CN103306329B - 一种基于挖掘机的液压剪微控控制***及方法及挖掘机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于挖掘机的液压剪微控控制***及方法及挖掘机，***包括滑移按键、控制器、比例阀、合流阀和传感器；比例阀设置于后泵上，合流阀设置于铲斗上；滑移按键与控制器连接，控制器分别与比例阀和合流阀连接；比例阀和合流阀根据由滑移按键发送的调节信号调节开度；传感器经控制器与合流阀连接，传感器用于感测液压剪的主压大小，并将感测到的信号经控制器的处理传输到合流阀上，合流阀根据接收到的信号调节开度。本发明的有益效果是：提高了液压剪回转定位的精确度，进而提升了液压剪的工作效率；实现了对液压剪的保护，有利于提高了液压剪的使用寿命，通过对液压剪的微调实现了实际速度与设定速度更加接近。

Description

一种基于挖掘机的液压剪微控控制***及方法及挖掘机

技术领域

本发明涉及一种挖掘机的控制***及方法，尤其涉及一种基于挖掘机的液压剪微控控制***及方法及挖掘机。

背景技术

目前，液压挖掘机的工作装置主要是铲斗，随着经济的发展以及工况的要求，多种型号的工作装置如：液压剪、破碎锤、快换等工作装置，对辅助工作装置的要求越来越高，定位准确、工作效率高等，对于传统的液压剪回转控制***及方法为：通过手柄按键控制泵的比例电磁阀来控制整机的流量，同时，通过电磁阀二次压力控制液压剪回转动作，其中由于手柄按键信号仅仅为一个高或低的电平，因此输出信号也是一个固定值，进而使得液压剪的转速无法改变，造成在回转过程中会造成液压剪难以精确定位，同时，在液压剪工作流量过大时，液压油的排量是一定的，进而造成主泵憋压，影响挖机正常工作。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种基于挖掘机的液压剪微控控制***及方法及挖掘机，以解决液压剪难以定位且易造成主泵憋压的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于挖掘机的液压剪微控控制***，应用于挖掘机上液压剪的回转控制，挖掘机还包括有液压***、后泵和铲斗，其中，液压***的液压油进入液压剪的压力为一次压力，从液压剪流出的液压油的压力为二次压力；基于挖掘机的液压剪微控控制***包括滑移按键、控制器、比例阀、合流阀和传感器；

比例阀设置于后泵上，合流阀设置于铲斗上；

滑移按键与控制器连接，控制器分别与比例阀和合流阀连接，滑移按键经控制器的处理向比例阀和合流阀发送调节信号；比例阀和合流阀根据接收到的调节信号调节开度，用于调节液压剪的一次压力

传感器经控制器与合流阀连接，传感器用于感测液压剪的主压大小，并将感测到的信号经控制器的处理传输到合流阀上，合流阀根据接收到的信号调节开度，用于调节液压剪的二次压力。

上述基于挖掘机的液压剪微控控制***，其中，比例阀和合流阀均为电磁阀，滑移按键经控制器向电磁阀发送电压值信号调节电磁阀的开度，调节液压剪的一次压力和二次压力，同时确定电磁阀上的电流值大小。

上述基于挖掘机的液压剪微控控制***，其中，控制器包括失速控制装置；失速控制装置分别与后泵和比例阀连接；失速控制装置实时接收比例阀上的电流值。

上述基于挖掘机的液压剪微控控制***，其中，控制器包括主压控制装置；主压控制装置分别与传感器和合流阀连接；主压控制装置实时接收合流阀上的电流值。

上述基于挖掘机的液压剪微控控制***，其中，控制器均通过输出相应的PWM（PulseWidthModulation，脉冲宽度调制）信号改变比例阀和/合流阀的开度。

上述基于挖掘机的液压剪微控控制***，其中，失速控制装置和主压控制装置均为PID（Proportion-Integration-Differentiation.比例-积分-微分）控制器。

