CN102071711B - 冶金专用履带式装载机的整车控制系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种冶金专用履带式装载机的整车控制系统及其控制方法，该系统包括液压传动及控制系统和电器控制系统；液压传动及控制系统包括液压闭式行走驱动系统和负载敏感式变量开式工作液压系统，其中，发动机与分动箱相连，比例变量泵安装在分动箱的PTO取力口上，液压马达与比例变量泵相连，终传动驱动链轮与液压马达相连；开式负载敏感变量泵安装在分动箱PTO取力口上，比例多路阀与开式负载敏感变量泵相连，动臂油缸和铲斗油缸分别与比例多路阀相连；电器控制系统包括：发动机控制器和终端智能显示器分别通过CAN总线与PLC控制器相连。本发明能够大幅度优化发动机和传动系之间的功率匹配，极大地提高工作效率且安全可靠。
Description
技术领域
本发明属于电器控制技术领域，涉及一种冶金专用履带式装载机的整车控制系统及其控制方法。
背景技术
在钢铁厂，炼钢生产中炉底清渣作业由于作业环境恶劣、高温、高粉尘、作业强度大，故目前国内钢铁厂的炉底清渣作业均采用黄河工程机械厂生产ZY-65履带式装载机来完成。ZY-65履带式装载机采用液力驱动行走和机械连杆式操作工作装置，必须由驾驶员驾驶车辆进入炉底危险区域进行作业；对驾驶员的人身安全造成了巨大的安全隐患。履带式装载机主要用于在钢厂、矿山等场合的铲运和装载工作，其需要满足作业功率大，工作循环时间短，适应崎岖不平地面作业等要求。履带式装载机通常采用静液压行走驱动，其优点是驱动力大，体积小。但传统的静液压行走驱动的缺点是驱动效率较低，行走驱动和工作装置之间的功率分配难、操作复杂。因此，很多专家和技术人员对钢铁厂的环境和设备技术要求进行调研和资料收集，预备开发出一种满足于现场使用要求的冶金专用履带式装载机。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种冶金专用履带式装载机的整车控制系统，该系统能够大幅度优化发动机和传动系之间的功率匹配，极大地提高工作效率；
此外，本发明还提供一种冶金专用履带式装载机的整车控制系统的控制方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。
一种冶金专用履带式装载机的整车控制系统，包括液压传动及控制系统和电器控制系统；所述液压传动及控制系统包括液压闭式行走驱动系统和负载敏感式变量开式工作液压系统；所述液压闭式行走驱动系统包括发动机、分动箱、比例变量泵、液压马达和终传动驱动链轮；发动机与分动箱相连，比例变量泵安装在分动箱的PTO取力口上，液压马达与比例变量泵相连，终传动驱动链轮与液压马达相连；所述负载敏感式变量开式工作液压系统包括发动机、分动箱、开式负载敏感变量泵、比例多路阀、动臂油缸和铲斗油缸；开式负载敏感变量泵安装在分动箱PTO取力口上，比例多路阀与开式负载敏感变量泵相连，动臂油缸和铲斗油缸分别与比例多路阀相连；所述电器控制系统包括发动机控制器、PLC控制器和终端智能显示器；所述发动机控制器和终端智能显示器分别通过CAN总线与PLC控制器相连。
作为本发明的一种优选方案，所述电器控制系统还包括遥控接收器、行走驱动控制器、工作机构控制器、声光控制器、报警控制器；所述遥控接收器通过CAN总线与PLC控制器相连，用以控制接收遥控发射器发出的指令；所述行走驱动控制器包括行走电控手柄、设置在PLC控制器中的第一手柄信号标定模块和第一驱动模块；所述行走电控手柄与第一手柄信号标定模块相连，第一手柄信号标定模块与第一驱动模块相连；所述工作机构控制器包括工作电控手柄、设置在PLC控制器中的第二手柄信号标定模块和第二驱动模块；所述工作电控手柄与第二手柄信号标定模块相连，第二手柄信号标定模块与第二驱动模块相连；所述声光控制器为控制开关，所述控制开关与PLC控制器相连，用以控制灯光和喇叭；所述报警控制器为报警指示开关，所述报警指示开关与PLC控制器相连，用以控制声光报警装置。
作为本发明的另一种优选方案，所述比例变量泵中设有比例变量磁铁和与比例变量磁铁通电连接的伺服阀，所述伺服阀与所述液压马达连接。
