CN105564518B - 一种工程机械及其履带行走控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工程机械的履带行走控制系统，包括用于检测驾驶室相对于履带行走机构旋转的第一角度的检测装置，设于工程机械的驾驶室内、用于控制履带行走机构行走的操作部件，连接于检测装置与操作部件之间的驱动装置，用于根据第一角度驱动操作部件相对于驾驶室旋转与第一角度大小相等、方向相反的角度，以及与操作部件的输出端连接的执行装置，用于根据操作部件的方向控制履带行走机构行走。采用这种结构，即使驾驶员多次旋转驾驶室完成工程作业后，驾驶员只需要观察或触摸操作部件指向的方向，就可以确定履带行走机构的当前方向，并以此为根据控制履带行走机构，提高了工程机械的操作安全性。
Description
技术领域
本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种工程机械及其履带行走控制系统和方法。
背景技术
工程机械通常包括履带行走机构和驾驶室，驾驶室与履带行走机构通过回转装置连接。作业过程中，工程机械行走至目标位置后，驾驶员操作回转装置使驾驶室旋转一定角度，控制臂架等装置进行工程作业，作业完成之后，驾驶员由于长时间关注驾驶室的操作，从而忘记工程机械下部履带行走机构的方向。
为了找到工程机械下部履带的方向，驾驶员需要进行试操作对行走方向进行判断，例如轻按一下操作按钮，判断履带行走机构的行走方向，从而确定出履带行走机构的当前方向，再以此为根据控制履带行走机构行走。但是，当工程机械在边坡上进行作业时，驾驶员进行的试操作具有坠落边坡的可能，容易造成安全事故，影响工程机械的操作安全性。
有鉴于此，亟待针对上述技术问题，另辟蹊径设计一种履带行走控制方法和控制系统，以使驾驶员明确履带行走机构的方向，从而避免驾驶员在试操作的过程中发生安全事故，提高工程机械的可操作性。
发明内容
本发明的目的为提供一种工程机械及其履带行走控制系统和控制方法，使得操作部件指向的方向始终与履带行走机构的方向一致，以使驾驶员始终明确履带行走机构的方向，提高工程机械的可操作性。
为解决上述技术问题，本发明提供一种工程机械的履带行走控制系统，所述工程机械包括履带行走机构和驾驶室，二者通过回转装置水平回转连接；所述控制系统包括：
检测装置，用于检测所述驾驶室相对于所述履带行走机构旋转的角度，即第一角度；
操作部件，设于所述工程机械的驾驶室内，用于控制所述履带行走机构行走；
驱动装置，连接于所述检测装置与所述操作部件之间，用于根据所述第一角度驱动所述操作部件相对于所述驾驶室旋转与所述第一角度大小相等、方向相反的角度，以使操作部件指向的方向与所述履带行走机构的方向相同；
执行装置，与所述操作部件的输出端连接，用于根据所述操作部件的方向控制所述履带行走机构行走。
采用这种结构，即使驾驶员多次旋转驾驶室进行工程作业，作业结束后，驾驶员只需要观察或触摸操作部件指向的方向，就可以确定履带行走机构的当前方向，并以此为根据控制履带行走机构。与现有技术相比，驾驶员无需通过试操作来确定履带行走机构的当前方向，从而避免了由于不当的试操作引起的安全事故，进而大大提高了工程机械的操作安全性。
优选地，所述检测装置为第一角度传感器，所述第一角度传感器安装于所述回转装置的中央回转接头上，或者所述第一角度传感器安装于所述回转装置的液压驱动马达上，或者第一角度传感器安装于回转装置的回转齿圈内侧，与驾驶室固定连接。
