CN1076422C - 两段臂架式油压挖掘机的防干扰装置 - Google Patents
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Abstract
当臂前端超过边界线(K2)进入减速区(R1)后操作电磁比例减压阀(I3)减小控制压力,通过使第一臂架液压缸(1A)减速而减小臂前端速度;而在臂前端越过边界线(K1)进入复原区(R2)后,根据复原区的进入量由控制增益块(200)计算复原增益,由块(204-209)的各自功能计算对应于此时的臂前端速度的反馈增益,由此增益,对应于复原区进入量和此时的臂前端速度使第二臂架(2)自动倾卸,让臂前端位置移回减速区,由此使工作前部能沿跟前方向连续平滑运动从而改进操作性。
Description
技术领域
本发明涉及两段臂架式油压挖掘机的防干扰装置,尤其涉及到这样的两段臂架式油压挖掘机的防干扰装置,它当其工作前部的预定部位接近车辆主体时能约束工作前部的运动。
背景技术
油压挖掘机的工作前部由可上下运动的臂架与臂等前部部件构成,在臂的前端上安装着挖斗等操作工具。工作前部的悬臂能以一定角度弯曲,通常由一根臂架构成,但也有分成第一臂架与第二臂架的两段臂架式的,这时就称作为两段臂架式油压挖掘机。
在两段臂架式油压挖掘机中,当操作者用操纵杆操作第一臂架、第二臂架与臂等各个前部部件时,由于能任意改变第一臂架与第二臂架的角度,就需考虑所转动的角度会导致挖斗干扰车辆主体特别是干扰操作室(驾驶室)。为此,日本特开平2-308018公报中提出了用于防止这种干扰的防干扰装置。
特开平2-308018公报提出,在第一、第二臂架与臂的各铰接件的铰接部设置用来检测各铰接件相对角度的电位计,根据电位计的输出算出臂的前端位置,当算出的前端位置进入预定的危险区时,起动报警装置输出信号。在臂的前端位置进入预定的危险区时,则根据防干扰控制器输出的信号,将设于各前部部件的致动器与操纵阀之间的转换阀转换到停止位置,使工作中的前部部件自动停动。
发明的公开
在上述特开平2-308018公报中所述的先有技术中,当臂的前端进入危险区时,能进行约束使各前部部件停动。但当这样地使前部部件停动时,当进行操作室附近的作业时,对于在跟前方向(操作室方向)移动工作前部的挖掘/倒土作业等作业则不能连续平滑地进行,而会严重损害可操作性。
本发明的目的在于提供能连续和平滑地进行把工作前部移动到跟前方向的作业,而提高操作性能的两段臂架式油压挖掘机的防干扰装置。
(1)为了实现上述目的,本发明的两段臂架式油压挖掘机的防干扰装置,设置在两段臂架式油压挖掘机上,而该油压挖掘机包括:车辆主体;设于此车辆主体上由能在上下方向转动的第一、第二臂架与臂等多个前部部件组成的工作前部;驱动第一臂架的第一臂架液压缸、驱动第二臂架的第二臂架液压缸以及驱动臂的臂液压缸;根据第一臂架的操作装置的操作信号,控制向第一臂架液压缸供给的压力油流量的第一臂架用流量控制阀;根据第二臂架的操作装置的操作信号,控制向第二臂架供给的压力油流量的第二臂架用流量控制阀;以及根据臂的操作装置的操作信号,控制向臂液压缸供给的压力油流量的臂用流量控制阀;此防干扰装置当所述工作前部的预定部位接近车辆主体时能约束此工作前部的运动;其特征在于设有:检测上述工作前部的姿势的姿势检测装置;和输入上述姿势检测装置的检测信号,当上述工作前部的预定部位接近车辆主体时,为使上述第二臂架朝倾卸方向运动而对第二臂架用流量控制阀输出指令信号的控制装置。
在上述结构下的本发明,由于当工作前部的预定部位接近车辆主体时,第二臂架将朝倾卸方向运动,就能不使工作前部停动来防止车辆主体与操作室的干扰,而得以连续与平滑地在跟前方向(驾驶室方向)移动工作前部。
此外,在实际作业中可不用臂而将使用频率少的第二臂架朝倾卸方向移动来进行上述控制,由此可以进行操作者的失调感少的防干扰控制。
(2)在上述(1)之中最好是,上述控制装置当通过所述第一臂架的操作装置使第一臂架沿上抬方向运动时,控制第一臂架继续上抬同时使第二臂架朝倾卸方向运动。
这样,当工作前部的预定部位接近车辆主体时,通过第一臂架的上抬和第二臂架的倾卸两种运动的合成,工作前部的预定部位就能绕过车辆主体(操作室)运动,而能连续平滑地在避开工作前部与车辆主体干扰的同时,使工作前部沿跟前方向(操作室方向)移动工作。
(3)在上述(2)之中最好是,使上述控制装置输入前述第一臂架的操作装置的第一臂架上抬方向的操作信号,随着上述工作前部的预定部位接近车辆主体,为使第一臂架的上抬运动减速,然后继续进行已减速的第一臂架的上抬运动而修正上述第一臂架的上抬方向的操作信号。
这样,由于当工作前部的预定部位到达车辆主体附近时第一臂架的上抬运动减速,即使受油压泵的最大容量所限,也能有充分流量的压力油供给第二臂架液压缸令第二臂架快速地倾卸(运动),而能可靠地防止工作前部与车辆主体干扰。
此外,由于第一臂架上抬运动减速,就能抑制工作前部的预定部位相对于车辆主体的接近量,通过第二臂架的倾卸(运动)而能可靠地防止工作前部与车辆主体干扰。
(4)在上述(2)之中最好是,使上述控制装置输入所述第二臂架的操作装置的第二臂架收缩方向的操作信号以及臂的操作装置的臂收缩方向的操作信号,在不使第一臂架朝上抬方向运动时,为使上述工作前部的预定部位随着接近车辆主体而减速,然后使其停动而修正所述第二臂架的收缩方向的操作信号与臂的收缩方向的操作信号。
这样,在不使第一臂架沿上抬方向操作而令第二臂架和/或臂沿收缩方向操作时,只是工作前部的预定部位在接近车辆主体时减速停动,而工作前部不会由于第二臂架倾卸(运动)而朝脱离车辆主体的方向移动。
