CN102277891A - 步履式工程机械及其调平装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种步履式工程机械调平装置，包括用于调整四个支腿水平位置的四个支腿油缸，每个支腿油缸的一端与车架铰接、另一端与相应的支腿铰接；还包括四个调整支腿油缸伸缩的方向控制阀，分别设置在每个支腿油缸与压力油路和回油油路之间；获取上车水平倾斜角度信号的传感器，设置在所述车架上；控制器，接收所述上车水平倾斜角度信号，并根据所述上车水平倾斜角度信号输出控制信号至所述方向控制阀的控制信号接收端，以控制相应支腿油缸的伸出或者缩回。本发明能够实时地自动调整机身的水平姿态，在满足作业安全性要求的基础上，可有效提高作业效率。在此基础上，本发明还提供一种应用该调平装置的步履式工程机械。

Description

步履式工程机械及其调平装置

技术领域

本发明涉及一种工程机械领域的自动控制技术，具体涉及步履式工程机械及其调平装置。

背景技术

步履式工程机械以其独特的简单构造，得以在斜坡、凹凸不平和狭小的场地上进行挖掘作业，具有独特的作业性能。

以下以步履式挖掘机为例进行详细说明。现有的步履式挖掘机大多由工作装置、上车、下车、回转机构和液压系统组成。与传统挖掘机相比，采用四个支脚(两个后支脚带一对行走轮)支撑整机，四个支脚用四个液压缸单独操作，四个支脚长度和支撑位置可在纵向、横向和垂直三个方向调节，使挖掘机的适用性和稳定性大大提高。

目前，步履式挖掘机在斜坡工况下进行挖掘作业时，为保持机身平台的水平姿态防止机身倾斜过大造成步履式挖掘机倾翻，大多采用水平倾角传感器检测机身水平倾斜角度；当机身的倾斜角度大于作业安全倾角时输出倾斜报警信号提示驾驶员，此时需驾驶员停止挖掘作业，并手动操纵调整机身姿态，使其回到水平倾斜角度的安全范围内后再从新开始挖掘作业。显然，这种控制方式存在以下不足，一方面，由于其控制系统只有自动报警功能，自机身出现倾翻趋势报警至驾驶员手动调整机身姿态的过程存在一个较长的延时，并需停止挖掘作业调整机身姿态，影响挖掘效率；另一方面，在斜坡挖掘作业时，驾驶员往往专注于挖掘操作而忽视倾斜报警信号，存在由于驾驶员调整姿态不及时而造成步履式挖机倾翻的危险。

有鉴于此，亟待针对现有步履式工程机械的调平技术进行优化设计，以有效规避倾翻事故的发生，并提高挖掘作业效率。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于提供一种步履式工程机械的调平装置，以使得整机能够实时地自动调整机身的水平姿态，在满足作业安全性要求的基础上，能够有效提高作业效率。在此基础上，本发明还提供一种应用该调平装置的步履式工程机械。

本发明提供的步履式工程机械调平装置，包括用于调整四个支腿水平位置的四个支腿油缸，每个支腿油缸的一端与车架铰接、另一端与相应的支腿铰接；还包括：

四个调整支腿油缸伸缩的方向控制阀，分别设置在每个支腿油缸与压力油路和回油油路之间；

获取上车水平倾斜角度信号的传感器，设置在所述车架上；

控制器，接收所述上车水平倾斜角度信号，并根据所述上车水平倾斜角度信号输出控制信号至所述方向控制阀的控制信号接收端，以控制相应支腿油缸的伸出或者缩回。

优选地，所述传感器具体为双轴倾角传感器，所述双轴倾角传感器获取横向和纵向的上车水平倾斜角度信号。

优选地，所述控制器具有存储单元、判断单元和输出单元；所述存储单元用于存储水平横向倾角的第一阈值和水平纵向倾角的第一阈值；所述判断单元用于接收所述横向和纵向的上车水平倾斜角度信号，将所述上车水平倾斜角度信号与相应的第一阈值进行比较，若该信号大于相应的第一阈值，则获得控制所述方向控制阀的判断结果；所述输出单元根据所述判断结果输出控制信号至所述方向控制阀的控制信号接收端。

优选地，还包括显示器，所述控制器的输出单元输出所述横向和纵向的上车水平倾斜角度信号至所述显示器。

优选地，所述控制器的存储单元还用于存储水平横向倾角的第二阈值和水平纵向倾角的第二阈值，所述判断单元将所述上车水平倾斜角度信号与相应的第二阈值进行比较，若该信号大于相应的第二阈值，则获得输出报警信号的判断结果。

