CN101666105A - 控制挖掘机动臂上升速度的方法、控制***及一种挖掘机 - Google Patents

控制挖掘机动臂上升速度的方法、控制***及一种挖掘机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了挖掘机动臂上升速度的控制方法、实现该方法的控制***以及包含该控制***的挖掘机，控制***包括发动机、第一液压泵、第二液压泵、动臂油缸、主控制阀、操作手柄、一控制器及多个检测装置，动臂上设置一极限位置检测区，控制器根据多个检测装置反馈来的信号，判断动臂是否上升至极限位置检测区，并计算、输出一控制信号至第一液压泵，及时调整第一液压泵的输出功率，降低动臂油缸的伸缩速度，直至动作终端速度为零，以有效的实现缓冲功能，从而增加动臂油缸的使用寿命，提高整机的可靠性。本发明的挖掘机在复杂工况的工地施工时，还能够有效降低事故率，并提高施工作业效率；并且本发明控制***结构简单，控制方法实现方便。

Description

控制挖掘机动臂上升速度的方法、控制***及一种挖掘机
技术领域
本发明涉及一种控制方法，具体地说，是涉及挖掘机动臂上升速度的控制方法，本发明还涉及实现该方法的控制***以及包含该控制***的挖掘机。
背景技术
目前，挖掘机广泛应用于土石方施工工程，在挖掘机工作过程中，通过操纵操作手柄驱动挖掘机动臂工作，熟练的操作者能够精确地操作操作手柄而平稳地操作挖掘机动臂，使得能够减轻对致动器的冲击，相反，在操作方面具有较少经验的不熟练操作者不能细微地操作操作手柄，而是易于突然地操作操纵杆，使得由于突然地操作而使动臂及其上的工作装置因惯性而引起冲击，从而降低工作效率。针对这一情况，申请号为“200710170072.0”，名称为“用于减轻对挖掘机转臂的冲击的设备和控制该设备的方法”的中国发明专利申请，其公开的控制***在控制器判断出动臂油缸突然停止时，调节主控制阀的阀芯的切换量，对供给动臂油缸小腔室的操作压力进行主动调节，从而使由于对动臂油缸的冲击在动臂中产生的振动降到最小，并能提高工作效率。
然而，通常情况下，挖掘机动臂在上升过程时，由于挖掘机操作者追求高效率生产而操作动作过快，或操作动作不熟练，将使得动臂快速到达上升极限位置，庞大的动能来不及释放，造成挖掘机整机水平方向来回震荡数次，这种无效益的震荡不利于提高生产效率，并且在工况较复杂的工地，存在极大的安全隐患。上述专利申请中涉及的控制***及方法虽然能解决动臂油缸突然停止而产生的振动，却不能很好地解决挖掘机动臂快速上升至极限位置引起挖掘机整机水平方向来回震荡的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题提供一种控制挖掘机动臂上升速度的方法和控制***，以解决挖掘机动臂快速上升至极限位置引起挖掘机整机水平方向来回震荡的问题，从而提高挖掘机工作效率，并改善生产的安全性。
为了实现上述目的，本发明首先提供一种控制挖掘机动臂上升速度的方法，所述动臂铰接在一动臂座上、所述动臂在其动臂油缸作用下运动，所述动臂油缸的动作由一发动机、一第一液压泵、一操作手柄结合一主控制阀控制，所述控制方法包括如下步骤：
S10、在所述动臂上设置一极限位置检测区的步骤；
S20、设置检测装置步骤，以方便对动臂位置、第一液压泵压力，发动机转速及手柄操纵量的信号采集，所述设置检测装置步骤包括设置第一液压泵压力检测装置步骤、设置发动机转速检测装置步骤、设置手柄检测装置步骤、以及设置动臂位置检测装置步骤；
S30、信号采集步骤，并将采集到的各种信号输入至一控制器中；
S40、根据上述信号采集步骤采集来的动臂位置信号，控制器判定动臂是否上升至极限位置检测区，若不是，执行步骤S50，若是，执行步骤S60；