在不使第一臂架上抬而使第二臂架和/或臂朝收缩方向操作的作业中,操作者多数情形下愿意进行使工作前部朝跟前方向(操作室方向)移动的作业,这样在因第二臂架倾卸(运动)而工作前部朝脱离车体的方向移动时,对操作者来说就会成为意外的运动,当在倾卸方向存在墙壁等物体时,就会碰撞工作前部。如上所述,由于能使工作前部减速停动,就不会发生操作者作意外的运动而能确保良好的操作性。
(5)在上述(2)之中最好是,使上述控制装置输入前述臂的操作装置的臂收缩方向的操作信号,而在第一臂架朝上抬方向运动时,为使工作前部的预定部位随着接近车辆主体而使臂收缩动作减速,然后使减速的臂收缩运动继续而修正所述臂在收缩方向的操作信号。
这样,当通过第一臂架的上抬和臂的收缩操作使工作前部的预定部位接近车辆主体时,臂的收缩在减速后以某种程度的速度继续运动,能在基于第二臂架倾卸(运动)的复原控制中,避开臂收缩中停动与减速的反复,而能进行平滑的回避干扰的控制。
(6)在上述(1)或(2)之中最好是,使上述控制装置计算对应于上述工作前部的预定部位移动速度的第二臂架的倾卸方向的目标速度,而进行让第二臂架依此目标速度运动的前述控制。
这样,在进行使第二臂架倾卸(运动)的控制时,可以求得适合于工作前部预定部位移动速度的第二臂架的倾卸速度,而能进行平滑的防干扰控制。
(7)在上述(6)之中最好是,使上述控制装置计算出随着所述工作前部预定部位移动速度的增大而增大的上述第二臂架在倾卸方向的目标速度。
(8)在上述(1)或(2)之中最好是,使上述控制装置计算出随着前述工作前部预定部位接近车辆主体而变大的第二臂架倾卸方向的目标速度,进行控制使第二臂架依此目标速度运动。
这样,工作前部的预定部位越接近车辆主体时第二臂架的倾卸(运动)速度也越大,而能可靠地防止工作前部与车辆主体的干扰。
(9)在上述(1)或(2)之中最好是,前述姿势检测装置具有能计算从所述工作前部的预定部位到车辆主体周围预设区域的距离的装置,而前述控制装置则进行如下的控制:当上面算出的距离小于预设的第一控制起始距离时,即修正各操作装置的操作信号使随着上述距离的变小而减速,同时,当前述算出的距离成为比预设的上述第一控制起始距离小的第二控制起始距离时,则对各操作装置的操作信号进行修正,使得至少是除前述第一臂架的上抬动作外使各个前部部件停动;进而,当前述算出的距离小于所述第二控制起始距离时,则使第二臂架朝倾卸方向运动。
这样,工作前部的预定部位在接近车辆主体时,首先在第一控制起始距离之下时使各前部部件减速,且至少是除了第一臂架的上抬运动外使各个前部部件停动,然后在第二控制起始距离以下时,使第二臂架朝倾卸方向运动,由于进行了这样的控制,即使限于油压泵的最大容量也能有流量充分的压力油供给第二臂架液压缸,使第二臂架快速地倾卸(运动),而得以可靠地防止工作前部与车辆主体的干扰。
此外,由于在控制第二臂架朝倾卸方向运动之前已使各前部部件减速,故能抑制工作前部的预定部位的超过第二控制起始距离的进入量,得以可靠地防止工作前部与车辆主体的干扰。
(10)在上述(9)之中最好是,前述控制装置当所述算出的距离成为比预设的所述第一控制起始距离小的第二控制起始距离后,即修正各操作装置的操作信号,使得除上述第一臂架的上抬运动与所述臂的收缩运动外,令各个前部部件停动。
这样,当由于第一臂架的上抬和臂的收缩操作致工作前部的预定部位接近车辆主体而到了第二控制起始距离以下时,臂的收缩以某种程度的速度继续进行,在处于因第二臂架的倾卸(运动)的复原控制时就能避免臂收缩的停止与减速的反复,而可平滑地进行避免干扰的控制。
(11)在上述(9)之中最好是,使前述控制装置输入各操作装置的操作信号,随着操作装置操作量的增大,为使减速的程度变小而修正各操作装置的操作信号。
这样,就与各操作装置的操作量无关地,总是自第一控制起始距离起开始减速控制,平滑的减速控制就成为可能。
(12)在上述(1)或(2)之中最好是,使前述控制装置在所述工作前部的预定部位接近车辆主体时,对第二臂架用流量控制阀与臂用流量控制阀输出指令信号,以使第二臂架与臂两者朝倾卸方向运动。
由此能以良好的响应迅速地进行防干扰控制。
(13)此外,在上述(1)或(2)之中也可使所述控制装置在前述工作前部的预定部位接近车辆主体时,对臂用流量控制阀输出指令信号,不是使前述第二臂架而是使臂朝倾卸方向运动。
图1示明本发明第一实施形式的两段臂架式油压挖掘机的防干扰装置。
图2是说明本发明第一实施形式的防干扰控制方法的流程图。
图3示明工作前部的寸尺、角度与坐标系。
图4是示明控制器的控制算法的功能框图。
图5说明计算从臂的前端位置到复原区边界线的距离偏差ΔZ的方法。
图6是示明减速控制细节的功能框图。
图7以放大图示明控制增益块中偏差ΔZ与减速增益的设定关系。
图8示明偏差ΔZ与减速增益的设定关系随控制压力的变化。
图9是示明复原控制的细节的功能框图。
图10以放大图示明控制增益块中偏差ΔZ和复原增益的设定关系以及反馈增益块中第二臂架液压缸的目标速度与反馈增益的设定关系。
图11说明求臂前端目标速度时的思路。
图12示明本发明本发明第二实施形式的两段式油压挖掘机的防干扰装置。
图13是示明复原控制细节的功能框图。
图14示明本发明的第三实施形式的两段臂架式油压挖掘机的防干扰装置。
图15是示明控制器的控制算法的功能框图。
图16示明本发明的第四实施形式的两段臂架式油压挖掘机的防干扰装置。
图17是示明减速控制细节的功能框图。
图18是示明复原控制细节的功能框图。
实施发明的最佳形式
下面根据附图来说明本发明的几个实施形式。
首先由图1~11说明本发明的第一实施形式。
图1中,本发明的两段臂架式油压挖掘机40具有车辆主体41与多铰接件式的工作前部42,车辆主体41包括下部行驶体41A、可旋转地设于下部行驶体41A上的上部旋转体41B以及设于此上部旋转体41B上的操作室41C,工作前部42包括安装在上部旋转体41B的前部中能沿上下方向运动的第一臂架1、安装在此第一臂架1上能在上下方向转动的第二臂架、安装在此第二臂架上能在上下方向转动的臂3以及安装于臂3上能在上下方向转动的工作件如挖斗4。
