CN106930342B - 液压挖掘机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及液压挖掘机，为解决现有挖掘机平地作业时效率低的问题；提供一种一种液压挖掘机，包括铲斗控制阀、第一动臂控制阀和第二动臂控制阀、第一斗杆控制阀和第二斗杆控制阀、两位两通电磁阀，第一变量泵、第二变量泵；两位两通电磁阀连接在第二斗杆控制阀与第一变量泵的出油口之间；当挖掘机处于平地作业时，所述两位两通电磁阀处于截止位，当挖掘机处于非平地作业时，两位两通电磁阀处于导通位。本发明液压挖掘机工作于平地作业工况时，双泵独立控制，提高动臂和斗杆动作的协调性。

Description

液压挖掘机

技术领域

本发明涉及一种挖掘机，更具体地说，涉及一种液压挖掘机。

背景技术

挖掘机作为工程机械之王，除了可以完成传统意义上的挖掘装车作业外，还可以完成破碎作业，夯实路面，拆装作业和平整作业面等工作。

平整作业面工作主要是通过挖掘机动臂和斗杆两个工作装置相互协调配合来完成，一般是需要将斗杆伸到最远端，将动臂下降到与作业面相接触位置，同时操作斗杆回收和动臂上升，斗杆和动臂需要具有一定比例的完成斗杆回收和动臂上升，并且当斗杆回收到与地面成九十度时，需要开始操作动臂下降，这样才能完成铲斗斗尖始终平整作业面是在一个平面上。既在操作斗杆回收的同时，需要通过调整动臂的姿态，来配合斗杆回收，以此来完成平整作业面的动作，如上操作对操作人员来说，操作难度较大。

同时现有挖掘机液压系统，动臂和斗杆基本上都是双泵合流系统，需要两个控制阀一起分别为动臂和斗杆油缸供油，以此保证动臂和斗杆的运动速度。这样就存在同一个泵同时为两个控制阀供油，由于控制阀驱动的负载压力是不同的，这样泵出来的流量就会优先流向负载低处。平地过程中斗杆在要远小于动臂负载，这样就需要在斗杆控制阀入口前增加一个节流阀，以此来满足合理的流量分配。如果要改变流量分配比例，必须更改不同孔径的节流阀才可以满足。

简单说明现有技术有何不足：

1、平整作业面工作对操作人员要求较高，需要经过大量工作的积累才能胜任此项工作；

2、现有挖掘机液压系统，动臂和斗杆控制阀属于双泵合流控制，二者流量分配协调性差，会相互影响各自的运行速度；

3、由于动臂和斗杆协调性差，平整作业面需要操作人员精力十分集中，容易产生疲劳，影响作业质量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有液压挖掘机平地作业时效率低的问题，而提供一种作业时自动控制铲斗齿尖高度的液压挖掘机。

本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种液压挖掘机，包括行走机构、回转装在行走机构上的平台、铰接在回转平台上的动臂、铰接在动臂上的斗杆、铰接在斗杆上的铲斗、连接在动臂与平台之间的动臂油缸、连接在斗杆与动臂之间的斗杆油缸、连接在铲斗与斗杆之间的铲斗油缸，其特征在于还包括控制铲斗油缸的铲斗控制阀、控制动臂油缸的第一动臂控制阀和第二动臂控制阀、控制斗杆油缸的第一斗杆控制阀和第二斗杆控制阀、两位两通电磁阀，第一变量泵、第二变量泵；所述第一变量泵的出油口同时与所述铲斗控制阀和第一动臂控制阀的进油口连接，第一动臂控制阀的两个出油口分别与动臂油缸的有杆腔和无杆腔连接，所述两位两通电磁阀连接在第二斗杆控制阀与第一变量泵的出油口之间；所述第二变量泵的出油口同时与第二动臂控制阀和第一斗杆控制阀的进油口连接，第二动臂控制阀的出油口与动臂油缸的无杆腔连接，第一斗杆控制阀两个出油口和第二斗杆控制阀的两个出油口并联后对应与斗杆油缸的无杆腔和有杆腔连接；当挖掘机处于平地作业时，所述两位两通电磁阀处于截止位，当挖掘机处于非平地作业时，所述两位两通电磁阀处于导通位。

