CN103485384B - 挖掘机单手柄控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种挖掘机单手柄控制方法和系统，利用单手柄的向前和向后运动分别控制动臂油缸伸和缩运动；利用单手柄的向左和向右运动分别控制液压马达向左和向右旋转；单手柄设置手柄套并能轴向滑动和转动，利用手柄套的向上和向下运动分别控制斗杆的伸和收；利用手柄套的左旋和右旋运动分别控制铲斗油缸的换向阀使铲斗油缸伸和缩运动。本发明通过单手即可操作挖掘机全部挖掘动作，复合人体工程学原理，单手操作有利于快速掌握技巧，操作非常简便，复合人体心理和生理规律。其结构简单，成本很低，容易制造或改造，非常利于推广实施。

Description

挖掘机单手柄控制方法和系统

技术领域

本发明属于挖掘机操控技术领域，具体涉及一种挖掘机单手柄控制方法和系统。

背景技术

目前，现有挖掘机的控制方式为双手同时操控，左手的手柄前后移动控制斗杆伸缩，左手的手柄左右移动控制中央回转装置的左右转动；右手的手柄前后移动控制动臂的降升运动，右手的手柄左右移动控制铲斗的挖卸动作。通过双手同时控制挖掘机的方法操作过程比较复杂，双手操作难度较大，初学者很难熟练掌握操作技术。实际上，现有双手操作挖掘机的方式必须经过长时间练习才能掌握，使一个工作臂达到流畅工作状态，该操作技术有待于改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过单手柄即可控制挖掘机方法和系统，从而降低驾驶员操作难度，使初学者更容易掌握和熟练应用。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种挖掘机单手柄控制方法，利用单手柄的向前和向后运动分别控制液压先导阀1和2，使液压先导阀1和2控制动臂油缸的换向阀使动臂油缸伸和缩运动；利用单手柄的向左和向右运动分别控制液压先导阀3和4，使液压先导阀3和4控制液压马达向左和向右旋转；单手柄设置手柄套并能轴向滑动和转动，利用手柄套的向上和向下运动分别控制液压先导阀5和6，使液压先导阀5和6控制斗杆的伸和收；利用手柄套的左旋和右旋运动分别控制液压先导阀7和8，使液压先导阀7和8控制铲斗油缸的的换向阀使铲斗油缸伸和缩运动。

一种挖掘机单手柄控制系统，在单手柄的操作杆上侧套装有手柄套，手柄套在操作杆上能轴向滑动和旋转；在单手柄的下侧设置有液压先导阀组，所述液压先导阀组分别包括用于控制动臂油缸换向阀的液压先导阀1和2，用于控制液压马达左转和右转运动的液压先导阀3和4；所述操作杆在手柄套内部的末端设置有支撑圆盘，在支撑圆盘的圆周边缘分别安装有线性霍尔元件1和线性霍尔元件2，分别在手柄套内壁上设置有与线性霍尔元件1和2配合的轴向定磁铁和轴向动磁铁，轴向动磁铁上连接有复位弹簧；与线性霍尔元件1配合的轴向定磁铁、轴向动磁铁和与线性霍尔元件2配合的轴向定磁铁、轴向动磁铁为反对称关系（即中心对称关系，支撑圆盘在两轴向动磁铁中间位置时为平衡位置，平衡位置时以支撑圆盘的中心为圆心的中心对称）；在所述支撑圆盘上还分别设置有线性霍尔元件3和4，并在手柄套内壁上分别设置有与线性霍尔元件3和4配合的圆周动磁铁和圆周定磁铁，圆周动磁铁上设置有复位弹簧，与线性霍尔元件3和4配合的圆周动磁铁和圆周定磁铁成对称关系；各线性霍尔元件分别与比例放大器连接，比例放大器的输出端分别控制比例电磁铁1、比例电磁铁2、比例电磁铁3和比例电磁铁4，比例电磁铁1和2分别控制液压先导阀5和6，比例电磁铁3和4分别控制液压先导阀7和8，液压先导阀5和6分别用于控制斗杆油缸换向阀使斗杆油缸伸缩运动，液压先导阀7和8分别用于控制铲斗油缸换向阀使铲斗油缸伸缩动作。