第一臂架1由第一臂架液压缸1A驱动,第二臂架2由第二臂架液压缸2A驱动,臂3由臂液压缸3A驱动,挖斗4由挖斗液压缸4A驱动。
图1中的下部示明油压挖掘机40的油压驱动回路。此油压驱动回路包括:上述第一臂架液压缸1A、第二臂架液压缸2A、臂液压缸3A;具有容量可变机构29A与30A的油压泵29、30;控制从油压泵29供给第一臂架液压缸1A与第二臂架液压缸2A的压力油流量的第一臂架用流量控制阀10与第二臂架液压缸用流量控制阀11;控制从油压泵30供给臂液压缸3A的压力油流量的臂用流量控制阀12;对于第一臂架流量控制阀输出控制压力操作认号的控制阀19、20;对于第二臂架流量控制阀11输出控制压力操作信号的控制阀23、24。控制阀19、20根据同一操纵杆的操作方向被有选择地操作,把对应于操纵杆操作量的控制压力作为指令信号输出。控制阀21、22与控制阀23、24也分别根据相同操纵杆的操作方向被有选择地操作,把对应于操纵杆操作量的控制压力作为指令信号输出。流量控制阀10、11、12由来自控制阀的控制压力所控制,成为与各操纵杆的操作量(控制压力)相应的开口面积,控制压力油的流量与供给方向。
图1中,作为油压驱动回路只示明了与第一臂架液压缸1A、第二臂架液压缸2A以及臂液压缸3A有关的部分,略去了涉及到挖斗液压缸4A与旋转和行驶用的致动器的部分。
本发明的防干扰装置设于上述的两段臂架式油压挖掘机中。此防干扰装置包括:设于上部旋转体41B与第一臂架1两者的连接部中用来检测这两者相对角度的第一臂架角度传感器;设于第一臂架1与第二臂架2两者的连接部中用来检测这两者相对角度的第二臂架角度传感器6;设于第二臂架2与臂3两者的连接部中用来检测这两者相对角度的臂角度传感器7;用来分别检测从控制阀19、20输出的控制压力的压力传感器25、26;检测从控制阀21输出的控制压力的压力传感器27;检测从控制阀23输出的控制压力的压力传感器28;使从控制阀19、20输出的控制压力分别减压的比例电磁减压阀13、14;使从控制阀21输出的控制压力减压的比例电磁减压阀16;使来自控制油压源32的控制压力减压的比例电磁减压阀17;使来自控制阀23的控制压力减压的比例电磁减压阀18;对控制阀22输出的控制压力与比例电磁减压阀17输出控制压力选择其中高的一方而给予流量控制阀11的梭阀33;以及由输入/输出装置50a、CPU50b与存储器50c组成的控制器50。
控制器50输入角度传感器5、6、7与压力传感器25、26、27、28的信号,根据这些角度信号与压力信号,朝电磁比例减压阀13、14、16、17、18输出用于控制工作前部42的控制信号。
31为油箱。
下面说明本实施形式的防干扰控制方法。
在本实施形式中,如图1所示设定减速区R1与复原区R2,在减速区R1中进行减速控制。在复原区R2内进行复原控制。
图中K1是减速区R1与复原区R2的边界域,K2是减速区R1与不进行控制的区域的边界,是减速开始线。边界线K2相对于边界线K1按预定距离r0分隔开设定。
图2为概示防干扰控制方法的流程图。
首先根据角度传感器6、7的信号计算臂前端位置(步骤11)。这里将臂前端位置作为以图3所示的第一吊杠1的底端为原点的XY坐标系的值计算。计算公式为下式(1):
X=L1cosθ1+L2cos(θ1+θ2)+L3cos(θ1+θ2+θ3)
Y=L1sinθ1+L2sin(θ1+θ2)+L3sin(θ1+θ2+θ3) ……(1)式中,L1:第一臂架1的长度,L2:第二臂架2的长度,L3:臂3的长度;θ1:第一臂架角度传感器5的角度,θ2:第二臂架角度传感器6的角度,θ3:臂角度传感器7的角度。
下面判断是否进行了第一臂架的上抬操作(步骤12)。在“是”的情形,判断臂前端位置是否超过边界线K2进入减速区R1(步骤13)。在“否”的情形也去判断臂前端位置是否超过边界线K2进入减速区R1(步骤17)。当臂前端未超过边界线K2未进入减速区R1时,则不进行任何控制返回起点(步骤19)。
在未进行第一臂架上抬操作而臂前端位置超过边界线K2进入减速区R1时,为使臂前端停止于边界线K1,操作电磁比例减压阀13、14、16、18减小控制压力,进行使第一臂架1、第二臂架2、臂3的各液压缸1A、2A、3A减速的各致动器的减速,停动的减速控制(步骤12、17、18)。此减速控制的细节见后述。
当进行第一臂架的上抬操作且臂前端位置超过边界线K2进入减速区R1时,操作电磁比例减压阀13、14、16、18来减小控制压力,使第一臂架1、第二臂架2、臂3的各液压缸1A、2A、3A减速,由此进行减速控制,在减速区R1内使臂前端位置减速到预先确定的速度(步骤12、13、14)。
然后判断臂前端位置是否超过边界线K2进入复原区R2(步骤15)。当臂前端超过边界线K1未进入复原区R2时,返回起点(步骤19)。
当臂前端越过边界线K1进入复原区R2时,操作电磁比例减压阀17产生控制压力,进行使第二臂架2自动倾卸的控制,同时进行使臂前端位置从边界线K1移向减速区R1的复原控制。通过这项操作使得工作前部42的预定部位例如挖斗4能避免对操作室41的干扰。有关复原控制的细节以后详述。
以上的处理是由控制器50进行的。控制器50的控制算法根据图4~11来说明。
首先由图4说明控制器50整体的控制算法。
图4中,块B9输入角度传感器5、6与7的信号,根据角度θ1、θ2与θ3计算臂前端位置。然后,由块B10根据臂前端位置(X,Y)算出从臂前端位置到边界线K1的最短距离的偏差ΔZ。计算细节示明于图5。在图5中,
