CN108678049A - 挖掘机斗杆挖掘阻力优化控制方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及挖掘机控制，为解决挖掘机在进行斗杆回收挖掘机作业时自动优化降低铲斗的挖掘阻力的问题；提供一种挖掘机斗杆挖掘阻力优化控制方法，步骤是：判断挖掘机的工作状态，当挖掘机处于斗杆回收挖掘工况时，控制器通过铲斗姿态测量部件检测铲斗相对斗杆的姿态并将其与预设姿态进行比较，若铲斗相对斗杆的姿态与预设姿态不一致时所述控制器输出铲斗动作控制信号通过铲斗控制主阀控制铲斗油缸驱动铲斗转动至铲斗相对斗杆的姿态与预设姿态一致。本发明中，当挖掘机处于斗杆回收挖掘工况时，自动调整铲斗相对斗杆的姿态，降低斗杆回收挖掘时的阻力，提高挖掘机的作业效率和降低油耗。

Description

挖掘机斗杆挖掘阻力优化控制方法及控制系统

技术领域

本发明涉及一种挖掘机控制，更具体地说，涉及一种挖掘机斗杆挖掘阻力优化控制方法及控制系统。

背景技术

液压挖掘机以其优异的工况适应性在矿山开采以及民用工程中应用十分广泛。液压挖掘机一般挖掘过程为，先采用斗杆挖掘，待土壤装满大半个铲斗后，采用铲斗挖掘同时提升动臂，使土壤装满整个铲斗。斗杆挖掘过程中，铲斗切削刃板同斗杆的相对角度对斗杆挖掘过程挖掘阻力影响较大，较好的角度能够有效降低土壤的阻力从而降低能耗。目前，在进行斗杆挖掘时，驾驶员一般凭借经验调整铲斗相对于斗杆的角度，由于操作员的操作经验不同而差异很大，很难做到最优。

申请号为201410114023.5的发明专利公开了一种的铲斗定位装置及方法，该铲斗定位装置包括：回转平台角度传感器、动臂姿态传感器、斗杆姿态传感器、铲斗姿态传感器、整机方向测量装置，用以测量该反铲挖掘机的转动机座的航向角、俯仰角以及横滚角的角度信息；该系统通过上述传感器计算铲斗空间位置并结合整机重量等参数计算理论上能够达到的最大挖掘力并通过语音提示方式通知驾驶员调整整机工作姿态，从而实现最大挖掘力。

上述系统存在以下缺点：

1、系统复杂，需安装回转平台角度传感器、动臂姿态传感器、斗杆姿态传感器、铲斗姿态传感器、整机方向测量装置，这些传感器的使用造成系统成本过高，难以接受。

2、控制目标不合理，根据整机姿态计算理论最大挖掘力并引导驾驶员趋近最大挖掘机这一方法并不可取，很多情况下并不需要整机发挥最大挖掘力就能够完成相应的工作，片面追求最大挖掘力反而有可能造成整机作了多余的功，或者引起额外的外在阻力的增加，造成能量的多余消耗。整机的优化指标应是使挖掘阻力最小化。

3、反馈方式不合理，挖掘过程时间较短，驾驶员听到语音提示再进行操作往往已经错过时机。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种挖掘机斗杆挖掘阻力优化控制方法及控制系统，以便通过较为简单的控制系统与控制逻辑，实现较好的控制效果，实现挖掘机在进行斗杆回收挖掘机作业时自动优化降低铲斗的挖掘阻力。

本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种挖掘机斗杆挖掘阻力优化控制方法，其特征在于包括以下步骤：挖掘机上的控制器检测挖掘机的工作参数信号并判断挖掘机的工作状态，当挖掘机处于斗杆回收挖掘工况时，控制器通过铲斗姿态测量部件检测铲斗相对斗杆的姿态并将其与预设姿态进行比较，若铲斗相对斗杆的姿态与预设姿态不一致时所述控制器输出铲斗动作控制信号通过铲斗控制主阀控制铲斗油缸驱动铲斗转动至铲斗相对斗杆的姿态与预设姿态一致。

进一步地，上述挖掘机斗杆挖掘阻力优化控制方法中，当控制器检测到电比例先导手柄仅输出斗杆回收动作的先导控制信号且主泵的泵口压力大于预设值时判断为斗杆回收挖掘工况。

进一步地，上述挖掘机斗杆挖掘阻力优化控制方法中，所述铲斗姿态测量部件是用于检测铲斗与斗杆之间相对夹角的角度传感器，当挖掘机处于斗杆回收挖掘工况时所述控制器通过角度传感器检测铲斗与斗杆之间的相对角度，采用闭环控制输出控制信号直到铲斗与斗杆的相对角度与预设姿态一致。或者所述铲斗姿态测量部件是内置于铲斗油缸内用于检测铲斗油缸活塞杆伸出量的位移检测传感器；当挖掘机处于斗杆回收挖掘工况时所述控制器通过所述位移检测传感器检测铲斗油缸活塞伸出量，采用闭环控制输出控制信号直到铲斗油缸活塞伸出量与预设姿态一致。

