CN108533743A - 工程机械变速箱自动换挡和正反转控制系统及其控制方法 - Google Patents

工程机械变速箱自动换挡和正反转控制系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及工程机械变速箱自动换挡和正反转控制系统及其控制方法，包括执行机构、输入装置、检测元件和控制器；执行机构包括：用于正反转控制的前箱气缸及电磁阀，用于高低挡位选择的副箱气缸及电磁阀，选挡气缸及电磁阀、换挡气缸及电磁阀，离合器气缸及电磁阀；控制器接收输入装置的控制指令，接收检测元件的检测信号，向执行机构输出动作信号。本发明通过气动机构和PLC控制器实现变速箱的自动换挡和正反转控制，完全替代手柄换挡机构，远程通过按钮控制使变速箱自动换挡，操作安全性较高，避免了伤亡事故。PLC控制器能够实现系统的顺序控制，准确的识别控制信号，并对系统故障以及系统工作状态进行反馈，自动化程度高且系统运行的稳定性强。

Description

工程机械变速箱自动换挡和正反转控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及变速箱技术领域，尤其涉及一种工程机械变速箱自动换挡和正反转控制系统及其控制方法。
背景技术
工程机械工作需要一种能够提供自动换挡、自动正反转、并且成本低廉的大功率、多速比的主动力变速箱。现有技术中一般采用汽车变速箱进行人工操作，由于作业的特殊性，经常发生闷车故障，人工操作危险性很大，为避免造成重大伤亡事故，需要为工程机械配置专用变速箱。
现有的汽车变速箱正反转只有低速，变速箱用于工程机械中需要在前端增加一个齿轮箱实现高速全速比正反转，申请人在专利号为CN201720225472，实用新型名称为一种取力器的前置换向副箱的实用新型专利中公开了一种齿轮箱结构，而现有的工程机械还需要一套执行机构还实现自动换挡，如何实现工程机械的自动换挡和正反转控制是技术人员需要克服的难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种成本低廉、安全性高的工程机械变速箱自动换挡和正反转控制系统及其控制方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：工程机械变速箱自动换挡和正反转控制系统，包括执行机构、输入装置、检测元件和控制器；
所述执行机构包括：安装在变速箱前端的齿轮箱，所述齿轮箱内设有用于正反转控制的前箱气缸及电磁阀，安装在变速箱内用于高低挡位选择的副箱气缸及电磁阀，安装在换挡机构内部的选挡气缸及电磁阀、换挡气缸及电磁阀，以及与离合器连接的离合器气缸及电磁阀；
所述输入装置包括：挡位选择旋钮、正转和反转按钮、启动和停止按钮；
检测元件包括：选挡到位行程开关和挂挡到位行程开关、离合器切断到位行程开关、正反转到位行程开关、空挡到位行程开关以及若干个状态指示灯；
所述控制器是PLC控制器，所述控制器接收所述输入装置的控制指令，接收所述检测元件的检测信号，向所述执行机构输出动作信号。
作为优选的技术方案，所述选挡到位行程开关和挂挡到位行程开关、离合器切断到位行程开关、正反转到位行程开关和空挡到位行程开关均是接近开关。
作为优选的技术方案，所述选挡气缸的数量是1个，所述选挡气缸设置有3/4/7/8挡和1/2/5/6挡两个工位，选挡到位行程开关包括3/4/7/8挡到位行程开关和1/2/5/6挡到位行程开关。
作为优选的技术方案，所述换挡气缸包括2/4/6/8挡换挡气缸和1/3/5/7挡换挡气缸，所述挂挡到位行程开关包括2/4/6/8挡到位行程开关和1/3/5/7挡到位行程开关。
作为优选的技术方案，所述副箱气缸包括空挡、低挡和高挡三个工位。
作为优选的技术方案，所述挡位选择旋钮是用于选择1至8挡8个挡位的多位选择开关。
工程机械变速箱自动换挡的方法，包括以下步骤：
