放也意义重大。
[0003]
目前，对设备能耗进行研究的设备均是工况相对单一的移动设备，比如起重机，节能主要聚焦在臂架或卷扬下落过程中势能回收，一般通过蓄能器将势能存储，或通过连接发电机将势能转化为电能通过蓄电池进行存储。现有上车能同时实现起重、抓取、登高平台、破拆等多种功能的设备很少，对其工作模式、各子液压系统的控制方式均在探索阶段，对设备的能耗研究也较少。现有工程设备在机具工作时，液压泵一直处于恒压模式下，该模式下系统压力处于切断压力值，系统压力较高。


技术实现要素：

[0004]
目的：为了克服现有技术中存在的设备工况单一，基本不存在多机具、多模式作业过程，不存在模式识别以及动作识别，无法通过控制程序使系统工作在能耗最低的状态，也就无法实现降低能耗的功能。泵处于恒压模式下，系统压力长时间处于较高的切断压力下，不仅能耗高，对液压元件的寿命影响也较大，本发明提供一种多功能抢险设备节能系统及其控制方法。
[0005]
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种多功能抢险设备节能系统，包括：第一臂、第二臂，第一臂长角传感器安装在第一臂上，用于检测第一臂的长度和倾斜角度；第二臂长角传感器安装在第二臂上，用于检测第二臂的长度和倾斜角度；倾角传感器安装在机具上，用于检测机具倾斜角度；电控手柄给出pwm控制信号，经控制器处理后，输出电压信号，使压力切换阀得电或失电，用于使液压泵工作在不同模式下；电比例多路阀接收电流信号，控制电比例多路阀阀芯的流量，流量输入到液压执行机构，液压执行机构分别控制第一臂、第二臂的长度和倾斜角度；显示器用于显示整车工作模式和状态。
[0006]
作为优选方案，所述整车工作模式和状态，包括第一臂、第二臂的实时臂长和倾斜角度。
[0007]
作为优选方案，所述液压泵为变量泵，通过压力切换阀可实现恒压差变量泵和恒压变量泵两种模式切换。
[0008]
作为优选方案，所述液压执行机构包括第一臂变幅缸、第一臂伸缩缸、第二臂变幅
缸、第二臂伸缩缸，第一臂通过第一臂变幅缸、第一臂伸缩缸实现第一臂的伸缩和变幅，第二臂通过第二臂变幅缸、第二臂伸缩缸实现第二臂的伸缩和变幅。
[0009]
作为优选方案，所述机具采用平台或抓石器。
[0010]
作为优选方案，所述电控手柄、显示器、控制器、电比例多路阀安装在转台上。
[0011]
作为优选方案，所述压力切换阀、液压泵安装在底盘上。
[0012]
一种多功能抢险设备节能系统的控制方法，包括如下步骤：若整车开机上电时，控制器识别倾角传感器信号，若倾角传感器无信号输入，则判断整车为起重工况，并在显示器上提示操作者予以确认；控制器对压力切换阀无信号输出，液压泵工作在恒压差模式下；电控手柄动作时，控制器识别信号类型为第一臂变幅、第一臂伸缩、第二臂变幅、第二臂伸缩后，并将电流信号发送到电比例多路阀，电比例多路阀在电控手柄控制下打开，压力油进入液压执行机构，第一臂或第二臂实现变幅或伸缩动作；在电控手柄动作过程中，控制器同时检测第一臂长角传感器、第二臂长角传感器的信号，根据第一臂长角传感器、第二臂长角传感器检测到的长度信号、角度信号，判断第一臂，第二臂是伸缩还是变幅，并与电控手柄动作信号的识别结果进行比对，如出现不符，在显示器上提示错误并终止动作，直至故障排除；如对比相符则一切动作正常；若整车开机上电时，控制器识别倾角传感器有信号输入，则判断整车为机具工况，机具工况包括平台或抓取，并在显示器上提示操作者予以确认；当电控手柄发出第一臂或第二臂伸缩动作信号时，控制器识别手柄信号为第一臂或第二臂伸缩信号，此时，控制器对压力切换阀无信号输出，液压泵工作在恒压差模式下，电比例多路阀在电