CN102140807A - 一种提高挖掘机挖掘操纵特性和平整作业特性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高挖掘机挖掘操纵特性和平整作业特性的方法，属于液压回路装置技术领域，在液压挖掘机控制动臂合流的控制回路中增加液控换向阀，在动臂合流控制回路和斗杆合流控制回路中增加电磁阀组，控制器发出控制信号进行电磁阀组断路模式和通路模式切换；控制器发出信号使电磁阀组断路，阀芯恢复中位，恢复动臂提升合流回路，切断斗杆外摆合流回路，实现标准挖掘模式；控制器发出信号使电磁阀组通路，电磁阀组切断动臂提升合流回路，增加斗杆外摆合流回路，实现平整作业模式；有益效果是在挖掘作业和平整作业中，可以使各个动作协调一致，同步到位，在提高挖掘机的使用效率和操纵舒适感的同时降低了生产和维护成本。

Description

一种提高挖掘机挖掘操纵特性和平整作业特性的方法
技术领域
本发明涉及一种挖掘机作业控制方法，具体涉及一种提高挖掘机挖掘操纵特性和平整作业特性的方法，属于液压回路装置技术领域。
背景技术
液压挖掘机目前广泛应用于工程施工建设如房屋地基开挖及回填、管道铺设以及农田水利施工等场合，其具备施工机动灵活、执行效率高的优点。液压挖掘机主要由工作装置、回转机构、行走机构、转台及液压控制装置等部分组成，动臂的提升与下降、斗杆的伸缩和铲斗的转动及回转装置的回转都由控制装置经液压回路控制多路阀组对液压泵供给的液压油进行分配而实现。在施工现场进行挖掘作业时，通常是长时间的挖掘作业与土地平整作业相结合。因此，在不影响工作效率的前提下，操纵人员对挖掘机的挖掘操纵性和平整作业特性都有很高的要求。
所谓挖掘操纵特性是指对挖掘机在进行挖掘作业时的稳定性、流畅性和机动响应能力的综合判定。其中挖掘动作的流畅性和机动响应能力是操纵人员最为关注的，挖掘机动臂油缸和斗杆油缸运动速度的合理配比，直接决定了挖掘机的挖掘操纵特性，并直接影响挖掘机的使用效率和操作人员的操作感受。油缸运动速度的最佳匹配主要通过挖掘机液压控制***的先导油控制液压阀的阀芯开闭和开度，打开阀芯对应的阀门，与主泵油路连通，通过连通油路及油路的流量大小实现油缸运动伸缩和速度的控制。
现有挖掘机的挖掘操纵过程中中，工作装置有较大的加速度，如果突然由高速停止运动或突然启动，往往会伴随较大的整机抖动和摇晃，影响挖掘机挖掘操纵的舒适性和流畅性，同时增加操作人员的疲劳感，影响作业效率。长时间在此类工况下工作的挖掘机，寿命将有所缩短。另外在液压泵在空载和高负荷之间的频繁切换，也增加了发动机负荷，燃油消耗和使用成本都将有所增加。
挖掘机平整作业特性是仅次于挖掘操纵特性的重要使用特性，主要用于以下几种工况：挖掘用于管道铺设的沟渠、平整地面、修坡等。现有技术中，挖掘机的平整作业特性能与挖掘机的设计参数有直接联系，一旦完成产品设计后，动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸运动速度就固定下来了。因而在平地时，动臂、斗杆和铲斗的运动速度就是一个固定不变的参数，现有的挖掘机在平地时所具有的问题有：动臂提升过快，斗杆往复运动速度不佳，铲斗速度与动臂斗杆复合运动的不协调、不同步等，从而直接影响了平整作业性能的好坏。