S01：选择挡位，启动离合器气缸，切断离合器；
S02：检测离合器切断是否到位，若离合器切断到位，变速箱回空挡；
S03：启动副箱气缸和与选择的挡位相匹配的选挡气缸；
S04：检测选挡气缸的位置，若运行到位，主轴点动与离合器短暂结合后延时等待变速箱转速降低，否则重复步骤S02并报警；
S05：启动与选择的挡位相匹配的换挡气缸，检测换挡气缸是否运行到位，若到位，变速箱换挡成功，否则重复步骤S04并报警。
作为优选的技术方案，当选择的挡位是1、2、3或4挡时，所述副箱气缸启动并运行在低挡位置；当选择的挡位是5、6、7或8挡时，所述副箱气缸启动并运行在高挡位置；当选择的挡位是1或5挡时，所述选挡气缸启动并运行至1/2/5/6挡位置，所述1/3/5/7挡换挡气缸启动；当选择的挡位是2或6挡时，所述选挡气缸启动并运行至1/2/5/6挡位置，所述2/4/6/8挡换挡气缸启动；当选择的挡位是3或7挡时，所述选挡气缸启动并运行至3/4/7/8挡位置，所述1/3/5/7挡换挡气缸启动；当选择的挡位是4或8挡时，所述选挡气缸启动并运行至3/4/7/8挡位置，所述2/4/6/8挡换挡气缸启动。
工程机械变速箱正反转控制的方法，包括以下步骤：
S11：选择正转或反转按钮，启动离合器气缸，切断离合器；
S12：检测离合器切断是否到位，若离合器切断到位，变速箱回空挡；
S13：主轴点动与离合器短暂结合后延时，等待变速箱停转；
S14：变速箱停转后，启动前箱气缸；
S15：检测前箱气缸是否运行到位，若到位，前箱上挡成功，否则重复步骤S12并报警。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明通过气动机构和PLC控制器实现了变速箱的自动换挡和正反转控制，能够完全替代现有的变速箱中的手柄换挡机构，在远程通过按钮控制使变速箱自动换挡，不需要手工操作换挡手柄，操作安全性较高，避免了伤亡事故的发生。
本发明中，PLC控制器能够实现系统的顺序控制，能够准确的识别控制信号，并对系统故障以及系统工作状态进行反馈，自动化程度高且系统运行的稳定性强。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明工程机械变速箱自动换挡和正反转控制系统实施例的电路原理图；
图2是本发明工程机械变速箱自动换挡和正反转控制系统实施例的挡位布局图；
图3是本发明工程机械变速箱自动换挡的方法实施例的流程图；
图4是本发明工程机械变速箱自动换挡的方法实施例中各挡位工作时行程开关和电磁阀的状态表；
图5是本发明工程机械变速箱正反转控制的方法实施例的流程图；
图中：1-1/3/5/7挡换挡气缸；2-2/4/6/8挡换挡气缸；3-选挡气缸。
具体实施方式
如图1和图2所示，工程机械变速箱自动换挡和正反转控制系统，包括执行机构、输入装置、检测元件和控制器；
执行机构包括：安装在变速箱前端的齿轮箱，齿轮箱内设有用于正反转控制的前箱气缸及电磁阀Y5，Y6；
安装在变速箱内用于高低挡位选择的副箱气缸及电磁阀Y8，Y9，Y10，副箱气缸包括空挡、低挡和高挡三个工位；
安装在换挡机构内部的选挡气缸3及电磁阀Y1、Y2，换挡气缸1、2及电磁阀Y3、Y4；
以及与离合器连接的离合器气缸及电磁阀Y7；
输入装置包括：挡位选择旋钮XN1-XN8、正转和反转按钮AN2、AN3，启动和停止按钮AN4、AN5；
检测元件包括：选挡到位行程开关XK1、XK2，挂挡到位行程开关XK3、XK4，离合器切断到位行程开关XK0、正反转到位行程开关XK5、XK6、空挡到位行程开关XK7以及状态指示灯HL1-HL5；
控制器是PLC控制器，PLC控制器接收输入装置的控制指令，接收检测元件的检测信号，向执行机构输出动作信号。
优选的，选挡到位行程开关和挂挡到位行程开关、离合器切断到位行程开关、正反转到位行程开关和空挡到位行程开关均是接近开关，本发明中，不局限与接近开关，现有技术中能够用于位置检测的行程开关均适用于本发明。