S50、根据上述信号采集步骤采集来的转速信号和手柄操纵量信号，控制器计算并输出第一液压泵的泵功率控制值，并返回执行步骤S40；
S60、根据上述信号采集步骤采集来的转速信号和手柄操纵量信号，控制器计算出第一液压泵的一基本泵功率值；同时根据上述信号采集步骤采集来的压力信号和手柄操纵量信号，控制器计算出第一液压泵的一修正泵功率值，然后，控制器根据所述基本泵功率值与所述修正泵功率值计算并输出第一液压泵的泵功率控制值。
上述的方法，其中，在所述步骤S60后还具有一判断动臂是否上升至极限位置步骤S70，若是，执行步骤S80，若不是，返回执行步骤S60。
上述的方法，其中，所述极限位置检测区设置于β角为3°～6°的区域内，β角为动臂实际位置与动臂上升极限位置之间的夹角。
上述的方法，其中，在所述设置动臂位置检测装置步骤中，需将动臂位置检测装置设置于所述动臂座上，并对应所述极限位置检测区。
为了能实现上述方法，本发明还提供实现上述方法的控制***，所述动臂铰接在一动臂座上，所述控制***包括发动机、第一液压泵、第二液压泵、动臂油缸、主控制阀及操作手柄，所述发动机与所述第一液压泵连接，所述主控制阀安装在所述第一液压泵与所述动臂油缸之间，所述操作手柄操纵所述第二液压泵供给所述主控制阀的阀芯的压力，所述控制***还包括
一控制器；
第一液压泵压力检测装置，用于检测第一液压泵的压力、并向所述控制器供给一压力信号；
发动机转速检测装置，用于检测所述发动机的转速、并向所述控制器供给一转速信号；
手柄检测装置，用于检测所述操作手柄的操纵量、并向所述控制器供给一手柄操纵量信号；以及
动臂位置检测装置，用于检测所述动臂上升位置、并向所述控制器供给一动臂位置信号；
所述动臂上设置一极限位置检测区，所述控制器根据所述动臂位置信号，判断所述动臂是否上升至极限位置检测区，并根据所述压力信号、所述转速信号、所述手柄操纵量信号，计算、输出一控制信号至所述第一液压泵，以调节所述第一液压泵的输出功率。
上述的控制***，其中，所述动臂位置检测装置设置于所述动臂座上，并对应所述极限位置检测区。
上述的控制***，其中，所述极限位置检测区设置于β角为3°～6°的区域内，β角为动臂实际位置与动臂上升极限位置之间的夹角。
上述的控制***，其中，所述动臂位置检测装置为一接近开关。
进一步地，本发明还提供包括上述控制***的挖掘机，包括动臂和控制所述动臂上升速度的控制***，所述动臂铰接在一动臂座上，所述控制***包括发动机、第一液压泵、第二液压泵、动臂油缸、主控制阀、操作手柄及控制器，所述发动机与所述第一液压泵连接，所述主控制阀安装在所述第一液压泵与所述动臂油缸之间，所述操作手柄操纵所述第二液压泵供给所述主控制阀的阀芯的压力，所述控制***还包括
第一液压泵压力检测装置，用于检测第一液压泵的压力、并向所述控制器供给一压力信号；
发动机转速检测装置，用于检测所述发动机的转速、并向所述控制器供给一转速信号；
手柄检测装置，用于检测所述操作手柄的操纵量、并向所述控制器供给一手柄操纵量信号；以及
动臂位置检测装置，用于检测所述动臂上升位置、并向所述控制器供给一动臂位置信号；
所述动臂上设置一极限位置检测区，所述控制器根据所述动臂位置信号，判断所述动臂是否上升至极限位置检测区，并根据所述压力信号、所述转速信号、所述手柄操纵量信号，计算、输出一控制信号至所述第一液压泵，以调节所述第一液压泵的输出功率。
上述的挖掘机，其中，所述动臂位置检测装置设置于所述动臂座上，并对应所述极限位置检测区。
上述的挖掘机，其中，所述极限位置检测区设置于β角为3°～6°的区域内，β角为动臂实际位置与动臂上升极限位置之间的夹角。
上述的挖掘机，其中，所述动臂位置检测装置为一接近开关。
