裝載機(jī)鏟裝智能總線控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種裝載機(jī)鏟裝智能總線控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)電液比例先導(dǎo)閥的收斗油口、動臂提升油口、翻斗油口、動臂下降油口、浮動油口分別與電液比例分配閥的收斗油口、動臂提升油口、翻斗油口、動臂下降油口、浮動油口相連，電液比例先導(dǎo)閥的第二進(jìn)油口與動臂油缸的大腔相連，翻斗缸位移傳感器、動臂缸位移傳感器、鏟斗水平位傳感器、主控制器、下降高度設(shè)置按鈕、舉升高度設(shè)置按鈕、電控先導(dǎo)手柄、發(fā)動機(jī)控制器分別與總線相連。高效節(jié)能，能量損失小。提高了整機(jī)工作的平穩(wěn)性和舒適性，使用壽命長、放平功能好。杜絕事故，保證操作安全。提高了作業(yè)效率，有利于產(chǎn)品的升級和改進(jìn)。用于裝載機(jī)鏟裝過程的控制。
【專利說明】裝載機(jī)鏟裝智能總線控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種裝載機(jī)鏟裝過程的控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前的裝載機(jī)控制系統(tǒng)普遍采用液壓先導(dǎo)控制來降低勞動強(qiáng)度，提高舒適性，然而由于裝載機(jī)操作者的技能水平參差不齊，為了提高作業(yè)效率，操作者普遍采用粗放型施工模式，很少考慮通過優(yōu)化操作方法，達(dá)到高效節(jié)能的目的。
[0003]在進(jìn)行鏟裝作業(yè)時，由于堆積物料對鏟斗的切削阻力很大，操作者需要進(jìn)行多次分步操作來完成鏟掘過程。操作者控制裝載機(jī)以一定的初速度切入料堆，隨著鏟斗正前方的物料堆積量越來越多，裝載機(jī)前進(jìn)速度急劇降低。此時，變矩器將會輸出更大的扭矩，推動裝載機(jī)前進(jìn)，此時變矩器內(nèi)部油液劇烈攪動，能量損失極大。為了降低切削阻力，用戶會操縱先導(dǎo)手柄，來回改變鏟斗姿態(tài)，讓部分物料進(jìn)入鏟斗，然后再加足油門，切入料堆，直到車輪打滑，再操作先導(dǎo)手柄，如此往復(fù)循環(huán)。經(jīng)多次循環(huán)后，鏟斗收集足夠物料，操作者再掛倒檔，進(jìn)行物料轉(zhuǎn)運。
[0004]在物料轉(zhuǎn)運過程中，操作者需要根據(jù)行車距離、行車速度以及貨車的高度來綜合判斷提升動臂的速度和高度，每次操作的時候都要反復(fù)校核動臂的舉升高度。舉升高度太低則可能回碰到貨車，引發(fā)安全事故；舉升高度太高不僅浪費燃油，而且降低了作業(yè)效率。操作者為了保障施工安全、緩解工作壓力，更傾向于將動臂舉到最高位置。然而對于絕大部分沒有配置舉升限位裝置的裝載機(jī)而言，動臂油缸和舉升機(jī)構(gòu)在行程末端(包括舉升到最高位置和下降到最低位置)將會承受極大的沖擊載荷作用，很大程度降低了油缸和結(jié)構(gòu)件的使用壽命。