一种基于挖掘机的液压剪微控控制方法，应用于如上述基于挖掘机的液压剪微控控制***，该方法的具体内容至少包括：

（1）根据滑移按键所发出的电压值及所对应的电磁阀上电流的大小之间的关系，确定滑移按键的发出电压值与比例阀和合流阀上的电流值关系，对滑移按键的信号进行设定；根据滑移按键的发出电压值与比例阀和合流阀上的电流值关系，调试滑移按键的电压对应电磁阀的电流的关系，并同时满足液压剪的速度范围为从0到液压剪最大工作速度，及液压剪左回转的电磁阀的电流和液压剪右回转的电磁阀的电流的关系；

（2）根据液压剪的主压值及液压剪在该主压值时流经合流阀的流量，确定液压剪的主压与合流阀的电流值之间的关系曲线，再根据液压剪的强度要求，进一步确定液压剪在强度极限时确定主压与合流阀的最大允许电流的关系，进而确定主压—最大允许电流曲线。

上述基于挖掘机的液压剪微控控制方法，其中，滑移按键的信号设定为0～5V，其中，中位为2.5V。

上述基于挖掘机的液压剪微控控制方法，其中，根据电压—电流曲线在滑移按键上确定比例阀上的设定电流值大小；根据电压—电流曲线确定允许通过比例阀的最大流量及该流量所对应的电流值，并将该电流值设定于失速控制装置作为失速限制电流；将比例阀上的失速限制电流值和设定电流值之间的差值作为失速给定值。

上述基于挖掘机的液压剪微控控制方法，其中，根据失速给定值判断比例阀上的实际电流值与设定电流值之间是否出现偏差；当比例阀上的实际电流值与设定电流值之间出现偏差时，失速控制装置对比例阀进行调节，消除实际电流值与设定电流值之间的偏差，进而保证液压剪的一次压力。

上述基于挖掘机的液压剪微控控制方法，其中，根据液压剪的主压值及液压剪在该主压值时流经合流阀的流量，确定液压剪的主压与合流阀的电流值之间的关系曲线，再根据液压剪的强度要求，进一步确定液压剪在强度极限时确定主压与合流阀的最大允许电流的关系，进而确定主压—最大允许电流曲线；结合主压—最大允许电流曲线和通过滑移按键所设定的电流值，确定合流阀上的最大允许电流值和设定电流值，并将合流阀上的最大允许电流值和设定电流值之间的差值作为主压给定值。

上述基于挖掘机的液压剪微控控制方法，其中，根据给定值判断合流阀上的实际电流值与设定电流值之间是否出现偏差；当合流阀上的实际电流值与设定电流值之间出现偏差时，主压控制装置对合流阀进行调节，消除实际电流值与设定电流值之间的偏差，进而保证液压剪的二次压力。

另外的，一种挖掘机，其中，包括如上述基于挖掘机的液压剪微控控制***。

上述技术方案的有益效果是：

1、通过控制滑移按键使液压剪的速度随滑移按键的开度变化而变化，大大提高了液压剪回转定位的精确度，进而提升了液压剪的工作效率；

2、通过主压参与液压剪的流量调节，有效防止液压剪的主压超过额定值，进而对液压剪进行保护，有利于提高了液压剪的使用寿命。

3、通过控制器控制液压剪的流量进行微调，进而控制液压剪的速度进行微调，使得液压剪的实际速度更加接近于液压剪的设定速度。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明基于挖掘机的液压剪微控控制***及方法实施例的原理示意框图。

图2为本发明基于挖掘机的液压剪微控控制***及方法实施例的流程示意框图。

图3为本发明基于挖掘机的液压剪微控控制***及方法实施例的电压—电流关系示意图。

图4为本发明基于挖掘机的液压剪微控控制***及方法实施例的主压—电流关系示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明的基本思想在于：设计一种基于挖掘机的液压剪微控控制***及方法，在挖掘机上设置滑移按键、控制器、比例阀、合流阀和传感器，以起到解决液压剪难以定位且易造成主泵憋压的问题的作用。