进一步地，上述挖掘机斗杆挖掘阻力优化控制方法中，所述控制器输出铲斗动作控制信号控制比例电磁阀，所述比例电磁阀连接在所述铲斗控制主阀的先导控制油路上。

本发明为实现其目的的技术方案是这样的：一种挖掘机斗杆挖掘阻力优化控制系统，包括连接在铲斗油缸与主泵之间的铲斗控制主阀、设置在铲斗控制主阀的先导控制油路上且与控制器连接的比例电磁阀、与控制器连接的电比例先导手柄、与控制器连接且设置在所述主泵上用于检测主泵泵口压力的压力传感器，其特征在于还包括与所述控制器连接用于检测铲斗相对斗杆的姿态的铲斗姿态测量部件，所述控制器依据电比例先导手柄的输出信号和压力传感器检测到的主泵泵口压力判断挖掘机的工作状态，当挖掘机处于斗杆回收挖掘工况时，控制器通过铲斗姿态测量部件检测铲斗相对斗杆的姿态并将其与预设姿态进行比较，若铲斗相对斗杆的姿态与预设姿态不一致时所述控制器向比例电磁阀输出铲斗动作控制信号通过铲斗控制主阀控制铲斗油缸驱动铲斗转动至铲斗相对斗杆的姿态与预设姿态一致。

进一步地，上述挖掘机斗杆挖掘阻力优化控制系统中，其特征在于所述控制器检测到电比例先导手柄仅输出斗杆回收动作的先导控制信号且主泵的泵口压力大于预设值时判断为斗杆回收挖掘工况。

进一步地，上述挖掘机斗杆挖掘阻力优化控制系统中，铲斗姿态测量部件是设置在所述铲斗与斗杆铰接处的角度传感器或所述铲斗姿态测量部件是内置于铲斗油缸内用于检测铲斗油缸活塞杆伸出量的位移检测传感器。

本发明与现有技术相比，本发明解决了当挖掘机处于斗杆回收挖掘工况时，自动调整铲斗相对斗杆的姿态，降低斗杆回收挖掘时的阻力，提高挖掘机的作业效率和降低油耗。

附图说明

图1是本发明挖掘机斗杆挖掘阻力优化控制系统的原理图。

图中零部件名称及序号：

位移检测传感器1、控制器2、压力传感器3、电比例先导手柄4、比例电磁阀5、铲斗控制主阀6、铲斗油缸7、主泵8。

具体实施方式

下面结合附图说明具体实施方案。

如图1所示，本实施例中的挖掘机斗杆挖掘阻力优化控制系统包括连接在铲斗油缸7与主泵8之间的铲斗控制主阀6、设置在铲斗控制主阀6的先导控制油路上且与控制器2连接的比例电磁阀5、与控制器2连接的电比例先导手柄4、与控制器2连接且设置在主泵上用于检测主泵泵口压力的压力传感器3，在铲斗油缸内的铲斗油缸活塞杆位移检测传感器。在正常工作情况下，操作者通过操作电比例先导手柄4，电比例先导手柄4输出相应的电控信号，包括铲斗动作控制信号、斗杆动作控制信号、动臂动作控制信号、行走动作控制信号、回转动作控制信号等等，其中铲斗动作控制信号传递至设置在铲斗控制主阀6的先导控制油路上的比例电磁阀5的电磁控制端，从而控制铲斗控制主阀的工作位，进而通过铲斗油缸的伸缩驱动铲斗相对斗杆转动，从而控制铲斗相对斗杆的姿态。

在本发明中，控制器内预设了铲斗相对斗杆姿态的预设值，也即铲斗油缸活塞杆伸出量的预设值。挖掘机仅作斗杆回收动作进行挖掘时，铲斗油缸活塞杆的伸出量与预设值一致时，铲斗的挖掘阻力最小，铲斗相对斗杆姿态的预设值根据斗形的不同而有所不同，可在挖掘机铲斗设计制造时通过试验或计算进行确定。