作为本发明的再一种优选方案，所述比例变量泵包括左比例变量泵和右比例变量泵；所述液压马达包括左液压马达和右液压马达；所述轮边减速机包括左轮边减速机和右轮边减速机；所述左比例变量泵与左液压马达相连，左液压马达通过左轮边减速机与所述装载机的左侧履带相连；所述右比例变量泵与右液压马达相连，右液压马达通过右轮边减速机与所述装载机的右侧履带相连。
作为本发明的再一种优选方案，所述终传动驱动链轮上设置有用以控制终传动驱动链轮的转速的轮边减速机。
一种冶金专用履带式装载机的整车控制系统的控制方法，包括液压传动及控制方法和电器控制方法；
所述液压传动及控制方法包括液压闭式行走驱动方法和负载敏感式变量开式工作液压方法；所述液压闭式行走驱动方法为：发动机输出的机械能经分动箱后，其中一部分机械能由比例变量泵转化成液压能，液压能经过管道传输到液压马达，液压马达将液压能转化成机械能，机械能经轮边减速机作用于终传动驱动链轮上，终传动驱动链轮带动履带转动实现整机行驶；所述负载敏感式变量开式工作液压方法为：发动机输出的机械能经分动箱后，其中另一部分机械能由开式负载敏感变量泵转化成液压能，液压能经过管道和比例多路阀传输到动臂油缸和铲斗油缸，动臂油缸和铲斗油缸将液压能转化为机械能进而实现工作机构升降和铲斗收放动作；
所述电器控制方法为：发动机控制器对从发动机传感器收集到的信号进行处理，然后将处理后的信号数据打包传送到CAN总线上；终端智能显示器按照数据地址从CAN总线上接收数据，并实时进行显示；PLC控制器按照CAN总线上的数据地址接收数据，将不同的指令转换成相应的驱动信号，并传输给相应的控制器或执行元件，以实现相应动作的执行。
作为本发明的另一种优选方案，所述电器控制方法还包括遥控方法、行走驱动控制方法、工作机构控制方法、声光控制方法、报警控制方法；所述遥控方法为：遥控发射器发出指令信号，遥控接收器接收指令信号，并将指令信号传送到CAN总线上；PLC控制器通过CAN总线接收所述指令信号，并将指令信号转换成驱动信号传输给相应的执行器；所述行走驱动控制方法为：所述PLC控制器中设有第一手柄信号标定模块和第一驱动模块；所述第一手柄信号标定模块采集行走电控手柄的信号，第一驱动模块将第一手柄信号标定模块输出的信号转换成驱动信号进而控制比例变量泵的电磁流量，实现对整车行走的控制；所述工作机构控制方法为：所述PLC控制器中设有第二手柄信号标定模块和第二驱动模块；所述第二手柄信号标定模块采集工作电控手柄的信号，第二驱动模块将第二手柄信号标定模块输出的信号转换成驱动信号进而控制比例多路阀的电磁流量，实现对整车的动臂和铲斗动作的控制；所述声光控制方法为：所述PLC控制器采集控制开关的状态信号，并将控制开关的状态信号转换成驱动信号，然后发送给声光装置，控制声光装置的启动和关闭；所述报警控制方法为：所述PLC控制器采集报警指示开关的状态信号，并将报警指示开关的状态信号转换成驱动信号，驱动声光报警装置发出警报。
作为本发明的再一种优选方案，所述比例变量泵包括左比例变量泵和右比例变量泵；所述液压马达包括左液压马达和右液压马达；所述轮边减速机包括左轮边减速机和右轮边减速机；终传动驱动链轮包括左终传动驱动链轮和右终传动驱动链轮；所述液压闭式行走驱动方法的详细实现过程为：发动机输出的机械能经分动箱后，其中一部分机械能分成两部分，第一部分机械能经左比例变量泵转化成液压能，然后经过管道传输到左液压马达，左液压马达将液压能转化成第一部分机械能，第一部分机械能作用于左终传动驱动链轮上，左终传动驱动链轮带动左侧履带转动实现整机的左侧行驶；第二部分机械能经右比例变量泵转化成液压能，然后经过管道传输到右液压马达，右液压马达将液压能转化成第二部分机械能，第二部分机械能作用于右终传动驱动链轮上，右终传动驱动链轮带动右侧履带转动实现整机的右侧行驶。
本发明的有益效果在于：
1、本发明采用电子控制的静液压行走驱动系统，充分利用变量泵和变量马达的双变量特性，实现了电子控制的静液压行走驱动系统的无级换档，大幅优化发动机和传动系之间的功率匹配，极大的提高了工作效率；
2、本发明通过双轴手柄实现了对工作装置的控制，可单独调解斜坡时间，提高动作的效率和舒适度，降低振动和冲击；
