CN1047061A - 动力传递 - Google Patents

Abstract

在包括有其一端以枢轴装在底座、另一端携带一叉台的可伸长的吊杆的叉式装载车辆中，叉台高出与吊杆/底座枢轴相交的水平面的高度在起动自动操作模式时得以确定。一对传感器分别提供作为吊杆伸展和吊杆角度函数的关联信号。在自动操作模式期间，由车辆操作员直接控制吊杆伸展，而吊杆角度则作为角度和伸展传感器输出信号，以及所要求的叉台的水平高度的组合函数加以控制。因而，在台叉的垂直高度保持不变的同时，吊杆端叉台运动的速度尚须由车辆操作员直接控制。

Description

本发明针对用来控制负载动作的电动液压系统，更准确地说，针对用来控制在可伸长吊杆自由端处的负载动作的系统。

通过的越野叉式装载车包括：一个装轮子的底座、一个一端可绕枢轴转动地安装在底座上的可伸长的吊杆，以及一个装在吊杆上远离底座那一端或自由端的叉形平台。液压作动机构连接到关联阀上、用来控制作为操作员输入命令信号函数的吊杆相对于底座的旋转运动和伸展。在许多情况下，操作员想要在吊杆枢轴水平面内、或高出或低于吊杆枢轴的水平面内伸长或缩回叉台。然而，要同时控制吊杆伸展和控制吊杆的角度是有困难的。当所述叉台处于很高的高度、或在操作员的视线被墙、建筑物或装备完全或部分地挡住的场合，该问题就复杂化了。

在涉及控制吊杆臂自由端处所携负载的其它应用场合中出现了类似的问题。例如，给船舶装载的吊车操作员，在改变吊杆位置的同时往往要求吊车负载的高度能保持恒定。操作员可能需要使吊杆反复地回到从吊杆枢轴算起的某一特定活动范围内，以便将从船坞上所装载的负载转卸进船舱内或将从船舱内取出的负载转送到船坞上。在另一个应用场合，挖土机操作员在挖掘水平沟槽时，经过多次机器工作周期后，他可能要使处于控土机吊杆自由端处的挖斗又返回到一定的深度。

本发明的一个总目的是提供一种电动液压控制系统，该系统在通过至少两个运动自由度移动负载的同时可自动地保持负载的预定方位。更具体地说，本发明的目的是提供一种电动液压吊杆控制系统，该系统可在吊杆相对于支承底座的角度和伸展量改变的同时使吊杆自由端保持某一预定或预置方位。再具体地说，当具体应用于叉式装载车辆时，本发明的一个目的是提供一种控制系统，该系统在以由操作员直接控制的速率、有选择地伸长或缩回吊杆的同时可使叉台的高度保持恒定。

在包括有一个负载和用于通过至少两个运动自由度移动负载的电动液压机构的电动液压系统中，用来自动地将负载保持在某一预定方位的电路系统包含：一对用来提供作为在负载相关运动自由度的函数的相关信号的传感器，对操作员操作起反应的用于直接控制负载在一个自由度上运动的电路，以及对传感器信号起反应的、用于控制作为操作员控制的所述一个自由度上运动的函数的另一自由度运动的反馈电路。

当具体应用于控制可伸长的吊杆自由端处运动时，该控制电路对两种操作模式的操作员输入命令信号起反应，一种是直接控制吊杆的伸展量和吊杆相对于底座的角度这两个变量的手动操作模式，另一种是控制作为独立于操作直接输入的另一输入信号的函数的这种运动中的一种运动的自动操作模式，在后一种模式情况下，可将吊杆端保持在需要的根据这种自动操作模式的输入所选择的方位。

在本发明用于保持叉卡装载车辆的台叉的水平方位的最佳实施中，高于与吊杆/底座枢轴相交的水平面的叉台高度取决于自动操作模式的起动。一对传感器分别提供作为吊杆伸展量和吊杆角度的函数的相关信号。在使用自动操作模式期间，吊杆伸展量尚须由操作员直接控制，而吊杆角度则作为角度和伸展量传感器输出信号、以及所要求的叉台的水平高度高出水平的组合函数予以控制。因而，吊杆叉台端的运动速度也尚须由车辆操作员直接加以控制。

根据以下的说明、以及所附权利要求书和附图，本发明及其附加目的、特征和优点可得到充分的理解，附图中：

图1是越野叉式装载车辆的示意图，图中本发明是根据其当前最佳实施例实现的;

