CN100386481C - 铣刨机单、双手柄可切换转向的控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铣刨机单、双手柄可切换转向的控制方法和装置，在操作系统中设置两个转向手柄、原地转向模式和蟹行模式的选择开关，并在前、后转向机构中设置两个转向反馈装置；当用两个转向手柄控制时，两个转向手柄将需改变的信息发送给控制器，控制器通过电磁比例换向阀分别控制前、后转向油缸实现前、后轮或履带同时转向；当用单个控制手柄控制时，先选择模式开关，然后操作控制手柄将需改变的信息发送给控制器，控制器通过与其相连的电磁比例换向阀控制前、后转向油缸实现前、后轮同时转向，并通过转向反馈装置和控制器实现闭环控制。本发明集合了单、双手柄两种控制方式的优点，使整机具有极高的灵活性、定位准确性、安全性和操作适应性。

Description

铣刨机单、双手柄可切换转向的控制方法和装置

技术领域

本发明主要涉及到大型行走机械转向系统的电液驱动和控制领域，特指一种铣刨机单、双手柄可切换转向的控制方法和装置。

背景技术

现有技术中，公知的四轮或履带转向的大中型铣刨机的转向驱动和控制系统主要采用以下两个方案：

方案一：前、后轮或履带转向相互独立的开环控制方案。采用两个转向控制元件(两个手柄或一个方向盘、一个手柄)分别控制前、后轮或履带转向，操作者可以根据转向工况任意调节前、后转向轮或履带偏转的方向、速度和角度。这种转向方案机动灵活、对转向工况具有极高的适用性。但同时又存在诸多不足，如：

1、转向质量与操作者的熟练程度息息相关，操作者需用较长时间来掌握机器的转向性能。

2、在四轮或履带同时转向(原地转向或蟹行)时，前、后轮或履带转向工况的差异会造成转向阻力矩的差异，进一步产生转向速度的差异。这种差异不但会造成实际转向轨迹偏离操作者的意图，而且对于原地转向来说，会加大转向半径，增加机器转向过程中产生的侧滑和侧移，进而造成轮胎(履带橡胶板)的过早磨损；对于蟹行来说，会在蟹行过程中产生机身的回转，影响铣刨定位的准确性，增加调整时间，降低生产率。

3、四轮或履带同时转向(原地转向或蟹行)时，操作者需用两只手控制转向控制元件而无法同时顾及其它控制如行走速度的调整，影响整机的安全性能。

方案二：采用闭环控制的单手柄或方向盘的控制方案。只一个转向控制元件，但在转向机构中安装了转向反馈元件如转角传感器和转向模式的选择开关。转向控制元件直接控制前、后轮或履带转向中的一个，如前轮或履带转向。控制器通过转向反馈元件实时检测前、后轮或履带偏转角度的偏差后输出电信号控制后轮或履带转向使之消除此偏差。转向模式的选择开关则是选择前、后轮或履带的偏转方向是相同还是相反，相同则为蟹行，相反则为原地转向。与方案一相比，这种转向方案无疑具有以下优点：

1、对操作者的熟练程度依赖不高，操作者在短时间内即可掌握机器的转向性能。

2、四轮或履带转向时转向速度一致，偏转角度相同，因此具有理想的转向轨迹：原地转向时，转弯半径小，机器在转向过程中产生的侧滑和侧移小，轮胎(履带橡胶板)的磨损小。蟹行过程中机身无回转，铣刨定位准确。

3、操作者可以用另一只手控制行走手柄等其它的控制元件，安全性大大提高。

但此种转向方案因为前、后轮或履带的偏转速度和角度相同，对于前、后轮或履带转向工况相差悬殊的场合，又限制了整机的灵活性，增加调整时间，影响生产效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种集合了单、双手柄两种控制方式的优点，且操作更加简便、使操作人员更加容易上手，能使整机具有极高的灵活性、定位准确性、安全性和操作适应性的铣刨机单、双手柄可切换转向的控制方法和装置。

