CN105804148B - 防止挖掘机倾翻控制方法及挖掘机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及挖掘机的控制，为解决现有挖掘机不能有效防止机器倾翻的问题；提供一种防止挖掘机倾翻控制方法，包括以下步骤：实时计算挖掘机的稳定力矩和倾覆力矩，依据稳定力矩与倾覆力矩计算稳定系数，当稳定系数小于预设值时，向后移动挖掘机配重直至稳定系数大于预设值，当稳定系数小于预设值且挖掘机配重向后移动至极限位置时通过报警单元发出倾覆危险警报。

Description

防止挖掘机倾翻控制方法及挖掘机

技术领域

本发明涉及一种挖掘机的控制方法，更具体地说，涉及一种防止挖掘机倾翻控制方法及挖掘机。

背景技术

挖掘机是土石方工程的主要设备。挖掘机作业环境复杂，作业工况多变，作业形式多样。操作安全性在完全依赖驾驶员的经验与能力，当挖掘机工作在较大坡度，在坑洼道路进行吊装作业时，挖掘机容易失稳。严重时会发生挖掘机倾翻的事故。

现有很多挖掘机都设有防倾翻监控装置，但这种监控装置仅仅是监控，在挖掘机出现倾翻危险时进行报警，并不能有效防止挖掘机的倾翻，挖掘机的稳定力矩固定，其进行吊装作业时吊装物重有限。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有挖掘机不能有效防止机器倾翻的问题，而提供一种能够改变倾覆力矩的防止挖掘机倾翻控制方法及挖掘机。

本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种防止挖掘机倾翻控制方法，其特征在于包括以下步骤：实时计算挖掘机的稳定力矩和倾覆力矩，依据稳定力矩与倾覆力矩计算稳定系数，当稳定系数小于预设值时，向后移动挖掘机配重直至稳定系数大于预设值，当稳定系数小于预设值且挖掘机配重向后移动至极限位置时通过降低动臂油缸压力。

上述防止挖掘机倾翻控制方法中，当稳定系数小于预设值通过报警单元发出倾覆危险警报提示。

上述防止挖掘机倾翻控制方法中，依据不同的工况设置不同的稳定系数预设值。

本发明为实现其发明目的而提供的另一技术方案是：公开一种挖掘机，包括下部的行走机构、位于行走机构上部的回转平台、工作装置、配重、液压系统，所述工作装置设置在回转平台的前部，所述配重设置在所述回转平台的后部；其特征在于所述配重通过滑轨滑设在所述回转平台上，在配重与回转平台之间设有推动配重在滑轨上滑动的液压油缸；还包括控制器和与控制器连接的位移传感器、比例电磁阀、整机姿态传感器、报警单元，所述位移传感器用于检测配重在平台上向后移动的距离、所述液压油缸通过比例电磁阀与所述液压系统连接，所述整机姿态传感器用于获取回转平台和工作装置姿态参数，所述控制器用于通过整机姿态传感器获取回转平台和工作装置姿态参数和通过位移传感器获取配重位置并计算挖掘机的倾覆力矩和稳定力矩，当稳定力矩与倾覆力矩的比值小于预设值时控制液压油缸向后移动挖掘机配重直至稳定系数大于预设值，当稳定系数小于预设值且挖掘机配重向后移动至极限位置时通过降低工作装置中动臂油缸内液压油的压力。

上述挖掘机中所述工作装置在包括铰接在回转平台上的动臂、与动臂铰接的斗杆、与斗杆铰接的铲斗；所述动臂油缸连接在动臂与回转平台之间；所述整机姿态传感器包括动臂姿态传感器、斗杆姿态传感器、铲斗姿态传感器、动臂油缸压力传感器、回转平台倾角传感器。

本发明与现有技术相比，有效的解决了挖掘机在倾翻威胁，保证设备与人员安全的问题，同时由于可向后移动配重，增加稳定力矩，提高挖掘机应对恶劣工作环境的性能，如可以在更大角度的斜坡上施工。在吊装工作时，可以允许吊装更大重量和更大吊装工作半径。

附图说明

图1是本发明挖掘机横向工作时的姿态图；

图2是本发明挖掘机纵向工作时的姿态图；

图3是本发明挖掘机在坡面上作业时的姿态图；

图4是本发明挖掘机移动配重的结构示意图；

图5是配重移动控制程序流程图；

图6是挖掘机防止倾覆的控制系统框图；

图7是挖掘机防止倾覆的控制程序流程图。

图中零部件名称及序号：

配重1、油缸2、滑轨3、位移传感器4、比例电磁阀5、液压泵6、控制器7。

具体实施方式

下面结合附图说明具体实施方案。

本发明中的

如图1至图4所示，本实施例中的挖掘机包括下部的行走机构、位于行走机构上部的回转平台、工作装置、配重、液压系统，工作装置在包括铰接在回转平台前部的动臂、与动臂铰接的斗杆、与斗杆铰接的铲斗、连接在动臂与回转平台之间的动臂油缸(图中未示)。