优选的，选挡气缸3的数量是1个，选挡气缸3设置有3/4/7/8挡和1/2/5/6挡两个工位，选挡到位行程开关包括3/4/7/8挡到位行程开关XK1和1/2/5/6挡到位行程开关XK2。
优选的，换挡气缸包括2/4/6/8挡换挡气缸2和1/3/5/7挡换挡气缸1，挂挡到位行程开关包括2/4/6/8挡到位行程开关XK3和1/3/5/7挡到位行程开关XK4。
优选的，挡位选择旋钮是用于选择1至8挡8个挡位的多位选择开关。
如图2所示，本实施例中，选挡气缸3的推杆上下移动，选定3/4/7/8挡和1/2/5/6挡，1/3/5/7挡换挡气缸1的推杆向右移动选定1/3/5/7挡，2/4/6/8挡换挡气缸2的推杆向左移动选定2/4/6/8挡。
如图3所示，工程机械变速箱自动换挡的方法，包括以下步骤：
S01：选择挡位，启动离合器气缸，切断离合器，通过挡位选择旋钮选择挡
位，并按下启动按钮，离合器气缸启动；
S02：检测离合器切断是否到位，检测离合器切断到位行程开关XK0的状态，若离合器切断到位，离合器切断到位行程开关XK0动作，其状态改变，变速箱回空挡；
S03：启动副箱气缸和与选择的挡位相匹配的选挡气缸，根据选择的挡位，1-4挡副箱气缸应运行在低挡工位，5-8挡副箱期房应运行在高挡工位，选挡气缸运行在3/4/7/8挡或1/2/5/6挡工位；
S04：检测选挡气缸的位置，通过检测3/4/7/8挡到位行程开关XK1和1/2/5/6挡到位行程开关XK2的状态，若选档气缸运行到位，3/4/7/8挡到位行程开关XK1或1/2/5/6挡到位行程开关XK2动作，其状态发生改变，则主轴点动与离合器短暂结合后延时等待变速箱转速降低，否则重复步骤S02并报警；
S05：启动与选择的挡位相匹配的换挡气缸，检测换挡气缸是否运行到位，若到位，变速箱换挡成功，否则重复步骤S04并报警。
如图4所示出的换挡时，各档位工作时对应的行程开关和电磁阀的状态，当选择的挡位是1、2、3或4挡时，副箱气缸启动并运行在低挡位置，电磁阀Y12得电；当选择的挡位是5、6、7或8挡时，副箱气缸启动并运行在高挡位置，电磁阀Y11得电；当选择的挡位是1或5挡时，选挡气缸启动并运行至1/2/5/6挡位置，电磁阀1/3/5/7挡换挡气缸启动，；当选择的挡位是2或6挡时，选挡气缸启动并运行至1/2/5/6挡位置，2/4/6/8挡换挡气缸启动，电磁阀Y2和Y3得电；当选择的挡位是3或7挡时，选挡气缸启动并运行至3/4/7/8挡位置，1/3/5/7挡换挡气缸启动，电磁阀Y1和Y4得电；当选择的挡位是4或8挡时，所述选挡气缸启动并运行至3/4/7/8挡位置，所述2/4/6/8挡换挡气缸启动，电磁阀Y1和Y3得电。
如图5所示，工程机械变速箱正反转控制的方法，包括以下步骤：
S11：选择正转或反转按钮，启动离合器气缸，切断离合器，
S12：检测离合器切断是否到位，检测离合器切断到位行程开关XK0的状态，若离合器切断到位，离合器切断到位行程开关XK0动作，其状态改变，变速箱回空挡；
S13：主轴点动与离合器短暂结合后延时，等待变速箱停转；
S14：变速箱停转后，启动前箱气缸；
S15：检测前箱气缸是否运行到位，若到位，正转-到位行程开关XK5或反转-到位行程开关XK6动作，其状态发生改变，前箱上挡成功，否则重复步骤S12并报警。
本发明的具体操作如下：
通过挡位选择旋钮选择挡位，并通过正转和反转按钮选择旋向，PLC判断当前位置，按照内部程序输出指令，相应的电磁阀和气缸执行换挡动作，行程开关反馈位置信号后送回PLC执行下步动作，直至转换到目标档位。如果中途出现动作不能完成，PLC发出报警信号，停机。可以依据报警代码表检查系统故障。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.工程机械变速箱自动换挡和正反转控制系统，其特征在于，包括执行机构、输入装置、检测元件和控制器；