。当臂前端在减速区R1内或在不进行控制的区域内时,取偏差ΔZ为正,而在复原区R2内时取偏差ΔZ为负。
然后把块B10算出的偏差ΔZ输入B11、B12、B13。
在块B11,进而输入压力传感器25、26、27、28的信号,根据控制压力Pfbu、Pfbd、Psbc、Pac与偏差ΔZ,由减速控制的控制算法算出电磁比例阀13、14、16、18的指令电压。
在块B12,根据块B9算出的臂前端位置(X,Y)与偏差ΔZ,由复原控制的控制算法算出电磁比例阀17的指令电压。
在块B12,偏差ΔZ为正时输出信号0,为负时输出信号1。而在块14,输入压力传感器25的信号,当第一臂架上抬的控制压力Pfbu输入时,输出信号1,而在未输入这一控制压力时,输出信号0。
在块B15,进行块B13、B14的输出信号的MIN选择,在块B16,将这一选择的信号与来自复原控制的块B12的电磁比例阀17的指令电压相乘,只当块B13、B14的输出信号两者都是信号1时,才进行块B12的复原控制。
块B11的减速控制的细节由图6中的功能框图表明。
首先说明第一臂架上抬用电磁比例减压阀13的控制。在控制增益块101,由偏差ΔZ算出减速增益kfbu;在第一臂架上抬计量特性块100,由第一臂架上抬控制压力Pfbu算出液压缸的目标速度Mfbu;在块117,将减速增益Kfbu与液压缸的目标速度Mfbu相乘。根据这一值由计量图表102算出目标控制压力Pfbun,用电压图表103换算为第一臂架上抬用电磁比例减压阀13的输出电压,将其输出。
控制增益块101中的偏差ΔZ与减速增益Kfbu的设定关系放大示明于图7(a)中。偏差ΔZ与减速增益Kfbu的关系设定为:偏差ΔZ比减速开始距离r0大时,减速增益Kfbu为1;当偏差ΔZ在减速开始距离r0以下,减速增益Kfbu随偏差ΔZ减小而变小,当偏差ΔZ变为0时,减速增益Kfbu成为比0大的值,而当偏差ΔZ为负值时,减速增益Kfbu便保持偏差ΔZ为0时的值。这样,复原区R2内的减速增益Kfbu变得比0大,能在复原区R2内使第一臂架1移动。
第一臂架上抬计量特性块100中的第一臂架上抬控制压力Pfbu与液压缸的目标速度Mfbu的设定关系,可根据流量控制阀10的第一臂架上抬方向的开口面积特性确定,块117中液压缸的目标速度Mfbu乘以减速增益Kfbu,如图8(a)所示,被补正为减速增益Kfbu使得随第一臂架上抬的控制压力Pfbu的升高而增大,而能进行对应于第一臂架上抬的运动速度的减速控制。
这就是说,与第一臂架上抬的控制压力Pfbu的高低无关,当偏差ΔZ到达减速开始距离r0以下时,依随图7(a)的特性开始减速控制,能成为经常平滑的减速控制。
计量图表102的特性为与块100的第一臂架上抬计量特性相反的特性。
至于第一臂架下倾用电磁比例减压阀14、第二臂架收缩用电磁比例减压阀16,通过控制增益块105、第一臂架下倾计量特性块104、乘法块118、计量图表106、电压图表107,以及控制增益块109、第二臂架收缩计量特性块108、乘法块119、计量图表110、电压图表111,也可与第一臂架上抬用电磁比例减压阀16作同样的控制。
这里,控制增益块105、109中,如图7(b)中放大所示,当偏差ΔZ到0以下时,为使减速增益Kfbd、Ksbc为0而设定了偏差ΔZ与减速增益的关系,由此,第一臂架的下倾与第二臂架的收缩便停止于边界线K1上。
此外,例如块118中液压缸的目标速度Mfbd乘以减速增益Kfbd,如图8(b)所示,被补正为减速增益Kfbd*使得随第一臂架下倾控制压力Pfbd升高而增大,与图(a)中的情形相同,能进行对应于第一臂架下倾的运动速度的减速控制。
下面说明臂收缩用电磁比例减压阀18的控制。于控制增益块113由偏差ΔZ算出减速增益Kac,于第一臂架上抬控制压力增益块116中由第一臂架上抬控制压力Pfbu算出增益Kfbu。此外,在臂收缩计量特性块112中由臂收缩控制压力Pac算出液压缸目标速度Mac。
控制增益块113的设定与控制增益块105的基本相同。
第一臂架上抬控制压力增益块116中第一臂架上抬控制压力Pfbu与增益Kfbu的设定关系放大示明于图7(c)中。第一臂架上抬控制压力Pfbu最高时,增益Kfbu为0,随着控制压力Pfbu降低,增益Kfbu增大,当控制压力Pfbu降到0附近时,为使增益Kfbu为1而设定了控制压力Pfbu与增益Kfbu的关系。
由块112、113、116求得的三个增益,于块120~123中,按下式所示作相乘处理,求得修正的减速增益Kac。
Kac*=(1-Kfbu+Kac×Kfbu)×Mac ……(2)
由此,就使修正的减速增益Kac*成为这样,如图8(c)所示,随着第一臂架上抬控制压力Pfbu的变高,修正减速增益Kac*增大,抑制了减速量,在臂前端越过边界线K1的时刻,能以对应于第一臂架上抬速度的某种程度的臂收缩速度进入。此外,与第一臂架上抬等情形相同,补正得随着臂收缩控制压力Pac的升高使减速增益Kac*增大,而能进行对应于臂3的移动速度的减速控制。
然后根据修正的减速增益Kac*由计量图表114算出目标控制压力Pacn,用电压图表115换算成臂收缩用电磁比例减压阀18的输出电压,加以输出。
图9中以功能框图示明了块B12的复原控制细节。
于控制增益块200中由偏差ΔZ算出复原增益Ksbdd。另用图4的块B9中算出的臂前端位置的坐标值(X,Y)于块204中求出第一臂架1、第二臂架2、臂3的各个前部部件角速度(θ’1、θ’2、θ’3),这里的“’”表示微商。再用此前部部件角速度(θ’1,θ’2,θ’3)于块205中求出臂前端速度(X’,Y’),由此臂前端速度(X’,Y’)于块206中求出臂前端目标速度(X’n,Y’n)。然后用此臂前端目标速度(X’n,Y’n),于块207求出第二臂架目标角速度θ’2n,用此第二臂架目标角速度θ’2n于块208中求出第二臂架液压缸的目标速度S2n,再于反馈增益块209中由第二臂架液压缸目标速度S2n求得反馈增益Ksbf。
