CN109196233B - 用于操作液压缸的改进装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种运载工具，包括具有活塞的液压缸、控制器和活塞位置传感器，其中运载工具设置成通过使用液压缸来运载附件，并且其中控制器构造成：接收活塞位置信息；确定活塞的移动方向；以及如果活塞位置等于在移动方向上的离液压缸的端壁的止动距离，则中止移动。

Description

用于操作液压缸的改进装置和方法
技术领域
本申请涉及液压缸的操作，特别地涉及改进用于操作运载附件的吊杆的液压缸的操作。
背景技术
当前的液压缸在移动时和操作期间均经受震动。特别地，在缸体的活塞移动至端部位置时，缸体的端壁经受震动。然而，操作者难以始终知晓或能够观察到他何时正接近缸体的端部位置，并且全程运转活塞可能损伤或者增大缸体以及可能地还有所连接的部件(例如枢转销和联接件)的磨损。
为了克服这个缺点，现有技术方案提供软止动功能，其中在活塞到达端部位置时活塞的移动自动减慢，由此减小端壁和活塞在它们接触时所经受的力。
然而，软止动功能仅减小在活塞到达端壁时的力，而不保护缸体免受在操作期间经历的震动或振动的影响。
因而，需要一种软止动件的替代或附加方案，以克服现有技术的缺点。
发明内容
在此，本教导的一个目的是解决、减轻或至少减少背景技术的缺点，该目的通过本发明的运载工具和用于运载工具的方法而实现。本文教导的第一方面提供了一种运载工具，所述运载工具包括具有活塞的液压缸、控制器和活塞位置传感器，其中运载工具被设置成通过使用液压缸来运载附件，并且其中控制器被构造成：接收活塞位置信息；确定活塞的移动方向；以及如果活塞位置等于在移动方向上的离液压缸的端壁的止动距离，则中止移动以使活塞停止在止动距离处。
第二方面提供了一种用于运载工具的方法，所述运载工具包括具有活塞的液压缸、控制器和活塞位置传感器，其中运载工具被设置成通过使用液压缸来运载附件，其中所述方法包括：接收活塞位置信息；确定活塞的移动方向；以及如果活塞位置等于在移动方向上的离液压缸的端壁的止动距离，则中止移动以使活塞停止在止动距离处。
一个优点是减小了液压缸的磨损，同时增大了运载工具的可使用性。
根据下列详细公开及附图，所公开实施例的其他特征和优点将显而易见。
附图说明
下文将参考附图描述本发明，在附图中：
图1示出了根据本文教导的一个实施例的远程拆除机器人；
图2示出了根据本文教导的一个实施例的用于远程拆除机器人的远程控制部22；
图3示出了根据本文教导的一个实施例的机器人的示意图；
图4示出了根据本文教导的一个实施例的液压缸的示意图；以及
图5示出了根据本文教导的一个实施例的基本方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了用于附件(例如工作工具或负载)的运载工具的示例，在本示例中所述运载工具是远程拆除机器人10，下文简称为机器人10。虽然本文描述聚焦在拆除机器人，但是本教导也可以应用于任何工程车辆，举几个例子来说诸如挖掘机、反铲装载机和装载机，这些都是设置成在被液压地控制的臂或吊杆系统上运载附件(例如工具或负载)的运载工具的示例。
作为运载工具的示例，机器人10包括一个或多个机器人部件(例如臂11)，臂11可能包括一个(或多个)机器臂部件。一个部件可以是用于保持附件11b(图1中未示出，参见图3)的附件工具保持器11a。举几个例子来说，附件11b可以是诸如液压破碎机或锤、切割机、混凝土旋转切割器、锯或挖土铲斗的工具。附件还可以是由机器人10运载的有效载荷。
至少一个臂11能够通过至少一个液压缸12而可移动地操作。液压缸通过收纳在机器人10内的液压阀组13而得以控制。
液压阀组13包括用于控制提供至例如相应液压缸12的液压流体(油)的流动的一个或多个阀13a。
机器人10包括使得机器人10能够移动的履带轨道14。机器人10可以替代地或附加地具有使得其能够移动的轮子，轮子和履带轨道这两者都是驱动器件的示例。机器人还可以包括可以单独地(或共同地)延伸以稳定机器人10的悬臂梁15。