[0005]在卸料過程中，由于某些物料具有較大的粘度，不易從鏟斗內(nèi)脫落，用戶會操作鏟斗使勁磕碰動臂板，將物料抖出。如此操作會嚴(yán)重縮短鏟斗以及銷軸的使用壽命。在完成卸料過程后，操作者需要進(jìn)行收斗動作，直到翻斗油缸達(dá)到設(shè)定的行程，然后降動臂到鏟裝位置，準(zhǔn)備進(jìn)行第二次鏟裝。雖然很多先導(dǎo)型裝載機(jī)配置了鏟斗自動放平裝置，然而絕大部分自動放平只是針對鏟斗在地面位置的自動放平，如果鏟斗未放到地面位置，則鏟斗無法進(jìn)行有效鏟裝，這就很大程度上限制了放平功能的使用。另外，在許多場合裝載機(jī)需要配置貨叉等機(jī)具來完成叉裝作業(yè)，此時需要整機(jī)在動臂舉升的全行程內(nèi)具有良好的平動性能。對于現(xiàn)在廣泛使用的反轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)，雖然具有極好的綜合性能，然而其平動性能卻是一塊短板，這也限制著裝載機(jī)的適應(yīng)性。
[0006]在放平鏟斗準(zhǔn)備鏟裝的過程中，如何快速安全抵將鏟斗平放到合適的鏟裝位置也一直困擾著操作者。經(jīng)驗豐富的操作者可以有急有緩，先快后慢，快速平緩地將鏟斗平放到預(yù)定高度，以便再次鏟裝。但是很多操作者都是小心翼翼的將鏟斗下放或者干脆直接將鏟斗砸到地面上。操作效率和舒適性、安全性完全依賴于操作者的個人經(jīng)驗、習(xí)慣和素質(zhì)，不利于產(chǎn)品的升級和改進(jìn)。
[0007]參考文獻(xiàn):工程機(jī)械，第40卷，2009年3月，試驗研究《輪式裝載機(jī)發(fā)動機(jī)多功率模式節(jié)能研究》，孟廣良、王亮、李鶯鶯；楊占敏，輪式裝載機(jī)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了克服公知的裝載機(jī)鏟裝過程控制系統(tǒng)的能量損失大、使用壽命短、放平功能差的缺陷，本發(fā)明提供一種裝載機(jī)鏟裝智能總線控制系統(tǒng)，該裝載機(jī)鏟裝智能總線控制系統(tǒng)能量損失小、使用壽命長、放平功能好。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案是:該裝載機(jī)鏟裝智能總線控制系統(tǒng)包括液壓油箱和工作泵，工作泵進(jìn)油口與液壓油箱相連，工作泵出油口與電液比例分配閥進(jìn)油口相連，電液比例分配閥的動臂缸大腔油口、動臂缸小腔油口分別與動臂油缸的大腔和小腔相連，電液比例分配閥的翻斗油缸大腔油口、翻斗油缸小腔分別與翻斗油缸的大腔和小腔相連；電液比例先導(dǎo)閥的收斗油口、動臂提升油口、翻斗油口、動臂下降油口、浮動油口分別與電液比例分配閥的收斗油口、動臂提升油口、翻斗油口、動臂下降油口、浮動油口相連，電液比例先導(dǎo)閥的第一進(jìn)油口與先導(dǎo)泵的出油口相連，電液比例先導(dǎo)閥的第二進(jìn)油口與動臂油缸的大腔相連，電液比例先導(dǎo)閥的回油口與液壓油箱相連；翻斗缸位移傳感器、動臂缸位移傳感器、鏟斗水平位傳感器、主控制器、工作模式設(shè)置按鈕、放平狀態(tài)設(shè)置按鈕、機(jī)具選擇按鈕、下降高度設(shè)置按鈕、舉升高度設(shè)置按鈕、電控先導(dǎo)手柄、發(fā)動機(jī)控制器分別與總線相連，總線與電液比例先導(dǎo)閥相連；電液比例分配閥回油口通過液壓油散、回油濾清器與液壓油箱相連，散熱后的液壓油經(jīng)回油濾清器回到液壓油箱；鏟斗震顫按鈕和鏟斗抖動按鈕集成在電控先導(dǎo)手柄上。