优选地，所述操作部件设于外壳体上，所述外壳体周向固定连接有齿圈，且所述外壳体底端与轴承外圈连接，轴承内圈与驾驶室固定连接，所述外壳体可绕轴承的中心轴转动；所述驱动装置包括驱动控制器和第一传动机构，所述驱动控制器连接于所述第一角度传感器和第一传动机构之间，所述第一传动机构包括第一驱动齿轮和电机。所述驱动控制器连接于所述第一角度传感器和所述第一传动机构的电机之间，所述电机的输出轴与所述第一驱动齿轮固定连接，所述电机第一驱动齿轮与所述齿圈啮合。
优选地，所述操作部件设于外壳体上，所述外壳体周向固定连接有齿圈，且所述外壳体底端与轴承外圈连接，轴承内圈与驾驶室固定连接，所述外壳体可绕轴承的中心轴转动；驱动装置包括液压驱动马达和第二传动机构，第二传动机构包括与液压驱动马达连接的钢索、与钢索连接的第二驱动齿轮。
优选地，所述操作部件包括与所述履带行走机构对应设置的电动按钮，所述电动按钮设于外壳体上、且与所述外壳体前、后可转动连接；
所述执行装置包括：第二角度传感器，与所述电动按钮连接，用于将所述电动按钮转动的所述第二角度转换为电信号，并输出该电信号；
电磁放大器，与所述第二角度传感器连接，用于将所述电信号放大并输出；
电磁比例阀，与所述电磁放大器连接，用于根据放大后的电信号调节所述履带行走机构的速度；
优选地，所述操作部件还可以包括使所述电动按钮保持在中心位置的弹簧，所述弹簧中心轴与所述第二角度传感器中心轴重合，所述弹簧一端与所述电动按钮固定连接，另一端与所述外壳体固定连接。
优选地，所述操作部件还可以包括力反馈电机和圆柱齿轮，所述电动按钮下部固定连接扇形齿轮，所述力反馈电机固定在所述外壳体的内轴上部，所述力反馈电机输出轴固定连接所述圆柱齿轮，所述圆柱齿轮与所述扇形齿轮啮合。
优选地，所述操作部件还包括手柄，所述手柄包括竖杆、垂直于前后方向的第一横杆和第二横杆，所述竖杆与所述外壳体前、后可转动连接，且二者可水平回转连接，所述第一横杆连接于所述竖杆的下部、且贴合设于所述电动按钮上方前后方向的中部，所述第二横杆设于所述竖杆的顶端。
本发明还提供一种工程机械，包括履带行走机构和驾驶室，二者通过回转装置水平回转连接；还包括如权上所述的履带行走控制系统。
本发明还提供一种工程机械的履带行走控制方法，所述工程机械包括履带行走机构和驾驶室，二者通过回转装置水平回转连接；所述履带行走控制方法包括如下步骤：
1)检测所述驾驶室相对于所述履带行走机构旋转的第一角度；
2)用于根据所述第一角度驱动所述操作部件相对于所述驾驶室旋转与所述第一角度大小相等、方向相反的角度，以使所述工程机械的操作部件指向的方向与所述履带行走机构的方向相同；
3)根据所述操作部件的方向控制所述履带行走机构行走。
由于上述控制系统具有如上技术效果，因此，与该控制系统对应的控制方法、包括该控制系统的工程机械也应当具有相同的技术效果，在此不再赘述。
附图说明
图1为发明所提供控制系统的一种具体实施方式的方框结构图；
图2为图1的实物结构图；
图3为图2中的操作部件和驱动装置的具体结构示意图；
图4为本发明所提供控制系统的另一种具体实施方式的结构示意图；
图5为本发明所提供控制系统的又一种具体实施方式的结构示意图；
图6为本发明所提供控制方法的一种具体实施方式的结构示意图。
其中，图1至图6中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：
检测装置1；
驱动装置2；第一传动机构23；第一驱动齿轮231；电机232；液压驱动马达24；第二传动机构25；钢索251；第二驱动齿轮252；
操作部件3；
电动按钮31；
手柄32；竖杆321；第一横杆322；第二横杆323；
弹簧33；力反馈电机34；圆柱齿轮35；扇形齿轮36；