一种挖掘机单手柄控制系统，在单手柄的操作杆上侧套装有手柄套，手柄套在操作杆上能轴向滑动但不能旋转，手柄套外侧套装有外套管，手柄套与外套管之间能相对旋转但不能轴向平移；在单手柄的下侧设置有液压先导阀组，所述液压先导阀组分别包括用于控制动臂油缸换向阀的液压先导阀1和2，用于控制液压马达左转和右转运动的液压先导阀3和4；所述操作杆在手柄套内部的末端固定有支撑盘，支撑盘与手柄套上侧壁和下侧壁之间分别连接有上柱塞泵和下柱塞泵，上柱塞泵和下柱塞泵的油管分别与辅助活塞缸的油腔连通，所述辅助活塞缸的活塞杆与液压先导阀5和6连接，液压先导阀5和6分别控制斗杆油缸的换向阀使斗杆油缸伸缩运动；在所述手柄套的外侧壁上分别设置有线性霍尔元件1和2，并在所述外套管内壁上分别设置有与线性霍尔元件1和2配合的圆周动磁铁和圆周定磁铁，圆周动磁铁上设置有复位弹簧，与线性霍尔元件1和2配合的圆周动磁铁和圆周定磁铁成对称关系；各线性霍尔元件分别与比例放大器连接，比例放大器输出端控制比例电磁铁，比例电磁铁控制液压先导阀5和6，液压先导阀5和6分别用于控制铲斗油缸的换向阀使铲斗油缸伸缩运动。

一种挖掘机单手柄控制系统，在单手柄的操作杆上侧套装有手柄套，手柄套在操作杆上能轴向滑动和旋转；在单手柄的下侧分别设置有向前、向后、向左和向右的位移传感器，在手柄套内分别设置有向上、向下、左旋和右旋的位移传感器；各位移传感器的信号线分别与比例放大器的信号输入端连接，比例放大器的输出端分别控制比例电磁铁1、比例电磁铁2、比例电磁铁3、比例电磁铁4、比例电磁铁5、比例电磁铁6、比例电磁铁7和比例电磁铁8；所述比例电磁铁1和2分别控制液压先导阀1和2，液压先导阀1和2分别用于控制动臂油缸的换向阀使动臂油缸伸缩运动；所述比例电磁铁3和4分别控制液压先导阀3和4，液压先导阀3和4分别用于控制液压马达的左旋和右旋运动；所述比例电磁铁5和6分别控制液压先导阀5和6，液压先导阀5和6分别用于控制斗杆油缸的换向阀使斗杆油缸伸缩运动；所述比例电磁铁7和8分别控制液压先导阀7和8，液压先导阀7和8分别用于控制铲斗油缸的换向阀使铲斗油缸伸缩运动。

各位移传感器的信号线直接与比例放大器的信号输入端连接；或者各位移传感器的信号线通过无线遥控装置与比例放大器的信号输入端连接。

本发明的有益效果是：本发明提供了通过单手即可操作挖掘机全部挖掘动作，复合人体工程学原理，单手操作有利于快速掌握技巧，操作非常简便，复合人体心理和生理规律。利用线性霍尔元件感应手柄套的轴向和圆周运动，线性霍尔元件还可以采用其他位移传感器代替，以及还可以采用闭环控制方式，提高操作的精确度，其结构简单，成本很低，容易制造或改造，非常利于推广实施。

