CN114016557B - 铲装动作自动触发方法、自动铲装控制方法和装载机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及装载机，为解决装载机自动铲装作业时铲装动作触发时机难以确定的问题；提供一种铲装动作自动触发方法、自动铲装控制方法和装载机，其中触发方法是检测发动机油门和车速；当预定时长内油门增量大于设定值时延迟预定时长后检测车速，当车速较油门增大前或后的速度增加量小于设定值时控制器控制动臂提升至预定高度；在动臂提升过程若动臂油缸大腔压力大于第一预设压力值时停止动臂提升且触发自动铲装动作控制程序，否则控制器在动臂提升至预定高度后控制动臂下降至初始位置高度。在本发明中，对于不平整的路面可以以较低的速度驶向物料，自动激活铲装动作，可以有效提高操作舒适性。
Description
技术领域
本发明涉及一种装载机，更具体地说，涉及一种铲装动作自动触发方法、自动铲装控制方法和装载机。
背景技术
装载机进行铲装作业时，将工作装置调整至铲装位，通常是铲斗贴地放平状态，挡位挂前进挡，装载机向前行进，铲斗***料堆，在铲斗***料堆一定深度后，依次进行多次收斗和提升动臂动作，直到铲斗收斗至极限位置和动臂被提升至预定高度(适合物料运输的高度)。其中依次进行的收斗动作和提升动臂动作称之为铲装动作。在手动操作完成铲装动作时，操作员需要通过操作手柄进行数次收斗和提升动臂操作，使得铲装作业操作劳动强度大，操作员长时间操作对关节的损伤很大；手动操作的劳动强度不仅大，而且还很考验操作员的技术水平，倘若铲装动作的开始时间太早则会影响铲装满斗率，靠后则会增加一次作业循环的时间而影响作业效率；在进行铲装动作操作时若操作不当也会影响到满斗率和单次作业循环时间。
采用自动铲装控制***控制装载机进行铲装作业时，控制***获取装载机各状态参数，自行判断铲装动作开始时机，触发自动铲装动作控制程序进行铲装动作。采用自动铲装，能够很好地控制铲装动作过程每次收斗角度和收斗快慢速度以及每次提升动臂高度和提升速度。采用自动铲装也面临铲装动作触发时机的问题，若触发时机不合适，同样会影响满斗率或单次作业循环所费时间。而装载机的铲装作业工况通常较为复杂，外部干扰因素较多，因此如何判断铲斗***到物料中恰当深度、在适当时机触发自动铲装动作控制程序进行铲装动作，实现高效作业是本领域所面临的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对装载机自动铲装作业时铲装动作触发时机难以确定的问题，而提供一种装动作自动触发方法、自动铲装控制方法和装载机，准确地判断铲装动作触发时机，提高铲装效率，同时确保操作舒适性。
本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种铲装动作自动触发方法，用于装载机铲装作业，其特征在于装载机处于铲前预备状态后，检测发动机油门和车速；当第一预定时长内油门增量大于设定值时，在延迟第二预定时长后检测车速，当车速较油门增大前或后的速度增加量小于设定值时控制器控制动臂提升至预定高度；在动臂提升过程若动臂油缸大腔压力大于第一预设压力值时停止动臂提升且触发自动铲装动作控制程序，否则控制器在动臂提升至预定高度后控制动臂下降至初始位置高度。在本发明中，可以避免通过驾驶装载机以较大的速度冲击物料来获取自动铲装的激活压力，对于不平整的路面，可以驾驶装载机以较低的速度驶向物料，在铲斗接触物料后再进行加速铲装操作，在解决自动激活铲装动作的同时，可以有效提高操作舒适性。
上述铲装动作自动触发方法中，动臂提升至预定高度时在该高度保持第三预定时长，避免动臂移动换向而产生激烈的冲击与抖动。
上述铲装动作自动触发方法中动臂在预定高度保持时若动臂油缸大腔压力大于第二预设压力值时触发自动铲装动作控制程序，否则控制器控制动臂下降至初始位置高度。
上述铲装动作自动触发方法中在动臂由预定高度下降至初始位置时若动臂油缸大腔压力大于第三预设压力值时触发自动铲装动作控制程序。
