一种工程机械支腿同步控制装置及工程机械
技术领域
本发明涉及机械技术领域,特别是涉及一种工程机械支腿同步控制装置及工程机械。
背景技术
随着经济的快速发展,工程机械的使用越来越广泛,在较大型的可移动工程机械中,可配备支腿。支腿个数一般为四个,工程机械两侧各两个,这些支腿的作用是在工程机械作业时,为工程机械提供支撑力。在工程机械进入工作状态前,先将支腿伸出,再由各支腿将整个工程机械托起。在实际操作过程中,为了使工程机械工作时更加安全,需要使工程机械平稳、准确的升起。
在实现本发明过程中,发明人对现有技术中常用的方案分析总结如下:1)各个支腿单独用手柄控制方式,此种控制方式功能简单,操作困难,难以做到多个支腿同步动作,特别是在变负载情况下,根本无法实现;2)各支腿液压系统压力补偿法控制,此种方式完全依赖于液压多路阀的补偿性能,补偿效果有限,特别是在支腿负载偏差较大时,补偿效果较差;3)电控阀结合双轴倾角传感器反馈控制,此种方式难以通过倾角传感器的状态直接定位到每个支腿的实际状态,难以确定每个支腿的控制幅度,致使控制过程中容易出现工程机械晃动,对工程机械结构的影响很大;4)单支腿位移检测结合倾角传感器反馈控制,此种方式在一定程度上解决了支腿控制幅度的问题,对系统有较大改善,但依然无法解决系统震荡的问题。
上述现有技术虽然能够在一定程度上使工程机械水平上升,但在工程机械实际操作过程中,其所装载的负载经常出现变动,导致了各个支腿所承受的压力不同,因此,在实际操作中,经常会出现由于多个支腿所承受的压力不同而引起的多个支腿伸展速率不同,使得工程机械在提升过程中出现倾斜以及震荡的情况,严重影响了工程机械的结构,并存在安全隐患。现有技术中并没有解决上述问题的技术方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工程机械的同步控制装置及工程机械,以实现工程机械在变负载的情况下,可以平稳、水平、无倾斜、无震荡的提升,为此,本发明采用如下技术方案:
本发明提供一种工程机械的同步控制装置,包括:控制器、多个支腿、与每个支腿分别对应的液压油缸、与每个液压油缸分别对应的出口测量传感器,与每个液压油缸分别对应的多路阀,其中,
出口测量传感器,用于检测与自身对应的液压油缸的出口压力信息,并将所述出口压力信息发送给所述控制器;
控制器,用于接收各液压油缸对应的出口压力信息,并利用各液压油缸对应的出口压力信息调节液压油缸对应的多路阀所输出的流量。
优选的,所述控制器,具体用于确定最大的出口压力信息对应的液压油缸,并减小与其他液压油缸对应的多路阀所输出的流量;和/或,增大与所述液压油缸对应的多路阀所输出的流量。
优选的,所述同步控制装置中还包括入口测量传感器;
所述入口测量传感器,用于检测所述多个液压油缸对应的入口压力信息,并将所述入口压力信息发送给所述控制器;
所述控制器,具体用于接收所述入口压力信息,并利用所述入口压力信息和各液压油缸对应的出口压力信息调节液压油缸对应的多路阀所输出的流量。
优选的,所述控制器,进一步用于根据如下公式调节液压油缸对应的多路阀所输出的流量:
Qx=KA(Δp)1/2=KA(pn-px)1/2;
其中,Qx为液压油缸对应的多路阀所输出的流量,K为流量系数,A为所述液压油缸对应的多路阀的通流面积,pn为所述入口压力信息,px为所述液压油缸对应的出口压力信息;
当所述多个支腿开始伸展时,所述控制器根据所述流量系数K、所述多个支腿开始伸展时相同的多路阀的通流面积A、所述入口压力信息pn以及所述液压油缸对应的出口压力信息px,计算得到当与每个液压油缸分别对应的多路阀的通流面积A相同时,所述液压油缸对应的多路阀所输出的流量Qx;
所述控制器选择所有流量Qx中值最小的Qx作为Qmin,并根据所述Qmin、所述流量系数K、所述入口压力信息pn以及所述液压油缸对应的出口压力信息px,计算得到所述多个支腿伸展过程中,当所述液压油缸对应的多路阀所输出的流量Qmin相同时,与所述液压油缸对应的多路阀的通流面积A;
