CN108999237B - 一种液压挖掘机用智能控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液压挖掘机智能控制系统及其控制方法。包括:比例变量泵,主动补偿负载敏感模块,整机控制器,控制手柄,脚踏阀以及油缸、马达等液压元件。通过整机控制器检测油缸或(及)马达的负载工况,并和主动补偿负载敏感模块输入的数据信息进行分析和运算处理,并将处理结果转换成控制信号,输出给变量泵、和主动补偿负载敏感模块,实现对系统的控制。该系统及其控制方法解决了液压挖掘机负载敏感系统存在的反馈油路波动、响应速度受管路长短影响而导致的系统匹配困难、响应不及时等问题,提升系统传动效率,降低流量损失,减少系统发热,实现节能的效果。
Description
技术领域
本发明涉及液压挖掘机领域,具体是应用于液压挖掘机上的一种智能控制系统及控制方法。
背景技术
挖掘机包含行走、回转、斗杆、动臂、铲斗等执行动作,各动作的执行是通过高压、大流量的液压系统得以实现。目前,挖掘机采用负载敏感形式的液压系统,该形式的液压系统可以实现多执行元件在不同负载压力下的复合动作,满足挖掘机的施工需求。但由于该系统是依靠液压油通过自身的管路和阻尼来传递压力反馈信号,达到对系统流量分配的控制。这种控制方式存在反馈油路波动、响应速度受管路长短影响而导致的系统匹配困难、响应不及时等不足,造成液压系统的传动效率低、流量损失大、发热严重等问题。
发明内容
针对上述负载敏感液压系统存在的问题,本发明提供一种液压挖掘机用智能控制系统及控制方法,旨在解决挖掘机负载敏感液压系统传动效率低、流量损失大、发热严重等问题。
本发明是以如下技术方案实现的:一种液压挖掘机智能控制系统,包括:右手柄、右脚踏阀、左脚踏阀、左手柄、安全阀、吸油过滤器、液压油箱、比例变量泵、发动机、单向阀、主动补偿负载敏感模块、回转液压马达、斗杆油缸、动臂油缸、铲斗油缸、左行走液压马达、右行走液压马达、回转接头和整机控制器。
比例变量泵与发动机的输出轴连接,其输入端通过吸油过滤器与液压油箱连接,输出端通过单向阀与主动补偿负载敏感模块的进油口P连接;安全阀安装在单向阀与主动补偿负载敏感模块进油口P之间;主动补偿负载敏感模块的A、B口为液压油输出口,分别和回转液压马达、斗杆油缸、动臂油缸、铲斗油缸、左行走液压马达、右行走液压马达两端的油口连接,其中,和左行走液压马达、右行走液压马达连接时,需要通过回转接头进行连接;主动补偿负载敏感模块的T口为回油口,和液压油箱连接;整机控制器和右手柄、右脚踏阀、左脚踏阀、左手柄、比例变量泵、发动机、主动补偿负载敏感模块、回转液压马达、斗杆油缸、动臂油缸、铲斗油缸、左行走液压马达、右行走液压马达连接。
进一步,主动补偿负载敏感模块包括多路阀、电动机/发电机、转速转矩仪与能量转换元件。
进一步,电动机/发电机通过联轴器与转速转矩仪连接,转速转矩仪通过联轴器与能量转换元件相连接,多路阀通过管路与能量转换元件相连接。
进一步,能量转换元件工作在马达工况时,把液压能转换为机械能;工作在泵工况时,把机械能转换为液压能。
一种液压挖掘机用智能控制系统的控制方法,使用上述的液压挖掘机智能控制系统,包括如下步骤:
挖掘机执行动作时,手柄或脚踏阀将动作执行信号传递给比例变量泵、整机控制器以及主动补偿负载敏感模块,相关油缸、马达等执行单元开始动作。在执行动作时,主动补偿负载敏感模块通过模块中的电动机/发电机、转速转矩仪、能量转换元件采集液压系统的压力和流量数据,并将数据传递给整机控制器。整机控制器检测正在执行动作的油缸或(及)马达的负载工况,并和主动补偿负载敏感模块输入的数据信息进行分析和运算处理,并将处理结果转换成控制信号,输出给变量泵、和主动补偿负载敏感模块,实现对系统的控制。
