CN110616758A - 挖掘机节能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种动臂尾部设有重力抵消配重的挖掘机节能控制系统。包括挖掘机状态检测组件、控制器、液压节能调节装置，液压节能调节装置包括动臂油缸卸载控制阀、配重位置调节油缸控制阀，动臂油缸卸载控制阀连接动作臂油缸油路，配重位置调节油缸控制阀输出端连接配重位置调节油缸，配重位置调节油缸控制阀输入端连接挖掘机液压主压力油路与回油路，控制器的控制信号输出端与动臂油缸卸载控制阀、配重位置调节油缸控制阀电连接。本发明安全性高，维护成本低，易于实现自动化控制，能够满足动臂机构提升及下降的全工况节能需求，且节能效果明显。

Description

挖掘机节能控制系统

技术领域

本发明涉及节能挖掘机，具体是一种动臂尾部设有重力抵消配重的挖掘机节能控制系统。

背景技术

挖掘机是一种重要的建筑工程机械，广泛应用于工程建设，矿山采掘等各种工程项目，挖掘机在工作时，为防止挖掘机发生倾覆，增加挖掘机整机的稳定性，挖掘机回转平台尾部安装用于挖掘机整机稳定性的配重，而挖掘机当前配重的应用目的还很单一，仅限于以提高挖掘机稳定性和安全性为目的而设置，如， CN103046606 B 公开的一种工程机械设备、可移动式配重系统及控制方法，其配重位置虽然能够调节，但其发明目的是通过“对配重位置的调节，改善工程机械设备工作的稳定性和安全性”。

挖掘机在作业时，动臂机构需要不停的抬升和下降，来实现挖掘、卸料等工况。挖掘机的动臂机构自身质量非常大，这就需要额外付出大量能量去克服这些额外的重力，因此大量的能量被消耗掉。为降低这种能量能耗，现有技术中已有在动臂尾部设置节能配重的新型挖掘机，这种新型挖掘机的节能配重用以抵消动臂机构自重而产生过大的能量消耗为目的，但该类型挖掘机并未公开具体的节能控制系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种挖掘机节能控制系统，通过对挖掘机节能配重、动臂机构的控制，实现挖掘机的最佳节能效果。

本发明解决其技术是问题采用的技术方案是：

一种挖掘机节能控制系统，包括挖掘机状态检测组件、控制器、液压节能调节装置，挖掘机状态检测组件用于检测挖掘机工作状态的信息，并将获取的检测信息输入控制器，控制器根据检测信息对液压节能调节装置进行节能控制；液压节能调节装置包括动臂油缸卸载控制阀、配重位置调节油缸控制阀，动臂油缸卸载控制阀连接动作臂油缸油路，配重位置调节油缸控制阀输出端连接配重位置调节油缸，配重位置调节油缸控制阀输入端连接挖掘机液压主压力油路与回油路，控制器的控制信号输出端与动臂油缸卸载控制阀、配重位置调节油缸控制阀电连接。

采用上述技术方案的本发明，与现有技术相比，有益效果是：

安全性高，维护成本低，易于实现自动化控制，能够满足动臂机构提升及下降的全工况节能需求，且节能效果明显。

作为优选，本发明更进一步的技术方案是：

挖掘机状态检测组件包括倾角传感器、位移传感器，倾角传感器和位移传感器用于检测挖掘机车身倾角、工作臂倾角和节能配重位置坐标。

挖掘机状态检测组件包括压力传感器，压力传感器用于检测挖掘机系统压力。

挖掘机状态检测组件包括速度传感器，速度传感器用于检测挖掘机工作臂、节能配重位置变化速度及加速度。

液压节能调节装置还包括动臂先导控制电磁阀，动臂先导控制电磁阀连接在挖掘机动臂先导控制油路中，用于控制器对挖掘机动臂先导控制压力进行控制。

液压节能调节装置中的动臂油缸卸载控制阀为先导式电磁阀，配重位置调节油缸控制阀为先导式电磁阀。

液压节能调节装置还包括节能配重先导电磁阀，节能配重先导电磁阀连接在配重位置调节油缸控制阀先导控制油路中，用于控制器对挖掘机配重位置调节油缸控制阀进行更加平稳精准的控制。

液压节能调节装置还包括动臂油缸卸载先导电磁阀，动臂油缸卸载先导电磁阀连接在动臂油缸卸载控制阀先导控制油路中，用于控制器对挖掘机动臂油缸卸载控制阀进行更加平稳精准的控制。