图2是图1所示车辆中电动液压控制系统的功能方框图。

图1所说明的是一个包含一个装轮子底座12的越野叉式载装车辆10。一般具有多个伸缩段的可伸长吊杆以其一端连接在底座12上：以便在固定位置处相对于底座12绕轴线16旋转。叉台18安装在远离底座那一端即自由端，并有一对从叉台上向外突出的叉形平铲20。液压作动机构即作动筒22（图1和2）连接在底座12与吊杆14之间，用来控制吊杆14绕轴16的枢转运动。第二作动机构即作动筒24（图2）控制吊杆14相对于轴16的伸展。伸出部26可用销钉28、39分别如枢轴式地连接到吊杆14的自由端和叉台18。叉台20围绕销钉30的枢轴运动从动于作动筒22的运动（所用装置未示出）。从到这里为止所述的内容来看，车辆10采用的是通用的结构。

图2示出了一种吊杆控制系统32，该系统包括一个用来产生作为车辆操作员的操纵的函数的电动“伸展”（EXTEND）和电动“提升”（LIFT）运动命令信号的控制手柄或类似装置34。第一阀驱动放大器接收来自控制手柄34的“伸展”（EXTEND）命令信号，同时将相应的输出信号提供给电动液压阀38，该阀按照与这种输出信号的函数关系从一液源（未示出）将液压油馈给作动筒24。同样，第二阀驱动放大器40接收来自控制手柄34的“提升”（LIFT）命令信号，同时将相应的输出信号提供给电动液压阀42，该阀按照与这种输出信号的函数关系将液压油馈给作动筒22。因而，从到此为止所述的范围来看，吊杆的角度和伸展量是由车辆操作员通过操纵控制手柄34直接进行控制的。

根据本发明，将第一传感器44连接到吊杆14上，它可按照与吊杆14从枢轴16算起的长度或伸展量的函数关系提供传感器输出信号R3（图1和图2）。将第二传感器46也装到吊杆14上，它可按照与吊杆14绕轴16产生的相对于相交轴16处的水平面的角度的函数关系提供第二传感器信号A3（图1和2）。传感器44可以采用适于安装在吊杆14范围之内或邻近吊杆14的任何类型，以提供作为其伸展量函数的一种输出。同样，传感器46也可以采用任何合适的类型，当前优先选用的是可安装在吊杆14邻近枢轴16的部位上的摆锤型传感器，以便其与车辆底座12的定向无关。

控制电路50（图2）（最好是基于微处理器的）包含一个第一功能块即模块52，该模块接收传感器信号R3、A3并计算叉台销钉30（图1）高出水平面48的高度R5。计算块52输出端的信号R5经由一个正常断开的开关54被送到第二块即模块58。模块58接收作为第二输入的吊杆伸展量传感器信号R3，同时将一个所要求的吊杆角度命令信号AC提供给比较器60。比较器60接收来自传感器46的第二输入A3，同时将输出信号E提供给阀驱动放大器62，i表示出所要求的吊杆角度信号AC与实际的吊杆角度信号A3之间的差异即误差。第二开关64正常将阀42的输入连接到放大器40，又可以有选择地转换成将所述阀输入连接到放大器62的输出端。

合适的阀驱动放大器36、40和62，合适的阀38、42，以及合适的作动筒22、24已在例如在美国专利4，757，747号中给予公开，该专利还公开了一种基于微处理器的控制器，电路50可以用该控制器实现。

操作时，在模块52中按以下等式的函数连续计算高度R5：

R5＝R4＊Cos（A3）+R3＊Sin（A3）    （1）

式中R3是如图1中所示吊杆14的长度，R4是枢轴28、30之间的距离，而R5是销钉30高出水平面48的高度。所要求的提升角度命令Ac在模块58处按照以下等式进行计算：

${\mathrm{Ac\; =\; 2*tan}}^{\mathrm{－1}}［\frac{{\mathrm{R3\; \pm (R3}}^2{\mathrm{+\; R4}}^2{\mathrm{-\; R5}}^2{)}^{\frac{1}{2}}}{\mathrm{R4\; +\; R5}}\mathrm{］\; (2)}$

在手动期间，开关54、64处于图2中所示位置，按照控制手柄操作员的“提升”（LIFT）命令信号的直接函数，通过放大器40、开关64和阀42对吊杆角度作动筒22进行驱动。高度R5在模块52处连续进行计算并加以指示，但予以忽略。在操作员要求进入自动操作模式时，开关54、64予以转接，将最新的高度信号R5送到模块58，其后，阀42帮作动筒22如前所述那样按高度信号R5、吊杆伸展传感器信号R3，以及吊杆角度信号A3的函数，由放大器62和提升计算模块58加以驱动。因而，吊杆伸展量由操作员直接加以控制，而吊杆角度是自动间接地进行控制的，以便在吊杆伸长和缩回时高度R5保持恒定。这种伸展的速度是直接由操作员加以控制的。