控手柄控制下打开，压力油进入液压执行机构，第一臂或第二臂臂实现伸缩动作；当电控手柄发出第一臂或第二臂变幅动作信号时，控制器识别手柄信号为第一臂或第二臂变幅信号，此时，控制器对压力切换阀有信号输出，液压泵工作在恒压模式下，泵工作压力为其切断压力，电比例多路阀在电控手柄控制下打开，压力油进入液压执行机构，第一臂或第二臂实现变幅动作；在电控手柄动作过程中，控制器同时检测第一臂长角传感器、第二臂长角传感器以及倾角传感器的信号，根据传感器检测到的信号类型判断第一臂和第二臂动作类型，并与电控手柄动作信号的识别结果进行比对，如出现不符，在显示器上提示错误并终止动作，直至故障排除。
[0013]
作为优选方案，液压泵工作在恒压差模式下，液压泵压力在2-3mpa；液压泵工作在恒压模式下，液压泵压力在20-30 mpa。
[0014]
作为优选方案，传感器检测到的信号类型包括：长度信号、角度信号，第一臂和第二臂动作类型包括伸缩或变幅。
[0015]
有益效果：本发明提供的一种多功能抢险设备节能系统及其控制方法，主要通过对多功能设备的工况、动作进行自动识别，通过智能控制系统，使液压系统，主要是液压泵处于能耗较低的工作状态，降低系统待命阶段以及工作阶段的能耗，降低设备的运营成本，减少设备排放，提高液压泵及液压元件的工作寿命。其优点如下：1.实现了多功能抢险设备不同工况及不同动作的自动识别。
[0016]
2.通过智能控制系统，使液压系统处于能耗较低的工作状态，降低了系统能耗，进
而降低了设备运营成本和排放。
[0017]
3.提高了液压泵和液压元件的工作寿命，降低设备的维护成本。
附图说明
[0018]
图1为多功能抢险设备机械结构示意图。
[0019]
图2为本发明的多功能抢险设备节能系统原理图。
具体实施方式
[0020]
下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。
[0021]
如图1所示，一种多功能抢险设备工作臂采用的混合式结构形式，包括底盘1上安装的转台2，第一臂3与转台2通过销轴连接，并通过第一臂变幅油缸4实现变幅动作。第一臂3为一级伸缩臂，通过第一臂伸缩油缸5实现伸缩动作。第二臂8与第一臂3通过第一连杆机构6和第二臂变幅油缸7连接，由第一连杆机构6和第二臂变幅缸7实现第二臂8展开与折叠，第一臂和第二臂平行布置且夹角范围0-180
°
。第二臂8为一级伸缩臂，通过第二臂伸缩油缸9实现伸缩动作。机具13和第二臂8采用快速连接器11连接，通过第二连杆机构10和机具油缸12实现机具13的姿态调整。机具13可以采用平台，也可以采用配套的抓石器。
[0022]
第一臂3上安装有第一臂长角传感器，第二臂8上安装有第二臂长角传感器，机具13上安装有倾角传感器。转台2上安装有电控手柄、显示器、控制器、电比例多路阀。底盘1上安装有压力切换阀、液压泵。第一臂变幅缸4、第一臂伸缩缸5、第二臂变幅缸7、第二臂伸缩缸9为液压执行机构。
[0023]
如图2所示，一种多功能抢险设备节能系统，包括：第一臂长角传感器、倾角传感器、第二臂长角传感器、电控手柄、控制器、显示器、液压泵、压力切换阀、电比例多路阀、液压执行机构、第一臂、第二臂。
[0024]
第一臂长角传感器安装在第一臂上，检测第一臂的长度和倾斜角度。第二臂长角传感器安装在第二臂上，检测第二臂的长度和倾斜角度。倾角传感器安装在机具上，检测机具倾斜角度。电控手柄给出pwm控制信号，经控制器处理后，输出电压信号，使压力切换阀得电或失电，从而使液压泵工作在不同模式下。电比例多路阀接收电流信号，控制电比例多路阀阀芯的流量，流量输入到液压执行机构，液压执行机构分别控制第一臂、第二臂的长度和倾斜角度。显示器用于显示整车工作模式和状态，包括第一臂、第二臂的实时臂长和倾斜角度。第一臂和第二臂动作分为伸缩和变幅，伸缩和变幅动作分别引起工作臂长度和角度变化。液压泵为变量泵，通过压力切换阀可实现恒压差变量泵和恒压变量泵两种模式切换。