上述液压挖掘机中，还包括控制器、先导泵、与控制器连接分别用于检测第一变量泵、第二变量泵出油口压力的第一压力传感器和第二压力传感器、电磁控制端与控制器连接且用于控制第一变量泵排量的第二比例阀和控制第二变量泵排量的第一比例阀、与控制器连接的动臂电控先导手柄、铲斗电控先导手柄、斗杆电控先导手柄；所述两位两通电磁阀与所述控制器连接，所述第一动臂控制阀和第二动臂控制阀、铲斗控制阀、第二斗杆控制阀和第一斗杆控制阀均是电磁控制端与所述控制器连接的电磁阀。

上述液压挖掘机中，所述控制器获取所述动臂电控先导手柄、铲斗电控先导手柄、斗杆电控先导手柄和第一压力传感器和第二压力传感器输出的控制电信号，当测量到的第一变量泵和第二变量泵压力均低于预设值，同时斗杆电控先导手柄输出的是斗杆驱动有效电信号，动臂电控先导手柄输出的是动臂驱动非有效电信号和铲斗电控先导手柄输出的是铲斗驱动非有效电信号时定义挖掘机的工况为平地作业工况，所述控制器输出电信号使所述两位两通电磁阀处于截止位。动臂电控先导手柄、铲斗电控先导手柄、斗杆电控先导手柄依据动作的幅度大小输出电信号如与手柄动作幅度大小对应的电流或电压，控制器依据获取的电信号值输出对应大小的控制电流，控制铲斗控制阀、斗杆控制阀、动臂控制阀等电磁控制阀的开口度，各先导手柄输出的电信号需要达到一定值(临界值)才能使得控制器输出的控制电流驱动各控制阀动作，若各先导手柄输出的电信号小于临界值，则控制阀的阀芯不会移动，此时各先导手柄输出的电信号属于非有效电信号；若各先导手柄输出的电信号大于临界值，则控制器输出的控制电流能够使得控制阀的阀芯移动，此时先导手柄输出的电信号属于有效电信号。

上述液压挖掘机中，还包括与控制器连接用于测量铲斗与斗杆之间相对转动角度的铲斗角度传感器、用于测量斗杆与动臂之间相对转动角度的斗杆角度传感器、用于测量动臂与平台之间相对转动角度的动臂角度传感器；挖掘机处于平地工况时，所述控制器依据铲斗角度传感器、斗杆角度传感器、动臂角度传感器所测的角度计算所述铲斗齿尖在坐标系内的初始高度，所述坐标系是平台回转中心和行走机构底面相交处为原点、以回转中心竖直方向为高度纵坐标，以行走机构底面为横坐标；所述控制器依据铲斗角度传感器、斗杆角度传感器、动臂角度传感器通过第一动臂控制阀和第二动臂控制阀控制动臂油缸的伸缩使铲斗齿尖的运动轨迹与控制器内预设的轨迹线重合。

上述液压挖掘机中，还包括用于测量平台与水平面之间倾角的平台倾角传感器。当挖掘机处于坡面或倾斜状态是，坐标系的纵向与竖直方向不一致，之间具有一个倾角，控制器通脱平台倾角传感器测量整机倾角，控制器通过平台倾角传感器、铲斗角度传感器、斗杆角度传感器、动臂角度传感器计算机器处于倾斜状态时铲斗齿尖与坐标系坐标原点之间在竖直方向上的距离，从而铲斗的水平平地轨迹。

本发明与现有技术相比，本发明解决了本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、本发明操作简单，作业精度高，大大降低了操作人员的工作强度；

2、本发明采用双泵独立控制，提高动臂和斗杆动作的协调性；

3、本发明可以大大提高平整作业的工作效率。

附图说明

图1是挖掘机的结构示意图。

图2是本发明液压挖掘机的液压原理图。

图3是本发明液压挖掘机平地作业时铲斗斗尖运动轨迹。

图4是本发明液压挖掘机平地作业时控制流程图。

图5本发明液压挖掘机处于倾斜状态时状态图。

图中零部件名称及序号：

铲斗1、铲斗角度传感器2、铲斗油缸3、斗杆角度传感器4、斗杆5、斗杆油缸6、动臂7、动臂角度传感器8、动臂油缸9、平台10、行走机构11、控制器12、液压油箱13、发动机14、第一变量泵15、第二变量泵16、先导泵17、第一比例阀18、第一压力传感器19、第二压力传感器20、第二比例阀21、动臂电控先导手柄22、第一动臂控制阀23、第二动臂控制阀24、两位两通电磁阀25、铲斗控制阀26、铲斗电控先导手柄27、斗杆电控先导手柄28、第二斗杆控制阀29、第一斗杆控制阀30。