为了解决上述问题，本发明提出的解决方案为：一种铣刨机单、双手柄可切换转向的控制方法，其特征在于：首先在操作系统中设置两个转向手柄，以及设置原地转向模式与蟹行模式两个转向模式的选择开关，并在前、后转向机构中设置两个转向反馈装置；当采用两个转向手柄控制铣刨机转向时，两个转向手柄利用其自带的电位计将需要改变的转向方向信息和速度信息发送给控制器，控制器则通过与其相连的两个电磁比例换向阀分别控制前、后转向油缸实现前、后轮或履带同时转向，其中前、后轮或履带转向方向相同即为蟹行，转向方向相反即为原地转向，前、后轮或履带转向速度之间相互独立，互不影响；当采用其中一个控制手柄控制铣刨机转向时，首先选择所需要的蟹行或原地转向的模式开关，然后操作这个控制手柄利用其自带的电位计将需要改变的转向方向信息和速度信息发送给控制器，控制器则通过与其相连的电磁比例换向阀控制前、后转向油缸实现前、后轮同时转向，并通过转向反馈装置和控制器实现闭环控制，使前、后轮转向协调一致。

一种铣刨机单、双手柄可切换转向的控制装置，其特征在于：它包括第一电磁比例换向阀、第二电磁比例换向阀、前转向油缸、后转向油缸、前转向转角传感器、后转向转角传感器、控制器、前转向手柄、后转向手柄、原地转向模式开关以及蟹行模式开关，第一电磁比例换向阀和第二电磁比例换向阀的控制端口分别与控制器，第一电磁比例换向阀和第二电磁比例换向阀的输出端口分别与前转向油缸和后转向油缸相连，位于铣刨机前、后轮的转向机构中的前转向转角传感器和后转向转角传感器与控制器的输入端口相连，前转向手柄、后转向手柄、原地转向模式开关和蟹行模式开关分别与控制器的输入端口相连，第一电磁比例换向阀和第二电磁比例换向阀通过过滤器与液压泵相连。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明铣刨机单、双手柄可切换转向的控制方法和装置能够实现前、后轮或履带相互独立的转向功能：采用两个转向手柄分别控制前、后轮或履带偏转，根据转向工况任意调整前、后转向轮或履带偏转的方向、速度和角度，机动灵活，对转向工况具有极高的适用性；

2、本发明铣刨机单、双手柄可切换转向的控制方法和装置能够实现单手柄闭环控制的转向功能：采用一个借助于控制器和转角传感器，通过一个手柄即可实现原地转向和蟹行，并且具有理想的转向轨迹：原地转向时，转弯半径小，机器在转向过程中产生的侧滑和侧移小，轮胎(履带橡胶板)的磨损小。蟹行过程中机身无回转，铣刨定位准确；在转向的同时，操作者可以用另一只手控制行走手柄等其它的控制元件，安全性大大提高；

3、本发明铣刨机单、双手柄可切换转向的控制方法和装置能够在单、双手柄转向方式间轻松切换，这不但提高了整机的转向性能，并且提高了操作性，操作者更加易上手。

附图说明

图1是本发明铣刨机单、双手柄可切换转向的控制装置的结构原理示意图；

图2是本发明铣刨机单、双手柄可切换转向的控制装置电气原理示意图；

图3是本发明具体实施例中控制器的接口电路示意图。

图例说明

1、第一电磁比例换向阀     2、第二电磁比例换向阀

3.前转向油缸              4、前转向转角传感器

5、控制器                 6、后转向油缸

7、后转向转角传感器       8、前转向手柄

9、后转向手柄             10、原地转向模式开关

11、蟹行模式开关          12、过滤器

13、液压泵

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

本发明的一种铣刨机单、双手柄可切换转向的控制方法，操作系统设有两个转向手柄和原地转向模式与蟹行模式两个转向模式的选择开关，并在前、后转向机构中设置两个转向反馈装置；四轮或履带同时转向既可以由两个转向手柄操纵，也可以由一个转向手柄操纵，并且两种转向方式可通过操纵面板上的转向模式开关进行切换；当采用两个转向手柄控制铣刨机转向时，两个转向手柄利用其自带的电位计将需要改变的转向方向信息和速度信息发送给控制器5，控制器5则通过与其相连的两个电磁比例换向阀分别控制前转向油缸3和后转向油缸6实现前、后轮或履带同时转向，其中前、后轮或履带转向方向相同即为蟹行，转向方向相反即为原地转向，前、后轮或履带转向速度之间相互独立，互不影响；当采用其中一个控制手柄控制铣刨机转向时，首先选择所需要的蟹行或原地转向的模式开关，然后操作这个控制手柄利用其自带的电位计将需要改变的转向方向信息和速度信息发送给控制器5，控制器5则通过与其相连的电磁比例换向阀控制前转向油缸3和后转向油缸6实现前、后轮同时转向，通过转角传感器和控制器5实现闭环控制，使前、后轮转向协调一致。