[0010]為了降低裝載機(jī)在鏟掘過程中鏟斗的切削阻力，減少變矩器低速大扭矩輸出時的能量損耗，本發(fā)明引入電液比例控制的鏟斗切削力智能化控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)可以根據(jù)物料的類型和松散程度來設(shè)置鏟斗的工作模式，在鏟斗切入料堆的過程中通過在翻斗油缸大小兩腔輸入交變的高壓流量，迫使鏟斗以一定的振幅和振動頻率切入料堆，從而強(qiáng)化鏟斗破除物料阻力的能力，來降低整機(jī)所需的牽引力，避免輪胎打滑現(xiàn)象。
[0011]另一方面，為提高掘料和收斗過程的效率，避免操作者通過切入料堆然后收斗的反復(fù)交替動作來完成鏟掘作業(yè)，本發(fā)明將鏟掘過程進(jìn)行優(yōu)化，并將優(yōu)化結(jié)果輸入到控制器中，操作者只需在鏟斗切入物料的時候開啟智能鏟掘功能，整機(jī)將以優(yōu)化后的功率輸出并按照設(shè)定的程序自動完成掘料和收斗的聯(lián)合動作。
[0012]針對不同的工況，裝載機(jī)需要將物料舉升至不同的卸載高度。為了降低操作者的勞動強(qiáng)度，本發(fā)明采用動臂角位移傳感器來實時檢測動臂舉升和下降的位置。通過控制器的記憶功能，可以根據(jù)實際卸載高度的需要設(shè)置舉升高度。于是在轉(zhuǎn)運物料的過程中，只需將先導(dǎo)手柄撥動至提升位置。動臂提升到設(shè)定高度時，傳感器反饋信號給控制器，控制器將信號處理后，控制電比例閥平穩(wěn)的將動臂停在設(shè)定位置，避免提升過程突然停止時整機(jī)晃動以及導(dǎo)致的物料傾灑。操作者只需將裝載機(jī)開到卸載位置，直接卸料即可。同樣，在動臂下放的過程中，可以設(shè)定動臂低位限制，在完成卸料動作后，操作者需要盡快將動臂降至理想的鏟裝位置。此時，只需將先導(dǎo)手柄推至動臂浮動位置，動臂油缸處于浮動補(bǔ)油狀態(tài)，動臂在浮動工況快速下降。當(dāng)動臂位置接近設(shè)定高度時，控制器根據(jù)動臂角位移傳感器反饋的信號，將動臂浮動工況切換至下降工況，平緩地減慢動臂下降的速度，最終動臂停留在設(shè)定位置。由于采用電液比例控制，油缸和結(jié)構(gòu)件在設(shè)定行程的末端幾乎沒有沖擊，不僅提高了整機(jī)工作的平穩(wěn)性和舒適性，還有效延長了整機(jī)的使用壽命。
[0013]當(dāng)裝載機(jī)在鏟裝粘度加大的物料如濕煤、粘土?xí)r，卸料過程往往比較緩慢或者不容易卸載干凈。為避免操作者采用反復(fù)磕碰鏟斗的方法來卸料，本發(fā)明增加卸載震顫系統(tǒng)。與鏟掘過程不同的是此時鏟斗處于相對自由的狀態(tài)，沒有料堆的約束，因此允許鏟斗具有較大的振動加速度和振幅，以便更容易將物料抖出。
[0014]傳統(tǒng)自動放平裝置是以動臂油缸和翻斗油缸的實際行程或者動臂與搖臂之間的夾角作為數(shù)據(jù)輸入來判斷鏟斗或者貨叉是否水平，它是以裝載機(jī)自身機(jī)構(gòu)的運動位置來作為參考的。只有裝載機(jī)本身處于水平位置時，鏟斗才會處于水平位置。如果裝載機(jī)離開水平地面施工，例如在坡道用貨叉進(jìn)行叉裝作業(yè)，此時原有的自動放平功能便無法發(fā)揮，而且在轉(zhuǎn)運物料的過程中，如果遇到下坡，貨叉始終與路面平行的話貨物很可能會從貨叉上滑出，造成意外。為了更好地解決上述矛盾，本發(fā)明將自動放平功能進(jìn)行拓展，將其功能劃分為兩種模式。一種模式為鏟斗模式，控制器通過翻斗缸和動臂缸的位移傳感器反饋信號來控制電液比例分配閥，實現(xiàn)鏟斗任意設(shè)定位置的自動放平；另一種為貨叉模式，通過鏟斗水平傳感器反饋鏟斗與水平面的夾角，經(jīng)控制器處理后，控制電液比例分配閥對翻斗油缸大小腔進(jìn)行補(bǔ)油，來調(diào)整貨叉姿態(tài)，從而保證在非水平路面上貨叉始終處于水平狀態(tài)。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點:高效節(jié)能，能量損失小。提高了整機(jī)工作的平穩(wěn)性和舒適性，使用壽命長、放平功能好。杜絕事故，保證操作安全。提高了作業(yè)效率，有利于產(chǎn)品的升級和改進(jìn)。