配重设置在平台的后部；在回转平台上设置有滑轨，配重通过滑轨滑设在回转平台上，在配重与回转平台之间设有配重在滑轨上滑动的液压油缸。

下部的行走机构包括下车架以及履带等。回转平台回转安装在下车架上。

挖掘机的控制系统还包括控制器和与控制器连接的位移传感器、比例电磁阀、整机姿态传感器、报警单元，位移传感器用于检测配重在平台上向后移动的距离、液压油缸通过比例电磁阀与液压系统连接，整机姿态传感器用于获取回转平台和工作装置姿态参数，其包括动臂姿态传感器、斗杆姿态传感器、铲斗姿态传感器、动臂油缸压力传感器、回转平台倾角传感器。控制器用于通过整机姿态传感器获取回转平台和工作装置姿态参数和通过位移传感器获取配重位置并计算挖掘机的倾覆力矩和稳定力矩，当稳定力矩与倾覆力矩的比值小于预设值时控制液压油缸向后移动挖掘机配重直至稳定系数大于预设值，当稳定系数小于预设值且挖掘机配重向后移动至极限位置时通过报警单元发出倾覆危险警报。

挖掘机的稳定性以稳定系数K表示，它是挖掘机对于倾覆边缘的稳定力矩M1与倾覆力矩M2的比值。K小于1，表示挖掘机处于倾翻状态。K大于1，表示挖掘机处于稳定状态，K值越大表示挖掘机越稳定。稳定系数计算公式如下K＝M1÷M2。

测定挖掘机固有的整机参数，如图1图2所示。挖掘机在空载状态下。平台重量Gt、配重重量Gz至倾覆边缘(支点)形成稳定力矩。动臂重量Gb、斗杆重量Gg、铲斗重量Gd至倾复边缘(支点)形成倾复力矩。

为了计算稳定力矩与倾复力矩，要测定与挖掘机稳定力矩与倾复力矩相关联挖掘机固有的整机参数，参数如下。

1、平台重量Gt：在设计制造时就已经确定。

2、平台重心位置Lt：平台重心到回转中心的距离。

3、配重重量Gz：在设计制造时就已经确定。

4、配重重心位置Lz：配重重心到回转中心的距离。

5、动臂重量Gb：在设计制造时就已经确定。

6、动臂重心位置Lb：动臂重心到动臂后支座中心孔的距离。

7、斗杆重量Gg：在设计制造时就已经确定。

8、斗杆重心位置Lg：斗杆重心到斗杆后支座中心孔的距离

9、铲斗重量Gd：在设计制造时就已经确定。

10、铲斗重心位置Ld：铲斗重心到铲斗与斗杆连接孔中心的距离。

在上述参数中，平台重量Gt、配重重量Gz、动臂重量Gb、斗杆重量Gg、铲斗重量Gd在机器制造设计时就已经确定，在制造过程中这些参数直接设置在控制器中，控制器可以通过读取其内部存储的数据获取，平台重心位置Lt、配重重心位置Lz、动臂重心位置Lb、斗杆重心位置Lg、铲斗重心位置Ld可以通过动臂臂姿态传感器、斗杆姿态传感器、铲斗姿态传感器和位移传感器测定计算后获取。动臂油缸压力传感器获取动臂油缸内的压力，进而可以计算出铲斗装载的载荷重量Gh。

根据挖掘机动臂、斗杆、铲斗的T时刻的工作姿态，结合动臂重心位置Lb、斗杆重心位置Lg、铲斗重心位置Ld、动臂安装点La、履带支承长度L、轨距B等整机参数，可以计算处该时刻的动臂力臂Lbi、斗杆力臂Lgi、铲斗力臂Ldi、配置力臂Lti。由此可以计算出在水平工况下稳定力矩M1与倾覆力矩M2。

