CN102677736A - 挖掘机工作装置过载保护系统及方法及挖掘机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种挖掘机工作装置过载保护系统及方法及挖掘机，涉及大型机械防干扰技术领域，系统包括控制器和若干应力传感器，所述控制器与所述若干应力传感器依次连接，还包括发动机转速控制装置和报警装置，所述控制器分别与所述发动机转速控制装置、所述报警装置连接，本控制主要以各工作装置工作时的实时应力值τ为依据，经过同各工作装置允许应力￡进行比较，判断出是否过载，再根据结果做出各工作方向上的先导压力切断、报警信息输出及降低发动机转速P至怠速状态等，从而达到挖掘机工作装置过载保护自动调节的目的。本发明提高了工作装置使用寿命，从而延长了挖掘机的使用寿命，提升了挖掘机工作效率，一定程度上降低了操作技能要求。

Description

挖掘机工作装置过载保护系统及方法及挖掘机

技术领域

本发明涉及大型机械防干扰技术，尤其涉及一种挖掘机工作装置过载保护系统及方法及挖掘机。

背景技术

目前，工程机械行业竞争日趋激烈，挖掘机逐步实现数字化和智能化控制，同时对挖掘机的质量要求也是愈来愈高。然而随着社会的不断进步与发展，挖掘机所面对的工作环境也日趋恶劣和复杂，随着能源的日趋紧张与稀少，对挖掘机的油耗也提出了更高要求。为适应社会发展需要，以及应对市场竞争需要，挖掘机都在向智能、重载、多工况方向发展，这就对挖掘机的品质、寿命及适应性提出更高的要求。当挖掘机从事高负荷工作时，挖掘机的发动机处于高燃料消耗状态，而主要零部件也处于极度磨损状态，这对挖掘机的使用寿命及挖掘机的品质造成极大的创伤。当挖掘机的工作负载超出挖掘机允许负载时，故障就发生了，比如：油耗攀升，动臂、铲斗、斗杆及斗齿断裂，液压密封圈冲破等。

不过，挖掘机在从事过载挖掘工作时，有经验的操作手是可以凭借经验感知到负载超过挖掘机允许负载，操作手可以根据需要调节挖掘机工作输出避免异常故障出现。但这样的要求对操作手来说过高，而且仅凭经验判断会因人而异，不能有效地保护挖掘机。

挖掘机在过负载工作状态下，可能会对挖掘机造成最直观的不利现象或故障如下：动臂、斗杆、铲斗等断裂或变形；由于输出动力无法完成继续挖掘或推动工作，发动机处于做无用功状态，燃油被白白浪费掉；关键液压件密封圈因负载过大造成磨损或被冲破，而造成内泄等故障；挖掘机在过负载工作状态下，造成不利的间接损害有：寿命降低、加大备件更换率、品质降低等。

可见，为延长挖掘机使用寿命，降低磨损，减少备件更换率，提高挖掘机的品质，除了综合的优化设计、完善的工艺要求、良好的操作习惯以及合理选择作业负载和作业环境外，挖掘机还必须要有一套过载保护机制，避免挖掘机从事超出自身允许负荷的工作。

发明内容

现提供一种挖掘机工作装置过载保护系统及方法及挖掘机，通过挖掘机工作负荷过载保护自动控制及对过载时的挖掘机转速控制，避免挖掘机工作装置变形、断裂等严重故障发生，提高了工作装置使用寿命，从而延长了挖掘机的使用寿命，提升了挖掘机工作效率，一定程度上降低了操作技能要求。具体是通过下述技术方案实现的：

一种挖掘机工作装置过载保护系统，其中，包括控制器和若干应力传感器，所述控制器与所述若干应力传感器依次连接，还包括发动机转速控制装置和报警装置，所述控制器分别与所述发动机转速控制装置、所述报警装置连接，所述若干应力传感器分别安装在挖掘机的多个工作部位上，所述挖掘机的多个工作部位包括铲斗、斗杆和动臂；还包括与所述控制器连接的工作输出切断装置。