[0016]I)采用總線控制來實現(xiàn)裝載機(jī)鏟裝過程中的工作模式的選擇，并經(jīng)過數(shù)據(jù)的交互和處理優(yōu)化鏟裝作業(yè)過程，提高工作效率，降低勞動強(qiáng)度；
2)采用裝載機(jī)鏟斗的震顫動作來減小物料對鏟斗的反作用力，進(jìn)而降低整機(jī)鏟掘時所需的牽引力，最終降低發(fā)動機(jī)的功率輸出，達(dá)到節(jié)能的目的；
3)采用集成的電液比例控制的液壓系統(tǒng)來實現(xiàn)裝載機(jī)鏟裝過程的智能化作業(yè)，簡化操作者的操作流程，消除操作者個人經(jīng)驗和習(xí)慣對鏟裝過程的影響；
4)通過對操作模式的預(yù)先設(shè)置可以實現(xiàn)液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件(油缸)和結(jié)構(gòu)件的保護(hù)，例如通過舉升高位和下降地位的設(shè)置，不僅可以提高工作效率和舒適性，而且可以在不增加緩沖裝置的前提下實現(xiàn)動臂的快速平穩(wěn)動作；
5)通過鏟斗的抖動功能可將粘性較大的物料從鏟斗里甩出，避免操作者野蠻操作，猛德伊斗，fe壞結(jié)構(gòu)件和翻斗油缸；
6)可實現(xiàn)鏟斗任意位置的自動放平功能，尤其是當(dāng)裝載機(jī)作為叉裝機(jī)使用時，可實現(xiàn)貨叉的任意位置水平，即使整機(jī)在坡面工作，或者在起伏路面工作貨叉依然能時刻保持水平，大大提高了工作效率和安全性；
7)采用開放式的控制模式，可以對操作者的設(shè)置進(jìn)行記憶，支持控制系統(tǒng)的二次開發(fā)，用戶可以根據(jù)需要拓展或強(qiáng)化某些功能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的電液結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0018]圖2是圖1的第一種控制流程圖。[0019]圖3是圖1的第二種控制流程圖。
[0020]圖4是圖1的第三種控制流程圖。
[0021]圖5是圖1的第四種控制流程圖。
[0022]圖6是圖1的第五種控制流程圖。
[0023]圖中:1.液壓油箱、2.工作泵、3.電液比例分配閥，4.動臂油缸、5.電液比例先導(dǎo)閥、6.總線、7.翻斗缸位移傳感器、8.動臂缸位移傳感器、9.鏟斗水平位傳感器、10.主控制器、11.工作模式設(shè)置按鈕、12.放平狀態(tài)設(shè)置按鈕、13.機(jī)具選擇按鈕、14.下降高度設(shè)置按鈕、15.舉升高度設(shè)置按鈕、16.電控先導(dǎo)手柄、17.發(fā)動機(jī)控制器、18.翻斗油缸、19.液壓油散、20.回油濾清器、21.先導(dǎo)泵，22.鏟斗震顫按鈕、23.鏟斗抖動按鈕，其中22.鏟斗震顫按鈕和23.鏟斗抖動按鈕集成在16.電控先導(dǎo)手柄上。
【具體實施方式】