如图1所示，本发明的铣刨机单、双手柄可切换转向的控制装置包括第一电磁比例换向阀1、第二电磁比例换向阀2、前转向油缸3、后转向油缸6、前转向转角传感器4、后转向转角传感器7、控制器5、前转向手柄8、后转向手柄9、原地转向模式开关10以及蟹行模式开关11，第一电磁比例换向阀1和第二电磁比例换向阀2的控制端口分别与控制器5的输出端口相连，第一电磁比例换向阀1和第二电磁比例换向阀2的输出端口分别与前转向油缸3和后转向油缸6相连，位于铣刨机前、后轮的转向机构中的前转向转角传感器4和后转向转角传感器7与控制器5的输入端相连，前转向手柄8、后转向手柄9、原地转向模式开关10和蟹行模式开关11分别与控制器5的输入端相连，第一电磁比例换向阀1和第二电磁比例换向阀2通过过滤器12与液压泵13相连。其中第一电磁比例换向阀1和第二电磁比例换向阀2为O型中位机能，液压泵13为恒压变量泵，前转向手柄8和后转向手柄9除带一个电位计输出信号外还带两个开关输出信号。铣刨机前转向油缸3和后转向油缸6的安装方式相同：均采用两个转向油缸连接车架和左、右两侧的轮胎或履带的转向机构相连，两侧转向机构之间采用刚性拉杆相连。前转向转角传感器4和后转向转角传感器7安装在前、后轮或履带的转向机构中。液压泵13的B口到第一电磁比例换向阀1和第二电磁比例换向阀2的P口之间装有压力过滤器12用于液压系统的清洁过滤。第一电磁比例换向阀1的A1、B1油口接两前转向油缸3，第二电磁比例换向阀2的A2、B2油口接两后转向油缸4。而两前转向油缸3或两后转向油缸4之间管路按照杆腔接缸腔，缸腔借杆腔的方式进行连接。前转向手柄8、后转向手柄9、原地转向模式开关10、蟹行模式开关11安装在操纵面板上。在较佳的实施例中，本发明的铣刨机单、双手柄可切换转向的控制装置采用的控制器5为Rexroth公司的RC6-9，负责对整个系统进行控制和管理。

如图2和图3所示，前转向手柄8的两个开关量输出信号端口S1分别与控制器U5的开关输入端口10和11相连，其电位计输出信号端口S1-R1与控制器5的电位计输入端口8相连。后转向手柄9的两个开关量输出信号端口S2分别与控制器5的开关输入端口23和61相连，其电位计输出信号端口S2-R2与控制器5的电位计输入端口20相连。原地转向模式开关10输出信号端口S3与控制器5的开关输入端口12相连。蟹行模式开关11的输出端口S4与控制器5的开关输出端口60相连。控制器PWM输出端口31、30分别与第一比例电磁换向阀1的两控制端口Y1、Y2相连用来控制前轮的左右转向。控制器PWM输出端口4、16分别与第一比例电磁换向阀2的两控制端口Y3、Y4相连用来控制后轮的前后转向。

当原地转向模式开关10、蟹行模式开关11均未被选中时，前转向手柄8控制前轮或履带转向，后转向手柄9控制后轮或履带转向，此时即为前、后轮或履带转向相互独立的开环控制系统。操作者可以根据转向工况的需要选择偏转的方向、速度和角度。下面以前轮或履带转向为例说明其转向过程：当操作者需要前轮或履带左转向时，扳动前转向手柄8向左偏转，前转向手柄8同时给控制器5一个开关信号和一个0~2.5V的电压信号：开关信号设定了手柄的不灵敏区，而电压信号的大小正比于手柄的角位移。控制器5将此电压信号转化为电流信号对第一电磁比例换向阀1的Y1端比例电磁铁进行控制，进而对液压泵13到转向油缸3中的流量进行控制，转向油缸3驱动转向机构进行偏转。松开前转向手柄8后前转向手柄8回到中位，轮胎或履带的偏转角度不再变化。因此，通过搬动前转向手柄8的偏转角度即可控制前轮或履带的转向速度。前轮或履带右转向的情况与左转向的情况类似，只不过操作者需向右扳动前转向手柄8，控制器5的输入电压为2.5~5V，控制器5控制第一电磁比例换向阀1的Y2端比例电磁铁。由于本发明采用恒压变量泵作为油源，转向速度取决于第一电磁比例换向阀1的开度和负载与液压泵13设定压力之差，前、后轮或履带的转向速度之间互相没有影响，也不受其它执行机构是否动作的影响。

