CN111042260A - 装载机动臂举升控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及装载机动臂举升控制系统及控制方法，为解决现有装载机动臂举升液压控制系统在动臂开始举升或停止时会出现点头式冲击的问题；提供一种装载机动臂举升控制系统及方法，其中控制系统中，电磁换向阀的换向控制端、电控手柄、限位感应装置和电比例变量柱塞泵的流量控制端均与控制器连接；控制器依据限位感应装置的位置信号和电控手柄的操作电流向电比例变量柱塞泵输出用于控制流量大小的流量控制电流，依据电控手柄的操作电流和流量控制电流向电磁换向阀输出用于电磁换向阀换位的阀开闭控制电流。动臂升降过程中的升降动作停止，不是直接将电磁换向阀由换向位直接回中位来实现，而是通过控制液压泵的输出来实现，从而避免升降动作启动或停止时的液压冲击。

Description

装载机动臂举升控制系统及方法

技术领域

本发明涉及一种装载机液压控制系统，更具体地说，涉及一种装载机动臂举升控制系统及控制方法。

背景技术

在现有装载机动臂举升液压系统中通常包括变量泵、与变量泵连接的控制阀、与控制阀连接的动臂油缸和先导控制装置，变量泵从控制阀处获取负载信号控制变量泵输出的流量，先导控制装置控制换向阀的阀口开度与工作位。

装载机在装车作业时需要将动臂举升到最高位置，以避免碰到车厢围栏，为减轻司机的工作强度，目前大部分的装载机都配备动臂举升自动限位系统，基本采用得失电开关式反馈控制，即动臂举升的限位装置信号反馈到先导手柄，手柄自动回中位来切断油液通过分配阀向动臂油缸输出，这时分配阀关闭不是平滑输出，动臂举升停止时会使机器产生点头式冲击；同时如快速扳动先导手柄向前、向后、回中位时，此时的换向阀开启或关闭不是平滑式，动臂举升或停止瞬间也会使机器产生点头式冲击，冲击力反复作用在机器的动臂等重要部件，就会使这些结构件工作寿命减少，甚至开裂、断裂等严重失效的质量问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有装载机动臂举升液压控制系统在动臂开始举升或停止时会出现点头式冲击的问题，而提供一种装载机动臂举升控制系统及控制方法。

本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种装载机动臂举升控制系统，包括电磁换向阀、与电磁换向阀连接的动臂油缸、与电磁换向阀连接的液压泵、用于操作动臂举升或下降的电控手柄、控制器、用于检测动臂举升行程终端的限位感应装置；电磁换向阀的换向控制端、电控手柄、限位感应装置均与控制器连接，其特征在于：所述液压泵为电比例变量柱塞泵且其流量控制端与所述控制器连接；所述控制器依据限位感应装置的位置信号和电控手柄的操作电流向所述电比例变量柱塞泵输出用于控制流量大小的流量控制电流，依据电控手柄的操作电流和流量控制电流向电磁换向阀输出用于电磁换向阀换位的阀开闭控制电流。动臂升降过程中的升降动作停止，不是直接将电磁换向阀由换向位直接回中位来实现，而是通过控制液压泵的输出来实现，从而避免升降动作启动或停止时的液压冲击。

上述装载机动臂举升控制系统中，所述限位感应装置由分别安装在前车架和动臂上的电感式接近开关和感应目标金属构成。例如将电感式接近开关固定安装在前车架上，感应目标金属固定在动臂上，或者感应目标金属固定安装在前车架上，电感式接近开关固定在动臂上。当感应目标金属进入到电感式接近开关的感应范围内，电感式接近开关闭合导通，控制器检测到与电感式接近开关闭合导通相关联的位置信号为限位信号，否则断开，即控制器检测到与电感式接近开关断开相关联的位置信号为非限位信号。限位感应装置也可以是其他传感装置，比如检测动臂姿态的角度传感器，控制器通过角度传感器检测到动臂相对前车架的角度到预定范围时，则可判定动臂举升到动臂举升行程终端位置。

上述装载机动臂举升控制系统中，所述电控手柄的操作电流包括动臂举升电流和动臂下降电流；当位置信号是动臂未处于限位位置的非限位信号时所述控制器依据动臂举升电流或动臂下降电流的大小向所述电比例变量柱塞泵输出用于控制流量大小的流量控制电流；当位置信号是动臂处于限位位置的限位信号时所述控制器仅在接收到动臂下降电流时依据动臂下降电流的大小向所述电比例变量柱塞泵输出流量控制电流。

