CN103883728A - 一种新型电控气动控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明是有关于一种新型电控气动控制系统，利用电控气动原理，将操纵手柄机械动作指令转化为信号输出，在通过信号的通断控制缸体内各个腔的气体通断实现活塞杆的直线往复运动；包括：操纵手柄A；控制盒B；执行气缸C；其中：操纵手柄A内置磁钢和霍尔元件且与外接输出线束电信连接；控制盒B内置电路板，电路板上装有PIC控制元件、并连接有输入输出线束；执行气缸C包括：活塞杆、前端盖、缸体、前活塞环、隔套、主活塞环、后活塞环、后端盖、阀芯、电磁阀、进气口Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ；本发明实现从驾驶员做出操纵动作，到中间控制单元的指令转换，到最后完成工程机械车辆变速换挡动作的全套功能的一种新型电控气动控制系统。

Description

一种新型电控气动控制系统
技术领域
本发明涉及一种液压气动领域的气动控制系统,特别是涉及一种负责实现从驾驶员读对输入单元做出操纵动作，到单元的指令分析，到执行单元最后完成工程机械车辆变速换挡动作的全套功能的一种新型电控气动控制系统。
背景技术
目前,国内工程机械,尤其是装载机的换挡主要包含三个个状态，一是采用软轴进行传递的机械式变速操纵；第二种是以ZF为代表的电控全动力变速箱，第三种是以气动控制。三种变速箱在装载机上的作用，都是改变装载机的运动方向及速度。但由于操纵原理及安装方式各有不同，其性能及价格均存在很大差异。
软轴操纵结构、价格低廉，生产维护及更换方便，占据了我国工程机械绝大部分的市场份额，但软轴控制精度低、空行程大且操纵力不易控制。全动力变速箱控制精度高、反应速度快,但是价格昂贵且维修养护困难。现研制推出的新型电控气动控制系统以其价格适中、控制精度较高、空行程小、线路布置随意等优点深受用户喜爱。尤其是空档熄火、空挡启动功能，大大提高了操作的安全防护性。
由此可见，上述现有的装载机在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。因此如何能创设一种新型结构的一种新型电控气动控制系统，亦成为当前业界极需改进的目标。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有的装载机存在的缺陷，而提供一种新型结构的一种新型电控气动控制系统，所要解决的技术问题是使其利用霍尔原理，通过将机械动作转化为信号输出，在通过电流的通断控制缸体内各个腔的气体通断实现活塞杆的直线往复运动。另在操纵过程中增加程序优化，即车辆在熄火时气缸及手柄必须置于空挡位置，启动时手柄及气缸序置于空挡位置。且若车辆在行驶过程中意外熄火，且执行刚不在空档位置时，需手动控制手柄置于空挡位置，确保车辆启动时档位为空挡，非常适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。依据本发明提出的一种新型电控气动控制系统，利用电控气动原理，将操纵手柄机械动作指令转化为信号输出，在通过信号的通断控制缸体内各个腔的气体通断实现活塞杆的直线往复运动；其中包括：操纵手柄A；控制盒B；执行气缸C；其中：所述操纵手柄A包括：旋转手柄头、旋转手柄杆、壳体、半圆壳体；所述旋转手柄头内为环形槽与旋转手柄杆连接；且旋转手柄杆安装于壳体内、其壳体一侧与半圆壳体连接其中：所述控制盒B内置电路板，电路板上装有PIC控制元件、并连接有输入输出线束；其中：所述执行气缸C包括：活塞杆、前端盖、缸体、前活塞环、隔套、主活塞环、后活塞环、后端盖、阀芯、电磁阀、进气口Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ；所述缸体左腔内设置有所述前端盖、所述前活塞环、所述隔套、所述主活塞环、且套设于所述活塞杆上，活塞杆与所述主活塞环通过螺母机构连接为一体；所述缸体右腔内设置有所述后活塞环、所述后端盖；所述缸体左、右腔上方设置有进气口Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ；所述缸体一侧上方设置有所述阀芯、所述电磁阀，通过螺栓安装于缸体上。