附图说明

图1是挖掘机结构示意图；

图2是本发明单手柄控制系统的结构示意图之一；

图3是斗杆和铲斗采用线性霍尔原件式的手柄结构图；

图4是图3的A-A剖面结构示意图；

图5是斗杆和铲斗控制采用油液活塞式的手柄结构图；

图6是图5的B-B剖面结构示意图

图7是本发明单手柄控制系统的结构示意图之二。

图中，标号1为车体，2为驾驶室，3为手柄，4为中央回转装置，5为液压马达，6为主泵，7为液压油箱，8为斗杆，9为斗杆油缸，10为动臂，11为动臂油缸，12为铲斗，13为铲斗油缸，14为摇杆，15为连杆，16为阀组，17为动臂油缸换向阀，18为液压马达换向阀，19为斗杆油缸换向阀，20为铲斗油缸换向阀，21为液压先导阀组，22为斗杆油缸液压先导阀组，23为铲斗油缸液压先导阀组，24为油管，25为向前位移传感器，26为向后位移传感器，27为向左位移传感器，28为向右位移传感器，29为上下位移传感器，30为左右旋位移传感器，31为辅助活塞缸。301为手柄套，302为操作杆，303为支撑圆盘，304a、304b、304c和304d分别为霍尔原件，305为轴向动磁铁，306为轴向定磁铁，307为弹簧，308为导杆，309为支座，310为密封套，311为密封垫片，312为让位凹槽，313为圆周动磁铁，314为圆周定磁铁，315为支座，316为弹簧，317为活塞，318为上柱塞泵，319为下柱塞泵，320为外套管，321为轴向导向槽，322为花键，323为让位孔，324为延伸支座，325为支撑盘，326为按键，327为按键信号线。

具体实施方式

实施例1：一种挖掘机单手柄控制方法，利用单手柄的向前和向后运动分别控制液压先导阀1和2，使液压先导阀1和2控制动臂油缸的换向阀使动臂油缸伸和缩运动；利用单手柄的向左和向右运动分别控制液压先导阀3和4，使液压先导阀3和4控制液压马达向左和向右旋转；单手柄设置手柄套并能轴向滑动和转动，利用手柄套的向上和向下运动分别控制液压先导阀5和6，使液压先导阀5和6控制斗杆的伸和收；利用手柄套的左旋和右旋运动分别控制液压先导阀7和8，使液压先导阀7和8控制铲斗油缸的的换向阀使铲斗油缸伸和缩运动。

本文所述向前、向后、向左、向右、向上、向下、左旋和右旋，均是以单手柄竖立状态为参考标注，用于清楚地表述位置关系。在实际应用过程中，可以根据适用的舒适度进行适应性调整，例如将单手柄改为向前倾斜状时更便于操控，各方向会有所变化，但仍属于本发明保护范围之内。

实施例2：参见图1，挖掘机单手柄控制系统的挖掘机包括车体1、驾驶室2和履带等。其中位于车体上的动臂8随驾驶室一起转动，转动部分来自于中央回转装置4，依靠液压马达5驱动。车体1上还设置有主泵6、液压油箱7和阀组16等组件。与动臂10铰接有斗杆8，与斗杆8末端铰接有铲斗12。驱动动臂10升降的动臂油缸11，位于动臂10上用于驱动斗杆运动有斗杆油缸9，位于斗杆8上用于驱动铲斗12的铲斗油缸13等部件。P1和P2为压力表。

参见图2，采用单手柄操作方式，单手柄的下侧设置液压先导阀组21，所述液压先导阀组21分别包括用于控制动臂油缸换向阀11的两个液压先导阀和用于控制液压马达5左转和右转运动的两个液压先导阀。

参见图3，在单手柄的操作杆302上侧套装有手柄,301，手柄套301在操作杆302上能轴向滑动和旋转。操作杆302在手柄套301内部的末端设置有支撑圆盘303，在支撑圆盘303的圆周边缘分别安装有线性霍尔元件304a和304b，分别在手柄套内壁上设置有与线性霍尔元件304a和304b配合的轴向定磁铁306和轴向动磁铁305，轴向动磁铁305上连接有复位弹簧307，以及导杆308和支座309。与线性霍尔元件304a配合的轴向定磁铁、轴向动磁铁和与线性霍尔元件304b配合的轴向定磁铁、轴向动磁铁为反对称关系（即中心对称关系，支撑圆盘在两轴向动磁铁中间位置时为平衡位置，平衡位置时以支撑圆盘的中心为圆心的中心对称）。