进一步,当挖掘机执行行走动作时,脚踏阀产生先导压力油信号,先导压力油控制多路阀的阀芯位置,实现行走的方向和速度控制,整机控制器根据采集的整机的执行元件的压力信号进行运算处理,输出的控制信号对变量泵和主动补偿负载敏感模块进行控制。主动补偿负载敏感模块通过回转接头与行走马达连接。
进一步,当挖掘机执行回转动作时,多路阀由左手柄先导压力油进行控制,实现回转方向和速度的控制,整机控制器根据负载的压力信号进行运算处理,输出的控制信号对变量泵和主动补偿负载敏感模块进行控制。
进一步,当挖掘机执行动臂动作时,多路阀由右手柄先导压力油进行控制,实现动臂油缸速度和方向的控制,整机控制器根据负载的工况进行运算和处理,输出的控制信号对变量泵和主动补偿负载敏感模块进行控制。
进一步,当挖掘机执行铲斗动作时,右手柄的先导压力油控制多路阀的换向和位置,实现对铲斗油缸速度和方向的控制,整机控制器根据负载的工况进行运算和处理,输出的控制信号对变量泵和主动补偿负载敏感模块进行控制。
进一步,当挖掘机斗杆动作时,左手柄的先导压力油控制多路阀的换向和位置,实现对斗杆油缸速度和方向的控制,整机控制器根据负载的工况进行运算和处理,输出的控制信号对变量泵和主动补偿负载敏感模块进行控制。
进一步,当挖掘机复合动作时,右手柄、右脚踏阀、左脚踏阀、左手柄通过驾驶员操作产生控制信号,控制信号输入给整机控制器,整机控制器根据控制信号、以及采集的油缸或(和)马达执行元件状态参数经过运算处理,输出控制信号对变量泵和主动补偿负载敏感模块进行控制。
本发明的有益效果是:以主动补偿负载敏感模块和整机控制器采集压力、流量信号,解决了现有负载敏感挖掘机动力系统反馈油路波动和响应速度受管路长短的影响,提升传动效率,降低流量损失,减少系统发热,实现节能效果。
附图说明
图1是本发明的原理示意图
图中:1、右手柄、2右脚踏阀、3左脚踏阀、4左手柄、5安全阀、6吸油过滤器、7液压油箱、8比例变量泵、9发动机、10单向阀、11主动补偿负载敏感模块、12回转液压马达、13斗杆油缸、14动臂油缸、15铲斗油缸、16左行走液压马达、17右行走液压马达、18回转接头、19整机控制器
图2是主动补偿负载敏感模块的原理示意图
图中:11-1多路阀、11-2电动机/发电机、11-3转速转矩仪、11-4能量转换元件。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,所述实施例仅是本发明一部分实施例,而不是全部实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性质的,不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
具体实施方式:
如图1所示,一种液压挖掘机智能控制系统包括右手柄1、右脚踏阀2、左脚踏阀3、左手柄4、安全阀5、吸油过滤器6、液压油箱7、比例变量泵8、发动机9、单向阀10、主动补偿负载敏感模块11、回转液压马达12、斗杆油缸13、动臂油缸14、铲斗油缸15、左行走液压马达16、右行走液压马达17、回转接头18和整机控制器19;所述的比例变量泵8与发动机9的输出轴连接,其输入端通过吸油过滤器6与液压油箱7连接,输出端通过单向阀10与主动补偿负载敏感模块11的进油口P连接;所述的安全阀5安装在单向阀10与主动补偿负载敏感模块进油口P之间;所述的主动补偿负载敏感模块11的A、B口为液压油输出口,分别和回转液压马达12、斗杆油缸13、动臂油缸14、铲斗油缸15、左行走液压马达16、右行走液压马达17两端的油口连接;所述的主动补偿负载敏感模块11的T口为回油口,和液压油箱7连接;所述的整机控制器19和右手柄1、右脚踏阀2、左脚踏阀3、左手柄4、比例变量泵8、发动机9、主动补偿负载敏感模块11、回转液压马达12、斗杆油缸13、动臂油缸14、铲斗油缸15、左行走液压马达16、右行走液压马达17连接。