下面结合附图，对本发明的各优选实施例作进一步说明：

参照图1和图2，一种基于挖掘机的液压剪微控控制***及方法，应用于挖掘机上液压剪的回转控制，挖掘机还包括有后泵和铲斗；基于挖掘机的液压剪微控控制***包括滑移按键、控制器、比例阀、合流阀和传感器；比例阀设置于后泵上，合流阀设置于铲斗上；滑移按键与控制器连接，控制器分别与比例阀和合流阀连接，滑移按键经控制器的处理向比例阀和合流阀发送调节信号；比例阀和合流阀根据接收到的调节信号调节开度，用于调节液压剪的一次压力和液压剪的二次压力；传感器经控制器与合流阀连接，传感器用于感测液压剪的主压大小，并将感测到的信号经控制器的处理传输到合流阀上，合流阀根据接收到的信号调节开度，用于调节液压剪的二次压力。

上述技术方案的工作原理是：后泵用于向液压剪提供流量及压力，后泵向液压剪提供的流体经比例阀流入液压剪，后经合流阀排出流体；其中，比例阀设置于后泵上，合流阀设置于铲斗上，滑移按键经控制器分别与比例阀和合流阀连接，并向比例阀和合流阀传送经控制器处理后的调节信号，用于控制比例阀和合流阀的开度，进而调节液压剪的一次压力和二次压力；传感器还与合流阀连接，通过感测到的主压信号经控制器对合流阀进行微调；当后泵出现失速状态时，设置于后泵上的比例阀还用于对后泵在失速状态下所输出的失速流量进行调节。

参照图3，在上述技术方案的基础上，进一步的，比例阀和合流阀均为电磁阀，滑移按键经控制器向电磁阀发送电压值信号调节电磁阀的开度，调节液压剪的一次压力和二次压力，同时确定电磁阀上的电流值大小；根据滑移按键所发出的电压值及所对应的电磁阀上电流的大小之间的关系，确定滑移按键的发出电压值与比例阀和合流阀上的电流值关系；对滑移按键的电压与电磁阀的电流的电压—电流关系设定方法为：将滑移按键的信号设定为0～5V，其中，中位为2.5V；根据滑移按键的发出电压值与比例阀和合流阀上的电流值关系，调试滑移按键的电压对应电磁阀的电流的关系，并同时满足液压剪的速度范围为从0到液压剪最大工作速度，及液压剪左回转的电磁阀的电流和液压剪右回转的电磁阀的电流的关系。

具体的，上述对滑移按键的电压与电磁阀的电流的电压—电流关系设定方法为：对滑移按键的电压与电磁阀的电流的电压—电流关系设定方法为：将滑移按键的信号设定为0～5V，其中，中位为2.5V；根据滑移按键的发出电压值与比例阀和合流阀上的电流值关系，调试滑移按键的电压对应电磁阀的电流的关系，设定在0～2.5V变化过程中，使得所述滑移按键的电压和所述电磁阀的电流呈反比关系，并设定此时为所述液压剪左回转的所述电磁阀的电流；设定在2.5～5V变化过程中，使得所述滑移按键的电压与所述电磁阀的电流呈正比关系，并设定此时为液压剪右回转的所述电磁阀的电流。

进一步的，根据并根据上述的滑移按键的电压与电磁阀的电流的电压—电流关系设定方法制定出电压—电流关系曲线图。

在上述技术方案的基础上，进一步的，控制器包括失速控制装置；失速控制装置分别与后泵和比例阀连接；根据电压—电流曲线在滑移按键上确定比例阀上的设定电流值大小；根据电压—电流曲线确定允许通过比例阀的最大流量及该流量所对应的电流值，并将该电流值设定于失速控制装置作为失速限制电流；将比例阀上的失速限制电流值和设定电流值之间的差值作为失速给定值；失速控制装置实时接收比例阀上的电流值，并根据失速给定值判断比例阀上的实际电流值与设定电流值之间是否出现偏差；当比例阀上的实际电流值与设定电流值之间出现偏差时，失速控制装置对比例阀进行调节，消除实际电流值与设定电流值之间的偏差，进而保证液压剪的一次压力。