在平整作业时，动臂提升缓慢的主要原因是现有设计中通常为提高铲斗的挖掘速度而采用双泵合流的供油方式，双泵供油会同时向动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸供油。在挖掘机进行挖掘或者挖沟提升作业时，由于大量工作油通过铲斗油缸的合流而过早流失，工作油供给动臂油缸的量减少，形成运动速度引起不协调。事实上，直接在动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸的回路中增加相应的流量控制阀也能不同程度的调节执行元件的复合操纵效果，以缓解速度不匹配的问题。但是由于节流孔的尺寸的大小难以合理确定，所以采用该方法获得的效果不具有普遍意义，而且还增加了对管路设计和调整的复杂难度，占用了控制阀的有限控制管路。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种提高挖掘机挖掘操纵特性和平整作业特性的方法，通过对控制方法的改进，在兼顾作业效率的情况下提高挖掘操纵和平整作业时的舒适性。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种提高挖掘机挖掘操纵特性和平整作业特性的方法，在液压挖掘机控制动臂合流的控制回路中增加液控换向阀和在动臂合流控制回路和斗杆合流控制回路中增加电磁阀组，控制器发出控制信号进行电磁阀组断路模式和通路模式切换；控制器发出信号使电磁阀组断路，阀芯恢复中位，恢复动臂提升合流回路，切断斗杆外摆合流回路，实现标准挖掘模式；控制器发出信号使电磁阀组通路，电磁阀组切断动臂提升合流回路，增加斗杆外摆合流回路，实现平整作业模式。
在标准挖掘模式中，液控换向阀压力检测端检测斗杆挖掘的控制压力信号，斗杆挖掘的控制压力值小于液控换向阀换向压力时，液控换向阀不换向，先导控制油路控制动臂油缸和斗杆油缸工作油完全由双泵合流后提供，斗杆挖掘的控制压力值达到液控换向阀换向的压力时，液控换向阀换向，切断动臂合流的控制回路，动臂由单泵独立供油，同时保持斗杆挖掘的双泵合流回路。
在平整作业模式中，电磁阀组控制电信号端与控制器连接，控制器发出电磁阀组换向指令，电磁阀组接收到指令后换向，先导控制油路改变双泵合流的分配，动臂提升工作油的合流控制回路切断，改由单泵独立供给，斗杆挖掘仍保持双泵合流，斗杆外摆的工作油路增加为双泵合流。
液控换向阀的换向压力由阀内的压力调节弹簧进行调节。
工作原理：在现有技术的基础上，添加了一组压力可调的液控换向阀，通过改变液控换向阀的换向，实现相应控制相应回路的导通与断开，从而改变现有技术中一成不变的合流供油模式；通过合流模式的改变，实现主泵流量的合理分配，提高了斗杆挖掘时主泵流量的利用效率，借以提高发动机的功率利用率；通过对动臂合流的选择性通断，降低了动臂提升时的液压冲击，从而提高操纵人员操作时的舒适性。通过操纵人员的有意识选择，可以实现挖掘作业模式和平整作业模式的选择，通过对电磁阀组的控制，实现合流控制回路的改变，选择性地加大了斗杆在平整作业时所需要的快速往复运动功能，同时降低了动臂提升回路的液压流量，减小了液压冲击，调高了平整作业时的舒适性，在最低复杂程度下获得最佳的平地效果。
本发明的有益效果是：在挖掘作业和平整作业中，可以使各个动作协调一致，同步到位，在提高挖掘机的使用效率和操纵舒适感的同时降低了生产和维护成本，劳动作业效率也得到明显提高。
附图说明
图1是本发明的液压原理示意图
图2是标准挖掘模式下液控换向阀不换向时的液压油路走向示意图
图3是标准挖掘模式下液控换向阀换向时的液压油路走向示意图
图4是平整作业模式下斗杆挖掘时的液压油路走向示意图
图5是平整作业模式下斗杆外摆时的液压油路走向示意图