执行装置4；第二角度传感器41；集电环42；
驾驶室5；外壳体51；齿圈511；内轴52；轴承53；
履带行走机构6。
具体实施方式
本发明的核心为提供一种工程机械及其履带行走控制系统和控制方法，通过控制操作部件的方向使其始终与履带行走机构的方向一致，以使驾驶员明确履带行走机构的方向，避免由于不当的试操作而引起的安全事故，提高工程机械的可操作性。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1至图3，图1为本发明所提供控制系统的一种具体实施方式的方框结构图；图2为与图1对应的实物结构图；图3为图2中的操作部件和驱动装置的具体结构示意图。
在一种具体实施方式中，如图1至图3所示，本发明提供一种工程机械的履带行走控制系统，该工程机械包括履带行走机构6和驾驶室5，二者通过回转装置水平回转连接。上述控制系统包括检测装置1、操作部件3、驱动装置2和执行装置4。其中检测装置1用于检测驾驶室5相对于履带行走机构6的旋转角度，指定此角度为第一角度；操作部件3设于工程机械的驾驶室5内，用于控制履带行走机构行走；驱动装置2连接于检测装置1与操作部件 3之间，用于根据第一角度驱动操作部件3相对于驾驶室5旋转与第一角度大小相等、方向相反的角度，以使操作部件3指向的方向与履带行走机构6的方向相同；执行装置4与操作部件3的输出端连接，用于根据操作部件3的方向控制履带行走机构6行走。
需要说明的是，为了更加清楚地显示操作部件3的指示位置，因此图2中将操作部件3 放大、并在驾驶室5外部单独列出，其真实位置是设于驾驶室5中。
采用这种结构，即使驾驶员多次旋转驾驶室5进行工程作业，作业结束后，驾驶员只需要观察或触摸操作部件3指向的方向，就可以确定履带行走机构的当前方向，并以此为根据控制履带行走机构。与现有技术相比，驾驶员无需通过试操作来确定履带行走机构的当前方向，从而避免了由于不当的试操作引起的安全事故，进而大大提高了工程机械的操作安全性。
还可以进一步设置上述控制系统中各个装置的具体结构。
具体的方案中，上述检测装置1为第一角度传感器，第一角度传感器安装于回转装置的中央回转接头上，或者第一角度传感器安装于驱动装置2的液压驱动马达24上，或者第一角度传感器安装于回转装置的回转齿圈内侧，与驾驶室5固定连接。
采用这种结构，第一角度传感器检测中央回转接头的转角，或者检测液压驱动马达转动的圈数，或者检测回转齿圈转动的齿数，从而获取驾驶室5相对于履带行走机构6的转角。
请参考图3，图3为本发明所提供控制系统的操作部件和驱动装置的具体结构示意图。
在图3所示的具体实施方式中，上述操作部件3可以设于外壳体51上，外壳体51周向固定连接有齿圈511，且壳体底端与轴承53外圈连接，轴承53内圈与驾驶室5固定连接。外壳体51可绕轴承53中心轴转动。驱动装置2包括驱动控制器和第一传动机构23，第一传动机构23包括第一驱动齿轮231和电机232。驱动控制器连接于第一角度传感器和第一传动机构23的电机232之间，电机232的输出轴与第一驱动齿轮231连接，第一驱动齿轮231与齿圈511啮合。
采用这种结构，当驾驶室5相对于履带行走机构6做正向旋转时，第一角度传感器检测第一角度，并将其输出给驱动控制器，驱动控制器接收该第一角度，驱动电机232输出与第一角度对应的角度，通过第一齿轮传动机构23传递给外壳体51的齿圈511，带动外壳体51 绕轴承53中心轴转动，能够实现操作部件3相对于驾驶室5旋转与第一角度大小相等、方向相反的角度，从而实现操作部件3与履带行走机构6的方向保持一致。
