CN106068353A - 具有返回挖掘功能的工作机 - Google Patents

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Abstract

公开了具有可运动的工具(18)、用于移位该工具(18)的液压致动器(32、16)以及用于使操作者能够控制该工具(18)的运动的液压控制系统。该控制系统允许工具(18)，以在所期望的方向上移动操纵杆的同时来致动开关(144、244)的操作者启动的单一自动操作，返回到所期望的位置或状态(诸如返回挖掘位置或返回浮动状态)。先导操作阀(100、200)用于在压力下供应液压流体到作用于工具(18)的致动器(32、16)，并且借助于连接到先导操作阀(100、200)的控制管线(120、220)的压力传感器(146、246)来检测操纵杆的操作。

Description

具有返回挖掘功能的工作机
技术领域
本发明涉及具有可运动的工具、用于移位工具的液压致动器以及使操作者能够控制工具的运动的液压控制系统的工作机。
背景技术
众所周知，用于物料输送的电动车辆携带工具并且具有用于移位工具的液压操作升降臂。这种车辆的实例是拖拉机、装载机，例如小型轮式装载机、挖掘装载机、挖掘机和叉车。
所有这些车辆通常用来执行其中液压操作工具需要返回到起始位置或状态的重复任务。例如，在装载机的情况下，所形成的升降臂可以包括相互枢转分支的系统，用于支撑可以分别在倾斜和升降液压缸的辅助下倾斜和上下运动的铲斗。例如，如果在每一个装载周期开始时，使用装载机将放置在平地上的料堆中的物料装载到卡车上，则铲斗必须采取水平姿势，以便在车辆朝前驱动时它可以捡起物料，并且在其自重的作用下它应该放置在地面上，从而自然地贴紧地面的轮廓。一旦铲斗已满，它需要被倾斜以便物料不会掉出铲斗，通过移动车辆并且旋转升降臂而被定位在卡车上方，然后被倾斜以倒空其容纳的物料到卡车中。
铲斗在卸下其负荷到卡车中后，必须返回到挖掘位置并且在其自重的作用下降低以放置在地面上。这些操作需要在操作者正在操纵车辆到一个新位置来准备下一次装载周期时同时进行。该过程可以通过使工具能够返回到预选挖掘位置(本文称为“返回挖掘(return to dig)”(RTD)功能)并且使升降臂在不需要操作者干预的情况下返回到自由浮动状态(本文称为“返回浮动”(RTF)功能)来显著简化。从以上可以明白，这些功能也适用于叉车。
最接近本发明的现有技术被认为是US 2002/0073833，其公开了用于具有至少一个工具的工作机的一种返回挖掘系统，该工具通过使用诸如按钮之类的开关来控制阀和螺线管以将工具从远程位置运动到预选位置(通常为起始位置)的液压缸来致动。预选位置由传感器和可检测元件(如磁铁)确定。当可检测元件被感测到时，螺线管被重新定位以停止工具的运动。按钮位于控制工具的运动和工作机的各种其他功能的操纵杆上。返回挖掘系统通过按钮的致动，不会影响由该设备控制的工作机的任何其它无关功能。
发明内容
根据本发明，提供了具有可运动的工具、用于移位工具的液压致动器以及用于使操作者能够控制工具的运动的液压控制系统的工作机，该控制系统包括：
用于在高压力下供应液压流体的供应管线；
用于在比该高压力低的先导压力下供应液压流体的供应管线；
液压返回管线；
先导操作阀，用于选择性地将高压力供应管线和返回管线连接到液压致动器以移位工具，该阀具有通过液压先导压力的作用可运动的阀芯；
手动操纵杆；
液压先导阀，用于依赖于操纵杆的位置调节向该先导操作阀供应的液压先导压力；
电动操作阀，用于绕过该先导阀并且独立于操纵杆的位置来向该先导操作阀供应液压先导压力；以及
电路，其包括手动操作开关并且通过该开关的操作而被触发以通过该电动操作阀的致动来独立于操纵杆的操作地启动该工具向预定状态的返回，其特征在于，一液压传感器被连接到从该先导阀通向该先导操作阀的管线，并且
当该传感器感测到的压力超过预定值时，仅通过该手动操作开关的操作来触发该电路。
在一些实施方案中，该工具是装载机的铲斗并且液压致动器用于倾斜铲斗，而电动操作阀的致动用于执行铲斗的RTD运动。
在这种情况下，该控制系统还可以包括位置传感器，用于感测铲斗的位置并且当铲斗被感测到已经返回到所期望的位置以重新开始挖掘时，发送一个信号给该电路以禁用该电动控制阀。