所述控制器根据所述液压油缸对应的多路阀的通流面积A调节液压油缸对应的多路阀所输出的流量。
优选的,所述同步控制装置中还包括:
倾斜传感器,用于检测倾斜角度,并将所述倾斜角度发送给所述控制器;
所述控制器,还用于接收所述倾斜角度,并根据所述倾斜角度调节液压油缸对应的多路阀所输出的流量。
优选的,所述多个支腿为四个支腿,所述倾斜角度为倾斜传感器内设置的两条正交的坐标轴的倾斜角度;
所述两条正交的坐标轴中的一条为平行于所述工程机械底盘前侧和后侧的x轴,另一条为平行于所述工程机械底盘左侧和右侧的y轴,两条正交的坐标轴构成的四个直角分别对应左前、右前、左后和右后的四个支腿;
所述倾斜角度为所述x轴和所述y轴的仰角角度;
当所述x轴左侧仰角大于角度阈值时,所述控制器判断左前支腿和左后支腿伸展长,并减小与所述左前支腿对应的多路阀输出的流量,以及减小与所述左后支腿对应的多路阀输出的流量;和/或,增大与右前支腿对应的多路阀输出的流量,以及增大与右后支腿对应的多路阀输出的流量;
当所述x轴右侧仰角大于角度阈值时,所述控制器判断所述右前支腿和所述右后支腿伸展长,并减小与所述右前支腿对应的多路阀输出的流量,以及减小与所述右后支腿对应的多路阀输出的流量;和/或,增大与所述左前支腿对应的多路阀输出的流量,以及增大与所述左后支腿对应的多路阀输出的流量;
当所述y轴前侧仰角大于角度阈值时,所述控制器判断所述左前支腿和所述右前支腿伸展长,并减小与所述左前支腿对应的多路阀输出的流量,以及减小与所述右前支腿对应的多路阀输出的流量;和/或,增大与所述左后支腿对应的多路阀输出的流量,以及增大与所述右后支腿对应的多路阀输出的流量;
当所述y轴后侧仰角大于角度阈值时,所述控制器判断所述左后支腿和所述右后支腿伸展长,并减小与所述左后支腿对应的多路阀输出的流量,以及减小与所述右后支腿对应的多路阀输出的流量;和/或,增大与所述左前支腿对应的多路阀输出的流量,以及增大与所述右前支腿对应的多路阀输出的流量;
当所述x轴右侧仰角大于角度阈值且所述y轴前侧仰角大于角度阈值时,所述控制器判断x轴右侧和y轴前侧所构成的直角对应的所述右前支腿伸展最长,并减小与所述右前支腿对应的多路阀输出的流量;和/或,增大与所述左前支腿对应的多路阀输出的流量,以及增大与所述左后支腿对应的多路阀输出的流量,以及增大与所述右后支腿对应的多路阀输出的流量;
当所述x轴左侧仰角大于角度阈值且所述y轴前侧仰角大于角度阈值时,所述控制器判断x轴左侧和y轴前侧所构成的直角对应的所述左前支腿伸展最长,并减小与所述左前支腿对应的多路阀输出的流量;和/或,增大与所述左后支腿对应的多路阀输出的流量,以及增大与所述右前支腿对应的多路阀输出的流量,以及增大与所述右后支腿对应的多路阀输出的流量;
当所述x轴右侧仰角大于角度阈值且所述y轴后侧仰角大于角度阈值时,所述控制器判断x轴右侧和y轴后侧所构成的直角对应的所述右后支腿伸展最长,并减小与所述右后支腿对应的多路阀输出的流量;和/或,增大与所述左前支腿对应的多路阀输出的流量,以及增大与所述左后支腿对应的多路阀输出的流量,以及增大与所述右前支腿对应的多路阀输出的流量;
当所述x轴左侧仰角大于角度阈值且所述y轴后侧仰角大于角度阈值时,所述控制器判断x轴左侧和y轴后侧所构成的直角对应的所述左后支腿伸展最长,则减小与所述左后支腿对应的多路阀输出的流量;和/或,增大与所述左前支腿对应的多路阀输出的流量,以及增大与所述右前支腿对应的多路阀输出的流量,以及增大与所述右后支腿对应的多路阀输出的流量。
优选的,所述出口压力信息包括在所述多个支腿的伸展过程中,与该出口测量传感器对应的液压油缸的出口压力信息;
所述控制器,还用于通过判断所述出口压力信息是否到达压力阈值,若判断结果为是,则确定与所述液压油缸对应的支腿伸展到地面,并中断所述液压油缸对应的多路阀所输出的流量;
且当判断所有液压油缸对应的出口压力信息都到达压力阈值时,则确定所有液压油缸对应的支腿都伸展到地面,并恢复所有液压油缸对应的多路阀所输出的流量。
优选的,所述入口测量传感器与所述控制器通过数据线连接;