机器人10被可操作地连接至履带轨道14和液压阀组13的驱动系统16驱动。在由电池和/或连接至电力网(未示出)的电缆19供电的电驱动机器人10的情况下，驱动系统16可以包括电动机；或者在由燃烧供能机器人10的情况下，驱动系统可以包括用于燃料罐和引擎的隔室。
机器人10的主体可以包括其上设置臂11的塔架10a、以及其上设置履带轨道14的底座10b。塔架10a设置成相对于底座10b可旋转，这使得操作者能够在除了履带轨道14方向的方向上转动臂11。
机器人10的操作由一个或多个控制器17控制，所述控制器包括至少一个处理器或其他可编程逻辑单元，并且可能还包括存储器模块，所述存储器模块用于存储何时执行由所述至少一个处理器或其他可编程逻辑单元控制拆除机器人10的功能的指令。所述一个或多个控制器17在下文中将被称为与执行该操作的处理器没有区别的同一控制器17。应当注意到，执行任务可以在各控制器之间进行分割，其中各控制器将交换数据和/或命令以执行任务。
机器人10包括控制界面22，所述控制界面可以是远程控制部(参见图2)，但是如本领域技术人员应当理解的，控制界面也可以是杆、按钮以及可能地转向盘的配置。
机器人10还可以包括无线电模块18。无线电模块18可以用于与远程控制部(参见图2，附图标记为22)通信，用于接收由控制器17执行的命令。无线电模块可以构造成根据低能无线电频率通信标准(例如
Figure GDA0002393427010000041
或
Figure GDA0002393427010000042
)而操作。替代地或附加地，无线电模块18可以构造成根据蜂窝通信标准(例如GSM(全球移动系统)或LTE(长期演进技术))而操作。
为了有线地控制机器人10，远程控制部22可以替代地通过或沿着电缆19连接。机器人还可以包括人机界面(HMI)，所述人机界面可以包括诸如止动按钮20的控制按钮和诸如警告灯21的灯光指示器。
图2示出了用于远程拆除机器人(例如图1中的机器人10)的远程控制部22。远程控制部22具有用于向操作者提供信息的一个或多个显示器23、以及用于从操作者接收命令的一个或多个控件24。控件24包括一个或多个操纵杆，例如如图2中所示的左操纵杆24a和右操纵杆24b，作为第一操纵杆24a和第二操纵杆24b的示例。应当注意到，标注左右操纵杆仅是用于区分两个操纵杆24a、24b的标记。操纵杆24a、24b还可以设置有顶部控制开关25。操纵杆24a、24b以及顶部控制开关25用于向机器人10提供操纵命令。控制开关24可以用于从多种操作模式中选择一种，其中操作模式确定何种控制输入对应于何种动作。
如上文涉及的，远程控制部22可以看作是机器人10的一部分，因为所述远程控制部可以是机器人10的控制面板。
远程控制部22因而构造成将诸如命令的控制信息提供至机器人10，该信息由控制器17解读，以致使机器人10根据远程控制部22的致动而操作。
图3示出了运载工具(例如根据图1的机器人10)的示意图。图3中示出了履带轨道14、悬臂梁15、臂11和液压缸12。还示出了呈锤11b形式的附件11b(涂上阴影以示出其是任选的)。
在控制器17接收例如涉及移动机器人部件11的输入时，根据待进行的移动或操作来控制相应的阀13a打开或关闭。
图4示出了液压缸12的示意图。液压缸12包括缸筒12a，在所述缸筒中连接至活塞杆12c的活塞12b前后移动。缸筒12a的一端由缸底(也称为帽)12d封闭，另一端由缸顶(也称为密封压盖)12e封闭，在所述缸顶处活塞杆12c从液压缸中出来。通过使用滑环和密封件，活塞12b将缸筒12a内部分成两个室，底部室(帽端)12f和活塞杆侧室(杆端/顶端)12g。液压缸12从加压的液压流体(如由波浪线标注为灰色的区域所述)获得动力，所述加压的液压流体通常是油，通过相应的供油端口12h、12i而泵送至任一室12f、12g中，以在任一方向上移动活塞杆。通过液压流体管道12l、12m供应的液压流体通过底部供油端口12h而泵送至底部室12f中以延伸活塞杆，以及通过顶部供油端口12i而泵送至顶端中以缩回活塞杆12c。