当原地转向模式开关10或蟹行模式开关11中被选择后，转向方式即成为单手柄闭环控制转向方式。此时，前转向手柄8对前轮或履带转向控制与前、后转向相互独立的开环控制系统相同，而后轮或履带转向则通过前转向转角传感器4、后转向转角传感器7与控制器5构成闭环系统进行控制，后转向手柄9对第二电磁比例换向阀2的控制功能被控制器5屏蔽。下面就以原地转向为例说明其转向过程，按下原地转向模式开关10，当原地转向模式被选择后，扳动前转向手柄8，前轮或履带进行转向，前转向转角传感器4实时地将前轮或履带的偏转方向和角度进行检测并将其转化为0~5V电压信号(0~2.5V为左转向，2.5~5V为右转向，电压信号的大小正比于偏转角度)输入到控制器5，根据此信号控制器5控制第二电磁比例换向阀2使后轮或履带按照与前轮或履带相反的方向进行偏转。控制器5按30ms的扫描周期不断的比较前、后轮或履带转向角度的偏差，同时输出电流信号控制第二电磁比例换向阀2驱动后轮或履带转向来消除此偏差，从而使前、后轮或履带转向协调一致。蟹行与原地转向开关类似，只不过需选择蟹行模式开关11，前、后轮或履带转向按照相同的方向进行偏转。

综上所述，本发明既可利用双转向手柄实现前、后轮或履带转向相互独立的开环控制系统，也可利用单转向手柄实现闭环控制转向方式，两种转向方式之间可以轻松切换。因此，本发明集两种传统转向驱动和控制方式的优点于一身，同时避免了两种转向方式的不足。操作者根据实际工况的需要以及操作习惯选择转向方式。使整机的转向灵活性、铣刨定位的准确性、安全性和整机的生产率均得到了提高。

Claims (2)

1.一种铣刨机单、双手柄可切换转向的控制方法，其特征在于：首先在操作系统中设置两个转向手柄，以及设置原地转向模式与蟹行模式两个转向模式的选择开关，并在前、后转向机构中设置两个转向反馈装置；当采用两个转向手柄控制铣刨机转向时，两个转向手柄利用其自带的电位计将需要改变的转向方向信息和速度信息发送给控制器，控制器则通过与其相连的两个电磁比例换向阀分别控制前、后转向油缸实现前、后轮或履带同时转向，其中前、后轮或履带转向方向相同即为蟹行，转向方向相反即为原地转向，前、后轮或履带转向速度之间相互独立，互不影响；当采用其中一个控制手柄控制铣刨机转向时，首先选择所需要的蟹行或原地转向的模式开关，然后操作这个控制手柄利用其自带的电位计将需要改变的转向方向信息和速度信息发送给控制器，控制器则通过与其相连的电磁比例换向阀控制前、后转向油缸实现前、后轮同时转向，并通过转向反馈装置和控制器实现闭环控制，使前、后轮转向协调一致。

2.一种铣刨机单、双手柄可切换转向的控制装置，其特征在于：它包括第一电磁比例换向阀(1)、第二电磁比例换向阀(2)、前转向油缸(3)、后转向油缸(6)、前转向转角传感器(4)、后转向转角传感器(7)、控制器(5)、前转向手柄(8)、后转向手柄(9)、原地转向模式开关(10)以及蟹行模式开关(11)，第一电磁比例换向阀(1)和第二电磁比例换向阀(2)的控制端口分别与控制器(5)相连，第一电磁比例换向阀(1)和第二电磁比例换向阀(2)的输出端口分别与前转向油缸(3)和后转向油缸(6)相连，位于铣刨机前、后轮的转向机构中的前转向转角传感器(4)和后转向转角传感器(7)与控制器(5)的输入端口相连，前转向手柄(8)、后转向手柄(9)、原地转向模式开关(10)和蟹行模式开关(11)分别与控制器(5)的输入端口相连，第一电磁比例换向阀(1)和第二电磁比例换向阀(2)通过过滤器(12)与液压泵(13)相连。

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