本发明的有益功效在于，挖掘机采用上述的控制方法及控制***后，控制器根据第一液压泵压力检测装置、发动机转速检测装置、手柄检测装置、动臂位置检测装置反馈来的信号，在动臂上升至极限位置检测区时，及时调整第一液压泵的输出功率，降低动臂油缸的伸缩速度，直至动作终端(即，动臂带动的工作装置)速度为零，以有效的实现缓冲功能，从而增加动臂油缸的使用寿命，提高整机的可靠性；挖掘机在复杂工况的工地施工时，还能够有效降低事故率，并提高施工作业效率；并且本发明的控制***结构简单，控制方法实现方便。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为本发明的动臂安装示意图；
图2为本发明的控制挖掘机动臂上升速度的方法的流程图；
图3为本发明的控制***的结构框图。
其中，附图标记
1  动臂        2  动臂座
30 控制***
31  发动机                32  第一液压泵
33  第二液压泵            34  动臂油缸
35  主控制阀              36  操作手柄
37  控制器                38  第一液压泵压力检测装置
39  发动机转速检测装置    310 手柄检测装置
311 动臂位置检测装置
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述，以更进一步了解本发明的目的、方案及功效，但并非作为本发明所附权利要求保护范围的限制。
如图1本发明的动臂安装示意图及图2本发明的控制挖掘机动臂上升速度的方法的流程图所示并结合参阅图3本发明的控制***的结构框图，本发明的挖掘机与现有技术的挖掘机机构相同，其动臂1铰接在动臂座2上，动臂1在动臂油缸34作用下运动，其中动臂油缸34的动作由发动机31、第一液压泵32、操作手柄36结合主控制阀35控制，本发明的控制挖掘机动臂上升速度的方法包括如下步骤：
S10、在动臂1上设置一极限位置检测区的步骤，极限位置检测区设置于β角为3°～6°的区域内，β角为动臂实际位置与动臂上升极限位置之间的夹角。
S20、设置检测装置步骤，以方便对动臂位置S、第一液压泵压力P，发动机转速V及手柄操纵量Ps的信号采集，该步骤包括设置第一液压泵压力检测装置38步骤、设置发动机转速检测装置39步骤、设置手柄检测装置310步骤、以及设置动臂位置检测装置311步骤，其中第一液压泵压力检测装置38、发动机转速检测装置39、手柄检测装置310和动臂位置检测装置311都可以是传感器，动臂位置检测装置311最好是接近开关，在设置位置上，第一液压泵压力检测装置38、发动机转速检测装置39、手柄检测装置310没有严格要求，只要能检测到各自对应的装置的信号即可，但是，动臂位置检测装置311要求设置在动臂座2上，并对应极限位置检测区。
S30、信号采集步骤，并将采集到的各种信号输入至控制器37中。
S40、根据上述信号采集步骤采集来的动臂位置信号S，控制器37判定动臂是否上升至极限位置检测区，若不是，执行步骤S50，若是，执行步骤S60。
S50、根据上述信号采集步骤采集来的转速信号V和手柄操纵量信号Ps，控制器37计算并输出第一液压泵的泵功率控制值，该泵功率控制值PWA1＝f(V，PS)＝K1×V+K2×PS，同时返回执行步骤S40。
S60、根据上述信号采集步骤采集来的转速信号V和手柄操纵量信号PS，控制器37计算出第一液压泵的一基本泵功率值PWA1＝f(V，PS)＝K1×V+K2×PS；同时根据上述信号采集步骤采集来的压力信号P和手柄操纵量信号Ps，控制器37计算出第一液压泵的一修正泵功率值PWA2＝f(P，PS)＝K3×P+K4×PS，然后，控制器37根据所述基本泵功率值PWA1与所述修正泵功率值PWA2计算并输出第一液压泵的泵功率控制值PWA3，PWA3＝f(V，PS)-K×f(P，PS)＝K1×V+K2×PS-K×(K3×P+K4×PS)，其中，K∈(0，1)，最好标定为0.6，K1，K2，K3，K4∈(0，1)，上述的K1，K2，K3，K4在实际使用过程中，可以相等，也可以不等，作为本发明的最佳实施例，K1＝K2＝K3＝K4＝0.4。