在一些实施方案中，该工具是安装在升降臂上的铲斗并且该致动器连接到该升降臂来提升和降低该铲斗。这里，该电动操作阀的致动用于将该先导操作阀的阀芯移位到该臂和铲斗被允许浮动在其中的位置，即在其自重的作用下自由落下。
在这种情况下，一第二液压传感器可以设置在将一个操纵杆操作先导阀连接到先导操作阀的第二管线中，并且当在该第二管线中的所感测到的压力超过预定值时，该电动操作阀可以被禁用。
与US2002/0073833一样，操作者可以通过简单地操作为了方便而可以安装在操纵杆上的电动开关来启动RTD位置。然而，在本发明中，操作者也需要移动该操纵杆，来在该电动开关被操作的同时，向该先导操作阀供应先导压力。
有利的是，一个另外的手动操作电动模式开关可以被连接到该电路永久禁用该电动操作阀的致动。这样的开关可以安装在控制面板上来将该控制系统设置在这样一种模式：在该模式下，即使操纵杆安装开关在该操纵杆在铲斗运动所期望的方向上运动的同时被按压，也会阻止RTD或RTF操作的启动。
附图说明
现在参考附图、通过举例的方式进一步描述本发明，在附图中：
图1是在其自由端携带铲斗的装载机的升降臂的示意图；
图2是具有返回挖掘功能的控制系统的示意图；以及
图3是具有返回浮动功能的控制系统的示意图。
具体实施方式
在图1中，升降臂10安装在装载机的机架12上，用于绕销14枢转运动。升降缸16连接在臂10和机架12之间。铲斗18安装在升降臂10的自由端并且可绕销20枢转。绕销26相对于彼此枢转的两个连杆22和24，分别通过销28和30可枢转地连接到臂10和铲斗18。倾斜缸32其一端连接到枢转销26，而其另一端连接到安装在机架12上的枢转销34。
在图1中所示的装载机可以用于将地面上的料堆中的物料装载到卡车上。在装载周期开始时，倾斜缸32被用来将铲斗18定位在水平姿态(如图1所示)。此外，升降缸16具有通过节流阀的方式连接到液压排放道的其两个工作腔，以便它作为一个减振器但不施加任何提升力到升降臂10。利用在此位置的铲斗18和在该状态下的升降臂10，向前驱动装载机进入物料堆，以填满铲斗18。
装载机具有以下将要描述的液压控制系统，用于使操作者能够控制该铲斗18的运动。该控制系统包括可以上下运动以提升和降低升降臂10并且从一侧到另一侧上下倾斜铲斗的操纵杆。然后，操作者使用该操纵杆依次缩回倾斜缸32以逆时针倾斜铲斗18(如在图1中所看到那样)，从而在铲斗运动时阻止物料掉出铲斗。然后，升降缸16伸出以提升铲斗18在与卡车同等的高度上方，并且同时将装载机移动或将升降臂枢转到来将铲斗定位在卡车的垂直上方。此时，倾斜缸32伸出来顺时针倾斜铲斗18(如图所示)，导致其容纳的物料落入卡车。
这种操作已经完成之后，铲斗需要返回到其水平位置并且升降臂降低。本发明的实施方案可以用于使这些RTD和RTF操作中的任一个或两者安全且自动地执行，以便让操作者自在地将注意力集中在旋转升降臂或操纵装载机到正确位置以重新填充铲斗。
图2示出了用于提供RTD功能的倾斜缸的液压控制系统。倾斜缸32具有作用于活塞的相对侧上的两个工作腔，它们通过成比例四端口、三位置先导操作阀100连接到高压力管线102和导回到液压贮存器106的返回管线104。阀100具有偏向中心位置的阀芯，在该中心位置，这两个工作腔被隔离以阻止活塞的任何运动，从而保持该铲斗18处在其当前位置。
先导操作阀100的阀芯可通过施加小于移动铲斗所需要的的高压力的先导压力来左右运动。当该先导压力施加到阀芯的右侧时，它迫使阀芯移动到左侧(如图所示)，导致高压力被施加到至缸32的活塞右侧的腔，从而缩回缸32，并且导致在图1的铲斗18逆时针倾斜。相反，施加先导压力到阀芯的左侧导致阀芯向右移动，从而将至活塞左侧的工作腔连接到高压力管线，以便伸出活塞杆并且导致铲斗18在图1中顺时针方向旋转。
前面提到的控制杆直接或通过合适的机械联动的方式，作用在两个成比例阀110、112上，该两个成比例阀110、112可以将先导操作阀100的控制端口连接到先导压力供应管线114或导回液压贮存器118的排放管线116，该液压贮存器118可以与贮存器106相同。阀110调节先导压力到通过管线120连接到的、至先导操作阀100的阀芯右侧的控制器的连接，而阀112调节先导压力到通过管线122连接到的、至先导操作阀100的阀芯左侧的控制器的连接。