优选地，所述报警信号输出至所述显示器，或者输出至声音报警器。

优选地，还包括自动调平开关，控制所述方向控制阀的控制信号接收端与所述控制器的输出单元电连接或者与控制手柄电连接。

本发明提供的步履式工程机械，其车架上铰接设置有左前、右前、左后和右后支腿，具有如前所述的步履式工程机械的调平装置。

优选地，具体为步履式挖掘机。

本发明提供的步履式工程机械的调平装置能够根据车身的工作倾角调整支腿油缸的伸出或者缩回，调节相应支脚在竖直平面内的工作姿态，以使得车身处于稳定的工作状态。工作过程中，传感器获取上车水平倾斜角度信号实时传输至控制器，并由控制器输出控制信号至相应的方向控制阀，也就是说，若上车的实际水平倾角过大，则输出控制信号进行相应的调节，最终确保上车在安全的工作状态下进行作业。

与现有技术相比，本方案采用闭环控制实时控制各支腿的工作姿态，一方面不会出现控制处理延时的问题，可最大限度的确保整机作业的安全稳定性；另一方面由于该调平装置可根据实际工况自动进行调整，整个过程不需要操作人员停止作业，调平作业与常规作业之间可同步进行，即调平作业对于常规作业效率不会构成任何影响。

在本发明的优选方案增设有自动调平开关。当控制所述方向控制阀的控制信号接收端与所述控制器连接，可实现自动调平的功能；当控制所述方向控制阀的控制信号接收端与控制手柄连接，可实现手动调平的功能；如此设计，可根据需要在自动调平功能与手动调平功能之间切换，进一步提高了本发明的适用性。

附图说明

图1是具体实施方式中所述步履式挖掘机的整体结构示意图；

图2示出了具体实施方式中所述各支腿油缸与相应支腿之间相对位置关系；

图3是具体实施方式中所述调平装置的工作原理图；

图4是具体实施方式中所述控制过程的流程图。

图中：

电瓶1、自动调平开关2、控制器3、显示器4、传感器5、控制手柄6、液压泵7、电磁阀组8、左前支腿油缸9、右前支腿油缸10、左后支腿油缸11、右后支腿油缸12。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种步履式工程机械的调平装置，以使得整机能够实时地自动调整机身的水平姿态，在满足作业安全性要求的基础上，能够有效提高作业效率。

不失一般性，下面以步履式挖掘机为例详细说明本实施方式。

请参见图1，该图为步履式挖掘机的整体结构示意图。

该步履式挖掘机包括工作装置、上车、下车、回转机构和液压系统等主要功能部分构成。其中，工作装置、上车、下车和回转机构等功能部分的自身结构及工作原理与现有技术相同，本领域的普通技术人员完全可以实现，本文不再赘述。以下将详细说明本实施例所述步履式工程机械的调平装置。

与现有技术相比，本方案同样通过控制支腿油缸的伸缩来调整相应支腿在竖直平面内的摆动幅度，从而达至调节车身工作姿态的目的。请一并参见图2，该图示出了各支腿油缸与支腿之间的相对位置关系。

如图1所示，前支腿与车架铰接于A点位置处，后支腿与车架铰接于B点位置处，相应的支腿油缸铰接于车架与支腿之间；也就是说，每个支腿油缸的一端与车架铰接、另一端与相应的支腿铰接，以在相应支腿油缸的作用下可以绕其与支架之间的铰点转动。具体请参见图2所示，左前支腿油缸9置于左前支腿与支架之间，右前支腿油缸10置于右前支腿与支架之间，左后支腿油缸11置于左后支腿与支架之间，右后支腿油缸12置于右后支腿与支架之间。应当理解，上述铰接关系的实现为已有技术。

另外，各支腿油缸的伸缩操作采用方向控制阀进行调整，每个支腿油缸均对应一个设置在相应支腿油缸与压力油路和回油油路之间的方向控制阀，通过方向控制阀的换向，建立压力油路与支腿油缸之间的连通实现伸出操作，或者建立回油油路与支腿油缸之间的连通实现收回操作。

本方案在车架上设置有传感器，用于获取上车水平倾斜角度信号，并将该信号输出至控制器。请一并参见图3，该图示出了本实施例所述调平装置的工作原理图。

其中，传感器5优选采用双轴倾角传感器获取横向和纵向的上车水平倾斜角度信号，应当理解，本文中所述横向及纵向的定义与步履式挖掘机的横纵方向一致。当然，也可以采用两个普通传感器分别获取横向和纵向的上车水平倾斜角度信号，只要满足信号采集的基本需要均可。同理，也可以选用集成四个方向控制阀的电磁阀组8。