参照图4，在上述技术方案的基础上，进一步的，控制器包括主压控制装置；主压控制装置分别与传感器和合流阀连接；根据液压剪的主压值及液压剪在该主压值时流经合流阀的流量，确定液压剪的主压与合流阀的电流值之间的关系曲线，再根据液压剪的强度要求，进一步确定液压剪在强度极限时确定主压与合流阀的最大允许电流的关系，进而确定主压—最大允许电流曲线；其中，设定在主压小于150KG时，最大允许电流值为零，进而使得液压剪的主压在小于150KG时，合流阀无需打开；当主压超过150KG时，合流阀打开并将过多的流量排出，避免造成后泵憋压的情况。

进一步的，结合主压—最大允许电流曲线和通过滑移按键所设定的电流值，确定合流阀上的最大允许电流值和设定电流值，并将合流阀上的最大允许电流值和设定电流值之间的差值作为主压给定值；主压控制装置实时接收合流阀上的电流值，并根据给定值判断合流阀上的实际电流值与设定电流值之间是否出现偏差；当合流阀上的实际电流值与设定电流值之间出现偏差时，主压控制装置对合流阀进行调节，消除实际电流值与设定电流值之间的偏差，进而保证液压剪的二次压力。

在上述技术方案的基础上，进一步的，上述技术方案中所提到的控制器，均通过输出相应的PWM信号改变比例阀和/合流阀的开度；其中，PWM信号是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，能够控制电路输出频率不变的情况下，通过电压反馈调整其占空比，稳定输出电压。

在上述技术方案的基础上，进一步的，在上述技术方案中所提到的失速控制装置和主压控制装置均为PID控制器；其中，PID控制器是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件，通过把收集到的数据和一个参考值进行比较，然后根据收集数据和参考数据的差别用于计算新的输入值，目的在于让***的数据达到或者保持在参考值，进而使***更加准确，更加稳定。

从上述各实施例可以看出，本发明的优势在于：

1、通过控制滑移按键使液压剪的速度随滑移按键的开度变化而变化，大大提高了液压剪回转定位的精确度，进而提升了液压剪的工作效率；

2、通过主压参与液压剪的流量调节，有效防止液压剪的主压超过额定值，进而对液压剪进行保护，有利于提高了液压剪的使用寿命。

3、通过控制器控制液压剪的流量进行微调，进而控制液压剪的速度进行微调，使得液压剪的实际速度更加接近于液压剪的设定速度。

本发明实施例还提供了一种挖掘机，该挖掘机设有上述任一种基于挖掘机的液压剪微控控制***及方法，由于上述任一种基于挖掘机的液压剪微控控制***及方法具有上述技术效果，因此，设有该基于挖掘机的液压剪微控控制***及方法的挖掘机也应具备相应的技术效果，其具体实施过程与上述实施例类似，兹不赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种基于挖掘机的液压剪微控控制***，应用于挖掘机上液压剪的回转控制，所述挖掘机还包括有液压***、后泵和铲斗，其中，所述液压***的液压油进入所述液压剪的压力为一次压力，从所述液压剪流出的液压油的压力为二次压力；其特征在于，所述基于挖掘机的液压剪微控控制***包括滑移按键、控制器、比例阀、合流阀和传感器；

所述比例阀设置于所述后泵上，所述合流阀设置于所述铲斗上；

所述滑移按键与所述控制器连接，所述控制器分别与所述比例阀和所述合流阀连接，所述滑移按键经所述控制器的处理向所述比例阀和所述合流阀发送调节信号；所述比例阀和所述合流阀根据接收到的调节信号调节开度，用于调节所述液压剪的一次压力；

所述传感器经所述控制器与所述合流阀连接，所述传感器用于感测所述液压剪的主压大小，并将感测到的信号经所述控制器的处理传输到所述合流阀上，所述合流阀根据接收到的信号调节开度，用于调节所述液压剪的二次压力。

2.如权利要求1所述基于挖掘机的液压剪微控控制***，其特征在于，所述比例阀和所述合流阀均为电磁阀，所述滑移按键经所述控制器向所述电磁阀发送电压值信号调节所述电磁阀的开度，调节所述液压剪的一次压力和二次压力，同时确定所述电磁阀上的电流值大小。

3.如权利要求2所述基于挖掘机的液压剪微控控制***，其特征在于，所述控制器包括失速控制装置；所述失速控制装置分别与所述后泵和所述比例阀连接；所述失速控制装置实时接收所述比例阀上的电流值。