本发明的目的以及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。
前述的一种新型电控气动控制系统,其特征在于操纵手柄A内置磁钢和霍尔元件且与外接输出线束电信连接；
前述的一种新型电控气动控制系统,其特征在于所述操纵手柄A通过螺栓组固定在方向盘固定柱上，且输出线束与控制盒B的输入线束对接；
前述的一种新型电控气动控制系统,其特征在于控制盒B固定在驾驶室的操纵面板上，且输出线束与执行缸体输入线束对接；
前述的一种新型电控气动控制系统,其特征在于气动执行缸通过安装支架固定在装载机变速箱多路阀体上；
前述的一种新型电控气动控制系统,其特征在于设有的控制手柄A分有四挡R、N、F1、F2，其中：
倒挡R为活塞杆全推出状态：根据控制手柄输入控制指令，电磁阀有电流输入，阀芯吸合后向上运动，进气口Ⅲ与气源导通并进气，其他进气口密封，此时高压气体推动后活塞环向右运动，主活塞环带动隔套、前活塞环及活塞杆一同向左运动，到前活塞环与前端盖接触后到极限位置。此时缸体内各个腔达到压力平衡，实现活塞杆推出到最大行程到达R档位。
前述的一种新型电控气动控制系统,其特征在于所述空挡N为活塞杆缩回一个挡位的动作：根据控制手柄输入控制指令，电磁阀有电流输入，阀芯吸合后向上运动，进气口Ⅰ、Ⅲ与气源导通并进气,其他进气口密封，此时高压气体推动后活塞环7向左运动，前活塞环带动隔套、主活塞环及活塞杆一同向右运动，到前活塞环与缸体、前端盖接触后到极限位置。此时缸体内各个腔达到压力平衡，实现活塞杆向左缩回一段行程，达到N档位。
前述的一种新型电控气动控制系统,其特征在于所述前进挡F1为活塞杆缩回两段行程的一个动作：根据控制手柄输入控制指令，电磁阀有电流输入，阀芯吸合后向上运动，进气口Ⅱ、Ⅳ与气源导通并进气，其他进气口密封,此时高压气体推动后活塞环向左运动至缸体端后到达极限位置，前活塞环向左运动至与前端盖接触后到达极限位置。而主活塞环则带动活塞杆向右运动，直至与后活塞环接触后到达极限位置。此时缸体内各个腔达到压力平衡，实现活塞杆向左缩回两段行程，达到F1档位。
前述的一种新型电控气动控制系统,其特征在于所述前进挡F2为活塞杆全缩回的一个动作：根据控制手柄输入控制指令,电磁阀有电流输入，阀芯吸合后向上运动，进气口Ⅱ与气源导通并进气，其他进气口密封，此时高压气体推动前活塞环向左运动至与前端盖接触后到达极限位置。而主活塞环则带动活塞杆、后活塞环向左运动至向右运动，直至与后活塞环与后端盖接触后到达极限位置。此时缸体内各个腔达到压力平衡，实现活塞杆向左全缩回动作，达到F2档位。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术内容可知，为达到上述目的，本发明本发明提供了一种新型电控气动控制系统，利用电控气动原理，将操纵手柄机械动作指令转化为信号输出，在通过信号的通断控制缸体内各个腔的气体通断实现活塞杆的直线往复运动；其中包括：操纵手柄A；控制盒B；执行气缸C；其中：所述操纵手柄A内置磁钢和霍尔元件且与外接输出线束电信连接；其中：所述控制盒B内置电路板,电路板上装有PIC控制元件、并连接有输入输出线束；其中：所述执行气缸C包括：活塞杆、前端盖、缸体、前活塞环、隔套、主活塞环、后活塞环、后端盖、阀芯、电磁阀、进气口Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ；所述缸体左腔内设置有所述前端盖、所述前活塞环、所述隔套、且套设于所述活塞杆上，活塞杆与所述主活塞环通过螺母机构连接为一体；所述缸体右腔内设置有所述后活塞环、所述后端盖；所述缸体左、右腔上方设置有进气口Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ；所述缸体一侧上方设置有所述阀芯、所述电磁阀、通过螺栓安装于缸体上；所述操纵手柄A通过螺栓组固定在方向盘固定柱上，且输出线束与控制盒B的输入线束对接；控制盒B固定在驾驶室的操纵面板上，且输出线束与执行缸体输入线束对接；气动执行缸通过安装支架固定在装载机变速箱多路阀体上；