可以想到，上述第一传动机构23的具体结构可以有多种多样。例如该第一传动机构23 可以仅包括电机232，电机232与内轴52固定连接；另一结构中外壳体51下部固定连接有内齿圈，第一传动机构23在内齿圈内部驱动外壳体51转动。当然，还可以将第一齿轮传动机构23设置为其他结构。
请参考图4，图4为本发明所提供控制系统的另一种具体实施方式的结构示意图。
在另一种具体实施方式中，如图4所示，上述操作部件3与上述具体实施方式的相同，设于外壳体51上，外壳体51周向固定连接有齿圈511，且壳体底端与轴承53外圈连接，轴承53内圈与驾驶室5固定连接。外壳体51可绕轴承53中心轴转动。驱动装置2包括液压驱动马达24和第二传动机构25，第二传动机构25包括与液压驱动马达24连接的钢索251、与钢索251连接的第二驱动齿轮252。
采用这种结构，如图4所示，当驾驶室5相对于履带行走机构6做正向旋转时，第二传动机构25通过钢索251检测到与第一角度成比例的回转装置的液压驱动马达24旋转角度，通过第二传动机构25的钢索251传递给第二驱动齿轮252，驱动外壳体51的齿圈511，带动外壳体51绕轴承53中心轴转动，能够实现操作部件3相对于驾驶室5旋转与第一角度大小相等、方向相反的角度，从而实现操作部件3与履带行走机构6的方向保持一致。
可以想到，上述第二传动机构25的具体结构可以有多种多样。如将钢索251的一端连接到回转装置的中央回转接头的回转轴上，此回转轴与履带行走机构固定连接，其中钢索251 的另一端直接连接到外壳体51的内轴52上，内轴52位于外壳体51中心轴处。当然，还可以将第二传动机构25设置为其他结构。
在另一种具体实施方式中，结合图3，上述操作部件3可以包括与履带行走机构6对应设置的电动按钮31，电动按钮31与外壳体51前、后可转动连接。对于这种操作部件3，上述执行装置4可以具体包括第二角度传感器41、电磁放大器和电磁比例阀。按动电动按钮31的前侧，使其向前转动，第二角度传感器41检测电动按钮31转动的角度，将电动按钮31转动的转角大小转换为电信号，并输出该电信号；电磁放大器与第二角度传感器41连接，用于将电信号放大并输出；电磁比例阀与电磁放大器连接，用于根据放大后的电信号调节履带行走机构6的速度。
采用这种结构，便于控制履带行走机构6的下一步动作。由此可见，采用上述执行装置 4，能够实现履带行走机构的行走速度与电动按钮31的转角大小成正比，从而简单、方便地实现了对履带行走机构的控制。
更进一步的方案中，上述执行装置4还可以包括集电环42，集电环42与内轴52连接，内轴52位于外壳体51中心轴处，与外壳体51固连，连接于第二角度传感器41和电磁放大器之间的集电环42，用以满足第二角度传感器41的电源供应，并且将第二角度传感器41输出的电信号传输给电磁放大器。传输方式也可以是无线方式，或其他连接方式。
具体地，上述电动按钮31的前侧、后侧分别于履带行走机构6的前端、后端对应设置，当按动电动按钮31使其向前侧转动，履带对应向前行走，当按动电动按钮31使其向后侧转动，履带对应向后行走。更具体地，工程机械的履带行走机构6通常包括两个履带，因此，上述电动按钮31可以对应设置为两个，两个电动按钮31分别对应控制两个履带的行走动作。
进一步的方案中，上述操作部件3还可以包括手柄32，手柄32包括竖杆321、垂直于前后方向的第一横杆322和第二横杆323，竖杆321与外壳体51前、后可转动连接，且二者可水平回转连接，第一横杆322连接于竖杆321的下部、且贴合设于两个电动按钮31上方前后方向的中部，第二横杆323设于竖杆321的顶端。