图中：1、双联液压泵，2、齿轮泵，3、液压油箱，4、电磁阀组，5、右控制手柄阀，6、左控制手柄阀，7、液控换向阀，8、多路阀组，9、斗杆油缸，10、动臂油缸。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
实施例一：如图1、图2和图3所示，在“标准挖掘模式”液控换向阀7不换向时，操作人员控制右控制手柄阀5，使动臂提升先导控制回路连通，液压油从液压油箱3经齿轮泵2进入右控制手柄阀5，经BOOM UP端一路供给电磁阀组4的控油进入端P1，此时电磁阀组4的P1油路与控油输出端A1处于连通状态，先导油经控油输出端A1流入液控换向阀7的控油输入端a1。由于此时液控换向阀7未达到换向所需的压力条件，液控换向阀7的控油输入端a1与控油输出端b1连通，先导油推动多路阀组8阀芯换向，双联液压泵1的P1工作油参与动臂提升合流。经BOOM UP端输入的另一路控制油与多路阀组8的控制端XAb1接通，阀芯换向后双联液压泵1的P2工作油与P1工作油合流以实现动臂提升(动臂油缸10伸出)。动臂油缸10有杆腔内的工作油经由多路阀组8回流后，经回油口R2返回液压油箱3，形成一个完整的动臂提升工作回路。
控制左控制手柄阀6，使斗杆挖掘先导控制回路连通，经由齿轮泵2进入左控制手柄阀6的控制油经ARM CROWD端与多路阀组8的先导控制端XAa2端接通，使得双联液压泵1的P2工作油剩余流量供给斗杆挖掘(斗杆油缸9伸出)；另一路从左控制手柄阀6的控制油经ARM CROWD端与多路阀组8的先导控制端XAa1端连接，推动多路阀组8中的阀芯换向，使双联液压泵1的P1工作油剩余流量参与斗杆挖掘；斗杆油缸9的有杆腔工作油一部分经多路阀组8中的“工作油再生回路”参与了P1工作油和P2工作油合流，一部分经由多路阀组8中的回油流道返回液压油箱3，形成了一个完整的斗杆挖掘工作回路。
当左控制手柄阀6的ARM CROWD端向液控换向阀7的压力检测端a2提供的压力达到一定值(即左控制手柄阀6的手柄摆角达到一定角度)后，液控换向阀7换向，先前图2由电磁阀组4控油输出端A1接入液控换向阀7的先导控制油路断开，多路阀组8的控制端XAb2经由液控换向阀7与液压油箱3连通，阀芯复位至中位状态，由双联液压泵1的P1工作油提供的动臂合流工作油路断开，改由P2工作油独立供给动臂提升。此时双联液压泵1的P1工作油独立供给斗杆挖掘，同时与P2工作油合流。此状态由于斗杆挖掘工作油回路的流量大于动臂提升回路的流量，斗杆挖掘速度较快，动臂提升较为平滑，工作装置液压冲击减小，操作舒适性提高。
当操作人员感觉挖掘状态结束，左控制手柄阀6的ARM CROWD端向液控换向阀7的压力检测端a2提供的压力低于换向压力时，液控换向阀7恢复中位状态，工作油路重新恢复至图2所示的“标准挖掘模式”，动臂提升合流恢复，动臂提升速度加快，提高了工作效率。
实施例二：如图1、图4和图5所示，进入“平整作业模式”时，电磁阀组4接到换向指令信号后，阀芯换向。
进行动臂提升和斗杆挖掘的复合动作操作时，控制右控制手柄阀5，使动臂提升先导控制回路连通，液压油从液压油箱3经齿轮泵2进入控制右控制手柄阀5，然后经BOOM UP端至多路阀组8的控制端XAb1，阀芯换向后双联液压泵1的P2工作油独立供油，实现动臂提升(动臂油缸10伸出)。动臂油缸10有杆腔内的工作油经由多路阀组8回流后，经R2端返回液压油箱3，形成一个完整的动臂提升工作回路。