4.如权利要求2所述基于挖掘机的液压剪微控控制***，其特征在于，所述控制器包括所述主压控制装置；所述主压控制装置分别与所述传感器和所述合流阀连接；所述主压控制装置实时接收所述合流阀上的电流值。

5.如权利要求1至4中任意一项所述基于挖掘机的液压剪微控控制***，其特征在于，所述控制器均通过输出相应的PWM信号改变所述比例阀和/所述合流阀的开度。

6.如权利要求3所述基于挖掘机的液压剪微控控制***，其特征在于，所述失速控制装置和所述主压控制装置均为PID控制器。

7.一种基于挖掘机的液压剪微控控制方法，应用于如上述权利要求2所述的基于挖掘机的液压剪微控控制***，其特征在于，

该方法的具体内容至少包括：

(1)根据所述滑移按键所发出的电压值及所对应的所述电磁阀上电流的大小之间的关系，确定所述滑移按键的发出电压值与所述比例阀和所述合流阀上的电流值关系，对所述滑移按键的信号进行设定；根据所述滑移按键的发出电压值与所述比例阀和所述合流阀上的电流值关系，调试所述滑移按键的电压对应所述电磁阀的电流的关系，并同时满足所述液压剪的速度范围为从0到所述液压剪最大工作速度，及所述液压剪左回转的所述电磁阀的电流和所述液压剪右回转的所述电磁阀的电流的关系；

(2)根据所述液压剪的主压值及所述液压剪在该主压值时流经所述合流阀的流量，确定所述液压剪的主压与所述合流阀的电流值之间的关系曲线，再根据所述液压剪的强度要求，进一步确定所述液压剪在强度极限时确定主压与所述合流阀的最大允许电流的关系，进而确定主压—最大允许电流曲线。

8.如权利要求7所述基于挖掘机的液压剪微控控制方法，其特征在于，所述滑移按键的信号设定为0～5V，其中，中位为2.5V。

9.如权利要求3或6所述基于挖掘机的液压剪微控控制***，其特征在于，根据电压—电流曲线在所述滑移按键上确定所述比例阀上的设定电流值大小；根据所述电压—电流曲线确定允许通过所述比例阀的最大流量及该流量所对应的电流值，并将该电流值设定于所述失速控制装置作为失速限制电流；将所述比例阀上的失速限制电流值和设定电流值之间的差值作为失速给定值。

10.如权利要求9所述基于挖掘机的液压剪微控控制***，其特征在于，根据所述失速给定值判断所述比例阀上的实际电流值与设定电流值之间是否出现偏差；当所述比例阀上的实际电流值与设定电流值之间出现偏差时，所述失速控制装置对所述比例阀进行调节，消除所述实际电流值与所述设定电流值之间的偏差，进而保证所述液压剪的一次压力。

11.如权利要求7所述基于挖掘机的液压剪微控控制方法，其特征在于，根据所述液压剪的主压值及所述液压剪在该主压值时流经所述合流阀的流量，确定所述液压剪的主压与所述合流阀的电流值之间的关系曲线，再根据所述液压剪的强度要求，进一步确定所述液压剪在强度极限时确定主压与所述合流阀的最大允许电流的关系，进而确定主压—最大允许电流曲线；结合所述主压—最大允许电流曲线和通过所述滑移按键所设定的电流值，确定所述合流阀上的最大允许电流值和设定电流值，并将所述合流阀上的最大允许电流值和设定电流值之间的差值作为主压给定值。

12.如权利要求11所述基于挖掘机的液压剪微控控制方法，其特征在于，根据所述给定值判断所述合流阀上的实际电流值与设定电流值之间是否出现偏差；当所述合流阀上的实际电流值与设定电流值之间出现偏差时，所述主压控制装置对所述合流阀进行调节，消除所述实际电流值与所述设定电流值之间的偏差，进而保证所述液压剪的二次压力。

13.一种挖掘机，其特征在于，包括如上述权利要求1至6中任一项所述的基于挖掘机的液压剪微控控制***。