CN102071715A - 一种用于工程机械中铲刀的智能提升方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种用于工程机械中铲刀的智能提升方法及装置，该方法的步骤为：①判断当前的工作模式；②将车轮当前转速的换算车速与机器当前实际的对地车速进行比较：如果机器当前实际的对地车速小于车轮当前转速的换算车速，判定车轮发生滑转，进入步骤③；否则，进入步骤④；③输出提升铲刀的指令；④检测铲刀负载：当铲刀当前负载所对应的功率大于发动机能提供给铲刀的最大功率或设定负载所对应的功率时，输出提升铲刀的指令。该装置包括铲刀提升模块、控制模块、用来检测实时铲刀负载状况的负载检测模块、对地速度检测模块以及车轮转速检测模块。本发明具有结构简单紧凑、原理简单、可靠性好、可实时调整负载、提高作业效率、降低操作者劳动强度等优点。

Description

一种用于工程机械中铲刀的智能提升方法及装置

技术领域

本发明主要涉及到工程机械领域，特指一种工程机械中铲刀的智能提升方法及装置。

背景技术

带铲刀的工程机械的作业工况复杂，铲刀在土壤中遇到土堆、石块、其他隐形硬物使负载产生突变，产生冲击很大，往往会导致发动机掉速，甚至熄火，影响作业效率。机器制造商往往提高发动机功率的利用率，缓解负载突变带来的影响。但发动机功率是一定的，当负载较大时，上述方案是无法实施的。最有效的办法是提升铲刀到合适的高度，减小负载。

一、操作手根据经验手动提升铲刀，但是手动的反应慢，铲刀的提升量不好控制，操作者劳动强度大，效率低。

二、浮动铲刀，提升油缸的有杆腔和无杆腔油道接油箱，依靠铲刀自身重力贴在地面上工作；或者油道通过蓄能器、压力阀通到油箱，形成不同压载力的浮动技术；只能应用于特殊的工况。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、成本低廉、原理简单、可靠性好、可实时调整负载、提高作业效率、降低操作者劳动强度的用于工程机械中铲刀的智能提升方法及装置。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于工程机械中铲刀的智能提升方法，其特征在于步骤为：

①判断当前的工作模式：如果为手动模式，铲刀的工作完全由操作手柄完成；如果为自动模式，则转向步骤②；

②将车轮当前转速的换算车速与机器当前实际的对地车速进行比较：如果机器当前实际的对地车速小于车轮当前转速的换算车速，判定车轮发生滑转，进入步骤③；否则，进入步骤④；

③输出提升铲刀的指令，直到车轮的滑转结束或铲刀提升到极限；

④检测铲刀负载：当铲刀当前负载所对应的功率大于发动机能提供给铲刀的最大功率或设定负载所对应的功率时，判定铲刀为超载状态，输出提升铲刀的指令，直到功率匹配或铲刀提升到极限；否则，对铲刀提升的控制结束。

作为本发明的进一步改进：

当执行步骤③或④时，先计算铲刀的提升量得到提升预期量，在铲刀的提升过程中，实时检测铲刀所处的高度，当高度大于或等于提升预期量时，对铲刀提升的控制结束。

本发明进一步提供一种用于工程机械中铲刀的智能提升装置，包括铲刀提升模块、控制模块、用来检测实时铲刀负载状况的负载检测模块、对地速度检测模块以及车轮转速检测模块，所述铲刀提升模块包括用来驱动铲刀升降的驱动件以及用来实时检测铲刀升降位移的驱动位移检测件，所述对地速度检测模块、车轮转速检测模块、驱动位移检测件以及负载检测模块与控制模块的输入端相连，所述控制模块根据车轮的当前转速、机器的当前对地车速以及铲刀的当前负载状况输出控制信号至驱动件。

所述驱动件为液压驱动油缸，所述驱动位移检测件为油缸活塞位移传感器。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明用于工程机械中铲刀的智能提升方法及装置，结构简单紧凑、成本低廉、原理简单、可靠性好，可根据机器的运行状态判断是否提升铲刀，并确定铲刀的提升量，从而改善作业负载与发动机的匹配，降低操作者的劳动强度，提高机器作业效率。