把以上求得的复原增益Ksbdd与反馈增益Ksbf于加法部203中相加,据此增益Ksbd由计量图表201算出目标控制压力Psbdn,用电压图表202换算成第二臂架倾卸用电磁比例减压阀17的输出电压,经块B16的乘法部(参考图4)输出。
图10(a)中放大地示明了增益块200中的偏差ΔZ与复原增益Ksbdd的设定关系例子。将偏差ΔZ与复原增益Ksbdd的关系设定成:当偏差ΔZ为正时,复原增益Ksbdd为零;当偏差ΔZ为负时(臂前端进入复原区R2时),随着ΔZ变小,复原增益Ksdd变大;而当偏差ΔZ到达某个负值之下时,复原增益Ksbdd成为1。
在块205中,臂前端速度由下式算出。 其中 (以上各式中的“·”为微商记号,与前面的“’”同)。
在块206中,当臂前端从图11的阴影部A的减速区R1进入R2时,有
X’n=-X’,Y’n=Y’ ……(4)当臂前端从图11的阴影部B的减速区R1进入R2时,有
X’n=X’, Y’n=-Y’ ……(5)据此可以求出臂前端的目标速度(X’n,Y’n)。
在块207中,当由块206求得的臂前端目标速度为(4)式时,可据 ……(6)求出第二臂架目标角速度θ’2n,而当由块206求得的臂前端目标速度为(5)式时,则由 ……(7)求出第二臂架目标角速度θ’2n。
反馈增益块209的第二臂架液压缸目标速度S2n与反馈增益Ksbf的设定关系例,放大示明于图10(b)中。第二臂架液压缸目标速度S2n与反馈增益Ksbf的关系设定成,当第二臂架目标速度S2n最大时,增益KSbf例如为1,而随着第二臂架液压缸目标速度S2n变小,增益Ksbf变小。
计量图表201的特性与根据流量控制阀11在第二臂架倾卸方向的开口面积所决定的第二臂架控制压力Psbd和液压缸的目标速度Msbd的特性相反。但是,横轴的液压缸的目标速度Msbd换算为增益。
根据以上所述,当臂前端进入复原区R2时,由控制增益块200计算与其进入量相对应的复原增益Ksbdd,同时由反馈增益块209计算与此时的臂前端速度相对应的反馈增益;以对应于复原区R2的进入量和臂前端速度相对应的速度,使第二臂架2倾卸,使其移动以使臂前端移回减速区R1内。
下面说明取上述结构的本实施形式的工作。作为工作例子,说明(a)第一臂架未上抬的情形,(b)第一臂架上抬而臂不收缩的情形,(c)第一臂架上抬且臂也收缩的情形。
(a)第一臂架未上抬的情形
在未操作第一臂架流量控制阀10的上抬方向的压力控制阀19、而操作此外的控制阀例如第二臂架用流量控制阀11的收缩方向的控制阀21或是臂用流量控制阀12的收缩方向的控制阀23的情形,通过图6中各功能块108、109、119、110、111或功能块112、113、123、114、115的功能,当臂前端位置超过边界线K2进入减速区R1时,为使臂前端能停止在边界线K1之上,操作电磁比例减压阀16或18减小控制压力,使第二臂架2或臂3的液压缸2A或3A减速、停动。
这时,块105或113的减速增益,如图8(b)所说明的,补正得随着控制压力的升高而增大,因而与控制压力的高低无关,一旦臂前端位置超过边界线K2就开始减速控制,常能进行平滑的减速控制。
操作第一臂架用流量控制阀10沿下降方向的控制阀20的情形与上述的相同。
另外,这时在图4所示的块B14中,由于第一臂架上抬的控制压力Pfbu不进入,块B14输出信号0,故臂前端由于工作前部的惯性即使会多少进入复原区R2中,也不会进行块12的复原控制。
在此,于不使第一臂架上抬而使第二臂架和/或臂沿收缩方向操作时,操作者多数倾向限于使工作前部沿跟前方向(操作室方向)运动,此时,由于第二臂架倾卸,当工作前部沿脱离车辆主体的方向移动时,对操作者来说就会成为意外的运动,而当倾卸方向中存在墙壁等物体时,工作前部就有可能碰撞这类物体。但如以上所述,由于能使工作前部减速停动,就可不发生操作者的意外操作而确保良好的操作性能。
(b)第一臂架上抬而臂不收缩的情形
在操作第一臂架流量控制阀10上抬方向的控制阀19而不操作臂用流量控制阀12收缩方向的控制阀23时,由于图6中各块100、101、117、102与103的功能,在臂前端位置超过边界线K2进入减速区R1时,当操作电磁比例减压阀13使控制压力减小,令第一臂架液压缸1A减速,就能进行减速控制使第一臂架的上抬减至由块101的减速增益所确定的速度,同时减慢臂前端速度。
另一方面,这时在图4所示的块14中,第一臂架上抬的控制压力Pfbu进入,块B14输出信号1。因此,当臂前端位置越过边界线K1进入复原区R2时,块13的输出也为信号1,而能进行使臂前端位置从边界线K1移向减速区R1的块12的复原控制。
具体地说,在图9的控制增益块200中根据复原区R2的进入量计算复原增益,通过块204、205、206。207、208、209的各自功能,对应于此时的臂前端速度计算反馈增益,通过这些增益,根据复原区R2的进入量和这时的臂前端速度,使第二臂架2自动地倾卸,令臂前端位置返移向减速区R1内。
这样,当臂前端位置超过边界线K2而进入复原区R1时,可进行使第一臂架的上抬降到预定速度的减速操作,同时当臂前端位置越过边界线K1进入复原区R2时,由于减速的第一臂架上抬与复原控制中第二臂架倾卸的组合结果,臂前端能绕避车辆主体特别是操作室活动,就能使作业前部不停动地连续而平滑地避免受车辆主体特别是与操作室的干扰,可以提高操作性能。
(c)第一臂架上抬且臂也收缩的情形