在操纵杆的中心位置中，先导操纵阀100的两个控制端口连接到排放管线116，并且所有三个阀100、110和112采取所图示的位置，在其中倾斜缸32的两个工作腔被隔离以将活塞杆锁定在其当前位置。操纵杆向一侧的移动将打开阀110，以通过施加先导压力到阀100的阀芯的右侧来导致倾斜缸32缩回，而与之相反，操纵杆向相对侧的移动将打开阀112并且导致倾斜缸32伸出。
如到目前为止所述，该液压控制系统完全是常规的，因此不需要进一步详细描述。
然而，该控制系统在本发明的所图示的实施方案中被改进来提供RTD功能。这通过添加三端口双位电动操作阀130(诸如电磁阀)来实现，其中该三端口双位电动操作阀130在致动时绕过操纵杆操作成比例阀110并且通过施加压力到其阀芯的右侧来将先导操作阀100的控制端口直接连接到先导压力管线114。从而，阀130的致动起到以下作用：缩回倾斜缸32，并且导致铲斗18以逆时针方向，从其容纳的物料被倾入卡车的位置倾斜到水平位置(参见图1)。无论操纵杆的操作和阀1 10的位置如何，这种运动都会发生。
该电动操作阀130的致动由连接来接收各种输入信号的电子控制单元(ECU)140执行。第一输入信号由面板安装模式启用开关施加到ECU。这个开关将激活或禁用RTD功能，并且类似于在机动车辆中用于激活巡航控制的开关。只要该开关关闭，该电动操作阀130就永远保持在所图示的无效位置。
第二输入信号由触发开关144施加到ECU，优选通过按压安装在该操纵杆上的按钮来激活。在假定ECU 140的所有其它条件都满足的情况下，这个开关被激活以启动RTD操作。
至ECU的第三输入从连接到通向先导操作阀100的右侧控制端口的控制管线120的液压传感器146导出，而第四输入从通知ECU 140铲斗18或倾斜缸何时已经达到所期望的RTD位置的位置传感器148导出。
在倒空铲斗进入卡车后，操作者通过致动该开关144并且在打开阀110的方向上移动操纵杆，来启动RTD操作。在确定该开关144已经被操作来启动RTD操作时，ECU 140检查以确定由压力传感器146所测量到的液压是否超过存在于控制管线上的预定可校准值，来确认该操作者除了按下致动开关144的操纵杆按钮，还已经在将铲斗返回到所期望的位置的方向上移动了操纵杆。
一旦条件都满足，ECU 140就通过线路150发送输出信号到来激活阀130。即使操作者现在可以释放操纵杆，阀130也将继续施加先导压力到先导操作阀的控制端口，来继续缩回倾斜缸32。当铲斗到达所期望的RTD位置时，位置传感器148将现在禁用线路150上的信号来将阀130返回到所图示的位置的信号施加到ECU 140，在所图示的位置中该铲斗的姿态再次处于操纵杆控制下。
操作者可以通过改变关于在控制管线120中由压力传感器146测得的压力的阈值，来调节系统的灵敏度，该阈值被ECU 140用于激活阀130。图3中所示的控制系统操作在升降缸16而不是倾斜缸32上，但与图2所示的控制系统具有许多相似之处。在这种情况下，以及为了允许图1中的升降臂10使用升降缸16的正常上下控制，该控制系统提供了RTF功能。
为了避免不必要的重复描述，已经参考图1和图2描述了的组件，已经被分配了相同的附图标记。具有提供类似于已经在之前描述了的并且分配了100系列的附图标记的组件的功能的组件，已经被分配200系列的、两个最低有效数字相同的对应附图标记。例如，以通过由操纵杆的侧向移动操作阀110和112以倾斜铲斗18的那种方式，来通过上下移动操纵杆以操作阀210和212并且用于提升和降低升降臂10。因此，接下来的描述将集中于图2和3的两个控制系统之间的差异。
最显著的差异在于先导操作阀200的设计。在本实施方案中，除了类似于控制倾斜缸32的阀100的位置的阀100的三个位置，阀200还在阀芯的最右端处具有第四位置，在该位置处升降缸16的两个工作腔通过节流阀连接到排放管线104。在该位置中，阀200允许升降臂浮动，并且缸16仅作用为阻尼器。对于此位置，该阀200必须被设置在RTF位置。不需要类似于传感器148的任何传感器，因为浮动位置只需要先导操作阀200的阀芯尽可能向左的移动。
再次，为了在线路250上发送信号来操作电动操作阀230，ECU240需要关闭模式选择开关242，致动操纵杆安装开关244并且由传感器246感测在将先导操作阀200的右侧控制端口连接到操纵杆操作阀210的管线220中的压力。然而，当升降臂处于RTF操作时，存在铲斗其下降时冒着意外损坏的危险；例如，在人或动物碰巧走在铲斗下的情况下。因此，操作者能够阻止RTF操作并且恢复升降臂的控制非常重要。