采用这种结构，驾驶员向前推动第二横杆323，带动竖杆321相对于外壳体51向前转动，进而带动第一横杆322推动电动按钮31向前转动，实现两个履带均向前行走；驾驶员向后推动第二横杆323，带动竖杆321相对于外壳体51向后转动，进而带动第二横杆323推动电动按钮31向后转动，实现两个履带均向后行走；驾驶员水平转动第二横杆323，带动第一横杆 322推动一个电动按钮31向前转动、另一个电动按钮31向后转动，从而实现两个履带一个向前行走、另一个向后行走，即实现了工程机械的转弯。
可以想到，上述操作部件3并不仅限于上述结构，还可以将其设置为其他结构。
在另一种具体实施方式中，结合图3，上述操作部件3为上述电动按钮。对于这种操作部件3，上述执行装置4还可以具体包括第二角度传感器41、电磁放大器、电磁比例阀和弹簧33。第二角度传感器41与电动按钮31连接，弹簧33中心轴与第二角度传感器41中心轴重合，弹簧33一端与电动按钮31固定连接，另一端与外壳体51固定连接。该弹簧33的作用是使电动按钮31保持在中心位置。
更进一步的方案中，结合图3，上述操作部件3还可以包括力反馈电机34和圆柱齿轮35，电动按钮31下部固定连接扇形齿轮36，力反馈电机34固定在内轴52上部，力反馈电机34 输出轴固定连接圆柱齿轮35，圆柱齿轮35与扇形齿轮36啮合。采用这种结构，力反馈电机 34可以根据实际工况调节按钮的反馈力，使驾驶员感知到实际工况。
本发明还提供一种工程机械，包括通过回转装置回转连接的履带行走机构和驾驶室5，还包括如上的履带行走控制系统。
由于上述履带行走机构具有如上技术效果，因此，包括该控制系统的工程机械也具有相同的技术效果，在此不再赘述。
本发明还提供一种工程机械的履带行走控制方法，工程机械包括履带行走机构6和驾驶室5，二者通过回转装置水平回转连接；履带行走控制方法包括如下步骤：
S11：检测驾驶室5相对于履带行走机构6的第一角度；
S12：根据第一角度驱动操作部件3相对于驾驶室5旋转与第一角度大小相等、方向相反的角度，以使工程机械的操作部件3指向的方向与履带行走机构6的方向相同；
S13：根据操作部件3的电动按钮31操作方向控制履带行走机构6行走。
采用这种结构，即使驾驶员多次旋转驾驶室5进行工程作业，作业结束后，驾驶员只需要观察或触摸操作部件3指向的方向，就可以确定履带行走机构的当前方向，并以此为根据控制履带行走机构。与现有技术相比，驾驶员无需通过试操作来确定履带行走机构的当前方向，从而避免了由于试操作引起的安全事故，进而大大提高了工程机械的操作安全性。
以上对本发明所提供的一种工程机械及其履带行走控制系统和方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (7)
1.一种工程机械的履带行走控制系统，所述工程机械包括履带行走机构(6)和驾驶室(5)，二者通过回转装置水平回转连接；其特征在于，所述控制系统包括：
检测装置(1)，用于检测所述驾驶室(5)相对于所述履带行走机构(6)旋转的角度，即第一角度；
操作部件(3)，设于所述工程机械的驾驶室(5)内，用于控制所述履带行走机构行走；
驱动装置(2)，连接于所述检测装置(1)与所述操作部件(3)之间，用于根据所述第一角度驱动所述操作部件(3)相对于所述驾驶室(5)旋转与所述第一角度大小相等、方向相反的角度，以使操作部件(3)指向的方向与所述履带行走机构(6)的方向相同；
执行装置(4)，与所述操作部件(3)的输出端连接，用于根据所述操作部件(3)的方向控制所述履带行走机构(6)行走；
所述检测装置(1)为第一角度传感器，所述第一角度传感器安装于所述回转装置的中央回转接头上，或者所述第一角度传感器安装于所述回转装置的液压驱动马达(24)上，或者第一角度传感器安装于回转装置的回转齿圈内侧，与驾驶室固定连接；