上述装载机动臂举升控制系统中，所述阀开闭控制电流包括动臂举升控阀电流和动臂下降控阀电流；当流量控制电流不为零时所述控制器根据动臂举升电流或动臂下降电流对应的输出动臂举升控阀电流或动臂下降控阀电流，所述控制器输出的动臂举升控阀电流或动臂下降控阀电流是使所述电磁换向阀的阀口全开的恒定电流值。

上述装载机动臂举升控制系统中，当控制器接收到的位置信号是非限位信号且操作电流为动臂举升电流、或者所述控制器接收到操作电流为动臂下降电流时，若操作电流由零值变化为A值或由A值变化为零值时，控制器输出的流量控制电流按照非线性曲线关系对应地由零值变化为B值或由B值变化为零值；

或者操作电流为A值且所述位置信号由非限位信号变化为限位信号时，控制器输出的流量控制电流由与操作电流A值对应的B值按照非线性曲线关系变化为零值；

所述非线性曲线上每个点上的流量控制电流与操作电流的比值都小于B/A；B值是操作电流稳定在A值时所述控制器输出的流量控制电流的电流值。

上述装载机动臂举升控制系统中，所述液压泵仅用于装载机动臂升降的压力油源。装载机液压系统中的转向部分、转斗部分、制动部分等所需液压油则另外设置液压泵进行供油。

本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种装载机动臂举升控制系统的控制方法，其特征在于：控制系统中电比例变量柱塞泵经电磁换向阀与动臂油缸连接，用于检测动臂是否处于举升行程终端限位位置的限位感应装置和用于操作动臂升降的电控手柄与控制器连接，电磁换向阀的换向控制端和电比例变量柱塞泵的流量控制端与所述控制器连接，电控手柄输出的操作电流是用于动臂举升动作的动臂举升电流或用于动臂下降操作的动臂下降电流；控制方法如下：

控制器接收限位感应装置的位置信号和电控手柄的操作电流；

当控制器接收到的位置信号是非限位信号且操作电流为动臂举升电流、或者所述控制器收到操作电流为动臂下降电流时，控制器依据操作电流的大小向所述电比例变量柱塞泵输出用于控制流量大小的流量控制电流，并在流量控制电流不为零时依据操作电流向电磁换向阀对应输出用于电磁换向阀阀口全开换位的动臂举升控阀电流或动臂下降控阀电流；

当流量控制电流为零时向电磁换向阀输出的动臂举升控阀电流和动臂下降控阀电流为零。

上述装载机动臂举升控制方法中，当控制器接收到的位置信号是非限位信号且电控手柄的动臂举升电流由零值变化为A值或由A值变化为零值，或者电控手柄的动臂下降电流由零值变化为A值或由A值变化为零值，控制器输出的流量控制电流按照非线性曲线关系对应地由零值变化为B值或由B值变化为零值；或者操作电流为A值且所述位置信号由非限位信号变化为限位信号时，控制器输出的流量控制电流由与操作电流A值对应的B值按照非线性曲线关系变化为零值；B值是操作电流稳定在A值时所述控制器输出的流量控制电流的电流值。进一步地，所述非线性曲线上每个点上的流量控制电流与操作电流的比值都小于B/A。

本发明与现有技术相比，动臂举升过程中，操纵电控手柄进行动臂升降的停止或开始、或动臂举升到限位位置时的自动停止举升动作，本发明都是先控制液压泵而非直接开启或关闭电磁换向阀来实现，从而避免动臂举升过程中出现液压冲击。

附图说明

图1是本发明装载机动臂举升控制系统的原理图。

图2是本发明装载机动臂举升控制方法在动臂开始升降或停止升降时控制器输出的流量控制电流的波形图。

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，装载机动臂举升控制系统包括电磁换向阀4、动臂油缸5、液压泵3、电控手柄1、控制器2、限位感应装置6。

限位感应装置6由安装在前车架8上的电感式接近开关和固定在动臂7上的感应目标金属构成(感应目标金属也可以是动臂上的某一部位)。电感式接近开关通过动臂位置信号线X1与控制器2连接，当感应目标金属进入到电感式接近开关的感应范围内，电感式接近开关闭合导通，控制器检测到与电感式接近开关闭合导通相关联的位置信号为限位信号，否则断开，即控制器检测到与电感式接近开关断开相关联的位置信号为非限位信号。控制器2为可编程控制器2。