本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种自动铲装控制方法，用于装载机铲装作业，其特征在于包括以下步骤：
铲前准备步骤：将装载机的姿态调整至满足铲装要求；
铲装动作触发步骤：按照前述的铲装动作自动触发方法触发自动铲装动作控制程序；
铲装步骤：控制器执行自动铲装动作控制程序控制动臂和铲斗按设定动作顺序动作将铲斗收斗到极限位和将动臂举升至设定位置。
上述自动铲装控制方法中，在铲前准备步骤完成后检测到油门首次增加时延迟第四预定时长后执行铲装动作触发步骤。铲前准备步骤主要有：将铲斗放平、贴地或离地一定间隙，将挡位挂至前进挡。对于地面不平的作业场地，装载机在进行铲前准备后，其速度较低，通过小幅度踩踏油门以较低的速度驶向料堆，在接近料堆时，再大幅度踩踏油门以较高的速度冲向料堆。因此，在铲前准备步骤完成后检测到油门首次增加时，先延迟预定时长后再进行铲装动作触发，触发判断更加准确。
上述自动铲装控制方法中，设置有两组收斗速度相对不同的铲装控制参数组，所述铲装控制参数组包括铲装步骤中每次收铲斗的收斗电流和收斗角度、每次提升动臂的动臂提升电流和提升角度；
根据铲装动作触发步骤中动臂提升过程中动臂油缸大腔压力均值选择对应的铲装控制参数组执行铲装步骤，当动臂油缸大腔压力均值大于第四预设压力值时选取收斗动作速度较快的铲装控制参数组，反之选取收斗动作速度较慢的铲装控制参数组。
上述自动铲装控制方法中，设定铲斗收斗到极限位后将动臂提升至设定位置过程中各发动机转速区间下动臂油缸大腔压力设定值，在铲斗收斗到极限位后将动臂提升至设定位置过程中检测并计算动臂油缸大腔压力均值；
若动臂油缸大腔压力均值小于与当前转速区间所对应的动臂油缸大腔压力设定值，则在下一次自动铲装作业循环过程且下一次作业循环所选取的铲装控制参数组相同时，下一次作业循环过程中收斗电流在铲装控制参数组收斗电流的基础上减小预定偏移量。动臂油缸大腔压力均值小于设定值，意味着铲装的物料较轻，减小收斗电流可降低收斗速度，确保满斗率。
上述自动铲装控制方法中，将油门开度区间划分成若干个区间，每个区间对应一个发动机转速，在执行铲装步骤中，依据油门开度所在区间控制发动机转速。
本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种装载机，包括自动铲装控制***，其特征在于所述自动铲装控制***中的存储器存储有控制指令，所述控制器执行所述控制指令时实现前述的铲装动作自动触发方法或者实现前述的自动铲装控制方法的步骤。
本发明与现有技术相比，在本发明装载机可以避免通过驾驶装载机以较大的速度冲击物料来获取自动铲装的激活压力，对于不平整的路面，可以驾驶装载机以较低的速度驶向物料，在铲斗接触物料后再进行加速铲装操作，在解决自动激活铲装动作的同时，可以有效提高操作舒适性。
附图说明
图1是本发明装载机自动铲装控制***结构框图。
图2是本发明铲装动作自动触发方法判断流程图。
图3是本发明自动铲装控制方法中铲装动作控制流程图。
图中零部件名称及序号：
控制器1、压力传感器2、工作装置位置传感器3、油门传感器4、动力***5、传动***6、铲斗电磁阀组7、动臂电磁阀组8。
具体实施方式
下面结合附图说明具体实施方案。
如图1所示，本实施例中的装载机的自动铲装***包括：控制器1、压力传感器2、工作装置位置传感器3、油门传感器4、动力***5、传动***6，控制器1分别与压力传感器2、工作装置位置传感器3、油门传感器4、动力***5、传动***6电连接。压力传感器2用于测量动臂油缸大腔压力，工作装置位置传感器3用于检测铲斗、动臂的转动角度和/或位置；油门传感器4检测油门踏板开度大小；动力***5可以是发动机或电机，为工作装置动作提供压力油和为整车行走提供动力；传动***6驱动整车前进或后退。
动力***5包括发动机控制器，发动机控制器与油门踏板电连接，根据油门踏板开度控制发动机转速和/或根据控制器总线指令控制发动机转速，发动机控制器向所述控制器发送发动机转速信息。
传动***6包括档位控制器，档位控制器向控制器发送档位信息、车速信息。