[0024]在圖1中，該裝載機(jī)鏟裝智能總線控制系統(tǒng)包括液壓油箱I和工作泵2，工作泵2進(jìn)油口與液壓油箱I相連，工作泵2出油口與電液比例分配閥3進(jìn)油口 P相連，電液比例分配閥3的動臂缸大腔油口 A2、動臂缸小腔油口 B2分別與動臂油缸4的大腔和小腔相連，電液比例分配閥3的翻斗油缸大腔油口 Al、翻斗油缸小腔BI分別與翻斗油缸18的大腔和小腔相連；電液比例先導(dǎo)閥5的收斗油口 al、動臂提升油口 a2、翻斗油口 bl、動臂下降油口b2、浮動油口 2C分別與電液比例分配閥3的收斗油口 al、動臂提升油口 a2、翻斗油口 bl、動臂下降油口 b2、浮動油口 2C相連，電液比例先導(dǎo)閥5的第一進(jìn)油口 Pl與先導(dǎo)泵21的出油口相連，電液比例先導(dǎo)閥5的第二進(jìn)油口 P2與動臂油缸4的大腔相連，電液比例先導(dǎo)閥5的回油口 Tl與液壓油箱I相連；翻斗缸位移傳感器7、動臂缸位移傳感器8、鏟斗水平位傳感器9、主控制器10、工作模式設(shè)置按鈕11、放平狀態(tài)設(shè)置按鈕12、機(jī)具選擇按鈕13、下降高度設(shè)置按鈕14、舉升高度設(shè)置按鈕15、電控先導(dǎo)手柄16、發(fā)動機(jī)控制器17分別與總線6相連，總線6與電液比例先導(dǎo)閥5相連；電液比例分配閥3回油口 T通過液壓油散19、回油濾清器20與液壓油箱I相連，散熱后的液壓油經(jīng)回油濾清器20回到液壓油箱I。
[0025]在圖2中，操作者通過在電控先導(dǎo)手柄16和裝載機(jī)操作界面上集成不同的功能按鈕，來完成不同工作模式的設(shè)定和快速切換。當(dāng)鏟斗切入料堆后按下電控先導(dǎo)手柄16上的鏟斗震顫按鈕22，主控制器10捕獲控制信號，一方面控制發(fā)動機(jī)功率輸出(發(fā)動機(jī)功率輸出需根據(jù)物料的特性提前設(shè)定)，另一方面控制電液比例先導(dǎo)閥5輸出信號，通過電液比例分配閥3，控制翻斗油缸18實現(xiàn)鏟斗高頻振動。鏟斗在震顫的同時分階段完成收斗動作，發(fā)動機(jī)的功率也隨之分階段逐漸達(dá)到設(shè)定的最大值，當(dāng)鏟斗收斗角大于某一設(shè)定角度時，翻斗缸位移傳感器7將鏟斗位置信號反饋到主控制器10，鏟斗的震顫動作自動停止，同時發(fā)動機(jī)工作模式也恢復(fù)正常。如果尚未達(dá)到設(shè)定收斗角，但是已有足夠多的物料進(jìn)入鏟斗時，操作者可以再次按下電控先導(dǎo)手柄16上的鏟斗震顫按鈕22或者操縱電控先導(dǎo)手柄16進(jìn)行提升動臂或者收斗操作，伊斗的震顫動作立即停止。
[0026]在圖3中，裝載機(jī)完成鏟掘過程后，操作者操縱機(jī)器退出鏟掘區(qū)域，同時將電控先導(dǎo)手柄16撥至動臂提升位置，電控先導(dǎo)手柄16內(nèi)置的動臂提升電磁鐵吸合，動臂處于自動提升到設(shè)定位置，然后電磁鐵斷開，動臂緩慢停止。動臂舉升高位限制和下降低位限制可以分別通過控制面板上的動臂舉升高位限制按鈕15和下降低位限制14進(jìn)行設(shè)定。將動臂舉升至想要設(shè)定的高度，然后按住動臂舉升高位限制按鈕15三秒鐘以上，主控制器10將之前的位置設(shè)置清除，記憶此時動臂油缸位移傳感器8反饋的位置信號，此時按下動臂舉升高位限制按鈕15可以確認(rèn)設(shè)置，之后再次按下此按鈕則可以取消或者恢復(fù)上一次的設(shè)置。同樣方法可以完成動臂下降低位設(shè)置。通過編程控制可以實現(xiàn)動臂快速下降過程的浮動模式，行程末端再進(jìn)行一段緩沖，實現(xiàn)動臂快速平穩(wěn)下降。