所述执行机构包括：安装在变速箱前端的齿轮箱，所述齿轮箱内设有用于正反转控制的前箱气缸及电磁阀，安装在变速箱内用于高低挡位选择的副箱气缸及电磁阀，安装在换挡机构内部的选挡气缸及电磁阀、换挡气缸及电磁阀，以及与离合器连接的离合器气缸及电磁阀；
所述输入装置包括：挡位选择旋钮、正转和反转按钮、启动和停止按钮；
检测元件包括：选挡到位行程开关和挂挡到位行程开关、离合器切断到位行程开关、正反转到位行程开关、空挡到位行程开关以及若干个状态指示灯；
所述控制器是PLC控制器，所述控制器接收所述输入装置的控制指令，接收所述检测元件的检测信号，向所述执行机构输出动作信号。
2.如权利要求1所述的工程机械变速箱自动换挡和正反转控制系统，其特征在于：所述选挡到位行程开关和挂挡到位行程开关、离合器切断到位行程开关、正反转到位行程开关和空挡到位行程开关均是接近开关。
3.如权利要求1所述的工程机械变速箱自动换挡和正反转控制系统，其特征在于：所述选挡气缸的数量是1个，所述选挡气缸设置有3/4/7/8挡和1/2/5/6挡两个工位，选挡到位行程开关包括3/4/7/8挡到位行程开关和1/2/5/6挡到位行程开关。
4.如权利要求2所述的工程机械变速箱自动换挡和正反转控制系统，其特征在于：所述换挡气缸包括2/4/6/8挡换挡气缸和1/3/5/7挡换挡气缸，所述挂挡到位行程开关包括2/4/6/8挡到位行程开关和1/3/5/7挡到位行程开关。
5.如权利要求1所述的工程机械变速箱自动换挡和正反转控制系统，其特征在于：所述副箱气缸包括空挡、低挡和高挡三个工位。
6.如权利要求1所述的工程机械变速箱自动换挡和正反转控制系统，其特征在于：所述挡位选择旋钮是用于选择1至8挡8个挡位的多位选择开关。
7.工程机械变速箱自动换挡的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01：选择挡位，启动离合器气缸，切断离合器；
S02：检测离合器切断是否到位，若离合器切断到位，变速箱回空挡；
S03：启动副箱气缸和与选择的挡位相匹配的选挡气缸；
S04：检测选挡气缸的位置，若运行到位，发动机主轴点动与离合器短暂结合后延时等待变速箱转速降低，否则重复步骤S02并报警；
S05：启动与选择的挡位相匹配的换挡气缸，检测换挡气缸是否运行到位，若到位，变速箱换挡成功，否则重复步骤S04并报警。
8.如权利要求7所述的工程机械变速箱自动换挡的方法，其特征在于：当选择的挡位是1、2、3或4挡时，所述副箱气缸启动并运行在低挡位置；当选择的挡位是5、6、7或8挡时，所述副箱气缸启动并运行在高挡位置；当选择的挡位是1或5挡时，所述选挡气缸启动并运行至1/2/5/6挡位置，所述1/3/5/7挡换挡气缸启动；当选择的挡位是2或6挡时，所述选挡气缸启动并运行至1/2/5/6挡位置，所述2/4/6/8挡换挡气缸启动；当选择的挡位是3或7挡时，所述选挡气缸启动并运行至3/4/7/8挡位置，所述1/3/5/7挡换挡气缸启动；当选择的挡位是4或8挡时，所述选挡气缸启动并运行至3/4/7/8挡位置，所述2/4/6/8挡换挡气缸启动。
9.工程机械变速箱正反转控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S11：选择正转或反转按钮，启动离合器气缸，切断离合器；
S12：检测离合器切断是否到位，若离合器切断到位，变速箱回空挡；
S13：发动机主轴点动与离合器短暂结合后延时，等待变速箱停转；
S14：变速箱停转后，启动前箱气缸；
S15：检测前箱气缸是否运行到位，若到位，前箱上挡成功，否则重复步骤S12并报警。
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