控制器1采集压力传感器信号、工作装置位置信号、油门开度信号、档位信号、车速信息等控制装载机在铲斗接触物料后自动激活铲装动作，并按设定的动作时序控制铲斗和动臂动作自动完成物料铲装。
铲斗的转动由铲斗电磁阀组7控制，控制器通过控制铲斗电磁阀组7的电流大小即可控制铲斗转动的快慢与方向；动臂的提升或下降由动臂电磁阀组8控制，控制器1通过控制动臂电磁阀组8的电流大小即可控制动臂升降的快慢。
装载机自动铲装控制***进行进行自动铲装过程包括三个步骤，分别是铲前准备步骤、铲装动作触发步骤、铲装步骤。
在铲前准备步骤中，操作员操控装载机将工作装置调整至铲装位。装载机的自动铲装控制***通过各传感器获取装载机的状态信息，对装载机的状态是否满足自动铲装要求，其判断为步骤S10,自动铲装控制***通过各传感器获取装载机的挡位信息、工作装置位置信息、动臂油缸大腔压力值、油门开度等信息，当装载机的挡位为前进挡、铲斗处于贴地放平状态或者铲除处于放平且离地面距离预定距离、动臂油缸大腔压力、油门开度等均处于合理范围时，判定装载机做好铲装准备。
装载机完成了铲装准备工作后，在操作员操纵下向料堆行进。自动铲装控制***获取相关信息进行铲装动作触发步骤，以判断是否触发铲装步骤。
在铲装动作触发步骤如图2所示，先进行步骤S21，检测发动机油门和车速。当第一预定时长内油门增量大于设定值时，则进行步骤S22，即在第二预定时长后检测车速，并确定速度增量。当车速较油门增大前或后的速度增加量小于设定值时，进行步骤S23，即控制器输出控制电流控制动臂升降电磁阀，使装载机进行动臂提升动作，将动臂提升至预定高度。在动臂提升过程中，若动臂油缸大腔压力大于第一预设压力值时停止动臂提升，进行步骤S28，触发自动铲装动作控制程序。
若在步骤S23的动臂提升过程中，若动臂直至提升至预设高度时动臂油缸大腔压力始终小于第一预设压力值，则执行步骤S25，动臂在达到预设高度时在该位置停留并保持第三预定时长。在动臂停留在预定高度时，执行步骤S26，检测动臂油缸大腔压力，当动臂油缸大腔压力大于第二预设压力值时触发自动铲装动作控制程序，否则执行步骤S27，将动臂下降至初始位置，在动臂下降过程中若动臂油缸大腔压力大于第三预设压力值时触发自动铲装动作控制程序，否则结束本轮控制循环，重新进行步骤S21。
在铲前准备步骤完成后，若是检测到油门首次增加时，则延迟第四预定时长后执行铲装动作触发步骤。
自动铲装控制***经由铲装动作触发步骤触发自动铲装动作控制程序，执行铲装步骤。
在执行铲装步骤的过程中，如图3所示，首选选定铲装操作参数组。在装载机自动铲装控制***中，设置有两组收斗速度相对不同的铲装控制参数组，铲装控制参数组包括铲装步骤中每次收铲斗的收斗电流和收斗角度、每次提升动臂的动臂提升电流和提升角度。自动铲装控制***在执行步骤S31过程中，首选选定铲装控制参数组。在首次进行自动铲装作业循环时，选取收斗动作速度较快的铲装控制参数组，用于控制铲斗电磁阀组和动臂电磁阀组。在其后的作业循环中，则根据上一次作业循环中步骤S23中动臂油缸大腔压力均值选取铲装控制参数组。在上一次铲装作业循环中，若步骤S23中动臂油缸大腔压力均值大于第四预设压力值时则选取收斗动作速度较快的铲装控制参数组，反之选取收斗动作速度较慢的铲装控制参数组。
在每次铲装作业循环过程中，在执行步骤S31选定铲装控制参数组后，若本次选定的铲装控制参数组与上次铲装作业循环时所选取的铲装控制参数组不同，则直接按照所选取的铲装控制参数组对铲斗电磁阀组和动臂电磁阀组，按设定动作顺序动作将铲斗收斗到极限位和将动臂举升至设定位置。
如果本次铲装作业循环过程中步骤31所选取的铲装控制参数组与上次铲装作业循环时所选取的铲装控制参数组相同时，则根据上次铲装作业循环中在铲斗收斗到极限位后将动臂提升至设定位置过程中动臂油缸大腔压力均值对收斗电流进行修正。
在本发明中，将油门开度区间划分成若干个区间，每个区间对应一个发动机转速，在执行铲装步骤中，依据油门开度所在区间控制发动机转速。设定各发动机转速区间下动臂油缸大腔压力设定值，用于与铲斗收斗到极限位后将动臂提升至设定位置过程中动臂油缸大腔压力均值进行对比。在铲斗收斗到极限位后将动臂提升至设定位置过程中检测并计算动臂油缸大腔压力均值。
