3中大吨位履带起重机主要控制功能实现原理

中大吨位履带起重机主要控制功能的实现原理

1.发动机状态监控及控制

1)发动机状态监控

系统通过J1939总线与发动机ECU进行通讯并获得发动机的状态数据，通过其他传感器采集发动机所没有的信息，如柴油液位等信息，显示器动态显示发动机各参数或状态，采用虚拟仪表显示。

发动机监控的主要内容包括：

[1]发动机转速（rpm），CAN总线信号或通过在飞轮壳上外加转速传感

器；

[2]冷却水温度（℃），CAN总线信号；

[3]冷却水液位（%），CAN总线信号；

[4]机油温度（℃），CAN总线信号；

[5]机油压力（kPa），CAN总线信号；

[6]发动机工作小时（Hour），CAN总线信号；

[7]燃油液位（%），上、下油位超限报警，通过外加可变电阻来实现。

一般特性

满箱：180±5Ω，空箱：10±3Ω。

处理方法，再串一个100-150Ω左右的电阻即可，要考虑到端子的最大输入电流，不可超过这个电流值，如图1所示。

图1 油位传感器连接方法

[8]发动机空气滤清器报警，CAN总线信号；

[9]其他

2)发动机油门控制的方式(以TEREX-DEMAG5800为例)

[1]油门踏板控制

a)油门踏板（自复位）给出的电压信号（最大0-5V，正常0.5-4.5V）

到主控制器，主控制器通过J1939总线控制发动机的转速。此类型

可以做功率极限载荷控制，转速通过控制器中转。

b)油门踏板无操作时，发动机处于怠速状态，一般为600-800rpm。

[2]油门电位计控制

a)油门电位计（不复位）给出的电压信号（最大0-5V，正常0.5-4.5V）

到控制器，主控制器通过J1939总线控制发动机的转速。此类型可

以做功率极限载荷控制，转速通过控制器中转。

b)油门电位计无操作时：发动机处于当前电位计所处于状态，并一直

保持此状态。

[3]自动油门

a)系统根据当前的主泵压力和手柄操作，计算系统所需功率，根据此

功率控制发动机的转速，自动使发动机的转速和负载功率保持较好

的匹配状态。

b)在自动油门模式下，当油门踏板控制有效时，发动机的转速为油门

踏板控制的转速和自动计算的转速较高值。

[4]油门之间的转换

a)油门电位计和油门踏板的转速命令同时作用于控制发动机的转速，

哪个计算的转速高，控制系统听哪个。两种控制方式的切换之间具

有缓冲阶段，防止发动机转速变化过快。

3)发动机启动和停止

[1]发动机紧急停车控制

当出现紧急状况时，发动机需要急停，发动机能够在短时间内紧急停车。此时，控制器需要接收到一个信号，所有控制器输出复位。

[2]发动机启动、停车控制：启动、停止采用总线控制

a)当控制器收到钥匙开关发出的点火信号后，向发动机发送启动信号，

若是发动机经过5秒的时间起动机在运转而发动机仍然未启动，停

止向发动机发送启动信号。控制器需要等待下一次启动信号后才能

继续发送启动信号。

b)当钥匙开关停止向控制器发送起动信号后，控制器立即停止向发动

机发送启动信号。

c)当控制器收到熄火信号，立即向发动机发送熄火信号，没有延时。

图2 TEREX-DEMAG 5800 车型的油门控制开关

2.液压系统和发动机的功率匹配控制

1)极限载荷控制

在起重机的实际使用中，还是常常出现发动机与液压系统功率不匹配的现象，导致发动机转速下降过多，偏离最佳工作点，增加油耗，情况严重的还会导致发动机熄火。

控制系统根据当前发动机的转速变化，判断发动机转速的失速状况。如果失速过大，则控制系统自动调节（减小）变量泵的排量，或者同时降低马达的吸收功率，使发动机的输出功率减少至和负载功率相匹配，保障发动机处于较佳的工作状态。

可通过发动机失速率K的大小来侧面判断泵的吸收功率P P是否大于发动机的输出功率P E。具体实现方法：根据发动机的空载油门-转速曲线，设定发动机允许失速率，即设定判断发动机是否超载的允许极限转速曲线n limit，如图3所示：

当在发动机处于某个油门位置状态下时，检测到的实际发动机转速n小于允许极限转速n limit，则认为泵的吸收功率P P大于发动机输出功率P E，需要进行对泵的排量调节。

一般的，最大允许失速率在10~15%左右，即当发动机处于低怠速（800rpm）时，允许发动机转速下降80~120rpm左右，而当发动机处于高怠速（2100rpm）时，允许发动机转速下降210~315rpm左右。

当极限载荷控制系统判断出泵吸收功率P P大于发动机输出功率P E，需要进行调节后，系统迅速做出响应，降低变量泵的排量，使发动机转速回到允许的转速范围内。调节方式一般采用PID调节方式。

在实际应用中，当负载功率过大时，会导致发动机转速下降得很快，如果不能及时调整变量泵的排量，则会导致发动机在很短时间内熄火，经实际测量，此时间可小于0.5秒。因此，对PID的动态响应速度提出了很高的要求。

2100

800

图3 允许极限转速曲线

同时，起重机在工作时，又要要求运行平稳，因此在极限载荷控制下，不能让起重机的执行机构工作速度出现震荡，即对PID调节的稳定性要求较高。

基于上述实际需求，单一PID参数已经不能满足实际需求，多PID参数成为必需。经过实际试验，当失速率在10~20%时，PID调节应以稳定性为主，在进行PID参数整定时应使比例参数P和微分参数D较小，保持其稳定性；而当失速率大于20%时，PID调节应以快速响应为主，比例参数P和微分参数D 较大。

2)发动机自动怠速控制

本功能工作于发动机转速受油门电位计控制情况下。

系统检测当前液压各分系统压力，如果各分系统压力都降低到空载状态后，则延时5秒（参数可调）后发动机转速自动回落到自动空转转速1400rpm（参数可调），再延时5秒（参数可调）后如果各分系统压力还没有上升，则发动机转速自动回落到低怠速位置800rpm（参数可调）。

3.开式起升回路动作控制

1)液压系统组成为变量泵、换向阀和变量马达，开式系统。如图4所示，

各个控制元件的类型如表1所示。

表1 起升机构的控制对象特性