Claims (10)

1、一种电动液压吊杆控制系统，它包含一个底座(12)，一根连接到所述底座(12)上以便绕一轴作枢轴运动的可伸长的吊杆(14)，以及在远离所述轴的一端用来完成受控操作的装置，第一电动液压装置(22)将所述吊杆连接到所述底座并可对用来使所述吊杆绕所述轴作相对于所述底座的枢转运动的第一电命令信号作出反应，第二电动液压装置24连接到所述吊杆上并可对用来控制所述吊杆相对于所述轴的长度的第二电命令信号作出反应，其特征在于在使所述吊杆端装置保持在预定方位的同时移动所述吊杆端装置的装置包括：

对用来提供所述第一和第二电命令信号之一的操作员操作起反应的装置34，连接到所述吊杆上用来提供作为围绕所述轴的吊杆角度的函数的第一传感器信号的第一传感器装置(46)，连接到所述吊杆上用来提供作为吊杆伸展的函数的第二传感器信号的第二传感器装置(44)，以及对所述第一和第二信号起反应、在第一操作模式中用来提供所述第一和第二命令信号中另一个的装置(50)。

2、如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述提供另一个信号的装置包括在用来提供所述命令信号中所述另一个信号的第二操作模式中对操作员的操作起反应的装置，以及用于在所述第一和第二操作模式之间进行选择的装置。

3、如权利要求2所述的系统，其特征在于：所述提供另一个信号的装置包括当选择所述第一操作模式时，对所述用来确定所述吊杆端装置相对于水平面的预定参数的选择装置起反应的装置，以及用来产生作为所述第一和第二传感器信号的函数的第二命令信号以便使所述第一参数保持恒定的装置。

4、如权利要求1至3中的任一项所述的系统，其特征在于：对用来产生所述命令信号之一的操作员的操作起反应的装置包括按所述命令信号中所述一个的直接函数对所述吊杆的所述伸展和角度运动之一进行控制的装置，对所述吊杆端的位置起反应的传感器装置，对用来产生所述命令信号中另一个的所述传感器装置起反应的装置，以及对用来控制所述伸展和角度运动中另一个的所述另一个命令信号起反应的装置。

5、如权利要求1至4中的任一项所述的系统，其特征在于将所述负载自动地保持某一预定条件的装置包括有：用于在所述两个运动自由度状态下提供作为所述负载的动作函数的相应信号的第一和第二传感器，用于对操作员的操纵起反应的直接控制在所述负载的所述一种运动自由度的运动的装置，以及对运动的所述述传感器信号起反应的、用于控制作为在所述一个运动自由度的状态下的运动的函数的另一种所述运动自由度的装置。

6、如权利要求1至5中的任一项所述的系统，其特征在于它包含：对用来确定所述叉台所对于与相述轴相交的水平面的高度的所述第一和第二传感器信号起反应的装置，以及对操作员的操作和对用于提供所述第一和第二命令信号以便保持所述高度恒定的所述传感器信号起反应的命令装置。

7、如权利要求6中所述的系统，其特征在于所述命令装置包括对用来产生输入命令信号的操作员操纵起反应的装置，用来提供作为所述输入命令信号的直接函数的所述第一和第二命令信号之一的装置，以及对用来提供所述第一和第二命令信号中另一个的所述传感器信号起反应、以至在所述叉台处运动速度直接受控于所述操作员输入命令信号的装置。

8、如权利要求7中所述的系统，其特征在于所述命令装置包含：用来产生作为所述输入命令信号的直接函数的所述第二命令信号的装置，以及对所述第二传感器信号与用来产生所述第一命令信号的所述高度间的差异起反应的装置。

9、如权利要求8中所述的系统，其特征在于所述命令装置包括：对用来产生某一需要的第一命令信号的所述差异起反应的装置，以及对所述需要的第一命令信号与用来产生所述第一命令信号的所述第一传感器信号之间的第二差异起反应的装置。

10、如权利要求8中所述的系统，其特征在于所述命令装置还进一步包括：用于在手动与自动操作模式之间进行选择的装置，以及在手动操作模式中用来产生作为所述输入命令信号的直接函数的所述第一命令信号的装置。