附图说明

图1是本发明方法的流程示意图；

图2是本发明装置的框架原理示意图；

图3是本发明中铲刀提升模块的原理示意图；

图4是本发明具体实施例中铲刀提升模块的结构示意图；

图5是本发明具体实施例应用时角位油缸的受力示意图。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明用于工程机械中铲刀的智能提升方法，其步骤为：

①判断当前的工作模式：如果为手动模式，铲刀的工作完全由操作手柄完成；如果为自动模式，则转向步骤②；

②将车轮当前转速的换算车速与机器当前实际的对地车速进行比较：如果机器当前实际的对地车速小于车轮当前转速的换算车速，判定车轮发生滑转，进入步骤③；否则，进入步骤④；

③输出提升铲刀的指令，直到车轮的滑转结束或铲刀提升到极限；

④检测铲刀负载：当铲刀当前负载所对应的功率大于发动机能提供给铲刀的最大功率或设定负载所对应的功率时，判定铲刀为超载状态，输出提升铲刀的指令，直到功率匹配或铲刀提升到极限；否则，对铲刀提升的控制结束。

当执行步骤③或④时，先计算铲刀的提升量得到提升预期量，在铲刀的提升过程中，实时检测铲刀所处的高度，当高度大于或等于提升预期量时，对铲刀提升的控制结束。

发动机在不同的油门位置下，虽然都可以工作在最大功率点，但是有些最大功率点抗过载能力很差，容易熄火，所以每一个最大功率点都留有一定的过载余量。附件功率是指发动机散热风扇、进排气管、发电机、压缩机等附件消耗的功率和，行驶功率可用滚动摩擦力与车速计算得到。上述发动机能提供给铲刀的最大功率，是指留有过载余量的最大功率减去附件功率和行驶功率的差值。

如图2、图3和图4所示，本发明用于工程机械中铲刀的智能提升装置，包括铲刀提升模块、控制模块、用来检测实时铲刀负载状况的负载检测模块、对地速度检测模块以及车轮转速检测模块，铲刀提升模块包括用来驱动铲刀升降的驱动件以及用来实时检测铲刀升降位移的驱动位移检测件，对地速度检测模块、车轮转速检测模块、驱动位移检测件以及负载检测模块与控制模块的输入端相连，控制模块根据车轮的当前转速、机器的当前对地车速以及铲刀的当前负载状况输出控制信号至驱动件。

本实施例中，在机器上安装测量轮胎转速和机器对地速度的传感器，通过比较车轮转速的换算车速和机器当前对地的实际速度，控制器判断轮胎是否打滑。当车轮和地面附着系数较低时，车轮会发生滑转，控制模块不再比较铲刀和发动机的功率，直接输出指令，自动提升铲刀。

本实施例中，铲刀上安装负载感应器，用于采集负载信号，计算铲刀所承受的力。负载感应器安装在铲刀支撑上。发动机的转速-功率特性曲线存储在控制器中，控制器按此曲线匹配铲刀的负载；当铲刀的负载大于发动机当前转速下能提供给铲刀最大功率时，控制器输出指令，装置自动提升铲刀，减小负载。

本实施例中，在操作台上设计了一个铲刀自动提升和手动提升转换开关，操作者可通过此开关来选择铲刀提升的模式。此发明的内容就是铲刀自动提升模式。

本实施例中，驱动件为液压驱动油缸3(参见图4)，液压驱动油缸3的控制油路通过电磁阀来控制，驱动位移检测件为油缸活塞位移传感器。油缸活塞位移传感器用来检测提升油缸活塞杆动作的程度，安装方式可分为外置和内置式。参见图3，电磁阀包括并联的手动多路阀和电磁阀，可实现自动、手动切换。上述过程中，控制模块的控制信号输出到电磁阀上，实现铲刀提升；同时控制模块实时检测液压驱动油缸的位移，闭环控制油缸提升电磁阀动作，使铲刀提升位移达到期望值。

