CN103088867B - 履带式液压挖掘机破碎锤的自动控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种带式液压挖掘机破碎锤的自动控制系统，该系统包括电气系统、液压系统和执行机构；所述电气系统主要包括中央控制器、CAN总线、监视器、脚踏开关；所述液压系统主要包括主泵、破碎锤电磁阀、第一球阀、第二球阀、溢流阀、主阀；所述执行机构主要包括破碎锤；该履带式液压挖掘机破碎锤的自动控制系统，使用户操作简便且能快速一键定位到破碎锤理想工作状态；电气系统、液压系统和执行机构工作达到精确匹配，使得整机工作效率高且油耗大大降低，节能环保市场应用前景广阔。
Description
技术领域
本发明涉及履带式液压挖掘机，尤其是涉及履带式液压挖掘机的破碎锤自动控制系统及其自动控制模式。
背景技术
常规的挖掘机破碎锤操作通常是手动调节控制，即操作者手动调节油门满足破碎锤作业时的工作参数，再通过破碎锤操纵手柄控制破碎锤作业，操作时一般建议用户使油门处于高速挡位置。但是，挖掘机破碎锤的手动调节控制中存在的问题是，破碎锤手动控制的工作状态满足参数、例如工作流量、工作压力、冲击频率等范围比较困难，操作时经常因选择不合适的挡位，使其工作参数超出破碎锤的使用范围，导致液压系统及结构件故障率较高。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的手动调节控制出现的问题，提供一种履带式液压挖掘机破碎锤的自动控制系统。
根据本发明的第一方面，提供一种履带式液压挖掘机破碎锤的自动控制系统，该系统包括电气系统、液压系统和执行机构；
所述电气系统主要包括中央控制器、CAN总线、监视器、脚踏开关；
所述液压系统主要包括主泵、破碎锤电磁阀、第一球阀、第二球阀、溢流阀、主阀；
所述执行机构主要包括破碎锤；
其特征在于：
主泵的控制端与中央控制器连接，主泵的进油口与油箱连接，出油口通过第一单向阀与主阀的第一油路端口连接；
所述破碎锤电磁阀与中央控制器连接，破碎锤的T油口与操纵回油四通接头流体连通，破碎锤的P油口与操纵进油四通接头流体连通，破碎锤的A油口与主阀10的第一控制油路端口流体连通；
所述监视器通过CAN总线与中央控制器电连接；
所述脚踏开关与中央控制器电连接；
所述主阀的第二油路端口与第一球阀的进油口流体连通，主阀的第三油路端口和第四油路端口分别与履带式液压挖掘机的一个执行元件的不同的油路端口流体连通，主阀的第五油路端口与履带式液压挖掘机的一个液压元件流体连通；
所述破碎锤的进油口与第一球阀的出油口流体连通，破碎锤的回油口与第二球阀的进油口流体连通，第二球阀的出油口与油箱流体连通；
所述主阀的破碎锤主油路安装有溢流阀。
根据本发明的另一方面，所述自动控制系统包括5种控制模式，所述5种控制模式包括1种手动控制模式和4种破碎锤自动控制模式，各种控制模式之间可以自由切换。
根据本发明的另一方面，其中在破碎锤自动控制模式下，中央控制器接收到脚踏开关触点闭合信号，控制器破碎锤输出端口输出信号，以控制外接电磁阀通路；
在手动控制模式下，破碎锤输出端口无信号输出；
在要求怠速时，破碎锤输出端口无信号输出。
根据本发明的另一方面，其中所述溢流阀的溢流压力设定为20MPa，破碎锤工作时的流量范围为80-110 L/min，驱动压力为15-17MPa。
本发明的自动控制系统能够提供用于破碎锤的自动控制方式，该自动控制方式在电控系统中增加破碎锤控制模式，在手动控制模式基础上无需添加任何元件，只是用实现控制器系统进行控制破碎锤的工作状态，电控程序增加自动控制模式的控制程序。使用户能快速一键定位到破碎锤理想工作状态；使得动力系统、液压系统、电控系统与破碎锤达到精确匹配，整机工作效率高且油耗低，并大大提高了相关件的使用寿命。
附图说明
图1是本发明的履带式液压挖掘机破碎锤的自动控制系统的破碎锤工作原理图；
图2 是本发明的履带式液压挖掘机的发动机转矩曲线图；
图3 是本发明的履带式液压挖掘机的发动机功耗曲线图
图4 是本发明的履带式液压挖掘机的泵功率曲线图