具体实施方式

下面结合附图说明具体实施方案。

本实施例中的液压挖掘机如图1所示，包括行走机构11、回转装在行走机构11上的平台10、铰接在回转平台10上的动臂7、铰接在动臂7上的斗杆5、铰接在斗杆5上的铲斗1、连接在动臂7与平台10之间的动臂油缸9、连接在斗杆5与动臂7之间的斗杆油缸6、连接在铲斗1与斗杆5之间的铲斗油缸3。在平台10之上安装发动机动力系统(图中未示)。如图2所示，液压挖掘机的液压控制系统包括控制铲斗油缸3的铲斗控制阀26、控制动臂油缸9的第一动臂控制阀23和第二动臂控制阀24、控制斗杆油缸6的第一斗杆控制阀30和第二动臂控制阀29、两位两通电磁阀25，第一变量泵15、第二变量泵16、控制器12、先导泵17、与控制器17连接分别用于检测第一变量泵15、第二变量泵16出油口压力的第一压力传感器19和第二压力传感器20、电磁控制端与控制器12连接且用于控制第一变量泵15排量的第二比例阀21和控制第二变量泵16排量的第一比例阀18、与控制器12连接的动臂电控先导手柄22、铲斗电控先导手柄27、斗杆电控先导手柄28、与控制器12连接用于测量铲斗1与斗杆5之间相对转动角度的铲斗角度传感器2、用于测量斗杆5与动臂7之间相对转动角度的斗杆角度传感器4、用于测量动臂7与平台10之间相对转动角度的动臂角度传感器8。第一动臂控制阀23和第二动臂控制阀24、铲斗控制阀26、第二斗杆控制阀29和第一斗杆控制阀30均是电磁控制端与控制器12连接的电磁阀。两位两通电磁阀25与控制器连接。

第一变量泵15的出油口同时与铲斗控制阀26和第一动臂控制阀23的进油口连接，第一动臂控制阀23的两个出油口分别与动臂油缸9的有杆腔和无杆腔连接，两位两通电磁阀25连接在第二斗杆控制阀29与第一变量泵15的出油口之间；第二变量泵16的出油口同时与第二动臂控制阀24和第一斗杆控制阀30的进油口连接，第二动臂控制阀24的出油口与动臂油缸9的无杆腔连接，第一斗杆控制阀30两个出油口和第二斗杆控制阀29的两个出油口并联后对应与斗杆油缸6的无杆腔和有杆腔连接。

第一比例阀18和第二比例阀21的出油口分别控制第二变量泵16和第一变量泵15的排量，第一压力传感器19和第二压力传感器20分别与第二变量泵16和第一变量泵15的出口连接。

第一动臂控制阀23、两位两通电磁阀25、铲斗控制阀26的进油口和回油口分别与第一变量泵15的出口和液压油箱13连接，两位两通电磁阀25的出口与第二斗杆控制阀29的进口连接，第一动臂控制阀23、铲斗控制阀26、第二斗杆控制阀29中位相互连通，并与第一变量泵21的进口连接；第二动臂控制阀24和第一斗杆控制阀30的进口分别与第二变量泵16的出口连接，第二动臂控制阀24和第一斗杆控制阀30的中位相互连接，并与第二变量泵16的出口连接，所述的第一斗杆控制阀30的中位出口与铲斗控制阀26的进口连接；