3、本发明可以根据工作装置的流量需求自动降低行走速度，代替人工分配行走驱动和工作装置之间的复杂的功率分配，极大的降低了操作难度；并且由于工作装置操作的优先性得到了极大保证，大大的提高了安全性；
4、本发明实现了先进的发动机管理，通过脚踏板/电位计旋钮控制发动机的转速，监视发动机状态并将状态参数动态地显示在显示器上；当发动机过载时，立即降低行走速度和工作装置速度，保护发动机不熄火。
附图说明
图1为本发明所述的冶金专用履带式装载机的整车控制系统的结构示意图；
图2为本发明所述的液压传动及控制系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
实施例
本实施例提供一种冶金专用履带式装载机的整车控制系统，如图1所示，该系统包括液压传动及控制系统和电器控制系统。
所述液压传动及控制系统包括液压闭式行走驱动系统和负载敏感式变量开式工作液压系统，如图2所示。
【液压闭式行走驱动系统】
发动机输出的机械能(扭矩与转速)经过分动箱后，一部分机械能通过比例变量泵转化成液压能(流量与压力)，液压能经过管道传输到液压马达，液压马达把液压能转化成机械能(扭矩与转速)，机械能作用于终传动驱动链轮上，从而带动履带转动实现整机行驶。所述终传动驱动链轮上设置有轮边减速机，用以控制终传动驱动链轮的转速。其中，所述比例变量泵包括左比例变量泵和右比例变量泵；所述液压马达包括左液压马达和右液压马达；所述轮边减速机包括左轮边减速机和右轮边减速机；终传动驱动链轮包括左终传动驱动链轮和右终传动驱动链轮；所述液压闭式行走驱动方法的详细实现过程为：发动机输出的机械能经分动箱后，其中一部分机械能分成两部分，第一部分机械能经左比例变量泵转化成液压能，然后经过管道传输到左液压马达，左液压马达将液压能转化成第一部分机械能，第一部分机械能作用于左终传动驱动链轮上，左终传动驱动链轮带动左侧履带转动实现整机的左侧行驶；第二部分机械能经右比例变量泵转化成液压能，然后经过管道传输到右液压马达，右液压马达将液压能转化成第二部分机械能，第二部分机械能作用于右终传动驱动链轮上，右终传动驱动链轮带动右侧履带转动实现整机的右侧行驶。
在比例变量泵刚启动时，泵的斜盘倾角在零位。通过改变比例电磁铁电流的大小可以改变伺服阀阀芯的位置，进而改变泵的斜盘倾角和输出流量，从而改变液压马达的流量和转速。
每套独立的液压闭式行走驱动系统单独驱动一侧履带，通过改变比例变量泵和液压马达的排量而改变转速，从而调整履带的行驶速度。
液压闭式驱动系统实现的功能最终体现为履带式装载机的行走状态，如直线行驶(前进、后退)、转弯(向左、向右)、原地转弯(向左、向右)、液压制动等四种状态。
【负载敏感式变量开式工作液压系统】
负载敏感式变量开式工作液压系统实现的功能：发动机输出的机械能(扭矩与转速)经过分动箱后，另一部分机械能通过开式负载敏感变量泵转化成液压能(流量与压力)，液压能经过管道和比例多路阀传输到动臂油缸和铲斗油缸，动臂油缸和铲斗油缸将液压能转化成机械能(直线运动)，从而实现了工作机构升降和铲斗收放动作。
所述电器控制系统包括发动机控制器、PLC控制器、遥控接收器、行走驱动控制器、工作机构控制器、声光控制器、终端智能显示器、报警控制器；
【发动机控制器】
发动机控制器主要对点火、熄火、油门、发动机运行参数(发动机转速、工作小时、机油压力、水温等)进行监测，发动机ECU控制器通过J1939通讯协议将从传感器收集的信号经处理后打包传送到CAN总线上，终端智能显示器按照数据的地址接受发动机ECU控制器传送的数据，并实时在终端智能显示器上进行显示。
【遥控接收器】
遥控控制器的工作原理为：当遥控发射器所发出的不同指令经无线发射到遥控接收器后，遥控接收器将所接收的指令处理后打包传送到CAN总线上，PLC控制器按照数据的地址接收遥控接收器传送的数据，并实时采集传感器信号，PLC控制器将不同的指令转换成相应的PWM、DO等相关驱动信号，传输给相应的控制器和整车回路中的执行元件，以实现相应动作的执行。
【行走驱动控制器】