如图2所示,多路阀11-1、电动机/发电机11-2、转速转矩仪11-3、能量转换元件11-4构成主动补偿负载敏感模块11。电动机/发电机11-2通过联轴器与转速转矩仪11-3连接,转速转矩仪11-3通过联轴器与能量转换元件11-4相连接,多路阀11-1通过管路与能量转换元件11-4相连接。其中,能量转换元件11-4工作在马达工况时,把液压能转换为机械能;工作在泵工况时,把机械能转换为液压能。
使用上述实施例液压挖掘机智能控制系统对液压挖掘机进行智能控制的具体方法如下:
挖掘机执行动作时,手柄或脚踏阀将动作执行信号传递给比例变量泵、整机控制器以及主动补偿负载敏感模块,相关油缸、马达等执行单元开始动作
在执行动作时,主动补偿负载敏感模块通过模块中的电动机/发电机、转速转矩仪、能量转换元件采集液压系统的压力和流量数据,并将数据传递给整机控制器
整机控制器检测正在执行动作的油缸或(及)马达的负载工况,并和主动补偿负载敏感模块输入的数据信息进行分析和运算处理,并将处理结果转换成控制信号,输出给变量泵、和主动补偿负载敏感模块,实现对系统的控制。
当挖掘机在执行单一动作时,即:在执行行走动作时,脚踏阀2、3产生先导压力油信号,先导压力油控制多路阀11-1的阀芯位置,实现行走的方向和速度控制,整机控制器19根据采集的整机的执行元件的压力信号进行运算处理,输出的控制信号对变量泵8和主动补偿负载敏感模块11进行控制。主动补偿负载敏感模块11通过回转接头与行走马达相连接。当挖掘机在执行回转动作时,多路阀11-1由左手柄4先导压力油进行控制,实现回转方向和速度的控制,整机控制器19根据负载的压力信号进行运算处理,输出的控制信号对变量泵8和主动补偿负载敏感模块11进行控制。当挖掘机在执行动臂动作时,多路阀11-1由右手柄1先导压力油进行控制,实现动臂油缸速度和方向的控制,整机控制器根据负载的工况进行运算和处理,输出的控制信号对变量泵8和主动补偿负载敏感模块11进行控制;当挖掘机在执行铲斗动作时,右手柄1的先导压力油控制多路阀11-1的换向和位置,实现对铲斗油缸速度和方向的控制,整机控制器19根据负载的工况进行运算和处理,输出的控制信号对变量泵8和主动补偿负载敏感模块11进行控制;当挖掘机在执行斗杆动作时,左手柄4的先导压力油控制多路阀11-1的换向和位置,实现对斗杆油缸速度和方向的控制,整机控制器19根据负载的工况进行运算和处理,输出的控制信号对变量泵8和主动补偿负载敏感模块11进行控制。当挖掘机执行复合动作时,右手柄1、右脚踏阀2、左脚踏阀3、左手柄4通过驾驶员操作产生控制信号,控制信号输入给整机控制器19,整机控制器19根据控制信号、以及采集的油缸或(和)马达执行元件状态参数经过运算处理,输出控制信号,来控制比例变量泵8、主动补偿负载敏感模块11,实现系统在流量和压力上的的自动匹配。
Claims (10)
1.一种液压挖掘机智能控制系统,其特征在于:包括右手柄(1)、右脚踏阀(2)、左脚踏阀(3)、左手柄(4)、安全阀(5)、吸油过滤器(6)、液压油箱(7)、比例变量泵(8)、发动机(9)、单向阀(10)、主动补偿负载敏感模块(11)、回转液压马达(12)、斗杆油缸(13)、动臂油缸(14)、铲斗油缸(15)、左行走液压马达(16)、右行走液压马达(17)、回转接头(18)和整机控制器(19);所述的比例变量泵(8)与发动机(9)的输出轴连接,其输入端通过吸油过滤器(6)与液压油箱(7)连接,输出端通过单向阀(10)与主动补偿负载敏感模块(11)的进油口P连接;所述的安全阀(5)安装在单向阀(10)与主动补偿负载敏感模块进油口P之间;所述的主动补偿负载敏感模块(11)的A、B口为液压油输出口,分别和回转液压马达(12)、斗杆油缸(13)、动臂油缸(14)、铲斗油缸(15)、左行走液压马达(16)、右行走液压马达(17)两端的油口连接;所述的主动补偿负载敏感模块(11)的T口为回油口,和液压油箱(7)连接;所述的整机控制器(19)和右手柄(1)、右脚踏阀(2)、左脚踏阀(3)、左手柄(4)、比例变量泵(8)、发动机(9)、主动补偿负载敏感模块(11)、回转液压马达(12)、斗杆油缸(13)、动臂油缸(14)、铲斗油缸(15)、左行走液压马达(16)、右行走液压马达(17)连接。