操作第一臂架流量控制阀10上抬方向的控制阀19,而且操作臂用流量控制阀12收缩方向的控制阀23,这时,在进行上述(b)的减速控制与复原控制的同时,通过图6中块116、120、121、122的各自功能,如图8(c)所示,补正得随着第一臂架上抬控制压力Pfbu的升高,臂的减速增益Kac*增大,抑制了减速量,以对应于第一臂架上抬速度的某种程度的臂收缩速度进入复原区R2。
这时,如果相对于臂的收缩作业也进行停止于边界线K1的减速控制,在臂前端进入复原区R2后由于第二臂架倾卸而返回减速区R1中又使臂收缩的减速控制再开始,于是臂收缩作业的停动与减速就会反复进行,使工作前部的运动滞涩。
在上述实施形式中,由于是以对应于第一臂架上抬速度的某种程度的臂收缩速度进入复原区R2,臂的收缩继续进行减速控制而能进行平滑的防干扰控制。
如上所述,根据这一实施形式,当臂前端位置越过边界线K1进入复原区R2时,由于第二臂架倾卸致臂前端返回运动,就能不使工作前部停动而避免受操作室的干扰,能使工作前部于跟前方向(操作室方向)连续而平滑地作业。
此外,在第一臂架上抬时,由于前述第二臂架倾卸所进行的复原控制,通过第一臂架上抬与第二臂架倾卸相结合,臂前端能绕过操作室运动,可平滑地进行防干扰控制。
在不使第一臂架沿上抬方向操作而使第二臂架和/或臂沿收缩方向操作的作业中,工作前部的预定部位只是在接近车辆主体时才减速停动,故不会发生使操作者作意外的操作,能取得良好的操作性。
当臂前端位置超过边界线K2时,首先进行减速控制,然后由于进行了基于第二臂架倾卸的复原控制,即使受限于油压泵29的最大容量,由于供给于第一臂架液压缸1A的流量减少,就能有充分流量的压力油供给第二臂架液压缸2A,而可使第二臂架2快速地倾卸。还由于在进行控制使第二臂架倾卸之前让各前部部件减速,就能抑制臂前端进入复原区R2的程度。于是能可靠地防止工作前部与车辆主体的干扰。
由于是对应于臂前端速度计算反馈增益,使第二臂架倾卸的,故可求得与臂前端速度相适应的第二臂架倾卸速度,能在进行平滑的防干扰控制的同时进行与臂前端进入复原区R2的量相对的复原增益计算,使得臂前端越接近操作室的第二臂架倾卸速度也越大,得以可靠地防止工作前部受车辆主体的干扰。
在第一臂架上抬且臂收缩的情形,当臂前端进入复原区R2时,由于是以某种程度的臂收缩速度进入复原区R2,故在基于第二臂架倾卸的复原控制中,不会发生臂收缩时的反复停动,减速,能进行平滑的防干扰控制。
还由于是把减速增益乘以计量特性块所得的液压缸目标速度进行补偿,故能与作业中控制压力的高低无关,而在偏差ΔZ变到减速起始距离r0以下时来根据预定特性开始减速控制,故常能作平滑的减速控制。
再有,在本实施形式中,如上所述,当臂前端位置进入复原区R2,因第二臂架倾卸而使臂前端作返回运动,故可不使工作前部停动来防止其受操作室的干扰。在此,使臂前端返回的运动(离开操作室的运动),如后所述,可通过使臂沿倾卸方向运动来实现。但臂是一般作业(例如挖掘作业)中用于实现相应作业的前部部件,在操作者操作操纵杆使臂沿收缩方向运动的作业中,若是进行上述的控制使臂沿收缩方向运动时,就会成为与操作者意愿相反的运动,令操作者产生失调感。与此相反,在两段臂架式油压挖掘机中的第二臂架,多用作作业开始前选定前后方向作业范围的所谓定位臂架,它在实际作业中的使用次数少,故在上述控制中即使第二臂架沿倾卸方向运动,也能减少操作者的失调感。从而根据本实施形式,能不损害操作者的操作感而平滑地进行防干扰控制。
如上所述,根据本实施形式,能连续而平滑地于跟前方向进行工作前部的操作,能大幅度改进可操作性。
下面根据图12与13说明本发明的第二实施形式。在第一实施形式中,复原控制时只使第二臂架倾卸,但在本实施形式中,使第二臂架与臂都倾卸。图12和13中与图1和9所示部件或功能相同的部件附以相同的标号。
图12中,本实施形式的防干扰装置除图1所示第一实施形式中具有的部件外,还具有:使来自控制油压源32的控制压力减压的比例电磁减压阀15,以及从控制阀24输出的控制压力和从比例电磁减压阀15中输出的控制压力中选择压力高的而供给于流量控制阀12的梭阀34。
控制器50A的控制算法总体上与第一实施形式中的相同。这种控制算法的细节,除块B12的复原控制外与第一实施形式的同。
块B12的复原控制细节示明于图13的功能框图中。
图13中,在本实施形式下,设有相对于第二臂架倾卸的块208、209、200、203、201、202,还设有相对于臂倾卸的块208A、209A、210、213、211与212。
在块207A,用臂前端目标速度(X’n,Y’n),除第二臂架目标角速度θ’2n外,还求出臂目标角速度θ’2nA,用此臂目标角速度θ’2nA,于块208A中求出臂液压缸目标速度S2nA,再于反馈增益块209A中由臂液压缸目标速度求出反馈增益Kaf。
在控制增益块210中,根据偏差ΔZ算出相对于臂倾卸的复原增益Kacd。再与第一实施形式所述的相对于第二臂架倾卸的复原增益Ksbdd的情形相同,把由控制增益块210中求得的复原增益Kacd,于加法部213中加上由204、205、206、207A、208A、209A各功能块求得的反馈增益Kaf,根据这一增益Kac由计量图表211算出目标控制压力Pacn,用电压图表212换算为臂倾卸用电磁比例减压阀15的输出电压,经块B16的乘法部(参看图4)输出。
控制增益块210中偏差ΔZ与复原增益Kadd的设定关系,以及反馈增益块209A中臂液压缸目标速度S2nA与反馈增益Kaf的设定关系,与图10(a)以及10(b)中所示的设定关系实质相同。
此外,计量图表211的特性与流量控制阀12的对应于臂倾卸方向的开口面积特性所决定的臂倾卸控制压力Pad和液压缸目标速度Mad的特性相反。但在这种情形下,横轴的液压缸目标速度也换算为增益。