所述出口测量传感器与所述控制器通过数据线连接;
所述倾斜传感器与所述控制器通过数据线连接。
优选的,所述多路阀中设置有控制阀,通过增大控制阀的通流面积增大多路阀所输出的流量;通过减小控制阀的通流面积减小多路阀所输出的流量;通过关闭控制阀中断多路阀所输出的流量。
本发明提供一种工程机械,包括上述的同步控制装置。
与现有技术相比,本发明提供一种工程机械的同步控制装置,通过该工程机械的同步控制装置,可以避免工程机械在提升过程中出现晃动、倾斜,使工程机械平稳、水平、无倾斜、无震荡的提升。
附图说明
图1为本发明实施例提供的工程机械的同步控制装置的结构图;
图2为本发明实施例提供的工程机械的同步控制装置的结构图;
图3为本发明实施例提供的工程机械的结构图;
图例说明:
1、多路阀 2、液压油缸 3、出口测量传感器
4、控制器 5、入口测量传感器 6、倾斜传感器
7、支腿
具体实施方式
本发明实施例,在工程机械中增加一种工程机械的同步控制装置,可以使工程机械平稳、水平的提升。
下面将结合本发明中的附图,对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明提供的一种工程机械的同步控制装置,如图1所示,包括:控制器、多个支腿、与每个支腿分别对应的液压油缸、与每个液压油缸分别对应的出口测量传感器,与每个液压油缸分别对应的多路阀,其中,出口测量传感器设置于与其对应的液压油缸的入油管处,并与控制器通过数据线连接,用于检测与自身对应的液压油缸的出口压力信息,并将出口压力信息通过数据线发送至控制器;控制器,用于接收各液压油缸对应的出口压力信息,并利用各液压油缸对应的出口压力信息调节液压油缸对应的多路阀所输出的流量。
在实际应用中,支腿数量可以为1个,也可以为多个,在本发明实施例中,如图2所示,以支腿数量为4个为例进行描述,4个支腿分别为左前支腿、左后支腿、右前支腿、右后支腿,液压油缸21为与左前支腿对应的液压油缸,液压油缸22为与右前支腿对应的液压油缸,液压油缸23为与左后支腿对应的液压油缸,液压油缸24为与右后支腿对应的液压油缸,同样的,出口测量传感器31、32、33、34分别为与左前、右前、左后、右后支腿对应的出口测量传感器,多路阀11、12、13、14分别为与左前、右前、左后、右后支腿对应的多路阀。
工程机械携带有负载,当4个支腿伸展到地面时,支腿开始承受负载的压力,对应的,支腿将其所承受的压力传递给与其连接的液压油缸,当负载为变负载时,4个支腿所承受的压力不同且不断发生变化,对应的,与4个支腿分别对应的液压油缸21、22、23、24所承受的压力也不同且不断发生变化,根据流体力学中的伯努利方程,流线上任意两点的压力势能、动能与位势能之和保持不变,因此,在位势能一定时,承受压力较大的液压油缸所提供的动力也就较小,即该液压油缸中的油液的流量较小,由此导致了多个支腿的伸展速率不同。在本发明实施例中,以左前支腿负载压力>右前支腿负载压力>左后支腿负载压力>右后支腿负载压力为例进行描述。
当左前支腿负载压力>右前支腿负载压力>左后支腿负载压力>右后支腿负载压力时,出口测量传感器31检测到的出口压力信息>出口测量传感器32检测到的出口压力信息>出口测量传感器33检测到的出口压力信息>出口测量传感器34检测到的出口压力信息,4个出口测量传感器通过数据线将各自检测到的出口压力信息发送至控制器,控制器接收到4个出口压力信息后,判断出口测量传感器31检测到的出口压力信息最大,其他3个出口测量传感器检测到的出口压力信息较小。
控制器在判断出出口测量传感器31检测到的出口压力信息最大后,可以通过分别调节4个液压油缸内油液的流量以使4个支腿伸展速率同步,优选的,控制器通过增大液压油缸21对应的多路阀11所输出的流量,和/或减小其他3个液压油缸对应的多路阀所输出的流量,使4个支腿伸展速率同步。