液压节能调节装置还包括节流阀，节流阀串联在动作臂油缸控制油路中，用于限制动作臂油缸的最大运动速度，增加动作臂油缸卸载时的工作背压。

液压节能调节装置还包括防爆阀，防爆阀连接动作臂油缸油路、配重位置调节油缸油路，用于挖掘机工作油路发生爆裂后的安全控制。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是本发明实施例1的液压控制系统原理图；

图3是本发明实施例2的结构示意图；

图4是本发明实施例2的液压控制系统原理图；

图5是本发明防爆阀的原理图；

图6是本发明实施例2的另一种液压控制系统原理图；

图7是本发明实施例3的结构示意图；

图8是本发明实施例3的液压控制系统原理示意图；

图9 是本发明实施例3中应用比例减压电磁阀控制原理示意图；

图10是本发明实施例4的结构示意图；

图11是本发明实施例4的液压控制系统原理图；

图12是本发明实施例4的另一种液压控制系统原理图；

图13是动臂尾部设有重力抵消配重的挖掘机示意图；

图中：1-液压分配器； 2-动臂油缸卸载控制阀； 3-配重位置调节油缸控制阀； 4-过载阀； 5-动作臂油缸； 6-配重位置调节油缸； 7-动臂先导控制电磁阀； 8-动作臂先导控制阀； 9-先导泵； 10-防爆阀； 11-节流阀； 12-小臂油缸；13-动臂小臂；14-铲斗油缸；15-铲斗；16-动臂大臂；17-驾驶室；18-节能配重；19-滑道；20-倾角传感器；21-位移传感器；22-配重支撑臂； 23-配重支撑臂油缸；24-行走机构；25-车身；26-控制器；27-压力传感器；28-速度传感器；29-动臂机构支撑臂油缸； 30-动臂机构支撑臂；31-动作臂主销轴；32-节能配重先导电磁阀；33-动臂油缸卸载先导电磁阀。

具体实施方式

以下结合附图及实施例详述本发明。

为更好的详述及理解实施例，以图13所示的挖掘机为例进行说明。图中，动臂机构包括动臂大臂16、动臂小臂13、铲斗15，节能配重机构包括节能配重18、配重位置调节油缸6等部件，节能配重机构与动臂机构通过动作臂主销轴31作为支点而形成杠杆式结构，调节节能配重18位置以达到平衡动臂机构不同工况时动臂机构的重量，通过配重位置调节油缸6对节能配重18进行位置调整，实现挖掘机节能的目的。

实施例1：

参见图1，一种挖掘机节能控制系统, 由挖掘机状态检测组件、控制器、液压节能调节装置所构成，挖掘机状态检测组件包括倾角传感器20、位移传感器21，液压节能调节装置包括动臂油缸卸载控制阀2、配重位置调节油缸控制阀3，倾角传感器20与位移传感器21连接控制器26的输入端，动臂油缸卸载控制阀2和配重位置调节油缸控制阀3连接控制器26的输出端。

图2为液压控制系统原理图，包括挖掘机液压分配器1、动臂油缸卸载控制阀2、配重位置调节油缸控制阀3、过载阀4、动作臂油缸5、配重位置调节油缸6，动臂油缸卸载控制阀2连接在挖掘机液压分配器1的动作臂液压控制接口与动作臂油缸5之间，动臂油缸卸载控制阀2采用二位五通电磁阀。通常挖掘机为增加工作用途的扩展性，液压分配器1都带有能够对挖掘机备用附件提供主压力油和回油的接口。图中，配重位置调节油缸控制阀3输入端连接挖掘机液压分配器1的备用附件液压主压力接口和回油口，输出端连接配重位置调节油缸6，配重位置调节油缸控制阀3采用三位四通电磁阀，过载阀4并联该油缸油路，防止过载。当然，对于液压分配器1具有备用换向阀的挖掘机，配重位置调节油缸控制阀3可以利用液压分配器1的备用换向阀对配重位置调节油缸6进行换向，控制器26通过液压电磁阀对液压分配器1的备用换向阀进行换向控制。