由以上所述,臂前端进入复原区R2后,控制增益块200、210便计算对应于此进入量的复原增益Ksbdd与Kadd,同时于反馈增益块209,209A中计算对应于此时的臂前端速度的反馈增益,以对应于复原区R2的进入量和臂的前端速度的速度使第二臂架2与臂3倾卸,而让臂前端移回减速区R1内。
于是,在本实施形式中,由于臂前端是因第二臂架2与臂3两者倾卸而移回到减速区R1内,就能使臂前端快速而更圆滑地绕过车辆主体运动,进一步提高了可操作性。
现由图14与15说明本发明的第三实施形式。在前述实施形式中是把控制阀用作操作装置,而在本实施形式中则是把电柄用作操作装置。
图14中,本实施形式的防干扰装置不用图1中所示第一实施形式的作为操作装置的控制阀19~24,而是具有电柄装置19A~24A,在流量控制阀10、11、12的控制操作***中,设置有基于从控制油压源32的控制压力而发生对应于电柄装置19A~24A操作量的控制压力的电磁比例减压阀13、14、16、55、18、56。此外,设有使来自控制油压源32的控制压力减压的比例电磁减压阀17,从控制阀55输出的控制压力和比例电磁减压阀17输出的控制压力两者中,通过梭阀33选择其中高的一方,输送给流量控制阀11。
控制器50B输入电柄装置19A~24A和角度传感器5、6、7的信号,根据这些操作信号与角度信号,把用于控制工作前部42的控制信号输出给电磁比例减压阀13、14、16、55、17、18与56。
控制器50B的控制算法整体如图15所示。控制器50B除有与图4所示相同的给比例电磁减压阀13、14、16、17、18计算和输出指令电压的部分C1之外,还具有给减压阀55、56计算和输出指令电压的部分C2。但是,部分C1的操作信号的输入,要从操作控制压力变换为来自电柄装置的操作信号(电信号)Dfbu、Dfbd、Dsbc、Dac。减速控制块B11与复原控制块B12的细节,除计量特性成为与电柄装置的操作信号对应这点之外,和图6和图9所示的相同。
在部分C2,把来自电柄装置22A、24A的操作信号Dsbd、Dad,通过计量特性块(例如图6中的100)、计量图表(例如图6中的102)、电压图表(例如图6中的103)变换为指令电压,输出给比例电磁减压阈55、56。
取上述结构的本实施形式的操作与第一实施形式相同,在把电柄装置用作操作装置时可取得与第一实施形式相同的效果。
最后根据图16~18说明本发明的第四实施形式。在本实施形式中,是使臂倾卸来取代第二臂架的。图16~18中,与图1、图6、图9、图12、图13中所示相同或功能相同的部件附以相同的标号。
图16中,本实施形式的防干扰装置,相对于第二臂架用流量控制阀11的倾卸方向,不存在对应于图1所示的第一实施形式中的比例电磁减压阀17与梭阀33,只是在臂用流量控制阀12的相对于倾卸方向上设有与图12所示第二实施形式相同的比例电磁减压阀15与梭阀34。
控制器50c的控制算法的整体与图4所示第一实施形式的相同。
图17以功能块示明了控制器50c的块B11(参考图4)的减速控制的细节。
在本实施形式中由于是使臂倾卸取代第二臂架的,故在减速控制的功能块图中,第二臂架收缩用比例电磁减压阀13的控制以及臂收缩用比例电磁减压阀18的控制与图6所示的相反。
这就是说,对于臂收缩用电磁比例减压阀18,由控制增益块113、臂收缩计量特性块112、乘法块123、计量图表114与电压图表115进行控制。另一方面,对于第二臂架收缩用电磁比例减压阀13,则除控制增益块109、第二臂架收缩计量特性块108、乘法块119、计量图表110、电压图表111之外,还设有将由第一臂架上抬控制压力增益块116与块109、119求得的增益相组合的块120~123,当臂前端越过边界线K1(参看图11)的时刻,使之能以对应于第一臂架上抬速度的某种程度的第二臂架收缩速度进入,以免干扰臂的倾卸控制。
控制器50c的块B12(参考图4)的复原控制细节在图18中以功能框图表明。在本实施形式中,代替相对于图9所示第一实施形式中第二臂架倾卸的块207、208、209、200、203、201、202,设置了相对于臂倾卸的块207B、208A、209A、210、213、211与212。
在块207B中,用臂前端目标速度(X’n,Y’n)求出臂目标角速度θ’2nA。其它块208A、209A、210、213、211与212的功能则与图13所示第二实施形式的相同。
如上所述,当臂前端进入复原区R2(参看图11)时,由控制增益块210计算与此进入量相对应的复原增益Kadd,同时由反馈增益块209计算与此时的臂前端速度相对应的反馈增益,使臂3以对应于复原区R2的进入量和臂前端的速度的速度倾卸,让臂前端移回减速区R1。
这样,根据本实施形式,由于臂前端是在臂3的倾卸时返回减速区R1内的,就可使臂前端绕过车辆主体运动而让工作前部可连续和平滑地沿跟前方向操作。
工业上的利用可能性
根据本发明,当工作前部接近车辆主体时,由于能控制第二臂架使之倾卸,故可在避免工作前部和操作室干扰的同时连续和平滑地沿跟前方向操作,而得以显著地改进可操作性。
Claims (13)
1.两段臂架式油压挖掘机的防干扰装置,设置在两段臂架式油压挖掘机(40)上,而该油压挖掘机包括:车辆主体(41);设于此车辆主体上由能在上下方向转动的第一、第二臂架(1,2)与臂(3)等多个前部部件组成的工作前部(42);驱动第一臂架的第一臂架液压缸(1A)、驱动第二臂架的第二臂架液压缸(2A)以及驱动臂的臂液压缸(3A);根据第一臂架的操作装置(19,20)的操作信号,控制向第一臂架液压缸供给的压力油流量的第一臂架用流量控制阀(10);根据第二臂架的操作装置(21,22)的操作信号,控制向第二臂架供给的压力油流量的第二臂架用流量控制阀(11);以及根据臂的的操作装置(23,24)的操作信号,控制向臂液压缸供给的压力油流量的臂用流量控制阀(12);此防干扰装置当所述工作前部的预定部位接近车辆主体时能约束此工作前部的运动;