[0027]在圖4中，當(dāng)操作者完成卸料后，如果需要將鏟斗內(nèi)殘留的物料抖出，可以按下電控先導(dǎo)手柄11上的鏟斗抖動按鈕23，主控制器10捕獲控制信號，控制電液比例先導(dǎo)閥5輸出信號，通過電液比例分配閥3實現(xiàn)鏟斗低頻大振幅、大加速度振動，將殘余物料甩出。
[0028]在圖5中，在控制面板上設(shè)置有放平狀態(tài)設(shè)置按鈕12來實現(xiàn)復(fù)雜工況的需求。在平整地面上使用鏟斗施工時，按下放平狀態(tài)設(shè)置按鈕12，選擇鏟斗任意位置自動放平功能，此時主控制器10獲取從翻斗缸位移傳感器7和動臂缸位移傳感器8反饋的位移信號，經(jīng)主控制器10處理后，通過控制電液比例先導(dǎo)閥5輸出信號，最后通過電液比例分配閥3來控制進(jìn)入翻斗油缸18大小腔的液壓油量，實現(xiàn)鏟斗的在下降過程中任意位置自動放平。
[0029]在圖6中，在坡道上或者起伏路面使用貨叉施工時，按下放平狀態(tài)設(shè)置按鈕12選擇貨叉任意位置自動放平功能，此時主控制器10選擇從鏟斗水平傳感器9獲取信號，通過控制電液比例先導(dǎo)閥5輸出信號，最后通過電液比例分配閥3來控制進(jìn)入翻斗油缸18大小腔的液壓油量，實現(xiàn)鏟斗的在下降過程中任意位置自動放平；此時翻斗缸位移傳感器7檢測翻斗油缸18的位移輸出，并反饋至主控制器10，實時調(diào)整鏟斗姿態(tài)，從而自動補(bǔ)償貨叉平面與水平面之間的角度偏差來確保貨叉在整個鏟掘、提升和轉(zhuǎn)運、卸載過程中時刻保持水平。
【權(quán)利要求】
1.一種裝載機(jī)鏟裝智能總線控制系統(tǒng)，該裝載機(jī)鏟裝智能總線控制系統(tǒng)包括液壓油箱和工作泵，其特征在于:工作泵進(jìn)油口與液壓油箱相連，工作泵出油口與電液比例分配閥進(jìn)油口相連，電液比例分配閥的動臂缸大腔油口、動臂缸小腔油口分別與動臂油缸的大腔和小腔相連，電液比例分配閥的翻斗油缸大腔油口、翻斗油缸小腔分別與翻斗油缸的大腔和小腔相連；電液比例先導(dǎo)閥的收斗油口、動臂提升油口、翻斗油口、動臂下降油口、浮動油口分別與電液比例分配閥的收斗油口、動臂提升油口、翻斗油口、動臂下降油口、浮動油口相連，電液比例先導(dǎo)閥的第一進(jìn)油口與先導(dǎo)泵的出油口相連，電液比例先導(dǎo)閥的第二進(jìn)油口與動臂油缸的大腔相連，電液比例先導(dǎo)閥的回油口與液壓油箱相連；翻斗缸位移傳感器、動臂缸位移傳感器、鏟斗水平位傳感器、主控制器、工作模式設(shè)置按鈕、放平狀態(tài)設(shè)置按鈕、機(jī)具選擇按鈕、下降高度設(shè)置按鈕、舉升高度設(shè)置按鈕、電控先導(dǎo)手柄、發(fā)動機(jī)控制器分別與總線相連，總線與電液比例先導(dǎo)閥相連；電液比例分配閥回油口通過液壓油散、回油濾清器與液壓油箱相連，鏟斗震顫按鈕和鏟斗抖動按鈕集成在電控先導(dǎo)手柄上。
【文檔編號】E02F3/43GK103590436SQ201310566243
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月13日
【發(fā)明者】沈勇, 謝朝陽, 胡重賀, 李寒光, 朱艷平, 任大明, 范小童, 周濤, 束鵬程, 劉國偉, 宋亞莉, 馬鵬鵬 申請人:徐工集團(tuán)工程機(jī)械股份有限公司科技分公司