在本发明中，挖掘机进行斗杆回收挖掘时铲斗阻力优化控制方法如下：

控制器判断挖掘机是否处于斗杆回收挖掘工况，当控制器检测到电比例先导手柄4仅输出斗杆回收动作的先导控制信号，没有输出铲斗动作控制信号、动臂动作控制信号等其他控制信号，且控制器通过压力传感器检测到主泵压力大于预设值(例如大于18MPa)时，判定为挖掘机是在进行斗杆回收挖掘作业。当控制器判定挖掘机是在进行斗杆回收挖掘作业时，控制器通过位移检测传感器检测铲斗油缸的活塞杆伸出长度，进而判断铲斗与斗杆的相对姿态，并与预设值进行对比，若铲斗相对斗杆的姿态与预设值一致时，则保持铲斗当前姿态，若铲斗相对斗杆的姿态与预设值不一致时，控制器输出铲斗动作控制信号至比例电磁阀5，从而控制铲斗控制主阀6，进而控制铲斗油缸的伸缩驱动铲斗转动，最终使铲斗相对斗杆的姿态与预设姿态一致。控制器输出铲斗动作控制信号使铲斗相对斗杆的姿态与预设姿态一致这一控制过程采用闭环控制。在任何时刻，当控制器检测到电比例先导手柄4有斗杆动作控制信号之外的其他动作控制信号输出时，则判定挖掘机处于非斗杆回收挖掘工况，控制器则依据电比例先导手柄4输出的各动作控制信号输出对应的控制器信号，实现挖掘机上的各动作。

在本实施例中，位移检测传感器1还可以使用检测铲斗与斗杆之间相对角度的角度传感器来检测确定铲斗相对斗杆的姿态。

在本发明中，当挖掘机处于斗杆回收挖掘工况时，自动调整铲斗相对斗杆的姿态，降低斗杆回收挖掘时的阻力，提高挖掘机的作业效率和降低油耗。

Claims (8)

1.一种挖掘机斗杆挖掘阻力优化控制方法，其特征在于包括以下步骤：挖掘机上的控制器检测挖掘机的工作参数信号并判断挖掘机的工作状态，当挖掘机处于斗杆回收挖掘工况时，控制器通过铲斗姿态测量部件检测铲斗相对斗杆的姿态并将其与预设姿态进行比较，若铲斗相对斗杆的姿态与预设姿态不一致时所述控制器输出铲斗动作控制信号通过铲斗控制主阀控制铲斗油缸驱动铲斗转动至铲斗相对斗杆的姿态与预设姿态一致。

2.根据权利要求1所述的挖掘机斗杆挖掘阻力优化控制方法，其特征在于当控制器检测到电比例先导手柄仅输出斗杆回收动作的先导控制信号且主泵的泵口压力大于预设值时判断为斗杆回收挖掘工况。

3.根据权利要求1所述的挖掘机斗杆挖掘阻力优化控制方法，其特征在于所述铲斗姿态测量部件是用于检测铲斗与斗杆之间相对夹角的角度传感器，当挖掘机处于斗杆回收挖掘工况时所述控制器通过角度传感器检测铲斗与斗杆之间的相对角度，采用闭环控制输出控制信号直到铲斗与斗杆的相对角度与预设姿态一致。

4.根据权利要求1所述的挖掘机斗杆挖掘阻力优化控制方法，其特征在于所述铲斗姿态测量部件是内置于铲斗油缸内用于检测铲斗油缸活塞杆伸出量的位移检测传感器；当挖掘机处于斗杆回收挖掘工况时所述控制器通过所述位移检测传感器检测铲斗油缸活塞伸出量，采用闭环控制输出控制信号直到铲斗油缸活塞伸出量与预设姿态一致。

5.根据权利要求3或4所述的挖掘机斗杆挖掘阻力优化控制方法，其特征在于所述控制器输出铲斗动作控制信号控制比例电磁阀(5)，所述比例电磁阀(5)连接在所述铲斗控制主阀的先导控制油路上。

6.一种挖掘机斗杆挖掘阻力优化控制系统，包括连接在铲斗油缸与主泵之间的铲斗控制主阀、设置在铲斗控制主阀的先导控制油路上且与控制器连接的比例电磁阀、与控制器连接的电比例先导手柄、与控制器连接且设置在所述主泵上用于检测主泵泵口压力的压力传感器，其特征在于还包括与所述控制器连接用于检测铲斗相对斗杆的姿态的铲斗姿态测量部件，所述控制器依据电比例先导手柄的输出信号和压力传感器检测到的主泵泵口压力判断挖掘机的工作状态，当挖掘机处于斗杆回收挖掘工况时，控制器通过铲斗姿态测量部件检测铲斗相对斗杆的姿态并将其与预设姿态进行比较，若铲斗相对斗杆的姿态与预设姿态不一致时所述控制器向比例电磁阀(5)输出铲斗动作控制信号通过铲斗控制主阀控制铲斗油缸驱动铲斗转动至铲斗相对斗杆的姿态与预设姿态一致。

7.根据权利要求6所述的挖掘机斗杆挖掘阻力优化控制系统，其特征在于所述控制器检测到电比例先导手柄仅输出斗杆回收动作的先导控制信号且主泵的泵口压力大于预设值时判断为斗杆回收挖掘工况。

8.根据权利要求6所述的挖掘机斗杆挖掘阻力优化控制系统，其特征在于铲斗姿态测量部件是设置在所述铲斗与斗杆铰接处的角度传感器或所述铲斗姿态测量部件是内置于铲斗油缸内用于检测铲斗油缸活塞杆伸出量的位移检测传感器。