其中，控制器3接收上车水平倾斜角度信号，并可根据该上车水平倾斜角度信号输出控制信号至相应方向控制阀的控制信号接收端，以控制相应支腿油缸的伸出或者缩回。如图3所示，该控制器3采用PLC控制器，可根据实际需要进行控制策略的设定，具有较好的适用性。比如，调整机身姿态的预设控制策略为：使机身水平横向倾角保持在±5°范围内，水平纵向倾角保持在±20°范围内；具体地，该控制器包括存储单元、判断单元和输出单元。用于存储水平横向倾角的第一阈值±5°和水平纵向倾角的第一阈值±20°可以预设存储在存储单元；判断单元用于接收传感器5所获取的横向和纵向上车水平倾斜角度信号，将上车水平倾斜角度信号与相应的第一阈值进行比较，若该信号大于相应的第一阈值，则获得控制方向控制阀的判断结果；输出单元根据判断结果输出控制信号至方向控制阀的控制信号接收端，完成机身调平的操作。其自动调平控制流程如图4所示，大致按照以下步骤进行：

步骤1：当控制器3接通电源后，控制器3进入自检及程序初始化过程。

步骤2：控制器3接收来自倾角传感器5的横向倾角电压信号X及纵向倾角电压信号Y，并将电压信号转换成相应数字信号进入内部逻辑运算电路进行运算。

步骤3：当X＞5°且Y＜-20°时，机身有左前倾趋势。控制器3向电磁阀组输出控制信号，驱动电磁阀打开相应油路，即动作1输出。液压泵7(压力油路)同时驱动左前支腿油缸9伸出，右后支腿油缸12缩回，使机身复位。

步骤4：当X＜-5°且Y＞20°时，机身有右后倾趋势。控制器3向电磁阀组输出控制信号，驱动电磁阀打开相应油路，即动作2输出。液压泵7(压力油路)同时驱动左前支腿油缸9缩回，右后支腿油缸12伸出，使机身复位。

步骤5：当X＜-5°且Y＜-20°时，机身有右前倾趋势。控制器3向电磁阀组输出控制信号，驱动电磁阀打开相应油路，即动作3输出。液压泵7(压力油路)同时驱动右前支腿油缸10伸出，左后支腿油缸11缩回，使机身复位。

步骤6：当X＞5°且Y＞20°时，机身有左后倾趋势。控制器3向电磁阀组输出控制信号，驱动电磁阀打开相应油路，即动作4输出。液压泵(压力油路)同时驱动右前支腿油缸10缩回，左后支腿油缸11伸出，使机身复位。

步骤7：当X＞5°且-20°＜Y＜20°时，机身有左倾趋势。控制器3向电磁阀组输出控制信号，驱动电磁阀打开相应油路，即动作5输出。液压泵7(压力油路)同时驱动左前、后支腿油缸9、11伸出，右前、后支腿油缸10、12缩回，使机身复位。

步骤8：当X＜-5°且-20°＜Y＜20°时，机身有右倾趋势。控制器3向电磁阀组输出控制信号，驱动电磁阀打开相应油路，即动作6输出。液压泵(压力油路)同时驱动左前、后支腿油缸9、11缩回，右前、后支腿油缸10、12伸出，使机身复位。

步骤9：当-5°＜X＜5°且Y＜-20°时，机身有前倾趋势。控制器3向电磁阀组输出控制信号，驱动电磁阀打开相应油路，即动作7输出。液压泵7(压力油路)同时驱动左、右前支腿油缸9、10伸出，左、右后支腿油缸11、12缩回，使机身复位。

步骤10：当-5°＜X＜5°且Y＞20°时，机身有后倾趋势。控制器3向电磁阀组输出控制信号，驱动电磁阀打开相应油路，即动作8输出。液压泵7(压力油路)同时驱动左、右前支腿油缸9、10缩回，左、右后支腿油缸10、12伸出，使机身复位。

以上自动控制流程的循环运行，使机身姿态始终自动保持在安全作业的水平倾斜范围之内。

进一步地，还包括显示器4，控制器3还可以输出横向和纵向的上车水平倾斜角度信号至显示器4，以便于操纵人员进行观察。传感器5将相应的角度电压信号输入到PLC控制器3中，控制器3将信号转换为与显示器4相匹配的电信号输出给显示器4，在显示器4上显示机身在水平面上纵向和横向的倾斜角度。

此外，控制器3还可以输出报警信号，以提醒操纵人员当前处理危险作业状态，该报警信号可输出至显示器4。如前述例子，控制器3的存储单元还用于存储水平横向倾角的第二阈值±25°和水平纵向倾角的第二阈值±40°，判断单元将上车水平倾斜角度信号与相应的第二阈值进行比较，若该信号大于相应的第二阈值，则获得输出报警信号的判断结果。也就是说，当水平横向倾斜角度大于安全值±25°和/或水平纵向倾斜角度大于安全值±40°时，控制器3则输出报警信号给显示器4，显示器4界面闪烁报警。实际上，该报警信号也可以输出至声音报警器。