通过控制与出口测量传感器31对应的多路阀11,调节液压油缸21中油液的流量。具体的,本发明实施例中,多路阀优选的采用电比例多路阀,电比例多路阀中设置有控制阀,由于电比例多路阀所输出的流量与电流存在比例关系,因此,控制器可以通过增大向电比例多路阀11输出的电流,增大电比例多路阀11中控制阀的通流面积,以此增加液压油缸21中油液的流量,加快左前支腿的伸展速度。同时,控制器还可以通过减小向电比例多路阀12、13、14输出的电流,减小电比例多路阀12、13、14中控制阀的通流面积,以此减小液压油缸22、23、24中油液的流量,减慢右前支腿、左后支腿、右后支腿的伸展速率。
在具体实施时,可以只增大向电比例多路阀11输出的电流,或只减小向电比例多路阀12、13、14输出的电流,也可以同时增大向电比例多路阀11输出的电流,并减小向电比例多路阀12、13、14输出的电流,以使4个支腿的伸展速率快速同步。
进一步的,为了更加精确的同步4个支腿的伸展速率,同步控制装置还包括入口测量传感器,入口测量传感器与控制器通过数据线连接,用于检测多个液压油缸对应的入口压力信息,并将检测到的入口压力信息通过数据线发送至控制器,并将入口压力信息发送给控制器;控制器,还用于接收入口压力信息,并利用入口压力信息和各液压油缸对应的出口压力信息调节液压油缸对应的多路阀所输出的流量。
具体的,向4个液压油缸提供动力(即入口压力)的为同一个动力元件,在实际应用中,动力元件可以为气压泵、液压泵等,本实施例以液压泵为例进行描述。
在控制器中,预先配置有公式Qx=KA(Δp)1/2=KA(pn-px)1/2,其中,Qx为液压油缸对应的多路阀所输出的流量,K为流量系数,A为液压油缸对应的多路阀的通流面积,pn为入口压力信息,px为液压油缸对应的出口压力信息。由于4个液压油缸的入口压力由一个液压泵提供,因此4个液压油缸的pn相同,在4个支腿开始伸展时,与4个液压油缸分别对应的电比例多路阀的通流面积是相同的,即A相同,当支腿伸展到地面时,支腿开始承受负载的压力,依然以出口测量传感器31检测到的出口压力信息p1>出口测量传感器32检测到的出口压力信息>p2出口测量传感器33检测到的出口压力信息p3>出口测量传感器34检测到的出口压力信息p4为例进行描述,此时,由于K、A、pn为常数,因此Q1<Q2<Q3<Q4。控制器从4个电比例多路阀所输出的流量中选择一个流量的值作为标准值,并根据标准值调节其他3个电比例多路阀所输出的流量。
为了使4个支腿能够平稳的伸展,本发明实施例以选择Q1作为标准值为例进行描述。当控制器选定Q1为标准值时,公式Q1=KA(Δp)1/2=KA(pn-px)1/2中,Q1、K、pn为常数,p2、p3、p4已知,即可以得出在3个液压油缸的出口压力信息分别为p2、p3、p4,且3个液压油缸内油液的流量都为Q1时,3个电比例多路阀内控制阀的通流面积A2、A3、A4的值。控制器根据得出的A2、A3、A4的值,调节电比例多路阀12、13、14中控制阀的通流面积,具体调节方式与前述方式相同,在此不再赘述。
进一步的,为了使工程机械能够更精确的调平,本发明实施例还可以包括倾斜传感器,用于检测倾斜信息,并将倾斜信息发送给控制器;控制器,还用于接收倾斜信息,并根据倾斜信息调节液压油缸对应的多路阀所输出的流量。
倾斜信息可以为倾斜角度或倾斜高度,优选的,本发明实施例以倾斜信息为倾斜角度为例进行描述。
优选的,倾斜传感器通过数据线与控制器连接,并通过数据线将实时检测到的倾斜角度发送至控制器。控制器中预先设置有倾斜阈值,当倾斜传感器检测到的倾斜角度达到倾斜阈值时,判断工程机械倾斜角度超出安全范围,需要通过调节支腿的伸展速率,调平工程机械。