参见图3和图4，在支撑圆盘303的边缘位置还分别设置有线性霍尔元件304c和304d，并在手柄套内壁上分别设置有与线性霍尔元件304c和304d配合的圆周动磁铁313和圆周定磁铁314，圆周动磁铁313上设置有复位弹簧316，复位弹簧316位于弹簧座内，弹簧座底部为支座315。与线性霍尔元件304c和304d配合的圆周动磁铁和圆周定磁铁成对称关系，即以支座315中心线对称。

参见图3，各线性霍尔元件304a、304b、304c和304d分别与比例放大器连接，比例放大器的输出端分别控制四个比例电磁铁。根据对应关系，可由线性霍尔元件304a的信号控制第一个比例电磁铁，由线性霍尔元件304b的信号控制第二个比例电磁铁，由线性霍尔元件304c的信号控制第三个比例电磁铁，由线性霍尔元件304d的信号控制第四个比例电磁铁。前两个比例电磁铁分别控制斗杆油缸液压先导阀组22，后两个比例电磁铁分别铲斗油缸液压先导阀组23。斗杆油缸液压先导阀组22分别用于控制斗杆油缸换向阀使斗杆油缸伸缩运动，铲斗油缸液压先导阀组23分别用于控制铲斗油缸换向阀使铲斗油缸伸缩动作。

实施例3：另一种挖掘机单手柄控制系统，关于挖掘机的主体结构不详述，可参考实施例2。

关于手柄控制部分：

用于控制斗杆油缸伸缩和液压马达左旋和右旋的过程与实施例2相同，可以参考图2，即在单手柄的下侧设置液压先导阀组21，所述液压先导阀组21分别包括用于控制动臂油缸换向阀11的两个液压先导阀和用于控制液压马达5左转和右转运动的两个液压先导阀。

用于控制动臂油缸伸缩和铲斗油缸伸缩的方式如下：参见图5，在单手柄的操作杆302上侧套装有手柄套301，手柄套301在操作杆302上能轴向滑动但不能旋转，手柄套301外侧套装有外套管320。手柄套301与外套管320之间能相对旋转但不能轴向平移。所述操作杆在手柄套内部的末端固定有支撑盘325，支撑盘325与手柄套301上侧壁和下侧壁之间分别连接有上柱塞泵318和下柱塞泵319，上柱塞泵318和下柱塞泵319的油管24分别与辅助活塞缸31的油腔连通，所述辅助活塞缸31的活塞杆与斗杆油缸液压先导阀组22，斗杆油缸液压先导阀组22分别控制斗杆油缸9的换向阀19使斗杆油缸9伸缩运动。按钮326用于控制电锤或其他工作单位。

参见图6，在所述手柄套301的外侧壁上分别设置有线性霍尔元件304c和304d，并在所述外套管320的内壁上分别设置有与线性霍尔元件304c和304d配合的圆周动磁铁313和圆周定磁铁314，圆周动磁铁313上设置有复位弹簧316。与线性霍尔元件304c和304d配合的圆周动磁铁313和圆周定磁铁314成对称关系。各线性霍尔元件分别与比例放大器连接，比例放大器输出端控制两个比例电磁铁，两个比例电磁铁控制铲斗油缸液压先导阀组23，铲斗油缸液压先导阀组23分别用于控制铲斗油缸的换向阀使铲斗油缸伸缩运动。

实施例4：参见图7，又一种挖掘机单手柄控制系统，在单手柄的操作杆302上侧套装有手柄套301，手柄套301在操作杆上能轴向滑动和旋转。在单手柄的下侧分别设置有向前、向后、向左和向右的位移传感器25、26、27和28，在手柄套内分别设置有向上和向下位移传感器29、左旋和右旋的位移传感,30。各位移传感器的信号线分别与比例放大器的信号输入端连接，比例放大器的连接方式可参考图3。比例放大器的输出端分别控制八个比例电磁铁；每两个比例电磁铁为一对，分别控制一对液压先导阀，四对液压先导阀分别用于控制动臂油缸的换向阀使动臂油缸伸缩运动、控制液压马达的左旋和右旋运动、控制斗杆油缸的换向阀使斗杆油缸伸缩运动、控制铲斗油缸的换向阀使铲斗油缸伸缩运动。