在本实施例中，控制器12获取动臂电控先导手柄22、铲斗电控先导手柄27、斗杆电控先导手柄28和第一压力传感器19和第二压力传感器20输出的控制电信号，当测量到的第一变量泵15和第二变量泵16压力均低于预设值，同时斗杆电控先导手柄28输出的是斗杆驱动有效电信号，动臂电控先导手柄22输出的是动臂驱动非有效电信号和铲斗电控先导手柄27输出的是铲斗驱动非有效电信号时定义挖掘机的工况为平地作业工况，控制器12输出电信号使两位两通电磁阀25处于截止位。动臂电控先导手柄22、铲斗电控先导手柄27、斗杆电控先导手柄28依据动作的幅度大小输出电信号，如与手柄动作幅度大小对应的电流或电压，控制器12依据获取的电信号值输出对应大小的控制电流，控制铲斗控制阀26、斗杆控制阀、动臂控制阀等电磁控制阀的开口度.各先导手柄输出的电信号需要达到一定值(临界值)才能使得控制器输出的控制电流驱动各控制阀动作，若各先导手柄输出的电信号小于临界值，则控制阀的阀芯不会移动，此时各先导手柄输出的电信号属于非有效电信号；若各先导手柄输出的电信号大于临界值，则控制器输出的控制电流能够使得控制阀的阀芯移动，此时先导手柄输出的电信号属于有效电信号。当挖掘机处于平地作业时，两位两通电磁阀25处于截止位，当挖掘机处于非平地作业时，两位两通电磁阀25处于导通位。

挖掘机机处于平地工况时，控制器12依据铲斗角度传感器2、斗杆角度传感器4、动臂角度传感器8所测的角度计算铲斗1齿尖在坐标系内的初始高度，坐标系是以平台回转中心和行走机构底面相交处为原点、以回转中心竖直方向为高度纵坐标，以行走机构底面为横坐标；控制器12依据铲斗角度传感器2、斗杆角度传感器4、动臂角度传感器8的所测角度通过第一动臂控制阀23和第二动臂控制阀24控制动臂油缸的伸缩使铲斗齿尖的运动轨迹与控制器内预设的轨迹线重合。

本实施例中的挖掘机进行平地作业时，操作人员将将挖掘机调整到如图1所示状态，准备开始平整作业面，控制器12采集第一压力传感器19、第二压力传感器20、动臂电控先导手柄22、铲斗电控先导手柄27和斗杆电控先导手柄28的信号，判断挖掘机是否进入到平地作业工况，当测量到的第一变量泵和第二变量泵压力均低于20MPa，同时斗杆电控先导手柄输出的是斗杆驱动有效电信号，动臂电控先导手柄输出的是动臂驱动非有效电信号和铲斗电控先导手柄输出的是铲斗驱动非有效电信号时判断液压挖掘机进入到了平地作业工况。当挖掘机处于平地作业工况时，控制器12向两位两通电磁阀25发出控制信号，使两位两通电磁阀25处于下位，此时第二斗杆控制阀29进口被切断，第一变量泵15的输出油液全部流向第一动臂控制阀23，动臂完全由第一变量泵15提供油液。第二变量泵16同时为第二动臂控制阀24和第一斗杆控制阀30供油，但是平地时动臂的负载压力远大于斗杆的负载压力，所以第二变量泵16油液会优先流向第一斗杆控制阀30，也就相当于斗杆完全由第二变量泵16提供油液。同时，控制器依据铲斗角度传感器、斗杆角度传感器、动臂角度传感器检测到动臂与平台之间、斗杆与动臂之间、铲斗与斗杆之间夹角而确定铲斗齿尖在坐标系内的高度并确定铲斗齿尖运动轨迹。坐标系是以平台的回转中心为竖直方向，以行走机构的底面为横向方向，铲斗齿尖的初始高度便是在坐标系中竖直方向上的高度。控制器12会根据铲斗斗尖初始值预设铲斗运动轨迹，如图3所示；也可以是通过输入设备输入一条曲线或斜线作为铲斗齿尖运动轨迹。随着操作员操作斗杆电控先导手柄，斗杆相对动臂转动，斗杆的转动引起铲斗齿尖位置的变化，控制器则根据铲斗齿尖位置的变化(也即根据斗杆与动臂之间的夹角、动臂与平台之间的夹角的变化)向第一动臂控制阀23、第二动臂控制阀24输出控制电流，进而控制动臂的运动，以配合斗杆的运动，最终使铲斗斗尖按初始高度这个高度平整出一条水平面或者依照输入的曲线或斜线进行平地作业。当完成一次平地动作后，需要下一次平地时，要将动臂抬高，斗杆打开，动臂再下降到作业面，进行第二次平地。如上操作控制逻辑如图4所示。