液压缸12还设置有活塞位置传感器12j。存在活塞位置传感器的多种替代方案，包括各种磁、光和电设计。活塞位置传感器12j构造成可以通过确定活塞杆12c相对于缸筒12a的位置而确定活塞12b在缸筒12a中的位置。
活塞位置传感器12j可以是液压缸12的集成部件，或者其可以是附接至或组装在液压缸12上的附加部件。活塞位置传感器12j通信地连接至控制器17，以传输由控制器17接收的活塞位置信息，这使得控制器17能够确定活塞12b在缸筒12a中的位置。
活塞位置传感器12j还可以或者替代地设置为位于由液压缸12控制的两个臂部件11之间的角度检测器。由于对于固定的枢转点，角度与活塞位置直接成正比，因此通过知晓两个臂部件之间的角度，控制器可以确定活塞的位置。
发明者已经意识到，通过知晓活塞12b的位置，可以克服现有技术的缺点，特别是关于液压缸的磨损。如上文已经讨论的，随着缸体到达端部位置，当移动由端部停止时以及在工具的操作期间这两种情况下，该端的壁将受到很大的力，因为所有工具的移动和/或工具所经受的振动以及任何震动将传递至所述壁。
因而，通过将控制器17构造成(直接或间接)从活塞位置传感器12j接收关于活塞的活塞位置信息并且基于活塞位置信息而控制活塞12b的移动以使活塞停止在离液压缸12的端壁12d、12e具有距离d1、d2的位置处(即，在离底端壁12d或顶端壁12e中的任一者或两者具有距离d1、d2的位置处)，发明者提供了减少缸体的磨损的方法，并且还提供了操作的稳定性和顺畅性。这在液压缸12的端壁12d、12e和活塞12b之间提供了液压流体的缓冲或缓和。距离d1、d2被选择成使得液压流体的缓冲可以吸收活塞12b或相应的液压缸端壁(底端壁12d或顶端壁12e)所经受的任何震动，由此保护并减少活塞12b以及相应的端壁12d、12c这两者的磨损。即，距离d1、d2被选择成使得液压流体的缓冲防止活塞12b接触液压缸12的端壁12d、12e。在力作用在活塞12上时以及没有力作用在活塞上时这两种情况下，均防止了活塞与端壁12d、12e之间接触。作用在活塞上的力例如可能冲击或震动由活塞运载的工具(例如锤)的操作。
底部距离d1可以等于顶部距离d2，或者它们可以不同。具有不同的距离提供了增大臂部件或吊杆11的作用范围的可能性。例如，对于设置有锤的运载工具，可行的是与其上设置有锤的端部相对的端部设置成比其上设置有锤的端部经受更大的力。如果锤设置在活塞杆12c上或设置在连接至活塞杆12c的部件(图4中未示出)上，则顶部距离d2可以较小，例如为5mm，主要是免受移动震动的影响，而底部距离d1可以较大，例如为10mm，也免受待从锤的操作吸收的震动的影响。
这允许臂或吊臂11的作用范围增大或至少仅略减小，同时仍然允许减少磨损，并且增大操作的顺畅性。
在一个实施例中，距离d1或d2中的一者甚至可以是可忽略的并且接近0mm。在这样的实施例中，运载工具和液压缸可以依赖于操作者的技巧和/或软止动功能。
发明者还已经意识到，由于不同的工具具有不同的操作特征，因此控制器17还可以构造成根据正使用的附件的类型来确定底部距离d1和顶部距离d2中的一者或两者。
如果例如将使用经受猛烈的振动和震动的锤，则可以使用较大的距离，而如果将使用不经受猛烈的振动和震动的挖土铲斗，则可以使用较小的距离，由此维持或者至少仅略减小臂11的作用范围。
在这些实施例中，控制器17构造成接收对附件类型的指示、并且相应地设定距离。附件类型可以通过无线界面18接收，所述无线界面可以设置成与附件通信，例如通过读取设置在附件上的RFID标签。附件类型还可以或替代地通过操作者输入附件类型(可能地通过从可使用的工具/附件的列表中选择)由远程控制部22或HMI界面接收。