M1＝Gt×Lti+Gz×Lzi

M2＝Gb×Lbi+Gg×Lgi+Gd×Ldi+Gh×Ldi

挖掘机工作中，工作装置相对履带有纵向和横向两个位置，如图1和图2所示。由于挖掘机的固有参数履带支承长度L和轨距B不相等，倾复边缘(支点)不同，动臂力臂Lbi、斗杆力臂Lgi、铲斗力臂Ldi.、平台力臂Lti、配重力臂Lzi计算公式不相同，在挖掘机处于横向作业时，倾覆边缘(支点)位于履带的外侧边缘，各力臂的长度是各重心位置至履带外侧的距离，如图1所示。当挖掘机处于纵向作业时，倾覆边缘(支点)位于履带的前端，各力臂的长度是各重心位置至履带前端的距离。如图2所示。

挖掘机工作中，挖掘机回转平台与水平面的夹角影响力臂的计算。如图3所示，各力臂长度应根据水平倾角进行修正，例如斗杆的重量保持不变，挖掘机放置于水平面时的斗杆力臂是Lg1，挖掘机放置于与水平面夹角A时的斗杆力臂是Lg2，Lg2＝Lg1/COSA

根据上式以上公司可以计算挖掘机的稳定系数K，将稳定系数与预设值进行对比，判断挖掘机的稳定性。

在本实施例中，配重是在回转平台上可前后移动的，有稳定力矩M1的计算公式可知，将配重后移可增加配重力臂Lti，从而增加稳定力矩。因此在本实施例中，若稳定系数小于预设值，则控制器计算配重需移动距离，通孔控制比例电磁阀进而控制液压油缸，将配重向后移动至恰当的位置，增大稳定力矩，其配重移动的程序流程如图5所示。当配重移动到最大位置后，K值仍不满足要求，控制器发出指令给挖掘机动力部件：发动机、液压泵、分配阀、溢流阀。降低液压系统输出压力与输出功率，减小允许举升负载的重量，并通过报警单元进行报警，从而减小倾复力矩。控制系统框图如图6所示，防止挖掘机倾翻的控制程序流程图如图7所示。

稳定性预设值可以根据挖掘机的作业工况不同而进行不同设置，例如在平地作业时，稳定性系数预设值为1.03-1.1，在坡面作业时，稳定性系数预设值为1.15-1.25，而在行驶时稳定性系数预设值为1.2-1.25。

Claims (5)

1.一种防止挖掘机倾翻控制方法，所述挖掘机包括下部的行走机构、位于行走机构上部的回转平台，工作装置设置在回转平台的前部，配重设置在所述回转平台的后部，所述工作装置包括连接在动臂与回转平台之间的动臂油缸，其特征在于所述配重通过滑轨滑设在所述回转平台上，在配重与回转平台之间设有推动配重在滑轨上滑动的液压油缸；所述控制方法包括以下步骤：实时计算挖掘机的稳定力矩和倾覆力矩，依据稳定力矩与倾覆力矩计算稳定系数，当稳定系数小于预设值时，向后移动挖掘机配重直至稳定系数大于预设值，当稳定系数小于预设值且挖掘机配重向后移动至极限位置时通过降低动臂油缸压力。

2.根据权利要求1所述的防止挖掘机倾翻控制方法，其特征在于当稳定系数小于预设值通过报警单元发出倾覆危险警报提示。

3.根据权利要求1所述的防止挖掘机倾翻控制方法，其特征在于依据不同的工况设置不同的稳定系数预设值。

4.一种挖掘机，包括下部的行走机构、位于行走机构上部的回转平台、工作装置、配重、液压系统，所述工作装置设置在回转平台的前部，所述配重设置在所述回转平台的后部；其特征在于所述配重通过滑轨滑设在所述回转平台上，在配重与回转平台之间设有推动配重在滑轨上滑动的液压油缸；还包括控制器和与控制器连接的位移传感器、比例电磁阀、整机姿态传感器、报警单元，所述位移传感器用于检测配重在平台上向后移动的距离、所述液压油缸通过比例电磁阀与所述液压系统连接，所述整机姿态传感器用于获取回转平台和工作装置姿态参数，所述控制器用于通过整机姿态传感器获取回转平台和工作装置姿态参数和通过位移传感器获取配重位置并计算挖掘机的倾覆力矩和稳定力矩，当稳定力矩与倾覆力矩的比值小于预设值时控制液压油缸向后移动挖掘机配重直至稳定系数大于预设值，当稳定系数小于预设值且挖掘机配重向后移动至极限位置时通过降低工作装置中动臂油缸内液压油的压力。

5.根据权利要求4所述的挖掘机，其他正在于所述工作装置在包括铰接在回转平台上的动臂、与动臂铰接的斗杆、与斗杆铰接的铲斗；所述动臂油缸连接在动臂与回转平台之间；所述整机姿态传感器包括动臂姿态传感器、斗杆姿态传感器、铲斗姿态传感器、动臂油缸压力传感器、回转平台倾角传感器。