电控手柄1通过动臂举升信号线X2和动臂下降信号线X3分别与控制器连接，通过对电控手柄的操作，例如摆动电控手柄，电控手柄根据其摆动的幅度输出相应大小的操作电流，操作电流包括动臂举升电流和动臂下降电流。动臂举升电流和动臂下降电流和电控手柄的摆动方向相关联，例如将电控手柄向前推时，电控手柄通过动臂下降信号线X3向控制器输出动臂下降电流，动臂下降电流的大小与电控手柄向前摆动的幅度相关。将电控手柄向后拉时，电控手柄通过动臂举升信号线X2向控制器输出动臂举升电流，动臂举升电流的大小与电控手柄向后摆动的幅度相关。当不对电控手柄进行操作，电控手柄处中位时，动臂举升信号线X2和动臂下降信号线X3都没有电流输出。

液压泵3通过电磁换向阀与动臂油缸连接，向动臂油缸提供其伸缩所需液压油。电磁换向阀的换向控制端包括动臂举升电控端和动臂下降电控端。电磁换向阀的动臂举升电控端通过动臂举升控阀信号线Y1与控制器连接，动臂下降电控端通过动臂下降控阀信号线Y2与控制器连接。控制器通过动臂举升控阀信号线Y1向电磁换向阀的动臂举升电控端输出阀开闭控制电流时，电磁换向阀换向处于动臂举升工作位，液压泵的液压油通过电磁换向阀进入到动臂油缸的大腔，动臂油缸小腔的液压油通过电磁换向阀流向液压油箱。控制器通过动臂下降控阀信号线Y2向电磁换向阀的动臂下降电控端输出阀开闭控制电流时，电磁换向阀换向处于动臂下降工作位，液压泵的液压油通过电磁换向阀进入到动臂油缸的小腔，动臂油缸大腔的液压油通过电磁换向阀流向液压油箱。控制器不向电磁换向阀的动臂举升电控端或动臂下降电控端输出阀开闭控制电流时，电磁换向阀处于中位闭锁状态，动臂油缸中的大腔和小腔中的油液不能进出。

液压泵3为电比例变量柱塞泵，其流量控制端通过流量控制信号线Y3与控制器连接，控制器通过向电比例变量柱塞泵输出流量控制电流，使电比例变量柱塞泵与流量控制电流相适应的液压流量。当流量控制电流变化至零时，电比例变量柱塞泵的流量变为最小值。

本实施例中，控制器接收动臂位置信号线X1、动臂举升信号线X2和动臂下降信号线X3输出的信号后进行逻辑判断以及参数量的计算后，通过动臂举升控阀信号线Y1、动臂下降控阀信号线Y2、流量控制信号线Y3输出阀开闭控制电流和流量控制电流，分别控制电磁换向阀的工作位和电比例变量柱塞泵的输出流量。具体控制方法如下：

控制器接收电感式接近开关通过动臂位置信号线X1传递的位置信号和电控手柄通过动臂举升信号线X2或动臂下降信号线X3传递的动臂举升电流或动臂下降电流；通过逻辑判断和数量计算，按以下逻辑输出阀开闭控制电流和流量控制电流。

1、当动臂举升电流或动臂下降电流均为零值时，也即没有对电控手柄进行操作，此时无论动臂位置信号线X1传递的是限位信号还是非限位信号，控制器都不向电比例变量柱塞泵输出流量控制电流，流量控制电流值为零，电比例变量柱塞泵的输出流量最小。由于流量控制电流值为零，控制器通过动臂举升控阀信号线Y1和动臂下降控阀信号线Y2向电磁换向阀输出阀开闭控制电流均为零值，电磁换向阀处于中位闭锁状态，动臂油缸中的大腔和小腔中的油液不能进出，动臂不上不下处于锁止状态。

2、当电控手柄被操控，电控手柄通过动臂举升信号线X2向控制器输出与电动手柄摆动幅度相应大小的动臂举升电流。

若此时动臂处于举升行程的终端时，电感式接近开关通过动臂位置信号线X1向控制器传递的位置信号是限位信号，经逻辑判断后，此时控制器都不向电比例变量柱塞泵输出流量控制电流，流量控制电流值为零，电比例变量柱塞泵的输出流量最小，同时控制器向电磁换向阀输出阀开闭控制电流为零值，电磁换向阀处于中位闭锁状态。