在上一次铲装作业循环中，若铲斗收斗到极限位后将动臂提升至设定位置过程中动臂油缸大腔压力均值小于与当时转速区间所对应的动臂油缸大腔压力设定值，并且上次铲装作业循环中所选取的铲装控制参数与本次铲装作业循环所选取的铲装控制参数相同，
则在本次自动铲装作业循环过程，将铲装控制参数组中收斗电流的基础上减小预定偏移量，用于本次铲装作业循环中控制铲斗电磁阀组和动臂电磁阀组，按设定动作顺序动作将铲斗收斗到极限位和将动臂举升至设定位置。
在本实施例装载机中，其自动铲装控制***中的存储器存储有控制指令，控制器执行控制指令时实现上述的铲装动作自动触发方法或者实现上述自动铲装控制方法的步骤。本实施例装载机可以避免通过驾驶装载机以较大的速度冲击物料来获取自动铲装的激活压力，对于不平整的路面，可以驾驶装载机以较低的速度驶向物料，在铲斗接触物料后再进行加速铲装操作，在解决自动激活铲装动作的同时，可以有效提高操作舒适性。
Claims (8)
1.一种自动铲装控制方法，用于装载机铲装作业，其特征在于：装载机自动铲装控制***中设置有两组收斗速度相对不同的铲装控制参数组，所述铲装控制参数组包括铲装步骤中每次收铲斗的收斗电流和收斗角度、每次提升动臂的动臂提升电流和提升角度；
控制方法包括以下步骤：
铲前准备步骤：将装载机的姿态调整至满足铲装要求；
铲装动作触发步骤：检测发动机油门和车速；当第一预定时长内油门增量大于设定值时，在延迟第二预定时长后检测车速，当车速较油门增大前或后的速度增加量小于设定值时控制器控制动臂提升至预定高度；在动臂提升过程若动臂油缸大腔压力大于第一预设压力值时停止动臂提升且触发自动铲装动作控制程序，否则控制器在动臂提升至预定高度后控制动臂下降至初始位置高度；
铲装步骤：根据铲装动作触发步骤中动臂提升过程中动臂油缸大腔压力均值选择对应的铲装控制参数组执行铲装步骤，当动臂油缸大腔压力均值大于第四预设压力值时选取收斗动作速度较快的铲装控制参数组，反之选取收斗动作速度较慢的铲装控制参数组；控制器执行自动铲装动作控制程序依据所选取的铲装控制参数组控制动臂和铲斗按设定动作顺序动作将铲斗收斗到极限位和将动臂举升至设定位置。
2.根据权利要求1所述的自动铲装控制方法，其特征在于动臂提升至预定高度时在该高度保持第三预定时长。
3.根据权利要求2所述的自动铲装控制方法，其特征在于动臂在预定高度保持时若动臂油缸大腔压力大于第二预设压力值时触发自动铲装动作控制程序，否则控制器控制动臂下降至初始位置高度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的自动铲装控制方法，其特征在于在动臂由预定高度下降至初始位置过程中若动臂油缸大腔压力大于第三预设压力值时触发自动铲装动作控制程序。
5.根据权利要求1所述的自动铲装控制方法，其特征在于；
在铲前准备步骤完成后检测到油门首次增加时延迟第四预定时长后执行铲装动作触发步骤。
6.根据权利要求1所述的自动铲装控制方法，其特征在于，
设定铲斗收斗到极限位后将动臂提升至设定位置过程中各发动机转速区间下动臂油缸大腔压力设定值，在铲斗收斗到极限位后将动臂提升至设定位置过程中检测并计算动臂油缸大腔压力均值；
若动臂油缸大腔压力均值小于与当前转速区间所对应的动臂油缸大腔压力设定值，则在下一次自动铲装作业循环过程且下一次作业循环所选取的铲装控制参数组相同时，下一次作业循环过程中收斗电流在铲装控制参数组收斗电流的基础上减小预定偏移量。
7.根据权利要求1所述的自动铲装控制方法，其特征在于将油门开度区间划分成若干个区间，每个区间对应一个发动机转速，在执行铲装步骤中，依据油门开度所在区间控制发动机转速。
8.一种装载机，包括自动铲装控制***，其特征在于所述自动铲装控制***中的存储器存储有控制指令，所述控制器执行所述控制指令时实现权利要求1至7任一项所述的方法的步骤。
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