在所图示的实施方案中，这是通过连接到从操纵杆操作阀212导向先导操作阀的左端上的控制端口的管线的第二液压传感器247来实现的。如果操作者在提升升降的方向作用于操纵杆，从而导致传感器的输出信号超过预选可校准电平，则ECU 240立即禁用在线路250上的、激活电动操作阀230的信号。
当然，工作机可以同时具有RTF和RTD功能。在这种情况下，同一模式开关可以用于启用这两个功能，并且同一操纵杆安装开关可以用于触发这两个功能，因为这两个功能也需要操纵杆的移动，并且ECU可以根据控制杆的移动方向确定启动RTD操作、RTF操作还是两者。
当然，在具有RTD和RTF功能两者的工作机中，同一ECU可以用于这两个功能，并且在这种情况下，组件240、242和244可以分别分配附图标记140、142和144。
通过要求在导向相关先导操作阀的控制管线上感测压力，本发明避免了RTF或和RTD操作的意外启动，因为除了按下按钮外还需要操纵杆移动。此外，本发明允许在操纵杆上的单个开关来启动RTF和RTD操作，而无论是相继还是同时，后者要求操纵杆的对角线移动。

Claims (8)

1.一种工作机，其具有可移位工具(18)、用于使工具(18)移位的液压致动器(32、16)以及用于使操作者能够控制工具(18)的运动的液压控制系统，该控制系统包括：
用于在高压力下供应液压流体的供应管线(102)；
用于在比该高压力低的先导压力下供应液压流体的供应管线(114)；
液压返回管线(104)；
先导操作阀(100、200)，用于选择性地将高压力供应管线和返回管线连接到液压致动器(32、16)以使工具移位，该阀(100、200)具有能通过液压先导压力的作用而移动的阀芯；
手动操纵杆；
液压先导阀(110、210)，用于根据操纵杆的位置调节向该先导操作阀供应的液压先导压力；
电动操作阀(130、230)，用于绕过该先导阀(110、210)并且独立于操纵杆的位置来向该先导操作阀(100、200)供应液压先导压力；以及
电路(140、240)，其包括手动操作开关(144、244)并且通过该开关(144、244)的操作而被触发，以通过该电动操作阀(100、200)的致动来独立于操纵杆的操作而启动该工具向预定状态的返回，
其特征在于，一液压传感器(146、246)被连接到从该先导阀(110、210)通向该先导操作阀(100、200)的管线(120、220)，并且
当由该传感器(146、246)感测到的压力超过预定值时，仅通过该手动操作开关(144、244)的操作来触发该电路(140、240)。
2.如权利要求1所述的工作机，其中，手动操作电动模式开关(142、242)连接到所述电路(140、240)来永久地禁用所述电动操作阀(130、230)的致动。
3.如权利要求1或2所述的工作机，其中，该工具是装载机的铲斗(18)，而所述液压致动器(32)用于倾斜铲斗(18)，并且其中，该电动操作阀(130)的致动用于执行铲斗(18)的返回挖掘运动。
4.如权利要求3所述的工作机，其中，该控制系统还包括位置传感器(148)，用于感测所述铲斗(18)的位置，并且用于发送信号到所述电路(140)，以当感测到所述铲斗(18)已经返回到所期望的位置以重新开始挖掘时，禁用所述电动控制阀(130)。
5.如权利要求1或2所述的工作机，其中，所述工具是安装在升降臂(10)上的铲斗(18)，而所述致动器(16)连接到该升降臂(10)以提升和降低所述铲斗(18)，并且其中，该电动操作阀(230)的致动用于将所述先导操作阀(200)的阀芯移位到该铲斗被允许浮动的位置，从而在其自重作用下自由落下。
6.如权利要求5所述的工作机，其中，在将操纵杆操作的先导阀(212)连接到该先导操作阀(200)的第二管线中设置有第二液压传感器(247)，并且其中，该电动操作阀(230)当在第二管线中的所感测到的压力超过预定值时被禁用。
7.如前述权利要求中的任意一项所述的工作机，其中，该控制系统的灵敏度通过调节由该传感器(146、246)所感测到的压力的预定值来改变。
8.如前述权利要求中的任意一项所述的工作机，其中，所述工具向预定状态的返回通过重新致动所述开关(144、244)来禁用。
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