参见图13，车身25安装有倾角传感器20，感知车身所处的倾斜度，动臂机构支撑臂30安装倾角传感器20，用来感知动臂机构支撑臂30的倾角，动臂机构各个动臂上也安装有倾角传感器20，用来感知动臂机构中各个动臂所处倾角，配重支撑臂22或节能配重18安装倾角传感器20，用来感知节能配重18所处的倾角，控制器26根据车身25、动臂机构支撑臂30、各动臂、节能配重18的倾角数据，得出挖掘机当前动臂机构和节能配重18相对车身25的角度姿态和位置高度，其中，倾角传感器20的作用是感知各个安装部位的倾角。当然，也可应用角度位移传感器，感知各个部位相对夹角。但倾角传感器20具有安装方便、灵活、寿命长等优点，而角度位移传感器无法感知车身25所处倾斜度，所以此处优选倾角传感器20。

位移传感器21安装在节能配重机构上面，用来感知节能配重18所处位置，其位移数据输入控制器26，控制器26根据位移数据，得出节能配重18的移动距离和移动速度，配合节能配重18倾角数据，得出节能配重18实际的精确坐标位置。

控制器26根据得出的结果，对动臂油缸卸载控制阀2和配重位置调节油缸控制阀3进行控制，达到节能控制的目的，比如，当挖掘机进行动臂机构举升作业时，控制器26由动臂机构倾角传感器20的信号持续性变化，判断出挖掘机动臂大臂16当前处于举升工况，再根据动臂机构各臂所处的角度姿态，得出节能配重18的最佳位置，控制器26核对节能配重18的实际位置与最佳位置差距，通过对配重位置调节油缸控制阀3的控制，使节能配重18达到最佳位置，控制器26通过动臂油缸卸载控制阀2对动作臂油缸5进行卸载控制，因动臂机构与节能配重机构的杠杆式结构，又由于节能配重18的重量和位置的原因，动臂机构将被节能配重机构压向上方，实现动臂大臂16的上升动作；当挖掘机动臂机构处于下降动作时，控制器26由各个倾角传感器20判断出挖掘机动臂大臂16当前处于下降工况，根据动臂机构各臂所处的角度姿态，得出节能配重18的最佳位置，控制器26核对节能配重18的实际位置与最佳位置差距，通过对配重位置调节油缸控制阀3的控制，使节能配重18达到最佳位置，同时通过动臂油缸卸载控制阀2对动作臂油缸5进行卸载控制，动臂机构因重力作用而下降，因动臂机构与节能配重机构的杠杆式结构，其下降速度将被节能配重机构所约束，实现动臂大臂16适当速度的下降动作。

实施例2：

参见图3，该挖掘机节能控制系统包括倾角传感器20、位移传感器21、压力传感器27、控制器26、动臂油缸卸载控制阀2、配重位置调节油缸控制阀3，倾角传感器20、位移传感器21、压力传感器27连接控制器26的输入端，动臂油缸卸载控制阀2和配重位置调节油缸控制阀3连接控制器26的输出端。

图4为该实施例液压控制系统原理图，该液压系统是在实施例1的基础上，将动臂油缸卸载控制阀2的回油管路中加入节流阀11，节流阀11能够增加动作臂油缸5的回油背压，并且使动作臂油缸5由卸载状态转换为正常工作状态时，更加平稳，同时节流阀11也能够限制动作臂油缸5卸载后的最大运动速度，增加工作时的安全性；压力传感器27安装在挖掘机液压系统中，感应挖掘机各液压系统的压力，该实施例在动作臂油缸5的管路中安装有压力传感器27，用于感应动作臂油缸5油缸的两端压力，控制器26由此压力信号得出动作臂的负荷，压力传感器27还安装在挖掘机各个动作臂控制的先导油路中，感知各个动作臂先导控制压力，控制器26根据各动作臂先导控制压力，就可以精确感知挖掘机当前的操作状态，便于对动臂机构的操作变化做出快速反应，控制器26根据各传感器的传感数据，能够更加精确的得出节能配重18理想位置，并判断何时需要动作臂油缸5卸载或停止卸载；由于挖掘机经常工作在大负荷状态，油管路会存在爆裂的情况，为防止油缸管路突发意外爆裂产生安全隐患，在油缸管路中安装防爆阀10，如果发生管路爆裂，防爆阀10关闭油路，油缸被锁闭，避免油缸因管路爆裂而不受控制，图5为防爆阀10的原理图。该实施例的液压系统更加安全，控制精度更高，工作也更加平稳。