本发明利用电控气动原理，将机械动作转化为信号输出,再将信号分析后输出到执行缸上的先导阀组。最总通过先导阀组的单一或组合动作，理应气动原理来实现执行缸各个挡位行程之间的快速转换。由于工程机械在制作过程中密封不严，常常存在储气缸漏气现象，启动时由于系统气压不足，刹车失去作用。而启动时车辆操纵手柄若未至于空挡，系统气压不足组由导致缸体无法回到空挡，则很可能存在车辆启动时出现滑车现象。针对上述问题该发明在操纵过程中增加程序优化，首先启动时手柄及气缸需置于空挡位置。且若车辆在行驶过程中意外熄火，且执行缸不在空档位置时，需手动控制手柄置于空挡位置，确保车辆启动时档位为空挡。该新型电控气动控制系统主要分为三大部分，即作为输入单元的操纵手柄，分析单元的控制盒。执行单元的执行气缸。其中：控制手柄A的外形尺寸与普通工程机械用转向灯控制手柄一致，操纵装置置于手柄内部，只留信号输出线并安装对接插头，便于安装且可替换性强。控制盒B外形小巧，外部只留输入输出端，安装时可置于仪表盘内，占用空间小。执行气缸C安装于减速箱附近，采用封闭式结构，只有唯一进气口与之相通。线路插头置于气缸附近，该气缸具有良好的密封性，且气路、电路排布更为合理，安装简单、检修维护方便。控制手柄置于N档为气缸默认初始位置，此时各腔内压力平衡，无相对运动。
借由上述技术方案，本发明一种新型电控气动控制系统至少具有下列优点及有益效果：利用霍尔原理，将机械动作转化为电流输出，在电流的通断控制缸体内各个腔的气体通断实现活塞杆的直线往复运动；实现从驾驶员做出操纵动作，到中间控制单元的指令转换，到最后完成工程机械车辆变速换挡动作的全套功能的一种新型电控气动控制系统。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例,并配合附图,详细说明如下。
附图说明
图1是一种新型电控气动控制系统示意图。
图2是一种新型电控气动控制系统操纵手柄A示意图。
1：旋转手柄头  2：旋转手柄杆
3：壳体        4：半圆壳体
图3是一种新型电控气动控制系统执行缸结构主视图。
图4是一种新型电控气动控制系统执行缸结构侧视图。
1：活塞杆    2：前端盖
3：缸体      4：前活塞环
5：隔套        6：主活塞环
7：后活塞环    8：后端盖
9：阀芯        10：电磁阀
Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ：进气口
R：倒挡        N：空挡
F1：前进挡     F2：前进挡
A：操纵手柄    B：控制盒
C：执行气缸
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种新型电控气动控制系统其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
请参阅图1是一种新型电控气动控制系统示意图。
图2是一种新型电控气动控制系统操纵手柄A示意图。
图3是一种新型电控气动控制系统执行缸结构主视图。图4是一种新型电控气动控制系统执行缸结构侧视图。
本发明提出了一种新型电控气动控制系统，利用电控气动原理，将操纵手柄机械动作指令转化为信号输出，在通过信号的通断控制缸体内各个腔的气体通断实现活塞杆的直线往复运动；包括：操纵手柄A；控制盒B；执行气缸C；
其中：所述操纵手柄A包括：旋转手柄头1、旋转手柄杆2、壳体3、半圆壳体4；
所述旋转手柄头1内为环形槽与旋转手柄杆2连接；且旋转手柄杆2安装于壳体3内、其壳体3一侧与半圆壳体4连接
其中：所述控制盒B内置电路板，电路板上装有PIC控制元件、并连接有输入输出线束；
其中：所述执行气缸C包括：活塞杆1、前端盖2、缸体3、前活塞环4、隔套5、主活塞环6、后活塞环7、后端盖8、阀芯9、电磁阀10、进气口Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ；
所述缸体3左腔内设置有所述前端盖2、所述前活塞环4、所述隔套5、且套设于所述活塞杆1上，活塞杆1与所述主活塞环6通过螺母机构连接为一体；
所述缸体3右腔内设置有所述后活塞环7、所述后端盖8；
所述缸体3左、右腔上方设置有进气口Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ；