控制左控制手柄阀6，使斗杆挖掘先导控制回路连通，经由齿轮泵2进入左控制手柄阀6的控制油经ARM CROWD端与多路阀组8的先导控制端XAa2端接通，使得双联液压泵1的P2工作油剩余流量供给斗杆内收(斗杆油缸9伸出)；另一路从左控制手柄阀6的控制油经ARM CROWD端与多路阀组8的先导控制端XAa1端连接，推动多路阀组8中的阀芯换向，使双联液压泵1的P1全部工作油参与斗杆内收；斗杆油缸9的有杆腔工作油一部分经多路阀组8中的“工作油再生回路”参与了P1工作油和P2工作油合流，一部分经由多路阀组8中的回油流道返回液压油箱3，形成了一个完整的斗杆挖掘工作回路。
进行动臂提升和斗杆外摆的复合动作操作时，控制右控制手柄阀5，使动臂提升先导控制回路连通，液压油从液压油箱3经齿轮泵2进入右控制手柄阀5，然后经BOOM UP端至多路阀组8的控制端XAb1，阀芯换向后双联液压泵1的P2工作油独立供油，实现动臂提升(动臂油缸10伸出)。动臂油缸10有杆腔内的工作油经由多路阀组8回流后，经回油口R2返回液压油箱3，形成一个完整的动臂提升工作回路。
控制左控制手柄阀6，使斗杆外摆先导控制回路连通，经由齿轮泵2进入左控制手柄阀6的控制油经ARM DUMP端一路与多路阀组8的先导控制端XBa1端接通，控制阀芯换向，使双联液压泵的P1工作油全部供给斗杆外摆(即斗杆油缸9活塞杆收回)回路；左控制手柄阀6的控制油经ARM DUMP端的另一路，再经由电磁阀组4的控油输入端P2然后与多路阀组8的先导控制端XBa2连通，多路阀组8阀芯换向，使双联液压泵1的P2工作油剩余流量与P1工作油合流后供给斗杆外摆(斗杆油缸9收回)；斗杆油缸9的无杆腔工作油经由多路阀组8的回油口R2返回液压油箱3，形成一个完整回路。由于斗杆外摆实现了双泵合流，流量加大，斗杆外摆速度要明显优于单泵供给时的效果，能够适应平地时所需要的斗杆快速往复摆动的要求，提高了斗杆在平地时的作业效率。由于动臂提升合流被切断，改由单泵供油后，动臂流量冲击较小，作业平缓，操作人员舒适性也大大提高。

Claims (4)

1.一种提高挖掘机挖掘操纵特性和平整作业特性的方法，其特征在于在液压挖掘机控制动臂合流的控制回路中增加液控换向阀(7)，在动臂合流控制回路和斗杆合流控制回路中增加电磁阀组(4)，控制器发出控制信号进行电磁阀组(4)断路模式和通路模式切换；控制器发出信号使电磁阀组(4)断路，阀芯恢复中位，恢复动臂提升合流回路，切断斗杆外摆合流回路，实现标准挖掘模式；控制器发出信号使电磁阀组(4)通路，电磁阀组(4)切断动臂提升合流回路，增加斗杆外摆合流回路，实现平整作业模式。
2.根据权利要求1所述的一种提高挖掘机挖掘操纵特性和平整作业特性的方法，其特征在于在所述的标准挖掘模式中，液控换向阀(7)压力检测端检测斗杆挖掘的控制压力信号，斗杆挖掘的控制压力值小于液控换向阀(7)换向压力时，液控换向阀(7)不换向，先导控制油路控制动臂油缸(10)和斗杆油缸(9)工作油完全由双泵合流后提供，斗杆挖掘的控制压力值达到液控换向阀(7)换向的压力时，液控换向阀(7)换向，切断动臂合流的控制回路，动臂由单泵独立供油，同时保持斗杆挖掘的双泵合流回路。
3.根据权利要求1所述的一种提高挖掘机挖掘操纵特性和平整作业特性的方法，其特征在于在所述的平整作业模式中，电磁阀组(4)控制电信号端与控制器连接，控制器发出电磁阀组(4)换向指令，电磁阀组(4)接收到指令后换向，先导控制油路改变双泵合流的分配，动臂提升工作油的合流控制回路切断，改由单泵独立供给，斗杆挖掘仍保持双泵合流，斗杆外摆的工作油路增加为双泵合流。
4.根据权利要求2所述的一种提高挖掘机挖掘操纵特性和平整作业特性的方法，其特征在于所述的液控换向阀(7)的换向压力由阀内的压力调节弹簧进行调节。
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