在一个实施例中，控制器17构造成根据下文给出的示例来设定底部距离d1和顶部距离d2中的一者或两者。
附件 距离
锤 D1
滚筒式切割机 D2
钢制剪切机 D3
刀具 D4
挖土铲斗 D5
有效载荷 D6
其中D1≥D2≥D3≥D4≥D5≥D6，并且其中D1、D2、D3、D4、D5和D6例如在1-30mm的范围内、在1-25mm的范围内、在1-20mm的范围内、在1-10mm的范围内、在1-5mm的范围内、在5-10mm的范围内、或者在其中的任何子范围内。应当注意到，这些范围是范围的示例，并且可以使用还在本文给出的范围之外的其他范围。
底部距离d1和/或顶部距离d2也可以根据正使用的液压软管而不同地设定。如果使用橡胶软管(该橡胶软管是弹性的并且因而提供一些挠性并且由此也提供一些阻尼)，则可以使用较小的距离d1、d2，而如果使用不可挠曲或者或多或少刚性的软管或管道，则可以使用较大的距离d1、d2。
运载工具因而构造成根据液压系统中使用的管道来调整止动距离d1、d2中的一者或两者。这可以由运载工具的设计者设定、由操作者输入、或者由控制器17在接收到关于正使用何种类型的管道的指示之后设定。如果已知一种类型的附件具有特定类型的管道，则在接收到附件类型时可以给出指示。
由于在作用范围和震动保护之间存在权衡，因此发明者已经意识到控制器可以构造成根据当前的操作而动态地设定止动距离d1、d2中的任一者或两者。这对于具有许多臂或吊杆的运载工具而言尤其有用，对于这样的运载工具组合的移动可能导致相同的作用范围但是要通过不同的构象(constellation)，其中经历大量震动的一个吊杆可以赋予较大的止动距离，而另一吊杆可以赋予较小的止动距离，由此维持相同的作用范围。
在一个这样的实施例中，控制器构造成从布置在液压缸12附近、之上或之中、或者甚至直接接触诸如由液压缸12运载的臂部件11或连接臂部件11的振动/震动传感器12k接收振动或震动指示，并且基于所述振动或震动指示而相应地调整止动距离d1、d2中的一者或两者，其中振动和/或震动的高水平(阈值之上)的幅度和/或频率或者所述幅度和/或频率的增大导致相应止动距离d1、d2的增大。
在一个这样的实施例中，控制器17构造成确定活塞仅很少到达止动距离，例如相对于移动次数到达止动距离的频率低于阈值，例如为5％或更低。如果确定了这种情况并且震动或振动高于阈值，则控制器17构造成增大止动距离，以在减小作用范围的代价下提供增大的阻尼，这应当几乎不产生后果，因为不使用或极少使用整个作用范围。类似地，如果控制器确定震动或振动低于阈值并且频繁地到达止动距离d1、d2，诸如相对于移动次数到达止动距离的频率高于阈值，例如为30％或更高，则控制器可以减小止动距离d1、d2中的一者或两者。在这样的实施例中，阈值可以基于当前使用的附件、当前使用的止动距离d1、d2和/或震动或振动的当前水平。
检测得的且要与阈值比较的震动或振动可以使用绝对值或平均值来进行比较。
应当注意，由于所谓的软止动移动控制器仅处理在工具或其他附件移动时经受的力，并且因而不如本文推荐的方案。而且，即使在使用软止动件的情况下，由于负载不同，不同的工具也可能需要不同的衬垫。在这种情况下，根据文本教导的运载工具可以根据附件的重量来设定止动距离，使得使用软止动件可能难以或不可能充分止动的沉重附件即使在使用软止动件时也在接触壁端之前停止，然而较小的负载可以操作或移动较小的或可忽略的止动距离。
图5示出了根据本文的基本方法的流程图。控制器可以任选地(如虚线所示)接收关于附件类型的指示(510)。随后，控制器基于附件类型设定止动距离。作为替代，止动距离可以设定为默认值。在运载工具操作期间，控制器从至少一个液压缸接收活塞位置信息，由此可以确定活塞的当前位置(520)。控制器还构造成确定活塞移动(530)、即液压缸致动，以及活塞沿哪个方向移动，并且响应于其而确定活塞是否处于离液压缸的一个端壁(在移动方向上)的止动距离处，并且如果是这样则中止或停止活塞的移动(540)。控制器可以构造成在活塞到达止动距离之前预先地中止活塞的移动，以确保活塞在到达止动距离之前有时间来停止。任选地，控制器还可以接收振动或震动传感器输入，并且基于此动态地调整止动距离(550)。