所述缸体3一侧上方设置有所述阀芯9、所述电磁阀10、通过螺栓安装于缸体上。
所述操纵手柄A通过螺栓组固定在方向盘固定柱上，且输出线束与控制盒B的输入线束对接；控制盒B固定在驾驶室的操纵面板上，且输出线束与执行缸体输入线束对接；气动执行缸通过安装支架固定在装载机变速箱多路阀体上；
本发明利用电控气动原理，通过将机械动作转化为电流输出，通过电流的通断控制缸体内各个腔的气体通断实现活塞杆的直线往复运动。另在操纵过程中增加程序优化，即车辆在熄火时气缸及手柄必须置于空挡位置，启动时手柄及气缸序置于空挡位置。且若车辆在行驶过程中意外熄火，且执行刚不在空档位置时，需手动控制手柄置于空挡位置，确保车辆启动时档位为空挡。
根据装载机的各档位排列情况，将对倒挡R、空挡N、前进挡F1、前进挡F2的工作情况进行逐一说明。如图3、图4所示：
倒挡R为活塞杆全推出状态：根据控制手柄输入控制指令，电磁阀10有电流输入，阀芯9吸合后向上运动，进气口Ⅲ与气源导通并进气，其他进气口密封，此时高压气体推动后活塞环7向右运动，主活塞环6带动隔套5、前活塞环4及活塞杆1一同向左运动，到前活塞环4与前端盖2接触后到极限位置。此时缸体内各个腔达到压力平衡，实现活，塞杆1推出到最大行程到达R档位；
空挡N为活塞杆缩回一个挡位的动作：根据控制手柄输入控制指令，电磁阀10有电流输入，阀芯9吸合后向上运动，进气口Ⅰ、Ⅲ与气源导通并进气，其他进气口密封,此时高压气体推动后活塞环7向左运动，前活塞环4带动隔套5、前活塞环6及活塞杆1一同向右运动，到前活塞环4与缸体3前端盖接触后到极限位置。此时缸体内各个腔达到压力平衡，实现活塞杆1向左缩回一段行程，达到N档位；
前进挡F1为活塞杆缩回两段行程的一个动作：根据控制手柄输入控制指令，电磁阀10有电流输入，阀芯9吸合后向上运动，进气口Ⅱ、Ⅳ与气源导通并进气，其他进气口密封，此时高压气体推动后活塞环7向左运动至缸体3端后到达极限位置，前活塞环4向左运动至与前端盖2接触后到达极限位置。而主活塞环6则带动活塞杆1向右运动，直至与后活塞环7接触后到达极限位置。此时缸体内各个腔达到压力平衡，实现活塞杆向左缩回两段行程，达到F1档位；
前进挡F2为活塞杆全缩回的一个动作：根据控制手柄输入控制指令，电磁阀10有电流输入，阀芯9吸合后向上运动，进气口Ⅱ与气源导通并进气，其他进气口密封，此时高压气体推动前活塞环4向左运动至与前端盖2接触后到达极限位置。而主活塞环6则带动活塞杆1、后活塞环7向左运动至向右运动，直至与后平衡活塞环7与后端盖8接触后到达极限位置。此时缸体内各个腔达到压力平衡，实现活塞杆向左全缩回动作，达到F2档位。
由于工程机械在制作过程中密封不严，常常存在储气缸漏气现象，启动时由于系统气压不足，刹车失去作用。而启动时车辆操纵手柄若未至于空挡，系统气压不足导致缸体无法回到空挡，则很可能存在车辆启动时出现滑车现象。
如图1、图2所示：针对上述问题该发明在操纵过程中增加程序优化，首先启动时操纵手柄A及执行气缸C需置于空挡位置。且若车辆在行驶过程中意外熄火，且执行气缸C不在空档位置时，需手动控制操纵手柄A置于空挡位置，确保车辆启动时档位为空挡。该新型电控气动控制系统主要分为三大部分，即作为输入单元的操纵手柄A，分析单元的控制盒B。执行单元的执行气缸。其中：操纵手柄A的外形与普通工程车辆转向灯控制器相似，具有多档位可选择性，安装方便、替换性强、使用操作性强。控制盒B内装有控制单元，其内部输入程序可以保证执行气缸C及操纵手柄A必须置于空挡位置时车辆才能熄火，操纵手柄A及执行气缸C需置于空挡位置车辆才能启动。若车辆在行驶过程中意外熄火，且执行气缸C不在空档位置时，需手动控制操纵手柄A置于空挡位置,车辆才能启动。执行气缸C则利用电磁原理与气压原理。通过电磁阀控制进各个进气口的通断，最终实现电磁阀的往复运动。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的结构及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种新型电控气动控制系统，利用电控气动原理，将操纵手柄机械动作指令转化为信号输出，在通过信号的通断控制缸体内各个腔的气体通断实现活塞杆的直线往复运动；其特征在于包括：操纵手柄A；控制盒B；执行气缸C；
