CN102864808A - 挖掘机智能控制液压***及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了挖掘机智能控制液压***，它包括电比例泵（1）、电控先导元件（2）、油源阀（3）、控制器（4）及电比例控制多路阀（5），电控先导元件（2）、电比例控制多路阀（5）和电比例泵（1）均与控制器（4）连接，电比例泵（1）经导油管与电比例控制多路阀（5）连接，电比例泵（1）还通过导油管连接油源阀（3），油源阀（3）通过导油管连接电比例控制多路阀（5）的先导比例减压阀；还公布了该***的控制方法。本发明的有益效果是：反应灵敏迅速，能实现压力、流量的精确控制，动作协调流畅，挖掘机能够完成各种精细化的动作，该***节能效果好，且可实现挖掘机的远程遥控及傻瓜化甚至无人化操作。

Description

挖掘机智能控制液压***及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种挖掘机智能控制液压***及其控制方法。

背景技术

目前挖掘机使用的控制***主要有负荷传感控制、负流量控制、正流量控制几种控制***。

负流量控制：主泵输出流量除了供给各个用户外，多余的流量经过一个固定阻尼孔，由此在阻尼孔两端产生的压差反馈给泵控制器，泵控制器根据该压差大小来调节泵的排量。复合动作时，各执行元件相互影响；载荷变化时，执行元件动作亦受影响。需驾驶员再行调节。动作冲击大，常常会给驾驶员一个错觉，误认为整机有劲、作业效率高。对机手要求高，复合动作时需要机手不断调节操作手柄。另外该种控制***始终有多余流量（控制用，负流量）约30～50 l/min 通过开心***。特别当***处于较高工作压力时，这部分流量造成的损失就相当大，造成极大地能量损失。

正流量控制：逻辑阀筛选出执行元件中最大的先导控制压力，并将其反馈给泵的变量控制机构，实现泵排量调节——正常情况下先导压力决定泵的排量，一旦功率超出事先设定的功率，功率限制器起作用。与负流量相同，复合动作时，各执行元件相互影响；载荷变化时，执行元件动作亦受影响。需驾驶员再行调节。同样，该***动作冲击大，常常会给驾驶员一个错觉，误认为整机有劲、作业效率高。对机手要求高，复合动作时需要机手不断调节操作手柄。执行元件中的最大先导压力决定了泵的最大排量，即使实际流量需求较小（即不能准确反映***实际流量需求）。

负荷传感控制：该控制方式原理为选出最高的执行元件的工作压力，并将其反馈到泵控制器 ，调节泵的排量，使主阀口两端压差保持的设定值。各执行动作与载荷无关。换句话说，驾驶员不需要频繁调节手柄以适应执行元件载荷变化。如果执行元件需求流量超出泵能提供的最大流量，流入各执行元件的流量按主阀开口量大小进行分配。可以很方便地实现流量优先功能。普遍认为是一个操控性能优良的***，能自动适应载荷变化，勿需机手频繁调整。比起负流量控制/正流量控制，更容易完成精细作业，并且重载时作业效率高。在怠速模式下， 负荷传感主阀的闭心结构使主泵排量基本为零，压力基本维持在20～30bar左右，更节能。负荷传感控制中负载压力的变化通过负荷传感阀回路将压力信号传给泵，而这个压力控制回路受许多因素影响，控制难度较大，而且负荷传感回路同时通向控制阀的压力补偿器和泵的压力控制器，可能引起后两者的干涉。增加液压振荡的倾向。另外，只有在操纵杆生成先导压力命令，阀芯移动和负载信号被发送到泵控制回路后，变量泵才能产生响应，反应滞后。

对比现有控制***：1）由于负流量控制及负荷传感控制的信号采集点在主挖掘阀的出口处，只有主控制阀有动作时此压力信号才会发生变化，从而使泵的排量发生变化，这就使得液压泵的控制永远滞后于主控制阀的控制，而在正流量控制中，由于泵的控制信号采集于二次先导压力，此压力信号同时发送液压泵和主控制阀，这就是使的两者的动作可以同步进行。所以与负流量相比正流量操作敏感性好。2）在负流量控制的液压***中，负压信号的压力大约是5MPa到6MPa，此压力只用于产生负压信号；而正流量控制的液压***中，由于没有此装置，它的回油压力仅仅是背压（一般在0.5MPa左右），这就减少了一个不必要的功率损失，从而使的正流量的挖掘机在完成同样工作量的情况下一定比负流量控制的挖掘机省油。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种反应灵敏迅速、能实现压力、流量精确控制、节能效果好的挖掘机智能控制液压***及其控制方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：挖掘机智能控制液压***，它包括电比例泵、电控先导元件、油源阀、控制器及电比例控制多路阀，所述的电控先导元件的信号输出端与控制器连接，控制器与电比例控制多路阀的各联的信号输入端连接，控制器还与电比例泵的信号输入端连接，电比例控制多路阀的最高压力信号输出端与控制器连接，电比例泵经导油管与电比例控制多路阀连接，电比例泵还通过导油管连接油源阀，油源阀通过导油管连接电比例控制多路阀的先导比例减压阀。