优选的，所述应力传感器为感应垫片。

优选的，所述工作输出切断装置为先导压力输出切断电磁阀。

一种挖掘机工作装置过载保护方法，其中，包括下列步骤：

通过安装于挖掘机铲斗、斗杆和动臂上的各个应力传感器测量各个工作装置在工作中实时应力值τ；

控制器通过读取各工作装置实时应力值τ，并从寄存器中读取各工作装置允许应力值￡，经过分析计算及比较，若各工作装置的实时应力值τ大于允许应力值￡，控制器通过报警装置输出报警信息，并通过发动机转速控制装置将发动机转速由工作状态降低至怠速状态，同时关闭过载工作装置在过载工作方向的先导压力输出，禁止操作手继续在过载工作方向上的操作；

当负荷降低，各工作装置实时应力值τ恢复至对应工作装置允许应力￡以下时，控制器清除报警输出，取消先导输出限制，撤消对发动机转速的控制恢复至限制前的转速状态。

优选的，所述应力传感器为感应垫片。

优选的，通过工作输出切断装置实现关闭过载工作装置在过载工作方向的先导压力输出。

本技术方案还涉及一种挖掘机，其中，包括如上述任意一项所述的工作装置过载保护系统。

与已有技术相比，上述技术方案的有益效果或优点体现在：

1）通过挖掘机工作负荷过载保护自动控制，减小了挖掘机工作装置(斗杆、动臂、铲斗)过度磨损，避免挖掘机工作装置变形、断裂等严重故障发生；

2）降低了挖掘机工作装置(斗杆、动臂、铲斗)及液压密封圈的损耗，降低了备品更换率，提高了工作装置使用寿命，从而延长了挖掘机的使用寿命；

3）通过对过载时的挖掘机转速控制，避免了发动机多余无用功的产生，进而降低挖掘机油耗，提升了挖掘机工作效率，达到节能减排、绿色环保的目的；

4）采用过载保护自动控制，提高了挖掘机的智能化水平，一定程度上降低了操作技能要求。

附图说明

图1是依据本发明一具体实施例的，挖掘机工作装置过载保护系统的结构示意框图； 

图2是依据本发明一具体实施例的，挖掘机工作装置过载保护方法的流程示意框图。

具体实施方式

下面结合原理图和具体操作实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明的实施例包括控制器和若干应力传感器，控制器与若干应力传感器依次连接，还包括发动机转速控制装置和报警装置，控制器分别与发动机转速控制装置、报警装置连接，若干应力传感器分别安装在挖掘机的多个工作部位上，挖掘机的多个工作部位包括铲斗、斗杆和动臂；还包括与控制器连接的工作输出切断装置。

应力传感器是依靠挤压材料变形造成截面积和长度变化，电阻值变化，从而输出不同的电压值以测得压应力大小。在本实施例中，应力传感器优选感应垫片来实现，比如铝箔电子感应垫片等。各个应力传感器分别安装在挖掘机的动臂上、斗杆上和铲斗上。

优选地，工作输出切断装置为先导压力输出切断电磁阀。在本实施例中，先导压力输出切断电磁阀可以为多个，并且设置在挖掘机的主机平台上。

本发明的实施例主要以各工作装置（动臂、斗杆、铲斗）工作时的应力τ为依据，经过同各工作装置允许应力￡进行比较，判断出是否过载，再根据结果做出各工作方向上的先导压力切断、报警信息输出及降低发动机转速P至怠速状态等，从而达到挖掘机工作装置过载保护自动调节的目的。