其特征在于设有:
检测上述工作前部(42)的姿势的姿势检测装置(5~7);
和输入上述姿势检测装置的检测信号,当上述工作前部的预定部位接近车辆主体(41)时,为使上述第二臂架(2)朝倾卸方向运动而对第二臂架用流量控制阀(11)输出指令信号的控制装置(50,B12,17,33,50A,50B)。
2.权利要求1所述的两段臂架式油压挖掘机的防干扰装置,其特征在于:其中所述控制装置(50,B11,B12,17,33,101;50A,50B)当上述第一臂架(1)由其操作装置(19)而沿上抬方向运动时,控制第一臂架继续上抬同时使上述第二臂架(2)沿倾卸方向运动。
3.权利要求2所述的两段臂架式油压挖掘机的防干扰装置,其特征在于:其中所述控制装置(50,B11,B12,13,25,101;50A;50B)输入上述第一臂架(1)的操作装置(19)的第一臂架上抬方向的操作信号,同时为随着所述工作前部(42)的预定部位接近车辆主体(41)使第一臂架的上抬运动减速,然后使已减速的第一臂架上抬运动继续而修正第一臂架上抬方向的操作信号。
4.权利要求2所述的两段臂架式油压挖掘机的防干扰装置,其特征在于:其中所述控制装置(50,B11,B12,16,18,27,28,109,113;50A;50B)输入上述第二臂架(2)的操作装置(21)的第二臂架收缩方向的操作信号以及臂(3)的操作装置(23)的臂收缩方向的操作信号,同时当上述第一臂架不沿上抬方向运动时,为使前述工作前部(42)的预定部位随着接近车辆主体减速然后停动,而修正前述第二臂架沿收缩方向的操作信号以及前述臂沿收缩方向的操作信号。
5.权利要求2所述的两段臂架式油压挖掘机的防干扰装置,其特征在于:其中所述控制装置(50,B11,B12,18,27,28,113,116;50A;50B)输入前述臂(3)的操作装置(23)的臂收缩方向的操作信号,而在上述第一臂架(1)沿上抬方向运动时,修正所述臂沿收缩方向的操作信号使得随着上述工作前部(40)的预定部位接近车辆主体(41)让臂收缩运动减速,然后使减速了的臂收缩运动继续。
6.权利要求1或2所述的两段臂架式油压挖掘机的防干扰装置,其特征在于:其中所述控制装置(50,B12,5~7,17,33,203~209;50A;50B)计算对应于工作前部(42)的预定部位移动速度的第二臂架(2)沿倾卸方向的目标速度,并进行前述控制以使第二臂架按此目标速度运动。
7.权利要求6所述的两段臂架式油压挖掘机的防干扰装置,其特征在于:其中所述控制装置(50,B9,B12,5~7,17,33,203~209;50A;50B)计算所述第二臂架(2)沿倾卸方向的目标速度,使其随所述工作前部(42)的预定部位移动速度增大而变大。
8.权利要求1或2所述的两段臂架式油压挖掘机的防干扰装置,其特征在于:其中所述控制装置(50,B9,B10,B12,5~7,17,33,200,203;50A;50B)计算随前述工作前部(42)的预定部位接近车辆主体(41)而变大的第二臂架(2)沿倾卸方向的目标速度,并进行前述控制使第二臂架依此目标速度运动。
9.权利要求1或2所述的两段臂架式油压挖掘机的防干扰装置,其特征在于:其中
前述姿势检测装置具有计算从所述工作前部的预定部位到车辆主体(41)周围预设区域的距离(ΔZ)的装置(5~7,B9,B10),
前述控制装置(50,B11-B16,17,33,13~18,101,105,109,113,200;50A;50B)进行下述控制:当前述计算出的距离小于预设的第一控制起始距离时,随着此距离减小为进行减速而修正各操作装置(19~21,23)的操作信号;同时,当前述计算出的距离变到比预设的前述第一控制起始距离小的第二控制起始距离后,至少是除上述第一臂架(1)的上抬运动以外为使各前部部件(1~3)停动而修正各操作装置(19~21,23)的操作信号;此外,当前述的计算出的距离小于所述第二控制起始距离时,使上述第二臂架(2)沿倾卸方向运动。
10.权利要求9所述的两段臂架式油压挖掘机的防干扰装置,其特征在于:其中所述控制装置(50,B11,13~18,101,105,109,113;50A;50B),当上述计算出的距离(ΔZ)变到比预设的前述第一控制起始距离小的第二控制起始距离时,修正各操作装置(19~21,23)的操作信号,以使除上述第一臂架(1)的上抬运动与臂(3)的收缩运动外,令各个前部部件(1~3)停动。
11.权利要求9所述的两段臂架式油压挖掘机的防干扰装置,其特征在于:其中所述控制装置(50,B11,13~18,25~28,100,104,108,112;50A;50B)输入各操作装置(19~21,23)的操作信号,随着操作装置的操作量增大为使减速程度变小而修正各个操作装置的操作信号。
12.权利要求1或2所述的两段臂架式油压挖掘机的防干扰装置,其特征在于:其中所述控制装置(50A,15,17,33,34,200,210)当所述工作前部(42)的预定部位接近车辆主体(41)时,给第二臂架用流量控制阀(11)与臂用流量控制阀(12)输出指令信号以使第二臂架(2)与臂(3)两者沿倾卸方向运动。
13.权利要求1或2所述的两段臂架式油压挖掘机的防干扰装置,其特征在于:其中所述控制装置(50C,15,34,210)当上述工作前部(42)的预定部位接近车辆主体(41)时,给臂用流量控制阀(12)输出指令信号以使臂(3)取代前述第二臂架(2)沿倾卸方向运动。
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