图中的附图标记对应关系如下：
| 1 | 主泵 |
| 2 | 破碎锤电磁阀 |
| 3 | 中央控制器 |
| 4 | CAN总线 |
| 5 | 监视器 |
| 6 | 脚踏开关 |
| 7 | 第一球阀 |
| 8 | 第二球阀 |
| 9 | 溢流阀 |
| 10 | 主阀 |
| 11 | 破碎锤 |
| 12 | 第一单向阀 |
| 13 | 主阀的第二油路端口 |
| 14 | 主阀的第三油路端口 |
| 15 | 主阀的第四油路端口 |
| 16 | 主阀的第一油路端口 |
| 17 | 主阀的第五油路端口 |
具体实施方式
本发明提供一种履带式液压挖掘机破碎锤的自动控制系统，该系统包括电气系统、液压系统和执行机构；所述电气系统主要包括中央控制器3、CAN总线4、监视器5、脚踏开关6；所述液压系统主要包括主泵1、破碎锤电磁阀2、第一球阀7、第二球阀8、溢流阀9、主阀10；所述执行机构主要包括破碎锤11；其特征在于：主泵1的控制端与中央控制器3连接，主泵1的进油口与油箱连接，出油口通过第一单向阀12与主阀的第一油路端口16连接；所述破碎锤电磁阀2与中央控制器3连接，破碎锤的T油口与操纵回油四通接头流体连通，破碎锤的P油口与操纵进油四通接头流体连通，破碎锤的A油口与主阀10的第一控制油路端口流体连通；所述监视器5通过CAN总线4与中央控制器3电连接；所述脚踏开关6与中央控制器3电连接；所述主阀10的第二油路端口13与第一球阀7的进油口流体连通，主阀的第三油路端口14和第四油路端口15分别与履带式液压挖掘机的一个执行元件的不同的油路端口流体连通，主阀的第五油路端口17与履带式液压挖掘机的一个液压元件流体连通；所述破碎锤11的进油口与第一球阀7的出油口流体连通，破碎锤11的回油口与第二球阀8的进油口流体连通，第二球阀8的出油口与油箱流体连通；所述主阀的破碎锤主油路安装有溢流阀9。
其中所述自动控制系统包括5种控制模式，所述5种控制模式包括1种手动控制模式和4种破碎锤自动控制模式，各种控制模式之间可以自由切换。
在破碎锤自动控制模式下，中央控制器接收到脚踏开关触点闭合信号，控制器破碎锤输出端口输出信号，以控制外接电磁阀通路；在手动控制模式下，破碎锤输出端口无信号输出；在要求怠速时，破碎锤输出端口无信号输出。
其中所述溢流阀的溢流压力设定为20MPa，破碎锤工作时的流量范围为80-110 L/min，驱动压力为15-17MPa，冲击频率350～700BPM。
工作原理描述：
在破碎锤模式下，控制系统接收到脚踏开关的动作信号后，控制系统输出端控制破碎锤油路电磁阀打开，破碎锤主油路通路；通过油门旋钮选择破碎锤档位，控制系统通过电磁比例阀调节泵功率调节器参数，调整泵功率曲线变化趋势满足破碎锤工作参数，保证破碎锤安全作业；控制系统实时监控发动机转速，如果冲击负载过大引起发动机掉速超出安全范围，控制系统调整泵排量，维持恒功率输出，防止破碎作业时发动机熄火；待检测转速正常后恢复泵的功率，满足正常作业需求。
具体工作过程如下：
确定破碎锤技术参数：根据机型配置破碎锤技术参数，该技术参数必须通过现场大量调试和测算获得实际数据，然后通过相关操作人员在多年工作经验的基础上结合复杂的计算公式获得：工作流量为80～110L/min，驱动压力15～17MPa，冲击频率350～700BPM（BMP=Beat Per Minute 每分钟冲击的次数）。
确定破碎锤模式下发动机转速范围，使其能够满足破碎锤技术参数：参见图2 的发动机转矩曲线图，由发动机转矩曲线分析，转速大于1500r/min,发动机转矩随转速降低而增大，过载不会出现易憋车现象，因此在破碎锤模式下，发动机转速设定在1500r/min以上比较理想；参见图3的发动机功耗曲线，由发动机功耗曲线分析，转速大于1500 r/min，发动机油耗随转速升高而增大；因此，在满足破碎锤技术参数条件下，使发动机处于低油耗转速范围是较为理想；参见图4的泵功率曲线，由泵功率曲线分析，泵为恒功率输出N=PQ/60，在1500r/min至2200r/min范围内能满足破碎锤工作参数要求（阴影区域）；