上述方法中，在所述步骤S60后还具有一判断动臂是否上升至极限位置步骤S70，若是，执行结束步骤S80，若不是，返回执行步骤S60。
为了能实现上述方法，本发明提供的控制***如图3所示，控制***30包括发动机31、第一液压泵32、第二液压泵33、动臂油缸34、主控制阀35及操作手柄36，发动机31与第一液压泵32连接，主控制阀35安装在第一液压泵32与动臂油缸34之间，操作手柄36操纵第二液压泵33供给主控制阀35的阀芯的压力，控制***30还包括控制器37、第一液压泵压力检测装置38、发动机转速检测装置39、手柄检测装置310和动臂位置检测装置311，其中，第一液压泵压力检测装置38用于检测第一液压泵32的压力、并向控制器37供给一压力信号P，发动机转速检测装置39用于检测发动机31的转速并向控制器37供给一转速信号V，手柄检测装置310用于检测操作手柄36的操纵量、并向控制器37供给一手柄操纵量信号PS，动臂位置检测装置311用于检测动臂1的上升位置、并向控制器37供给一动臂位置信号S；
动臂1上设置一极限位置检测区，极限位置检测区设置于β角为3°～6°的区域内，β角为动臂实际位置与动臂上升极限位置之间的夹角。动臂位置检测装置311设置在动臂座2上，并对应极限位置检测区，其最好为一接近开关。
控制器37根据动臂位置信号S，判断动臂1是否上升至极限位置检测区，并根据压力信号P、转速信号V、手柄操纵量信号Ps，计算、输出一控制信号至第一液压泵32，以调节第一液压泵32的输出功率。
动臂位置信号S较佳地为一角度信号，当动臂位于水平位置(图中的x轴位置)时，S＝0度，当动臂处于竖直位置(图中的y轴位置)时，S＝90°，当S+β＝90°时，动臂1即上升至极限位置检测区。
操作者采用上述方法操作挖掘机上升时，在动臂上升至极限位置检测区时，控制***及时调整第一液压泵的输出功率，降低动臂油缸的伸缩速度，直至动作终端(即，动臂带动的工作装置)速度为零，以有效的实现缓冲功能，从而增加动臂油缸的使用寿命，提高整机的可靠性；挖掘机在复杂工况的工地施工时，还能够有效降低事故率，并提高施工作业效率；并且本发明的控制***结构简单，控制方法实现方便。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (12)

1、一种控制挖掘机动臂上升速度的方法，所述动臂铰接在一动臂座上、所述动臂在其动臂油缸作用下运动，所述动臂油缸的动作由一发动机、一第一液压泵、一操作手柄结合一主控制阀控制，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：
S10、在所述动臂上设置一极限位置检测区的步骤；
S20、设置检测装置步骤，以方便对动臂位置、第一液压泵压力，发动机转速及手柄操纵量的信号采集，所述设置检测装置步骤包括设置第一液压泵压力检测装置步骤、设置发动机转速检测装置步骤、设置手柄检测装置步骤、以及设置动臂位置检测装置步骤；
S30、信号采集步骤，并将采集到的各种信号输入至一控制器中；
S40、根据上述信号采集步骤采集来的动臂位置信号，控制器判定动臂是否上升至极限位置检测区，若不是，执行步骤S50，若是，执行步骤S60；
S50、根据上述信号采集步骤采集来的转速信号和手柄操纵量信号，控制器计算并输出第一液压泵的泵功率控制值，并返回执行步骤S40；