2.根据权利要求1所述的液压挖掘机智能控制系统,其特征在于,所述的主动补偿负载敏感模块包括多路阀(11-1)、电动机/发电机(11-2)、转速转矩仪(11-3)和能量转换元件(11-4);所述的电动机/发电机(11-2)通过联轴器与转速转矩仪(11-3)连接,转速转矩仪(11-3)通过联轴器与能量转换元件(11-4)相连接,多路阀(11-1)通过管路与能量转换元件(11-4)相连接。
3.根据权利要求1所述的液压挖掘机智能控制系统,其特征在于,所述的主动补偿负载敏感模块的A、B口通过回转接头和左行走液压马达、右行走液压马达进行连接。
4.一种液压挖掘机智能控制方法,其特征在于,使用权利要求1所述的液压挖掘机智能控制系统,具体包括以下步骤:
挖掘机执行动作时,手柄或脚踏阀将动作执行信号传递给比例变量泵、整机控制器以及主动补偿负载敏感模块,相关油缸、马达执行单元开始动作
在执行动作时,主动补偿负载敏感模块通过模块中的电动机/发电机、转速转矩仪、能量转换元件采集液压系统的压力和流量数据,并将数据传递给整机控制器
整机控制器检测正在执行动作的油缸和/或马达的负载工况,并和主动补偿负载敏感模块输入的数据信息进行分析和运算处理,并将处理结果转换成控制信号,输出给变量泵、和主动补偿负载敏感模块,实现对系统的控制。
5.根据权利要求4所述的液压挖掘机智能控制方法,其特征在于,当挖掘机执行行走动作时,脚踏阀产生先导压力油信号,先导压力油控制多路阀的阀芯位置,实现行走的方向和速度控制,整机控制器根据采集的整机的执行元件的压力信号进行运算处理,输出的控制信号对变量泵和主动补偿负载敏感模块进行控制; 主动补偿负载敏感模块通过回转接头与行走马达连接。
6.根据权利要求4所述的液压挖掘机智能控制方法,其特征在于,当挖掘机执行回转动作时,多路阀由左手柄先导压力油进行控制,实现回转方向和速度的控制,整机控制器根据负载的压力信号进行运算处理,输出的控制信号对变量泵和主动补偿负载敏感模块进行控制。
7.根据权利要求4所述的液压挖掘机智能控制方法,其特征在于,当挖掘机执行动臂动作时,多路阀由右手柄先导压力油进行控制,实现动臂油缸速度和方向的控制,整机控制器根据负载的工况进行运算和处理,输出的控制信号对变量泵和主动补偿负载敏感模块进行控制。
8.根据权利要求4所述的液压挖掘机智能控制方法,其特征在于,当挖掘机执行铲斗动作时,右手柄的先导压力油控制多路阀的换向和位置,实现对铲斗油缸速度和方向的控制,整机控制器根据负载的工况进行运算和处理,输出的控制信号对变量泵和主动补偿负载敏感模块进行控制。
9.根据权利要求4所述的液压挖掘机智能控制方法,其特征在于,当挖掘机斗杆动作时,左手柄的先导压力油控制多路阀的换向和位置,实现对斗杆油缸速度和方向的控制,整机控制器根据负载的工况进行运算和处理,输出的控制信号对变量泵和主动补偿负载敏感模块进行控制。
10.根据权利要求4所述的液压挖掘机智能控制方法,其特征在于,当挖掘机复合动作时,左手柄、右手柄、左脚踏阀、右脚踏阀通过驾驶员操作产生控制信号,控制信号输入给整机控制器,整机控制器根据控制信号、以及采集的油缸和/或马达执行元件状态参数经过运算处理,输出控制信号对变量泵和主动补偿负载敏感模块进行控制。
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