上文已经参考一些实施例主要地描述了本发明。然而，正如本领域技术人员容易理解的，除上文公开的实施例之外的其他实施例同样可以涵盖在如随附专利权利要求所限定的本发明范围内。

Claims (15)

1.一种运载工具(10)，包括具有活塞(12b)的液压缸(12)、控制器(17)和活塞位置传感器(12j)，其中运载工具(10)设置成通过使用液压缸(12)来运载附件(11b)，并且其中控制器(17)构造成：
接收活塞位置信息；
确定活塞(12b)的移动方向；以及
如果活塞位置等于在移动方向上的离液压缸(12)的端壁(12d、12e)的止动距离(d1、d2)，则中止移动以使活塞(12b)停止在止动距离(d1、d2)处。
2.根据权利要求1所述的运载工具(10)，其中，控制器还构造成接收关于附件类型的指示，并且根据附件类型设定止动距离(d1、d2)。
3.根据权利要求1所述的运载工具(10)，其中，止动距离(d1、d2)是与液压缸(12)的底端(12d)相关联的底部止动距离(d1)。
4.根据权利要求3所述的运载工具(10)，其中，止动距离(d1、d2)是与液压缸(12)的顶端(12e)相关联的顶部止动距离(d2)。
5.根据权利要求4所述的运载工具(10)，其中，顶部止动距离(d2)与底部止动距离(d1)不同。
6.根据权利要求4所述的运载工具(10)，其中，顶部止动距离(d2)与底部止动距离(d1)相等。
7.根据前述权利要求1-6中的任一项所述的运载工具(10)，还包括振动和/或震动传感器(12k)，其中控制器(17)还构造成接收振动和/或震动信息，并且基于此调整止动距离(d1、d2)。
8.根据权利要求7所述的运载工具(10)，其中，控制器还构造成接收关于附件类型的指示、并且根据附件类型设定止动距离(d1、d2)，并且其中控制器(17)还构造成基于超过振动和/或震动阈值的振动和/或震动信息而确定要调整止动距离(d1、d2)，其中振动和/或震动阈值基于附件类型。
9.根据权利要求7所述的运载工具(10)，其中，控制器(17)还构造成：
确定相对于移动次数到达止动距离(d1、d2)的频率是否低于频率阈值，并且
确定震动和/或振动信息是否高于震动和/或振动阈值，并且
如果是这样则增大止动距离(d1、d2)。
10.根据权利要求7所述的运载工具(10)，其中，控制器(17)还构造成：
确定相对于移动次数到达止动距离(d1、d2)的频率是否高于频率阈值，并且
确定震动和/或振动信息是否低于震动和/或振动阈值，并且
如果是这样则减小止动距离(d1、d2)。
11.根据前述权利要求1-6中的任一项所述的运载工具(10)，其中，止动距离基于运载工具(10)的液压流体管道(12l、12m)的弹性。
12.根据前述权利要求1-6中的任一项所述的运载工具(10)，其中，附件(11b)是锤、刀具、滚筒式切割机、钢制剪切机、锯、挖土铲斗或有效载荷。
13.根据前述权利要求1-6中的任一项所述的运载工具(10)，其中，运载工具是远程拆除机器人(10)。
14.根据权利要求1-6中的任一项所述的运载工具(10)，其中，运载工具是挖掘机、反铲装载机、或装料机。
15.一种用于运载工具(10)的方法，所述运载工具包括具有活塞(12b)的液压缸(12)、控制器(17)和活塞位置传感器(12j)，其中运载工具(10)设置成通过使用液压缸(12)来运载附件(11b)，其中所述方法包括：
接收活塞位置信息；
确定活塞(12b)的移动方向；以及
如果活塞位置等于在移动方向上的离液压缸(12)的端壁(12d、12e)的止动距离(d1、d2)，则中止移动以使活塞(12b)停止在止动距离(d1、d2)处。
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