所述的电控先导元件包括手柄和脚踏板，且手柄和脚踏板上分别安装有将手柄或脚踏板的旋转角度转变为电控信号的传感器。

挖掘机智能控制液压***的控制方法，它包括以下步骤：

A、电控先导元件将操控部件的变量转换为电信号输送至控制器；

B、电控先导元件输出的电信号经控制器运算后，由控制器将对应的电控制信号分别输送至电比例控制多路阀的对应联，控制电比例控制多路阀各联到各执行元件的流量；同时，控制器还将运算后的电控制信号输送至电比例泵，控制电比例泵的流量等于通过电比例控制多路阀各联到各执行元件的流量之和；

C、油源阀将泵输出的液压油经减压后控制为某恒定的压力，控制电比例控制多路阀的先导比例减压阀；

D、电比例控制多路阀的最高压力信号输出端将执行元件的最高压力转换为反馈电信号输送至控制器，反馈电信号经控制器运算后，由控制器将对应的电控制信号输送至电比例泵，控制电比例泵的卸荷压力。

所述的卸荷压力比执行元件的最高压力高2MPa。

本发明具有以下优点：本发明在充分分析现有控制方式的优缺点的基础上，发明一种全电控控制方式，将现有控制***中的压力流量通过液压油的控制及反馈的方式全部改变为电信号控制及反馈，使控制速度及精度大大提高。

充分发挥了正流量控制和负荷传感控制的优势，将两种控制方式的控制理念结合起来，发明一种电控正流量—负荷传感控制方式。

电比例泵的流量控制为电比例流量控制，在泵转速足够的情况下，泵的流量与控制电流大小成比例，即使由于负载变化引起发动机转速变化也不会导致流量发生变化，这一点与负荷敏感控制达到相同的效果。

利用正流量控制的控制理念，电控先导元件输出的电信号通过控制器运算后输出的电信号直接控制泵的流量，反映迅速敏捷，操作敏感性好。解决了负荷传感控制中控制难度大的问题，避免了液压振荡的倾向。另外，解决了负荷传感控制中只有在操纵杆生成先导压力命令，阀芯移动和负载信号被发送到泵控制回路后，变量泵才能产生响应，反应滞后的问题。

利用负荷传感控制的控制理念，在电比例控制多路阀中设有补偿阀，保证多路阀各联主阀口两端压差值完全相同，保证各联阀的流量按需要的比例输出，流入各执行元件的流量按主阀开口量大小进行分配，各执行动作与载荷无关，驾驶员不需要频繁调节手柄以适应执行元件载荷变化。如果执行元件需求流量超出泵能提供的最大流量，流入各执行元件的流量按主阀开口量大小进行分配。解决了复合动作时，各执行元件相互影响；载荷变化时，执行元件动作受影响的问题。

在怠速模式下，主阀处于中位，执行元件最高压力信号为零，控制器经运算后输出相应的电流控制泵的卸荷压力，该压力为20bar。主阀的闭心结构使主泵排量基本为0，压力基本维持在20bar左右，节能效果更佳。

并且采用该挖掘机智能控制液压***可实现挖掘机远程遥控操作。另外基于该***的精确控制性能、比例控制性能及全电控的特点，通过计算机编程可由计算机直接控制挖掘机实现各种特定动作，这样利用该***就可实现挖掘机的傻瓜化甚至无人化操作。

综上所述，本发明具有***反应灵敏迅速，能实现压力、流量的精确控制，动作协调流畅，挖掘机能够完成各种精细化的动作的优点，该***节能效果好，比负流量***节能10～15%，比一般负荷传感***节能5～10%；且可实现挖掘机的远程遥控及傻瓜化甚至无人化操作。

附图说明

图1 为本发明的结构示意图

图中，1-电比例泵，2-电控先导元件，3-油源阀，4-控制器，5-电比例控制多路阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：