参见图6，动臂油缸卸载控制阀2采用二位四通电磁阀的原理图，其输入端与动作臂油缸5的液压管路连接，输出端通过节流阀连接挖掘机液压系统的回油，该系统也能够起到对动作臂油缸5的卸载控制，节流阀还起到防止挖掘机复合动作时，因动作臂油缸5卸载而对其他动作的产生影响。

实施例3：

参见图7，在实施例2的基础上，控制器26的输出端连接动臂油缸卸载控制阀2、配重位置调节油缸控制阀3、动臂先导控制电磁阀7。

图8为该实施例的液压控制系统原理图，动臂油缸卸载控制阀2和配重位置调节油缸控制阀3采用先导式电磁阀，先导式电磁阀能够以较小的电流控制更大的液压流量，尤其适合挖掘机这种高压大流量环境下的使用；该系统中增加了动臂先导控制电磁阀7，动臂先导控制电磁阀7连接在挖掘机动臂先导控制油路中，图8中，动臂先导控制电磁阀7连接在动作臂先导控制阀8与液压分配器1动作臂先导控制油路中，动臂先导控制电磁阀7采用二位四通电磁阀，在动作臂油缸5卸载同时，由控制器26控制动臂先导控制电磁阀7切断动作臂先导控制油路，液压分配器1内部的动作臂控制阀杆因此处于中位，在动作臂油缸5卸载时，有效减少液压的能量损失，当控制器26通过压力传感器27检测的动作先导压力和挖掘机系统压力，判断动作臂需要更大的动力时，控制器26控制动臂先导控制电磁阀7接通先导控制油路，同时动臂油缸卸载控制阀2接通液压分配器1到动作臂油缸5之间的油路，使动作臂油缸5处于提供正常动力的工作状态，该结构更加有效减少了挖掘机的能量损失，同时便于实现挖掘机节能的自动控制；当然，动臂先导控制电磁阀7也可采用比例减压电磁阀，由控制器26对动作臂的先导压力进行更加平稳精准的控制。

参见图9，该实施例中的动臂油缸卸载控制阀2的控制端连接动臂油缸卸载先导电磁阀33，配重位置调节油缸控制阀3的控制端连接节能配重先导电磁阀32，动臂油缸卸载先导电磁阀33和节能配重先导电磁阀32优选比例减压电磁阀，便于控制器26对挖掘机动臂油缸卸载控制阀2和配重位置调节油缸控制阀3进行更加平稳精准的控制。

如果是电控手柄的挖掘机，该类型挖掘机为控制液压分配器1的动作状态，其自身带有动作臂控制的先导比例减压电磁阀，因此控制器26可以连接并控制挖掘机自身带有的动作臂控制先导比例减压电磁阀，由该阀代替该实施例中的动臂先导控制电磁阀7。

实施例4：

参见图10，该实施例中，控制器26输入端增加速度传感器28，速度传感器28安装在各个动臂机构与节能配重机构中，便于控制器26对于各动臂及节能配重机构的运动速度进行精确监测，更加精准调控液压节能控制系统，同时该实施例中，控制器26还可通过对动臂先导控制电磁阀7的单一控制，实现同时控制动臂油缸卸载控制阀2和动臂先导控制电磁阀7的目的，该电路控制较实施例3简化，并且达到实施例3的控制效果。

如图11所示，该实施例的液压控制系统中，动臂先导控制电磁阀7采用二位六通电磁阀，当控制器26控制动臂先导控制电磁阀7通电，切断动作臂先导控制油路时，其中一路先导油直接控制动臂油缸卸载控制阀2将动作臂油缸5卸载，当控制器26控制动臂先导控制电磁阀7断电时，动臂油缸卸载控制阀2回位，动作臂油缸5处于提供正常动力的工作状态，该控制较实施例3简化，并且达到实施例3的控制效果。

同理，控制器26通过对动臂油缸卸载控制阀2的单一控制，也可实现控制动臂油缸卸载控制阀2和动臂先导控制电磁阀7的目的，参见图12，动臂油缸卸载控制阀2采用二位七通电磁阀，通过控制器26控制动臂油缸卸载控制阀2的同时，对动臂先导控制阀7进行控制，该控制系统同样减少了一路控制器26输出，并且达到实施例3的控制效果。