实施例5，参见图3和图7，内容与实施例4基本相同，相同之处不重述，不同的是：所述向上和向下的位移传感器是在手柄套与操作杆之间设置轴向运动的线性霍尔元件，可参见实施例2。

实施例6，参见图7，内容与实施例4基本相同，相同之处不重述，不同的是：所述左旋和右旋的位移传感器是在手柄套与操作杆之间设置圆周旋转运动的线性霍尔元件，可参见实施例2。

实施例6，参见图7，内容与实施例5基本相同，相同之处不重述，不同的是：采用无线有空方式，即将手柄与车体独立，手柄可以固定在人体手臂上。各位移传感器的信号线通过无线遥控装置与比例放大器的信号输入端连接。

Claims (7)

1.一种挖掘机单手柄控制方法，其特征是：利用单手柄的向前和向后运动分别控制液压先导阀1和液压先导阀2，使液压先导阀1和液压先导阀2控制动臂油缸的换向阀使动臂油缸伸和缩运动；利用单手柄的向左和向右运动分别控制液压先导阀3和液压先导阀4，使液压先导阀3和液压先导阀4控制液压马达向左和向右旋转；单手柄设置手柄套并能轴向滑动和转动，利用手柄套的向上和向下运动分别控制液压先导阀5和液压先导阀6，使液压先导阀5和液压先导阀6控制斗杆的伸和收；利用手柄套的左旋和右旋运动分别控制液压先导阀7和液压先导阀8，使液压先导阀7和液压先导阀8控制铲斗油缸的的换向阀使铲斗油缸伸和缩运动。

2.一种挖掘机单手柄控制系统，其特征是：在单手柄的操作杆上侧套装有手柄套，手柄套在操作杆上能轴向滑动和旋转；在单手柄的下侧设置有液压先导阀组，所述液压先导阀组分别包括用于控制动臂油缸换向阀的液压先导阀1和液压先导阀2，用于控制液压马达左转和右转运动的液压先导阀3和液压先导阀4；所述操作杆在手柄套内部的末端设置有支撑圆盘，在支撑圆盘的圆周边缘分别安装有线性霍尔元件1和线性霍尔元件2，分别在手柄套内壁上设置有与线性霍尔元件1和线性霍尔元件2配合的轴向定磁铁和轴向动磁铁，轴向动磁铁上连接有复位弹簧；与线性霍尔元件1配合的轴向定磁铁、轴向动磁铁和与线性霍尔元件2配合的轴向定磁铁、轴向动磁铁为反对称关系；在所述支撑圆盘上还分别设置有线性霍尔元件3和线性霍尔元件4，并在手柄套内壁上分别设置有与线性霍尔元件3和线性霍尔元件4配合的圆周动磁铁和圆周定磁铁，圆周动磁铁上设置有复位弹簧，与线性霍尔元件3和线性霍尔元件4配合的圆周动磁铁和圆周定磁铁成对称关系；各线性霍尔元件分别与比例放大器连接，比例放大器的输出端分别控制比例电磁铁1、比例电磁铁2、比例电磁铁3和比例电磁铁4，比例电磁铁1和比例电磁铁2分别控制液压先导阀5和液压先导阀6，比例电磁铁3和比例电磁铁4分别控制液压先导阀7和液压先导阀8，液压先导阀5和液压先导阀6分别用于控制斗杆油缸换向阀使斗杆油缸伸缩运动，液压先导阀7和液压先导阀8分别用于控制铲斗油缸换向阀使铲斗油缸伸缩动作。