如图1所示，挖掘机智能控制液压***，它包括电比例泵1、电控先导元件2、油源阀3、控制器4及电比例控制多路阀5，所述的电控先导元件2的信号输出端与控制器4连接，控制器4与电比例控制多路阀5的各联的信号输入端连接，控制器4还与电比例泵1的信号输入端连接，电比例控制多路阀5的最高压力信号输出端与控制器4连接，电比例泵1经导油管与电比例控制多路阀5连接，电比例泵1还通过导油管连接油源阀3，油源阀3通过导油管连接电比例控制多路阀5的先导比例减压阀。

电比例泵1的泵上设有控制阀，通过该泵上的控制阀，改变控制电流的大小能分别成比例控制泵的流量、压力。

所述的电控先导元件2包括手柄和脚踏板，且手柄和脚踏板上分别安装有将手柄或脚踏板的旋转角度转变为电控信号的传感器，通过改变电控先导元件2如手柄、脚踏板的角度可输出不同大小的电控制信号。输出的电信号通过控制器4，经运算后输出相应的电流控制电比例控制多路阀5对应联，电比例控制多路阀5各联阀芯开口大小与相对应的电流成比例，这样通过电比例控制多路阀5各联到各执行元件的流量也与相对应的电流成比例。同时控制器4还会运算后输出相应的电流控制电比例泵1，控制电比例泵1的流量等于通过电比例控制多路阀5各联到各执行元件的流量之和。

油源阀3将泵输出的液压油经减压后控制为某恒定的压力，控制电比例控制多路阀5的先导比例减压阀。

执行元件的最高压力反馈信号到控制器4，控制器4经运算后输出相应的电流控制泵的卸荷压力，该压力比执行元件最高压力高2MPa怠速时待机压力。

挖掘机智能控制液压***的控制方法，它包括以下步骤：

A、电控先导元件2将操控部件的变量转换为电信号输送至控制器4；

B、电控先导元件2输出的电信号经控制器4运算后，由控制器4将对应的电控制信号分别输送至电比例控制多路阀5的对应联，控制电比例控制多路阀5各联到各执行元件的流量；同时，控制器4还将运算后的电控制信号输送至电比例泵1，控制电比例泵1的流量等于通过电比例控制多路阀5各联到各执行元件的流量之和；

C、油源阀3将泵输出的液压油经减压后控制为某恒定的压力，控制电比例控制多路阀5的先导比例减压阀；

D、电比例控制多路阀5的最高压力信号输出端将执行元件的最高压力转换为反馈电信号输送至控制器4，反馈电信号经控制器4运算后，由控制器4将对应的电控制信号输送至电比例泵1，控制电比例泵1的卸荷压力，卸荷压力比执行元件的最高压力高2MPa。 

Claims (4)

1.挖掘机智能控制液压***，其特征在于：它包括电比例泵（1）、电控先导元件（2）、油源阀（3）、控制器（4）及电比例控制多路阀（5），所述的电控先导元件（2）的信号输出端与控制器（4）连接，控制器（4）与电比例控制多路阀（5）的各联的信号输入端连接，控制器（4）还与电比例泵（1）的信号输入端连接，电比例控制多路阀（5）的最高压力信号输出端与控制器（4）连接，电比例泵（1）经导油管与电比例控制多路阀（5）连接，电比例泵（1）还通过导油管连接油源阀（3），油源阀（3）通过导油管连接电比例控制多路阀（5）的先导比例减压阀。

2.根据权利要求1所述的挖掘机智能控制液压***，其特征在于：所述的电控先导元件（2）包括手柄和脚踏板，且手柄和脚踏板上分别安装有将手柄或脚踏板的旋转角度转变为电控信号的传感器。

3.如权利要求1所述的挖掘机智能控制液压***的控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：

A、电控先导元件（2）将操控部件的变量转换为电信号输送至控制器（4）；

B、电控先导元件（2）输出的电信号经控制器（4）运算后，由控制器（4）将对应的电控制信号分别输送至电比例控制多路阀（5）的对应联，控制电比例控制多路阀（5）各联到各执行元件的流量；同时，控制器（4）还将运算后的电控制信号输送至电比例泵（1），控制电比例泵（1）的流量等于通过电比例控制多路阀（5）各联到各执行元件的流量之和；

C、油源阀（3）将泵输出的液压油经减压后控制为某恒定的压力，控制电比例控制多路阀（5）的先导比例减压阀；

D、电比例控制多路阀（5）的最高压力信号输出端将执行元件的最高压力转换为反馈电信号输送至控制器（4），反馈电信号经控制器（4）运算后，由控制器（4）将对应的电控制信号输送至电比例泵（1），控制电比例泵（1）的卸荷压力。

4.根据权利要求3所述的挖掘机智能控制液压***的控制方法，其特征在于：所述的卸荷压力比执行元件的最高压力高2MPa。

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