液压系统设置：主阀的破碎锤主油路安装溢流阀，设定溢流压力20MPa，控制破碎锤驱动压力在20MPa以下。
电气系统设置：电控控制主要是调节泵功率调节器参数,相同压力下改变泵的排量，进而调节泵功率曲线在破碎锤参数范围内的分布；设定破碎锤挡位范围，划分挡位，使破碎锤模式下液压系统参数满足破碎锤参数要求；在破碎锤不工作时，使发动机处于自动怠速状态，减少能耗。
第一步：控制系统设定破碎锤B模式，通过操作模式切换按键，可在手动模式、H模式、L模式和S模式、B模式(破碎锤模式)之间切换；
第二步：破碎锤模式状态下挡位划分，破碎锤模式分4挡位控制，各挡位满足破碎锤流量范围（80～110）L/min；驱动压为（15～17）MPa，4种挡位对应电磁比例阀电流由调试确定，并且4挡位可以通过油门旋钮控制，对应挡位为（5～8）挡；当油门旋钮小于5挡位（不含5挡）,执行5挡位工作状态，当油门旋钮大于8挡位（不含8挡），执行8挡位工作状态；界面提示“破碎锤模式范围为5～8挡”。 第三步：破碎锤电磁阀控制，在破碎锤模式下，中央控制器接收到脚踏开关触点闭合信号，控制器破碎锤输出端口输出信号，以控制外接电磁阀通路；要求只有在破碎锤模式下，破碎锤输出端口才有信号输出；要求怠速时破碎锤输出端口无输出信号。
本发明履带式液压挖掘机破碎锤的自动控制模式，使用户操作简便且能快速一键定位到破碎锤理想工作状态；动力系统、液压系统、电控系统与破碎锤工作达到精确匹配，使得整机工作效率高且油耗大大降低，节能环保市场应用前景广阔。
Claims (4)
1.履带式液压挖掘机破碎锤的自动控制系统，该系统包括电气系统、液压系统和执行机构；
所述电气系统主要包括中央控制器（3）、CAN总线（4）、监视器（5）、脚踏开关（6）；
所述液压系统主要包括主泵（1）、破碎锤电磁阀（2）、第一球阀（7）、第二球阀（8）、溢流阀（9）、主阀（10）；
所述执行机构主要包括破碎锤（11）；
其特征在于：
主泵（1）的控制端与中央控制器（3）连接，主泵（1）的进油口与油箱连接，出油口通过第一单向阀（12）与主阀的第一油路端口（16）连接；
所述破碎锤电磁阀（2）与中央控制器（3）连接，破碎锤电磁阀的T油口与操纵回油四通接头流体连通，破碎锤电磁阀的P油口与操纵进油四通接头流体连通，破碎锤电磁阀的A油口与主阀10的第一控制油路端口流体连通；
所述监视器（5）通过CAN总线（4）与中央控制器（3）电连接；
所述脚踏开关（6）与中央控制器（3）电连接；
所述主阀（10）的第二油路端口（13）与第一球阀（7）的进油口流体连通，主阀的第三油路端口（14）和第四油路端口（15）分别与履带式液压挖掘机的一个执行元件的不同的油路端口流体连通，主阀的第五油路端口（17）与履带式液压挖掘机的一个液压元件流体连通；
所述破碎锤（11）的进油口与第一球阀（7）的出油口流体连通，破碎锤（11）的回油口与第二球阀（8）的进油口流体连通，第二球阀（8）的出油口与油箱流体连通；
所述主阀的破碎锤主油路安装有溢流阀（9）。
2.根据权利要求1所述的履带式液压挖掘机破碎锤的自动控制系统，其中所述自动控制系统包括5种控制模式，所述5种控制模式包括1种手动控制模式和4种破碎锤自动控制模式，各种控制模式之间可以自由切换。
3.根据权利要求2所述的履带式液压挖掘机破碎锤的自动控制系统，其中在破碎锤自动控制模式下，中央控制器接收到脚踏开关触点闭合信号，控制器破碎锤输出端口输出信号，以控制外接电磁阀通路；
在手动控制模式下，破碎锤输出端口无信号输出；
在要求怠速时，破碎锤输出端口无信号输出。
4.根据权利要求1-3之一所述的履带式液压挖掘机破碎锤的自动控制系统，其中所述溢流阀的溢流压力设定为20MPa，破碎锤工作时的流量范围为80-110 L/min，驱动压力为15-17MPa，冲击频率350～700BPM，BMP=Beat Per Minute，即每分钟冲击的次数。
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