3.一种挖掘机单手柄控制系统，其特征是：在单手柄的操作杆上侧套装有手柄套，手柄套在操作杆上能轴向滑动但不能旋转，手柄套外侧套装有外套管，手柄套与外套管之间能相对旋转但不能轴向平移；在单手柄的下侧设置有液压先导阀组，所述液压先导阀组分别包括用于控制动臂油缸换向阀的液压先导阀1和液压先导阀2，用于控制液压马达左转和右转运动的液压先导阀3和液压先导阀4；所述操作杆在手柄套内部的末端固定有支撑盘，支撑盘与手柄套上侧壁和下侧壁之间分别连接有上柱塞泵和下柱塞泵，上柱塞泵和下柱塞泵的油管分别与辅助活塞缸的油腔连通，所述辅助活塞缸的活塞杆与液压先导阀5和液压先导阀6连接，液压先导阀5和液压先导阀6分别控制斗杆油缸的换向阀使斗杆油缸伸缩运动；在所述手柄套的外侧壁上分别设置有线性霍尔元件1和线性霍尔元件2，并在所述外套管内壁上分别设置有与线性霍尔元件1和线性霍尔元件2配合的圆周动磁铁和圆周定磁铁，圆周动磁铁上设置有复位弹簧，与线性霍尔元件1和线性霍尔元件2配合的圆周动磁铁和圆周定磁铁成对称关系；各线性霍尔元件分别与比例放大器连接，比例放大器输出端控制比例电磁铁，比例电磁铁控制液压先导阀5和液压先导阀6，液压先导阀5和液压先导阀6分别用于控制铲斗油缸的换向阀使铲斗油缸伸缩运动。

4.一种挖掘机单手柄控制系统，其特征是：在单手柄的操作杆上侧套装有手柄套，手柄套在操作杆上能轴向滑动和旋转；在单手柄的下侧分别设置有向前、向后、向左和向右的位移传感器，在手柄套内分别设置有向上、向下、左旋和右旋的位移传感器；各位移传感器的信号线分别与比例放大器的信号输入端信号连接，比例放大器的输出端分别控制比例电磁铁1、比例电磁铁2、比例电磁铁3、比例电磁铁4、比例电磁铁5、比例电磁铁6、比例电磁铁7和比例电磁铁8；所述比例电磁铁1和比例电磁铁2分别控制液压先导阀1和液压先导阀2，液压先导阀1和液压先导阀2分别用于控制动臂油缸的换向阀使动臂油缸伸缩运动；所述比例电磁铁3和比例电磁铁4分别控制液压先导阀3和液压先导阀4，液压先导阀3和液压先导阀4分别用于控制液压马达的左旋和右旋运动；所述比例电磁铁5和比例电磁铁6分别控制液压先导阀5和液压先导阀6，液压先导阀5和液压先导阀6分别用于控制斗杆油缸的换向阀使斗杆油缸伸缩运动；所述比例电磁铁7和比例电磁铁8分别控制液压先导阀7和液压先导阀8，液压先导阀7和液压先导阀8分别用于控制铲斗油缸的换向阀使铲斗油缸伸缩运动。

5.根据权利要求4所述的挖掘机单手柄控制系统，其特征是：所述向上和向下的位移传感器是在手柄套与操作杆之间设置轴向运动的线性霍尔元件，即在操作杆的末端设置有支撑圆盘，在支撑圆盘的圆周边缘分别安装有线性霍尔元件1和线性霍尔元件2，分别在手柄套内壁上设置有与线性霍尔元件1和线性霍尔元件2配合的轴向定磁铁和轴向动磁铁，轴向动磁铁上连接有复位弹簧；与线性霍尔元件1配合的轴向定磁铁、轴向动磁铁和与线性霍尔元件2配合的轴向定磁铁、轴向动磁铁为反对称关系。

6.根据权利要求5所述的挖掘机单手柄控制系统，其特征是：所述左旋和右旋的位移传感器是在手柄套与操作杆之间设置圆周旋转运动的线性霍尔元件，即在操作杆的末端设置有支撑圆盘，支撑圆盘上分别设置有线性霍尔元件3和线性霍尔元件4，并在手柄套内壁上分别设置有与线性霍尔元件3和线性霍尔元件4配合的圆周动磁铁和圆周定磁铁，圆周动磁铁上设置有复位弹簧，与线性霍尔元件3和线性霍尔元件4配合的圆周动磁铁和圆周定磁铁成对称关系。

7.根据权利要求4～6任一项所述的挖掘机单手柄控制系统，其特征是：各位移传感器的信号线直接与比例放大器的信号输入端连接；或者各位移传感器的信号线通过无线遥控装置与比例放大器的信号输入端连接。