为了提高本方案的适用性，使得整机的调平能够在自动调平功能和手动调平功能之间进行切换。优选地，还包括自动调平开关2，控制方向控制阀的控制信号接收端与控制器3的输出单元电连接或者与控制手柄6电连接。需要说明的是，这里所述方向控制阀的控制信号接收端与控制手柄6电连接，不应当仅理解为两者之间直接连接，实际上如图1所示，控制手柄所输出的电信号也可以经控制器3内的驱动电路向电磁阀组8连接，以输出相应的控制信号。

实际使用时，当自动调平开关2处于接通状态时，控制器3将接收到的倾角传感器信号与控制器3内的设定值进行比较运算，同时向电磁阀组8输出相应的驱动信号，打开相应的电磁阀油路，由液压泵7驱动相应的支腿油缸(9、10、11、12)动作以调整机身姿态使机身水平横向倾角保持在±5°范围内，水平纵向倾角保持在±20°范围内。当自动调平开关2处于断开状态时，控制器3不再自动向电磁阀组8输出驱动信号，转由接收来自控制手柄6的手动控制信号，并经控制器内的驱动电路向电磁阀组输出相应的控制信号，实现手动调平功能。

上述方案中，采用电瓶1为控制器3、显示器4、双轴倾角传感器5、控制手柄6、自动调平开关2提供电源。显然，该电瓶完全可以利用现有步履式挖掘机电控系统中的电瓶。

应用前述调平装置，步履式挖掘机在斜坡进行挖掘作业的同时能够使得机身始终保持在一个安全的倾角范围内，降低了驾驶员在斜坡作业操作的复杂程度提高了工作效率，并降低了作业中倾翻的危险性。

特别说明提，本实施例提供的调平装置并不局限于应用在步履式挖掘机上，也可以应用于其他类型的步履式工程机械。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，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的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.步履式工程机械的调平装置，包括用于调整四个支腿水平位置的四个支腿油缸，每个支腿油缸的一端与车架铰接、另一端与相应的支腿铰接；其特征在于，还包括：

四个调整支腿油缸伸缩的方向控制阀，分别设置在每个支腿油缸与压力油路和回油油路之间；

获取上车水平倾斜角度信号的传感器，设置在所述车架上；

控制器，接收所述上车水平倾斜角度信号，并根据所述上车水平倾斜角度信号输出控制信号至所述方向控制阀的控制信号接收端，以控制相应支腿油缸的伸出或者缩回。

2.根据权利要求1所述的步履式工程机械的调平装置，其特征在于，所述传感器具体为双轴倾角传感器，所述双轴倾角传感器获取横向和纵向的上车水平倾斜角度信号。

3.根据权利要求2所述的步履式工程机械的调平装置，其特征在于，所述控制器具有：

存储单元，用于存储水平横向倾角的第一阈值和水平纵向倾角的第一阈值；

判断单元，用于接收所述横向和纵向的上车水平倾斜角度信号，将所述上车水平倾斜角度信号与相应的第一阈值进行比较，若该信号大于相应的第一阈值，则获得控制所述方向控制阀的判断结果；

输出单元，根据所述判断结果输出控制信号至所述方向控制阀的控制信号接收端。

4.根据权利要求3所述的步履式工程机械的调平装置，其特征在于，还包括显示器，所述控制器的输出单元输出所述横向和纵向的上车水平倾斜角度信号至所述显示器。

5.根据权利要求4所述的步履式工程机械的调平装置，其特征在于，所述控制器的存储单元还用于存储水平横向倾角的第二阈值和水平纵向倾角的第二阈值，所述判断单元将所述上车水平倾斜角度信号与相应的第二阈值进行比较，若该信号大于相应的第二阈值，则获得输出报警信号的判断结果。

6.根据权利要求5所述的步履式工程机械的调平装置，其特征在于，所述报警信号输出至所述显示器，或者输出至声音报警器。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的步履式工程机械的调平装置，其特征在于，还包括自动调平开关，控制所述方向控制阀的控制信号接收端与所述控制器的输出单元电连接或者与控制手柄电连接。

8.步履式工程机械，其车架上铰接设置有左前、右前、左后和右后支腿，其特征在于，具有所述权利要求1至7中任一项所述的步履式工程机械的调平装置。

9.根据权利要求8所述的步履式工程机械，其特征在于，具体为步履式挖掘机。

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