其中：所述操纵手柄A包括：旋转手柄头（1）、旋转手柄杆（2）、壳体（3）、半圆壳体（4）；
所述旋转手柄头（1）内为环形槽与旋转手柄杆（2）连接；且旋转手柄杆（2）安装于壳体（3）内、其壳体（3）一侧与半圆壳体（4）连接
其中：所述控制盒B内置电路板，电路板上装有PIC控制元件、并连接有输入输出线束；
其中：所述执行气缸C包括：活塞杆（1）、前端盖（2）、缸体（3）、前活塞环（4）、隔套（5）、主活塞环（6）、后活塞环（7）、后端盖（8）、阀芯（9）、电磁阀（10）、进气口（Ⅰ），（Ⅱ），（Ⅲ），（Ⅳ）；
所述缸体（3）左腔内设置有所述前端盖（2）、所述前活塞环（4）、所述隔套（5）、所述主活塞环（6）、且套设于所述活塞杆（1）上，活塞杆（1）与所述主活塞环（6）通过螺母机构连接为一体；
所述缸体（3）右腔内设置有所述后活塞环（7）、所述后端盖（8）；
所述缸体（3）左、右腔上方设置有进气口（Ⅰ），（Ⅱ），（Ⅲ），（Ⅳ）；
所述缸体（3）一侧上方设置有所述阀芯（9）、所述电磁阀（10），通过螺栓安装于缸体上。
2.如权利要求1所述的一种新型电控气动控制系统,其特征在于操纵手柄A内置磁钢和霍尔元件且与外接输出线束电信连接。
3.如权利要求1所述的一种新型电控气动控制系统,其特征在于所述操纵手柄A通过螺栓组固定在方向盘固定柱上，且输出线束与控制盒B的输入线束对接。
4.如权利要求1所述的一种新型电控气动控制系统,其特征在于控制盒B固定在驾驶室的操纵面板上，且输出线束与执行缸体输入线束对接。
5.如权利要求1所述的一种新型电控气动控制系统,其特征在于气动执行缸通过安装支架固定在装载机变速箱多路阀体上。
6.如权利要求1所述的一种新型电控气动控制系统,其特征在于设有的控制手柄A分有四挡R、N、F1、F2，其中：
倒挡R为活塞杆全推出状态：根据控制手柄输入控制指令，电磁阀（10）有电流输入，阀芯（9）吸合后向上运动，进气口（Ⅲ）与气源导通并进气，其他进气口密封，此时高压气体推动后活塞环（7）向右运动，主活塞环(6)带动隔套(5)、前活塞环(4)及活塞杆（1）一同向左运动，到前活塞环（4）与前端盖（2）接触后到极限位置。此时缸体内各个腔达到压力平衡，实现活塞杆（1）推出到最大行程到达R档位。
7.如权利要求1所述的一种新型电控气动控制系统,其特征在于所述空挡N为活塞杆缩回一个挡位的动作：根据控制手柄输入控制指令，电磁阀（10）有电流输入，阀芯（9）吸合后向上运动，进气口（Ⅰ）、（Ⅲ）与气源导通并进气，其他进气口密封，此时高压气体推动后活塞环（7）向左运动，前活塞环（4）带动隔套（5）、主活塞环（6）及活塞杆（1）一同向右运动，到前活塞环（4）与缸体（3）、前端盖（2）接触后到极限位置。此时缸体内各个腔达到压力平衡，实现活塞杆（1）向左缩回一段行程，达到N档位。
8.如权利要求1所述的一种新型电控气动控制系统,其特征在于所述前进挡F1为活塞杆缩回两段行程的一个动作：根据控制手柄输入控制指令，电磁阀（10）有电流输入，阀芯（9）吸合后向上运动，进气口（Ⅱ）、（Ⅳ）与气源导通并进气，其他进气口密封，此时高压气体推动后活塞环（7）向左运动至缸体（3）端后到达极限位置，前活塞环（4）向左运动至与前端盖（2）接触后到达极限位置。而主活塞环（6）则带动活塞杆（1）向右运动，直至与后活塞环（7）接触后到达极限位置。此时缸体内各个腔达到压力平衡，实现活塞杆向左缩回两段行程，达到F1档位。
9.如权利要求1所述的一种新型电控气动控制系统,其特征在于所述前进挡F2为活塞杆全缩回的一个动作：根据控制手柄输入控制指令，电磁阀（10）有电流输入，阀芯（9）吸合后向上运动，进气口（Ⅱ）与气源导通并进气，其他进气口密封，此时高压气体推动前活塞环（4）向左运动至与前端盖（2）接触后到达极限位置。而主活塞环（6）则带动活塞杆（1）、后活塞环（7）向左运动至向右运动，直至与后活塞环（7）与后端盖（8）接触后到达极限位置。此时缸体内各个腔达到压力平衡，实现活塞杆向左全缩回动作，达到F2档位。
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