本实施例中的挖掘机进行平地作业时，当挖掘机所处于的地面为非水平面，平台上的倾角传感器31会检测到平台与水平平面之间的夹角θ，控制器会根据这个夹角进行修正，使挖掘机斗尖运动轨迹依然是水平的，如图5所示。

Claims (5)

1.一种液压挖掘机，包括行走机构(11)、回转装在行走机构上的平台(10)、铰接在回转平台上的动臂(7)、铰接在动臂上的斗杆(5)、铰接在斗杆上的铲斗(1)、连接在动臂与平台之间的动臂油缸(9)、连接在斗杆与动臂之间的斗杆油缸(6)、连接在铲斗与斗杆之间的铲斗油缸(3)，其特征在于还包括控制铲斗油缸的铲斗控制阀、控制动臂油缸的第一动臂控制阀和第二动臂控制阀、控制斗杆油缸的第一斗杆控制阀和第二斗杆控制阀、两位两通电磁阀，第一变量泵(15)、第二变量泵(16)；所述第一变量泵的出油口同时与所述铲斗控制阀和第一动臂控制阀的进油口连接，第一动臂控制阀的两个出油口分别与动臂油缸的有杆腔和无杆腔连接，所述两位两通电磁阀连接在第二斗杆控制阀与第一变量泵的出油口之间；所述第二变量泵的出油口同时与第二动臂控制阀(24)和第一斗杆控制阀的进油口连接，第二动臂控制阀的出油口与动臂油缸的无杆腔连接，第一斗杆控制阀两个出油口和第二斗杆控制阀的两个出油口并联后对应与斗杆油缸的无杆腔和有杆腔连接；当挖掘机处于平地作业时，所述两位两通电磁阀处于截止位，当挖掘机处于非平地作业时，所述两位两通电磁阀处于导通位。

2.根据权利要求1所述的液压挖掘机，其特征在于还包括控制器(12)、先导泵(17)、与控制器连接分别用于检测第一变量泵、第二变量泵出油口压力的第一压力传感器(19)和第二压力传感器(20)、电磁控制端与控制器连接且用于控制第一变量泵排量的第二比例阀(18)和控制第二变量泵排量的第一比例阀(21)、与控制器连接的动臂电控先导手柄(22)、铲斗电控先导手柄(27)、斗杆电控先导手柄(28)；所述两位两通电磁阀与所述控制器连接，所述第一动臂控制阀(23)和第二动臂控制阀(24)、铲斗控制阀(26)、第二斗杆控制阀(29)和第一斗杆控制阀(30)均是电磁控制端与所述控制器连接的电磁阀。

3.根据权利要求2所述的液压挖掘机，其特征在于所述控制器获取所述动臂电控先导手柄(22)、铲斗电控先导手柄(27)、斗杆电控先导手柄(28)和第一压力传感器(19)和第二压力传感器(20)输出的控制电信号，当测量到的第一变量泵和第二变量泵压力均低于预设值，同时斗杆电控先导手柄(28)输出的是斗杆驱动有效电信号，动臂电控先导手柄(22)输出的是动臂驱动非有效电信号和铲斗电控先导手柄(27)输出的是铲斗驱动非有效电信号时定义挖掘机的工况为平地作业工况，所述控制器输出电信号使所述两位两通电磁阀处于截止位。

4.根据权利要求3所述的液压挖掘机，其特征在于还包括与控制器连接用于测量铲斗与斗杆之间相对转动角度的铲斗角度传感器(2)、用于测量斗杆与动臂之间相对转动角度的斗杆角度传感器(4)、用于测量动臂与平台之间相对转动角度的动臂角度传感器(8)；平地机处于平地工况时，所述控制器依据铲斗角度传感器、斗杆角度传感器、动臂角度传感器所测的角度计算铲斗齿尖在坐标系内的初始高度，所述坐标系是平台回转中心和行走机构底面相交处为原点、以回转中心竖直方向为高度纵坐标，以行走机构底面为横坐标；所述控制器依据铲斗角度传感器、斗杆角度传感器、动臂角度传感器所测的角度通过第一动臂控制阀和第二动臂控制阀控制动臂油缸的伸缩使铲斗齿尖的运动轨迹与控制器内预设的轨迹线重合。

5.根据权利要求4所述的液压挖掘机，其特征在于还包括用于测量平台与水平面之间倾角的平台倾角传感器(31)。

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