S60、根据上述信号采集步骤采集来的转速信号和手柄操纵量信号，控制器计算出第一液压泵的一基本泵功率值；同时根据上述信号采集步骤采集来的压力信号和手柄操纵量信号，控制器计算出第一液压泵的一修正泵功率值，然后，控制器根据所述基本泵功率值与所述修正泵功率值计算并输出第一液压泵的泵功率控制值。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S60后还具有一判断动臂是否上升至极限位置步骤S70，若是，执行步骤S80，若不是，返回执行步骤S60。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述极限位置检测区设置于β角为3°～6°的区域内，β角为动臂实际位置与动臂上升极限位置之间的夹角。
4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述设置动臂位置检测装置步骤中，需将动臂位置检测装置设置于所述动臂座上，并对应所述极限位置检测区。
5、一种实现权利要求1所述方法的控制***，所述动臂铰接在一动臂座上，所述控制***包括发动机、第一液压泵、第二液压泵、动臂油缸、主控制阀及操作手柄，所述发动机与所述第一液压泵连接，所述主控制阀安装在所述第一液压泵与所述动臂油缸之间，所述操作手柄操纵所述第二液压泵供给所述主控制阀的阀芯的压力，其特征在于，所述控制***还包括
一控制器；
第一液压泵压力检测装置，用于检测第一液压泵的压力、并向所述控制器供给一压力信号；
发动机转速检测装置，用于检测所述发动机的转速、并向所述控制器供给一转速信号；
手柄检测装置，用于检测所述操作手柄的操纵量、并向所述控制器供给一手柄操纵量信号；以及
动臂位置检测装置，用于检测所述动臂上升位置、并向所述控制器供给一动臂位置信号；
所述动臂上设置一极限位置检测区，所述控制器根据所述动臂位置信号，判断所述动臂是否上升至极限位置检测区，并根据所述压力信号、所述转速信号、所述手柄操纵量信号，计算、输出一控制信号至所述第一液压泵，以调节所述第一液压泵的输出功率。
6、根据权利要求5所述的控制***，其特征在于，所述动臂位置检测装置设置于所述动臂座上，并对应所述极限位置检测区。
7、根据权利要求5或6所述的控制***，其特征在于，所述极限位置检测区设置于β角为3°～6°的区域内，β角为动臂实际位置与动臂上升极限位置之间的夹角。
8、根据权利要求5或6所述的控制***，其特征在于，所述动臂位置检测装置为一接近开关。
9、一种挖掘机，包括动臂和控制所述动臂上升速度的控制***，所述动臂铰接在一动臂座上，所述控制***包括发动机、第一液压泵、第二液压泵、动臂油缸、主控制阀、操作手柄及控制器，所述发动机与所述第一液压泵连接，所述主控制阀安装在所述第一液压泵与所述动臂油缸之间，所述操作手柄操纵所述第二液压泵供给所述主控制阀的阀芯的压力，其特征在于，所述控制***还包括
第一液压泵压力检测装置，用于检测第一液压泵的压力、并向所述控制器供给一压力信号；
发动机转速检测装置，用于检测所述发动机的转速、并向所述控制器供给一转速信号；
手柄检测装置，用于检测所述操作手柄的操纵量、并向所述控制器供给一手柄操纵量信号；以及
动臂位置检测装置，用于检测所述动臂上升位置、并向所述控制器供给一动臂位置信号；
所述动臂上设置一极限位置检测区，所述控制器根据所述动臂位置信号，判断所述动臂是否上升至极限位置检测区，并根据所述压力信号、所述转速信号、所述手柄操纵量信号，计算、输出一控制信号至所述第一液压泵，以调节所述第一液压泵的输出功率。
10、根据权利要求9所述的挖掘机，其特征在于，所述动臂位置检测装置设置于所述动臂座上，并对应所述极限位置检测区。
11、根据权利要求10所述的挖掘机，其特征在于，所述极限位置检测区设置于β角为3°～6°的区域内，β角为动臂实际位置与动臂上升极限位置之间的夹角。
12、根据权利要求9或10所述的所述的挖掘机，其特征在于，所述动臂位置检测装置为一接近开关。
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