所述操作部件(3)设于外壳体(51)上，所述外壳体(51)周向固定连接有齿圈(511)，且所述外壳体(51)底端与轴承(53)外圈连接，轴承(53)内圈与驾驶室(5)固定连接，所述外壳体(51)可绕轴承(53)的中心轴转动；
所述驱动装置(2)包括驱动控制器和第一传动机构(23)，所述驱动控制器连接于所述第一角度传感器和第一传动机构(23)之间，所述第一传动机构(23)包括第一驱动齿轮(231)和电机(232)；所述驱动控制器连接于所述第一角度传感器和所述第一传动机构(23)的电机(232)之间，所述电机(232)的输出轴与所述第一驱动齿轮(231)固定连接，所述电机(232)第一驱动齿轮(231)与所述齿圈(511)啮合。
2.根据权利要求1所述的工程机械的履带行走控制系统，其特征在于，
所述操作部件(3)设于外壳体(51)上，所述外壳体(51)周向固定连接有齿圈(511)，且所述外壳体(51)底端与轴承(53)外圈连接，轴承(53)内圈与驾驶室(5)固定连接，所述外壳体(51)可绕轴承(53)的中心轴转动；
驱动装置(2)包括液压驱动马达(24)和第二传动机构(25)，第二传动机构(25)包括与液压驱动马达(24)连接的钢索(251)、与钢索(251)连接的第二驱动齿轮(252)。
3.根据权利要求1或2所述的工程机械的履带行走控制系统，其特征在于，
所述操作部件(3)包括与所述履带行走机构(6)对应设置的电动按钮(31)，所述电动按钮(31)设于外壳体(51)上、且与所述外壳体(51)前、后可转动连接；所述执行装置(4)包括：
第二角度传感器(41)，与所述电动按钮(31)连接，用于将所述电动按钮(31)转动的第二角度转换为电信号，并输出该电信号；
电磁放大器，与所述第二角度传感器(41)连接，用于将所述电信号放大并输出；
电磁比例阀，与所述电磁放大器连接，用于根据放大后的电信号调节所述履带行走机构(6)的速度。
4.根据权利要求3所述的工程机械的履带行走控制系统，其特征在于，所述操作部件(3)还可以包括使所述电动按钮(31)保持在中心位置的弹簧(33)，所述弹簧(33)中心轴与所述第二角度传感器(41)中心轴重合，所述弹簧(33)一端与所述电动按钮(31)固定连接，另一端与所述外壳体(51)固定连接。
5.根据权利要求3所述的工程机械的履带行走控制系统，其特征在于，所述操作部件(3)还可以包括力反馈电机(34)和圆柱齿轮(35)，所述电动按钮(31)下部固定连接扇形齿轮(36)，所述力反馈电机(34)固定在所述外壳体(51)的内轴(52)上部，所述力反馈电机(34)输出轴固定连接所述圆柱齿轮(35)，所述圆柱齿轮(35)与所述扇形齿轮(36)啮合。
6.根据权利要求3所述的工程机械的履带行走控制系统，其特征在于，所述操作部件(3)还包括手柄(32)，所述手柄(32)包括竖杆(321)、垂直于前后方向的第一横杆(322)和第二横杆(323)，所述竖杆(321)与所述外壳体(51)前、后可转动连接，且二者可水平回转连接，所述第一横杆(322)连接于所述竖杆(321)的下部、且贴合设于所述电动按钮(31)上方前后方向的中部，所述第二横杆(323)设于所述竖杆(321)的顶端。
7.一种工程机械，包括履带行走机构(6)和驾驶室(5)，二者通过回转装置水平回转连接；其特征在于，还包括如权利要求1-6任一项所述的履带行走控制系统。
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