行走驱动控制器的工作原理为：行走电控手柄发出的模拟信号AI输入到PLC控制器，经PLC控制器中的第一手柄信号标定模块处理之后，打包发送到第一驱动(Motion)模块(主要控制比例电磁阀)；第一驱动模块处理数据之后输出相应的PWM值，对比例变量泵I和II(即左右比例变量泵)上的比例电磁铁直接控制。
【工作机构控制器】
工作机构控制器的工作原理为：工作电控手柄发出的模拟信号AI输入到PLC控制器，经PLC控制器中的第二手柄信号标定模块处理之后，打包发送到第二驱动(Motion)模块(主要控制比例电磁阀)；第二驱动模块处理数据之后输出相应的PWM值，对比例多路阀上的比例电磁铁直接控制；从而实现了动臂和铲斗的动作。
【声光控制器】
声光控制器的工作原理为：通过控制开关输入开关信号到PLC控制器，PLC控制器将接收的信号进行I/O处理后，将不同的指令转换成相应的DO驱动信号，传输给不同的执行元件，以实现相应的动作执行。
【终端智能显示器】
终端智能显示器具有两大功能：分别为友好人机界面显示功能和设备故障诊断监视功能。
友好人机界面显示功能：系统采用CAN总线图形文本显示器，通过CAN总线与控制器进行通讯，读取控制器采集到的系统运行参数，在显示器界面上以文字(汉字)形式显示，并显示提示信息，人机交互友好，易操作。主要显示内容包括：发动机运行参数(如机油压力、水温、转速等)、液压系统压力、车辆当前状态(如工作压力、行走压力、行车速度等)、故障报警信息和系统提示信息等。
设备故障诊断监视功能：系统通过各个传感器采集系统运行参数和状态，并通过CAN总线传输到终端显示器，监视系统运行，当某个参数出现异常或达到报警状态时，通过人机界面(指示灯、蜂鸣器)发出报警信号，提请操作者注意；在出现严重故障时，系统自动停止工作，直到故障排除，并提请操作者注意，保证设备和人身安全。
【报警控制器】
所述报警控制器为报警指示开关，所述报警指示开关与PLC控制器相连，用以控制声光报警装置。
【PLC控制器】
图2中，PLC控制器由PLC控制器I和II构成。实际应用中，PLC控制器可以根据需要适当选取若干个PLC控制器芯片构成。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其他形式、结构、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件来实现。
Claims (6)
1.一种冶金专用履带式装载机的整车控制系统，其特征在于：所述整车控制系统包括液压传动及控制系统和电器控制系统；
所述液压传动及控制系统包括液压闭式行走驱动系统和负载敏感式变量开式工作液压系统；所述液压闭式行走驱动系统包括发动机、分动箱、比例变量泵、液压马达和终传动驱动链轮；发动机与分动箱相连，比例变量泵安装在分动箱的PTO取力口上，液压马达与比例变量泵相连，终传动驱动链轮与液压马达相连；所述负载敏感式变量开式工作液压系统包括发动机、分动箱、开式负载敏感变量泵、比例多路阀、动臂油缸和铲斗油缸；开式负载敏感变量泵安装在分动箱PTO取力口上，比例多路阀与开式负载敏感变量泵相连，动臂油缸和铲斗油缸分别与比例多路阀相连；
所述电器控制系统包括发动机控制器、PLC控制器和终端智能显示器；所述发动机控制器和终端智能显示器分别通过CAN总线与PLC控制器相连；
所述电器控制系统还包括遥控接收器、行走驱动控制器、工作机构控制器、声光控制器、报警控制器；
所述遥控接收器通过CAN总线与PLC控制器相连，用以控制接收遥控发射器发出的指令；
所述行走驱动控制器包括行走电控手柄、设置在PLC控制器中的第一手柄信号标定模块和第一驱动模块；所述行走电控手柄与第一手柄信号标定模块相连，第一手柄信号标定模块与第一驱动模块相连；
所述工作机构控制器包括工作电控手柄、设置在PLC控制器中的第二手柄信号标定模块和第二驱动模块；所述工作电控手柄与第二手柄信号标定模块相连，第二手柄信号标定模块与第二驱动模块相连；
所述声光控制器为控制开关，所述控制开关与PLC控制器相连，用以控制灯光和喇叭；
所述报警控制器为报警指示开关，所述报警指示开关与PLC控制器相连，用以控制声光报警装置。
2.根据权利要求1所述的冶金专用履带式装载机的整车控制系统，其特征在于：所述比例变量泵中设有比例变量磁铁和与比例变量磁铁通电连接的伺服阀，所述伺服阀与所述液压马达连接。