[0025]
一种多功能抢险设备节能系统的控制方法，包括如下步骤：若整车开机上电时，控制器首先识别倾角传感器信号，若倾角传感器无信号输入，则判断整车为起重工况，并在显示器上提示操作者予以确认。
[0026]
控制器对压力切换阀无信号输出，液压泵工作在恒压差模式下，此时液压泵在电控手柄无动作时的待机状态下处于低压、小流量运行状态，压力一般在2-3mpa，因此此时液压系统功率损失约为1.5kw。
[0027]
电控手柄动作时，控制器识别信号类型为第一臂变幅、第一臂伸缩、第二臂变幅、第二臂伸缩后，并将电流信号发送到电比例多路阀，电比例多路阀在电控手柄控制下打开，
压力油进入液压执行机构，第一臂或第二臂实现变幅或伸缩动作。
[0028]
在电控手柄动作过程中，控制器同时检测第一臂长角传感器、第二臂长角传感器的信号，根据第一臂长角传感器、第二臂长角传感器检测到的长度信号、角度信号，判断第一臂，第二臂是伸缩还是变幅，并与电控手柄动作信号的识别结果进行比对，如出现不符，在显示器上提示错误并终止动作，直至故障排除；对比相符则一切动作正常。
[0029]
若整车开机上电时，控制器识别倾角传感器有信号输入，则判断整车为机具工况，工况包括平台或抓取，并在显示器上提示操作者予以确认。
[0030]
当电控手柄发出第一臂或第二臂伸缩动作信号时，控制器识别手柄信号为第一臂或第二臂伸缩信号，此时，控制器对压力切换阀无信号输出，液压泵工作在恒压差模式下，电比例多路阀在电控手柄控制下打开，压力油进入液压执行机构，第一臂或第二臂臂实现伸缩动作。
[0031]
当电控手柄发出第一臂或第二臂变幅动作信号时，控制器识别手柄信号为第一臂或第二臂变幅信号，此时，控制器对压力切换阀有信号输出，液压泵工作在恒压模式下，泵工作压力为其切断压力，一般根据需要设置在20-30 mpa。电比例多路阀在电控手柄控制下打开，压力油进入液压执行机构，第一臂或第二臂实现变幅动作。在电控手柄动作过程中，控制器同时检测第一臂长角传感器、第二臂长角传感器以及倾角传感器的信号，根据传感器检测到的信号类型（长度信号、角度信号）判断第一臂和第二臂动作类型（伸缩或变幅），并与电控手柄动作信号的识别结果进行比对，如出现不符，在显示器上提示错误并终止动作，直至故障排除。
[0032]
根据液压泵厂家提供的技术参数，该泵工作在切断压力、小流量状态下，系统的压力损失约为6kw,双泵的功率损失在12kw以上，该工况避免了泵长时间工作在切断压力下，待机工况下节约功率9kw。同时，减少了泵工作在高压工况下的时间，提高了泵和液压元件的寿命。
[0033]
控制器根据长角传感器、倾角传感器、电控手柄的信号，判断第一臂、第二工作臂的动作，识别整车的作业工况，通过电气控制信号使压力切换阀得电或失电，使液压泵工作在不同模式下。液压泵为变量泵，通过压力切换阀可实现恒压差变量泵和恒压变量泵两种模式切换。电比例多路阀接收电控手柄发给控制器处理后的电流信号，该电流信号与多路阀阀芯的流量成正比，该流量决定了液压执行机构的运行速度，即第一臂和第二臂的运动速度。显示器用于显示整车工作模式和状态，尤其是第一臂、第二臂的实时臂长和倾斜角度。
[0034]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

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