需要说明的是，位移传感器21通过相对物体的位移信息，可以得知被测物体的位置，当然也可通过测距传感器对于相对物体的距离变化做出位置判断，从而得到被测物体的位置，其作用效果相同，但位移传感器的精度高、环境适应性强、反应时间快、受环境因素影响小，应优选位移传感器，同时，控制器26能够以倾角传感器20和位移传感器21通过检测目标的检测信息变化速度，得到动臂机构及节能配重机构的速度变化信息，因此在要求不高的工况下，倾角传感器20和位移传感器21一定程度上能够代替速度传感器的作用。

本发明中，先导式电磁阀优选比例减压电磁阀，便于控制器26对其进行更加平稳精准的控制。

本发明中，如果能够将挖掘机液压分配器进行新的集成开发，可以将动臂油缸卸载控制阀2集成在挖掘机液压分配器的内部，控制端连接比例减压电磁阀，由控制器26对其进行更加精准平稳的控制，这种结构更加紧凑，能够进一步降低液压损失和故障率。

本发明还可应用于多动臂多节能配重机构的挖掘机，以上述的控制形式，对其他部位动臂及节能配重机构进行节能控制。

需要说明的是，由于部分挖掘机的液压分配器为增加挖掘机的功能扩展，直接在液压分配器内部预留有备用阀，并对外预留该阀的控制接口与输出接口，因此，动臂油缸卸载控制阀2或配重位置调节油缸控制阀3均可以利用液压分配器提供的备用阀，由控制器26通过控制外部的电磁阀对液压分配器备用阀进行控制，实现上述挖掘机节能控制的目的。

以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims (10)

1.一种挖掘机节能控制系统，包括挖掘机状态检测组件、控制器、液压节能调节装置，挖掘机状态检测组件用于检测挖掘机工作状态的信息，并将获取的检测信息输入控制器，控制器根据检测信息对液压节能调节装置进行节能控制，其特征在于：液压节能调节装置包括动臂油缸卸载控制阀、配重位置调节油缸控制阀，动臂油缸卸载控制阀连接动作臂油缸油路，配重位置调节油缸控制阀输出端连接配重位置调节油缸，配重位置调节油缸控制阀输入端连接挖掘机液压主压力油路与回油路，控制器的控制信号输出端与动臂油缸卸载控制阀、配重位置调节油缸控制阀电连接。

2.根据权利要1所述的挖掘机节能控制系统，其特征在于：挖掘机状态检测组件包括倾角传感器、位移传感器，倾角传感器和位移传感器用于检测挖掘机车身倾角、工作臂倾角和节能配重位置坐标。

3.根据权利要1所述的挖掘机节能控制系统，其特征在于：挖掘机状态检测组件包括压力传感器，压力传感器用于检测挖掘机系统压力。

4.根据权利要1所述的挖掘机节能控制系统，其特征在于：挖掘机状态检测组件包括速度传感器，速度传感器用于检测挖掘机工作臂、节能配重位置变化速度及加速度。

5.根据权利要1所述的挖掘机节能控制系统，其特征在于：液压节能调节装置还包括动臂先导控制电磁阀，动臂先导控制电磁阀连接在挖掘机动臂先导控制油路中，用于控制器对挖掘机动臂先导控制压力进行控制。

6.根据权利要1所述的挖掘机节能控制系统，其特征在于：液压节能调节装置中的动臂油缸卸载控制阀为先导式电磁阀，配重位置调节油缸控制阀为先导式电磁阀。

7.根据权利要1所述的挖掘机节能控制系统，其特征在于：液压节能调节装置还包括节能配重先导电磁阀，节能配重先导电磁阀连接在配重位置调节油缸控制阀先导控制油路中，用于控制器对挖掘机配重位置调节油缸控制阀进行更加平稳精准的控制。

8.根据权利要1所述的挖掘机节能控制系统，其特征在于：液压节能调节装置还包括动臂油缸卸载先导电磁阀，动臂油缸卸载先导电磁阀连接在动臂油缸卸载控制阀先导控制油路中，用于控制器对挖掘机动臂油缸卸载控制阀进行更加平稳精准的控制。

9.根据权利要1所述的挖掘机节能控制系统，其特征在于：液压节能调节装置还包括节流阀，节流阀串联在动作臂油缸控制油路中，用于限制动作臂油缸的最大运动速度，增加动作臂油缸卸载时的工作背压。

10.根据权利要1所述的挖掘机节能控制系统，其特征在于：液压节能调节装置还包括防爆阀，防爆阀连接动作臂油缸油路、配重位置调节油缸油路，用于挖掘机工作油路发生爆裂后的安全控制。