3.根据权利要求2所述的冶金专用履带式装载机的整车控制系统，其特征在于：所述比例变量泵包括左比例变量泵和右比例变量泵；所述液压马达包括左液压马达和右液压马达；所述终传动驱动链轮包括左终传动驱动链轮和右终传动驱动链轮；所述左比例变量泵与左液压马达相连，左液压马达通过左终传动驱动链轮与所述装载机的左侧履带相连；所述右比例变量泵与右液压马达相连，右液压马达通过右终传动驱动链轮与所述装载机的右侧履带相连。
4.根据权利要求1所述的冶金专用履带式装载机的整车控制系统，其特征在于：所述终传动驱动链轮上设置有用以控制终传动驱动链轮的转速的轮边减速机。
5.一种如权利要求1所述的冶金专用履带式装载机的整车控制系统的控制方法，其特征在于：所述整车控制方法包括液压传动及控制方法和电器控制方法；
所述液压传动及控制方法包括液压闭式行走驱动方法和负载敏感式变量开式工作液压方法；
所述液压闭式行走驱动方法为：发动机输出的机械能经分动箱后，其中一部分机械能由比例变量泵转化成液压能，液压能经过管道传输到液压马达，液压马达将液压能转化成机械能，机械能经轮边减速机作用于终传动驱动链轮上，终传动驱动链轮带动履带转动实现整机行驶；
所述负载敏感式变量开式工作液压方法为：发动机输出的机械能经分动箱后，其中另一部分机械能由开式负载敏感变量泵转化成液压能，液压能经过管道和比例多路阀传输到动臂油缸和铲斗油缸，动臂油缸和铲斗油缸将液压能转化为机械能进而实现工作机构升降和铲斗收放动作；
所述电器控制方法为：发动机控制器对从发动机传感器收集到的信号进行处理，然后将处理后的信号数据打包传送到CAN总线上；终端智能显示器按照数据地址从CAN总线上接收数据，并实时进行显示；PLC控制器按照CAN总线上的数据地址接收数据，将不同的指令转换成相应的驱动信号，并传输给相应的控制器或执行元件，以实现相应动作的执行；
所述电器控制方法还包括遥控方法、行走驱动控制方法、工作机构控制方法、声光控制方法、报警控制方法；
所述遥控方法为：遥控发射器发出指令信号，遥控接收器接收指令信号，并将指令信号传送到CAN总线上；PLC控制器通过CAN总线接收所述指令信号，并将指令信号转换成驱动信号传输给相应的执行器；
所述行走驱动控制方法为：所述PLC控制器中设有第一手柄信号标定模块和第一驱动模块；所述第一手柄信号标定模块采集行走电控手柄的信号，第一驱动模块将第一手柄信号标定模块输出的信号转换成驱动信号进而控制比例变量泵的电磁流量，实现对整车行走的控制；
所述工作机构控制方法为：所述PLC控制器中设有第二手柄信号标定模块和第二驱动模块；所述第二手柄信号标定模块采集工作电控手柄的信号，第二驱动模块将第二手柄信号标定模块输出的信号转换成驱动信号进而控制比例多路阀的电磁流量，实现对整车的动臂和铲斗动作的控制；
所述声光控制方法为：所述PLC控制器采集控制开关的状态信号，并将控制开关的状态信号转换成驱动信号，然后发送给声光装置，控制声光装置的启动和关闭；
所述报警控制方法为：所述PLC控制器采集报警指示开关的状态信号，并将报警指示开关的状态信号转换成驱动信号，驱动声光报警装置发出警报。
6.根据权利要求5所述的冶金专用履带式装载机的整车控制系统的控制方法，其特征在于：所述比例变量泵包括左比例变量泵和右比例变量泵；所述液压马达包括左液压马达和右液压马达；所述轮边减速机包括左轮边减速机和右轮边减速机；终传动驱动链轮包括左终传动驱动链轮和右终传动驱动链轮；所述液压闭式行走驱动方法的详细实现过程为：发动机输出的机械能经分动箱后，其中一部分机械能分成两部分，第一部分机械能经左比例变量泵转化成液压能，然后经过管道传输到左液压马达，左液压马达将液压能转化成第一部分机械能，第一部分机械能作用于左终传动驱动链轮上，左终传动驱动链轮带动左侧履带转动实现整机的左侧行驶；第二部分机械能经右比例变量泵转化成液压能，然后经过管道传输到右液压马达，右液压马达将液压能转化成第二部分机械能，第二部分机械能作用于右终传动驱动链轮上，右终传动驱动链轮带动右侧履带转动实现整机的右侧行驶。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |