混凝土泵车节能控制方法分析.pdf

父通建设
建与装饰
2014年1月
混凝士泵车节能控制方法分析
廖为民
(中铁十一局集闭第四工程有限公司潮北武汉430074)
摘要:本文对混凝土系车做了简要介绍,分析了目前混凝土泵车的基本现状,随后给出了译细的节能设计讨论并给
出了操作过程,给混擬土泵车的发展指出了方向,提供了思路
关键词:混凝土泵车;节能控制;方法分析
中图分类号:TU646
文献标识码:B
文章编号:1673-0038(2014)02-0202-02
出若干条等燃耗率ge曲线和等功率Ne曲线等,构成一系列的
随着石油等石化燃料价格的飞速上涨,用户对混凝土机械的」曲线,称为柴油机的万有特性曲线图。迎过曲线可以看出,当
能耗关注度不断提高,加上国家对于节能环保的種视,混凝土泵「要求紫油机输出功率定,在等功率曲线上可得到无数个不同
车的节能制成为了研究热点。为贯彻国家节能减排的环保政」转速和ボ力組合的工況点。在上述的エ況点中,部分的燃油消耗
策,笔者结合多年的现场混凝土泵车管理经验,通过本文对混凝率9偏高,有些校低,因此可以得到,其中定存在着一条等燃
上车的能控制方法做了详细分析,给混凝土系车的发展提「油消耗率的出线与这个等功率出线相切,相切点MMen的然
供了新的思路。
油消耗卒ge是最低的。这个点就是和功率Ne相对应的柴油机
2我国混凝土泵车的发展现状
的最佳油耗点。如果可以把不同功率下的最佳油耗点进行光滑
2.1混凝土泵车的基本介绍
连接,那我们就可以获得柴油机的最佳油耗出线B。如果在泵送
过程中任何时刻都能保证柴油机在最油耗曲线附件工况下运
利用压力将混土沿管道连续输送的机械、土疑车由输」行,则能完成工作的同时能使柴油机的燃洲消耗取得鼓低值,由
送管和泵体组成。依照结构形式可以分为挤压式、活塞式、水压
隔膜式等。泵体一般都安装在汽车的底盐上,再装各可屈折或伸
于泵送过程中工沈较为恶劣,负载变化较大,但是驾驶员不方便
缩的布料村。泥凝十泵车实际上.就是对载重汽车的底盘做了
实时改变柴油机油门的大小,所以液压泵工况不会恰好能与柴
些改造,在底盘上安装有传动装置和运动动力、搅拌和泵送装
油机最佳油耗曲线じ配,所以柴油机无法取得较佳的工作效率。
而且有时候由于负载较小,可能出现柴油机“大马拉小车”的情
置、布料装置述有其它的一些辅助的装置。
目前混凝土泵在一般采用的是恒功率控制和调速控制来实
况,这时不仅会造成燃油浪费,更公加速柴油机和液压泵的磨
现动力和负載之间的匹配控制,以在造应复杂工况的情况下感/
可能的提高燃油利用率。在这些控制中,控制发动机和液压系统
感随滑AWb)出功率h
的功率匹配对燃油利用率的提高有很大的影响。如果能匹配合
适,不但可以提高燃油利用率,还能降低机器的工作强度,提高
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整体可靠性。
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2.2混凝土泵车的功率损失
近年来,随着液压技术的应用,大大提高了机器的操作性能,
降低了驾驶员的艻动强度。但是,在使用液压传动的同附,带来
了以下问题:D节能性问题:混凝十泵车作为一种大功率消耗设
备,液压系统该尽量减少流量和压力损失。②液压泵和柴油机
功率匹配问题:为了尽可能的节能,需要提高动力系统的功率利
用率,这就要求柴油机和液压泉共同工作在最为经济的工況点。
400014001600
Mt/mia)
而提高柴油机的作业性能和功率利用率一直是机械工作者研究
图1万有特性曲线图
的目标。据统计,在混凝上泵车上的柴油机输出功率只有25%变3节能与探讨
为了泵年及完成必疯动作的有用功,其余的功率均损失在泵车3.1动力系统节能机理
完成动作的液压元件及调速控制过程中。
?前,柴油机动力系统在多个工況下燃油的经济性一般山柴
2.3混凝土泵车的柴油机特性
油发动机的万有特性来得到。我们以发动机转速作为横坐标,以
柴机的静态转性一般包括负荷特性、速度特性、调速特性「汽缸平均输出压力或输出转矩作为纵坐标,就能够绘制出等燃
和万有特性。相比之下,万有特性能够更好的表现出柴油机的工「油消耗曲线族和发动机等功率曲线簇,可以明显的看出,在特定
作情況,一般被用来分析柴油机的油耗关系。我们通常以柴油机的功率下等燃油消耗出线和等功率曲线的切点就是该功率下的
的转速r为横坐标,平均压力Pe(或输出扭矩Me)为纵坐标,做」最省油点,沿切点画出的线就是发动机分别在在不同功率下最
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经济的工作曲线。
变量泵和发动机有着以下动力学关系:
P
发动机
P。=Tn。=pLQL
P。=Tana。=Tpn/m=pl'Vny/ mmn Pm=pLQu/ mppm]m
式中:P。,P。一变量泵和发动机输出功率;
T,T一变量泵和发动机输出转矩
n,n,一变量泉和发动机输出轴转速
图2闭式混凝土泵送系统节能控制系统框图
-机械效率和变量泵容积效率
变量泵和发动机之间的传动效率
①综合泵送负载的波动和动力系統传动效率等的因素,系统
i一一变量狠和发动机之间的传动比:
在不同的负载下,都应留有5~10%左右的发动机储备功率
V变量泵的排量
②在某些大流量轻载场合,若只让发动机工作在最经济转速
p一变量泵的负载压力;
的情况下,将难以满足要求,这种情况下必須牺牡一定的经济性
Q一变量泵的输出流量。
在泵车做出泵送动作的时候,通常的做法是将发动机运行在
③将控制系统设计为闭环,过大波动的负载信号会导致发动
恒定转速下,使变量泵排量V与负载流量O成正比关系,同时「机熄火和系统火稳等的放障,因此,采集负载信号的时候要避开
由外负载决定负載压力P,当系统处在轮载或中載的工況时,这」換向过程中的压力波动阶段,在换向之后稍等一段时间再采集,
时泉送系统只需要很小功率,远远低于的输出功,这样就导血日要续采集多个值,进行平均滤波
纹了多余的功率在系统中的消耗,极大的浪费能量。山式(6)可
(④在正常的泵送过程中,如果混凝上料发生堵管或变稠,系
以明显看出,负载版力P不同的情況下,通过改变变量排量V「统负载将陡然増人,此时必须降低主泵排量来达到降低发动机
和发动机转速m在满足同样系统所需功率P和负流量L的负截的月的,起到保护发动机的作用
情況下,可以使发动机在最经济工作曲线上工作,从而达到了「4结束语
力系统的节能月的。
本文首先对混凝土泵车做了基本的介绍,继而详细列出了我
3.2节能控制策略
国泥凝十泵车的现状、功率损失以及车用柴油机的特征,对可能
式泉送液压系统一般都采取双向变量泵变量机构实际上」「出现的磨损以及“大马拉小车”的情况作出了详细的解释。随后
就是一个位移一一力反彼结构的何服机构,泵的排量与阀的先「深入阐述了动力系统节能机理,给出了节能控制策略和详细的
控制压力成比,通过对变量机利的调节来实現泵送换向和「具体控制过程,明确采用了PD参数可调的白道应控制来达到
排量的控制。这种方式的节能控制系统图由图2所示,负載に力」节能控制的?的,为我国混凝上泉车的节能抒制指明了发展方
A为控制器的输入,比例的先导控制压力p:設定的负我流」向,为施工令业节能减排做出一定的饿
量Q1和发动机的转速n,泵的排量可以通过控制器通过泵排量
和p.之间的关