具体的,倾斜角度可以为倾斜传感器内设置的两条正交的坐标轴的倾斜角度;两条正交的坐标轴中的一条为平行于工程机械底盘前侧和后侧的x轴,另一条为平行于工程机械底盘左侧和右侧的y轴,两条正交的坐标轴构成的4个直角分别对应左前、右前、左后和右后的4个支腿;倾斜角度为x轴和y轴的仰角角度;当x轴左侧仰角大于角度阈值时,控制器判断左前支腿和左后支腿伸展长,并减小与左前支腿对应的多路阀输出的流量,以及减小与左后支腿对应的多路阀输出的流量;和/或,增大与右前支腿对应的多路阀输出的流量,以及增大与右后支腿对应的多路阀输出的流量;当x轴右侧仰角大于角度阈值时,控制器判断右前支腿和右后支腿伸展长,并减小与右前支腿对应的多路阀输出的流量,以及减小与右后支腿对应的多路阀输出的流量;和/或,增大与左前支腿对应的多路阀输出的流量,以及增大与左后支腿对应的多路阀输出的流量;当y轴前侧仰角大于角度阈值时,控制器判断左前支腿和右前支腿伸展长,并减小与左前支腿对应的多路阀输出的流量,以及减小与右前支腿对应的多路阀输出的流量;和/或,增大与左后支腿对应的多路阀输出的流量,以及增大与右后支腿对应的多路阀输出的流量;当y轴后侧仰角大于角度阈值时,控制器判断左后支腿和右后支腿伸展长,并减小与左后支腿对应的多路阀输出的流量,以及减小与右后支腿对应的多路阀输出的流量;和/或,增大与左前支腿对应的多路阀输出的流量,以及增大与右前支腿对应的多路阀输出的流量;当x轴右侧仰角大于角度阈值且y轴前侧仰角大于角度阈值时,控制器判断x轴右侧和y轴前侧所构成的直角对应的右前支腿伸展最长,并减小与右前支腿对应的多路阀输出的流量;和/或,增大与左前支腿对应的多路阀输出的流量,以及增大与左后支腿对应的多路阀输出的流量,以及增大与右后支腿对应的多路阀输出的流量;当x轴左侧仰角大于角度阈值且y轴前侧仰角大于角度阈值时,控制器判断x轴左侧和y轴前侧所构成的直角对应的左前支腿伸展最长,并减小与左前支腿对应的多路阀输出的流量;和/或,增大与左后支腿对应的多路阀输出的流量,以及增大与右前支腿对应的多路阀输出的流量,以及增大与右后支腿对应的多路阀输出的流量;当x轴右侧仰角大于角度阈值且y轴后侧仰角大于角度阈值时,控制器判断x轴右侧和y轴后侧所构成的直角对应的右后支腿伸展最长,并减小与右后支腿对应的多路阀输出的流量;和/或,增大与左前支腿对应的多路阀输出的流量,以及增大与左后支腿对应的多路阀输出的流量,以及增大与右前支腿对应的多路阀输出的流量;当x轴左侧仰角大于角度阈值且y轴后侧仰角大于角度阈值时,控制器判断x轴左侧和y轴后侧所构成的直角对应的左后支腿伸展最长,则减小与左后支腿对应的多路阀输出的流量;和/或,增大与左前支腿对应的多路阀输出的流量,以及增大与右前支腿对应的多路阀输出的流量,以及增大与右后支腿对应的多路阀输出的流量。
进一步的,为了使4个支腿可以同时将工程机械撑起,本发明实施例还可以加入等待机制。
具体的,控制器中预先配置有压力阈值,出口压力传感器实时测量支腿伸展过程中,与4个支腿分别对应的液压油缸的出口压力信息,由于在支腿未伸展到地面时,支腿未承受负载的压力,因此在支腿伸展到地面前,与4个支腿分别对应的液压油缸的出口压力信息为零,在支腿伸展到地面并将工程机械抬起的过程中,出口压力信息会不断增大,本发明实施例设定一个定值作为压力阈值,当出口压力信息达到压力阈值时,则说明该压力信息对应的支腿伸展到地面。
本发明实施例以出口压力传感器31检测到的出口压力信息大于压力阈值为例进行描述。当出口压力传感器31检测到的出口压力信息大于压力阈值时。控制器判断左前支腿到达地面,此时,控制器调节电比例多路阀11中的控制阀关闭,以中断液压油缸21内油液的流量,使左前支腿停止伸展。具体调节过程与前述相同,在此不再赘述。
进一步的,当4个出口压力传感器检测到的出口压力信息都到达压力阈值时,4个支腿都已经停止伸展,此时,同时恢复4个电比例多路阀中控制阀的通流面积,以恢复4个支腿的伸展运动。
本发明实施例还提供一种工程机械,如图3所示,可以优选的包括上述的全部技术特征。
通过以上描述可以得出,本发明实施例提供的技术方案中,在工程机械提升过程中,通过使到达地面的支腿静止,可以保证工程机械在斜坡或凹凸路面可以平稳提升,不会出现倾斜,震荡,同时,通过进一步液压油缸油液流量进行实时调节,可以保证工程机械在变负载的情况下依然能够水平提升,通过使用倾斜传感器进一步调整支腿伸展速率,可以精确地调平工程机械。
以上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本发明的保护范围。