操作时，首先将各个应力传感器安装于铲斗、斗杆、动臂等挖掘机相应工作装置主板上，用来测量各工作装置在工作中所承受的应力τ。然后，车载控制器通过读取各工作装置实时应力值τ，并从寄存器中读取各工作装置允许应力值￡，挖掘机工作装置（动臂、斗杆、铲斗等）的允许应力值￡通过设计计算机辅助工程（Computer Aided Engineering，CAE）分析、疲劳强度试验等测算出，工程设计中的CAE指用计算机辅助求解分析复杂工程和产品的结构力学性能，以及优化结构性能等，而CAE软件可作静态结构分析，动态分析；研究线性、非线性问题；分析结构（固体）、流体、电磁等。接着，通过控制器的分析计算及比较，若各工作装置应力值大于允许应力值，车载控制器即输出报警信息，并自动将发动机转速由工作状态时的P降低至怠速状态，同时关闭过载工作装置在过载工作方向的先导压力输出，禁止操作手继续在过载工作方向上的操作。此处的各工作装置在工作中所承受的应力和允许应力值也可分别用弹性形变和允许弹性形变来替换，应力大小与弹性形变之间存在正相关的关系。

通过上述方案，参看图1和图2所示，当挖掘机工作的过载状态下，挖掘机即自动进入怠速状态，并立即关闭该工作方向的先导压力输出，同时通过报警装置报警显示输出，提示操作手进行负荷卸载。此时，挖掘机操作手无法继续该工作方向操作，只能按照提示进行反向负荷下载操作。

当负荷降低，各工作装置（动臂、斗杆、铲斗等）应力τ恢复至对应工作装置允许应力￡以下时，车载控制器即清除报警输出，通过工作输出切断装置取消先导输出限制，并通过发动机转速控制装置撤消对发动机转速的控制恢复至限制前的转速P状态。

本发明的实施例还公开了一种包括上述工作装置过载保护系统的挖掘机，本领域技术人员可通过公知常识掌握本挖掘机中除上述工作装置过载保护系统以外的其他部分的结构，在此不予赘述。

本发明的实施例通过对挖掘机各工作装置（斗杆、动臂、铲斗等）工作应力的测量及允许应力的设定，从而达到自动调节控制的目的；并且通过挖掘机各工作装置过载保护控制，自动降低挖掘机在无用功输出时转速，提高了挖掘机工作效率，降低了燃油消耗，达到节能减排目的。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但本发明并不限制于以上描述的具体实施例，其只是作为范例。对于本领域技术人员而言，任何等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作出的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (6)

1.一种挖掘机工作装置过载保护系统，其特征在于，包括控制器和若干应力传感器，所述控制器与所述若干应力传感器依次连接，还包括发动机转速控制装置和报警装置，所述控制器分别与所述发动机转速控制装置、所述报警装置连接，所述若干传感器分别安装在挖掘机的多个工作部位上，所述挖掘机的多个工作部位包括铲斗、斗杆和动臂；还包括与所述控制器连接的工作输出切断装置。

2.如权利要求1所述的挖掘机工作装置过载保护系统，其特征在于，所述应力传感器为感应垫片。

3.一种挖掘机工作装置过载保护方法，其特征在于，包括下列步骤：

通过安装于挖掘机铲斗、斗杆和动臂上的各个应力传感器测量各个工作装置在工作中实时应力值τ；

控制器通过读取各工作装置实时应力值τ，并从寄存器中读取各工作装置允许应力值￡，经过分析计算及比较，若各工作装置的实时应力值τ大于允许应力值￡，控制器通过报警装置输出报警信息，并通过发动机转速控制装置将发动机转速由工作状态降低至怠速状态，同时关闭过载工作装置在过载工作方向的先导压力输出，禁止操作手继续在过载工作方向上的操作；

当负荷降低，各工作装置应力τ恢复至对应工作装置允许应力￡以下时，控制器清除报警输出，取消先导输出限制，撤消对发动机转速的控制恢复至限制前的转速状态。

4.如权利要求3所述的挖掘机工作装置过载保护方法，其特征在于，所述应力传感器为感应垫片。

5.如权利要求3所述的挖掘机工作装置过载保护方法，其特征在于，通过工作输出切断装置实现关闭过载工作装置在过载工作方向的先导压力输出。

6.一种挖掘机，其特征在于，包括如权利要求1至2中任意一项所述的工作装置过载保护系统。

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