参见图4，在具体实施例中，负载检测模块包括铲刀支架1、角位油缸2、油缸活塞位移传感器（图中未示）、油压传感器4以及拉压传感器5，铲刀上的负载完全作用在角位油缸2、铲刀支架1的左右支撑上。其中，油压传感器4安装在角位油缸2的无杆腔，可以计算活塞杆所承受的压力F1=P×A，沿活塞杆轴向方向；油缸活塞位移传感器两端分别与角位油缸2上的铰接处相连，检测油缸活塞杆的实时长度L；随着角位油缸2的活塞杆长度变化，F1在水平方向的分力会发生变化，但变化遵循简化的三角函数关系，如图5。拉压传感器5安装在铲刀支架1上，铲刀受力会通过拉压传感器5传递到铲刀支架1上，方向水平；控制模块计算得到力F2、F3。即水平方向受力F= K×f（L，F1）+F2+F3，式中K为常量，由L1、L2、初始角等决定，可通过实验获得。

进一步，负载检测的传感器也可采用拉力计链接在铲刀支架1的某个部位，达到实测铲刀的负载。

进一步，作为铲刀提升油缸的液压驱动油缸3可采用单个油缸，也采用两个甚至多个油缸来完成。采用多个提升油缸方案时，各个油缸可单独动作，也可协同动作，通过控制模块对多油缸分别控制，完成如偏载，找平，避让等功能；

进一步，铲刀角位油缸2可是单油缸，也可用双油缸实现铲刀两端的负载分组，分别检测，实现更复杂的功能。

进一步，可以设置模式开关选择，进而通过人机交互界面设置，通信方式传给控制模块；也可用如电位计等模拟量输入的方式设定，低范围段为手动，中间放范围段为死区，高范围段为自动。

进一步，油缸活塞位移传感器定量控制每次活塞的提升量，也可通过控制器循环检测负载，以负载为目标闭环控制，完成铲刀提升量的实施。

进一步，机器对地速度也可通过机器自由车轮的转速换算，间接得到。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1. 一种用于工程机械中铲刀的智能提升方法，其特征在于步骤为：

①判断当前的工作模式：如果为手动模式，铲刀的工作完全由操作手柄完成；如果为自动模式，则转向步骤②；

②将车轮当前转速的换算车速与机器当前实际的对地车速进行比较：如果机器当前实际的对地车速小于车轮当前转速的换算车速，判定车轮发生滑转，进入步骤③；否则，进入步骤④；

③输出提升铲刀的指令，直到车轮的滑转结束或铲刀提升到极限；

④检测铲刀负载：当铲刀当前负载所对应的功率大于发动机能提供给铲刀的最大功率或设定负载所对应的功率时，判定铲刀为超载状态，输出提升铲刀的指令，直到功率匹配或铲刀提升到极限；否则，对铲刀提升的控制结束。

2. 根据权利要求1所述的用于工程机械中铲刀的智能提升方法，其特征在于：当执行步骤③或④时，先计算铲刀的提升量得到提升预期量，在铲刀的提升过程中，实时检测铲刀所处的高度，当高度大于或等于提升预期量时，对铲刀提升的控制结束。

3. 一种用于工程机械中铲刀的智能提升装置，其特征在于：包括铲刀提升模块、控制模块、用来检测实时铲刀负载状况的负载检测模块、对地速度检测模块以及车轮转速检测模块，所述铲刀提升模块包括用来驱动铲刀升降的驱动件以及用来实时检测铲刀升降位移的驱动位移检测件，所述对地速度检测模块、车轮转速检测模块、驱动位移检测件以及负载检测模块与控制模块的输入端相连，所述控制模块根据车轮当前转速、机器的当前对地车速以及铲刀的当前负载状况输出控制信号至驱动件。

4. 根据权利要求3所述的用于工程机械中铲刀的智能提升装置，其特征在于：所述驱动件为液压驱动油缸，所述驱动位移检测件为油缸活塞位移传感器。

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