若动臂未处于举升行程的终端，电感式接近开关通过动臂位置信号线X1向控制器传递的位置信号是非限位信号，经逻辑判断数量计算后，控制器依据电控手柄输出的动臂举升电流的大小向电比例变量柱塞泵输出相应大小的流量控制电流，使电比例变量柱塞泵具有相应流量的输出。由于流量控制电流和动臂举升电流不为零，因此控制器通过动臂举升控阀信号线Y1向电磁换向阀的动臂举升电控端输出阀开闭控制电流，使电磁换向阀的阀口打开到最大，电比例变量柱塞泵输出的液压油经电磁换向阀流向动臂油缸的大腔，动臂油缸小腔的油液经电磁换向阀流回液压油箱，实现动臂油缸的伸长，动臂举升。

若动臂未处于举升行程的终端且电控手柄由中位开始摆动并摆动至一定角度(动臂由静止开始举升)，电控手柄通过动臂举升信号线X2向控制器传递的动臂举升电流也由零值变化至A值，动臂举升电流A值与电控手柄的摆动幅度相关，控制器向电比例变量柱塞泵输出流量控制电流也由零值变化为B值，B值是动臂举升电流稳定在A值时控制器输出的流量控制电流的电流值。流量控制电流受动臂举升电流控制，两者具有如图2中非线性曲线相对应的关系。在图2中，流量控制电流控制曲线是在以操作电流为横坐标，流量控制电流为纵坐标的坐标系内，以点(0，0)和点(A，B)之间画直线，所要求的流量控制电流控制曲线在此直线以下。此流量控制电流的输出控制曲线是由起点(0，0)和终点(A，B)和起点和终点之间多个点拟合而成，并且每个点上的流量控制电流与操作电流的比值都小于B/A。在启动时，以渐变增加流量控制电流输出，实现电比例变量柱塞泵输出的流量也是渐变增加，实现动臂举升的“软”启动。

若动臂未处于举升行程的终端且电控手柄由摆动一定角度回到中位时(动臂由举升状态停止举升)，电控手柄通过动臂举升信号线X2向控制器传递的动臂举升电流也由A值变化至零值，控制器向电比例变量柱塞泵输出流量控制电流也由B值变化为零值，B值是动臂举升电流稳定在A值时控制器输出的流量控制电流的电流值。流量控制电流受动臂举升电流控制，两者具有如图2中非线性曲线相对应的关系。在动臂举升过程中停止举升时，以渐变减少流量控制电流输出，实现电比例变量柱塞泵输出的流量也是渐变减少，举升停止的“软”停止。

若在举升过程中动臂举升到至行程终端时，动臂举升至行程终端前的动臂举升电流为A值，控制器输出的流量控制电流相应的为B值，动臂举升至行程终端后，控制器输出的流量控制电流由B值变化至零值，流量控制电流受动臂举升电流控制，两者具有如图2中非线性曲线相对应的关系。当流量控制电流变化至零值时，控制器不向电磁换向阀输出阀开闭控制电流，电磁换向阀处于中位闭锁状态，动臂油缸中的大腔和小腔中的油液不能进出，动臂不上不下处于锁止状态。动臂举升至举升行程终点位置自动限位时，以渐变减少流量控制电流输出，实现电比例变量柱塞泵输出的流量也是渐变减少，实现动臂举升停止的“软”停止。

3、当电控手柄被操控，电控手柄通过动臂下降信号线X3向控制器输出与电动手柄摆动幅度相应大小的动臂下降电流。经逻辑判断数量计算后，控制器依据电控手柄输出的动臂下降电流的大小向电比例变量柱塞泵输出相应大小的流量控制电流，使电比例变量柱塞泵具有相应流量的输出。由于流量控制电流和动臂下降电流不为零，因此控制器通过动臂下降控阀信号线Y2向电磁换向阀的动臂下降电控端输出阀开闭控制电流，使电磁换向阀的阀口打开到最大，电比例变量柱塞泵输出的液压油经电磁换向阀流向动臂油缸的小腔，动臂油缸大腔的油液经电磁换向阀流回液压油箱，实现动臂油缸的回缩，动臂下降。

若电控手柄由中位开始摆动并摆动至一定角度(动臂由静止开始下降)，电控手柄通过动臂下降信号线X3向控制器传递的动臂下降电流也由零值变化至A值，动臂下降电流A值与电控手柄的摆动幅度相关，控制器向电比例变量柱塞泵输出流量控制电流也由零值变化为B值，B值是动臂下降电流稳定在A值时控制器输出的流量控制电流的电流值。流量控制电流受动臂下降电流控制，两者具有如图2中非线性曲线相对应的关系。实现动臂开始下降时，以渐变增加流量控制电流输出，实现电比例变量柱塞泵输出的流量也是渐变增加，实现动臂下降“软”启动。

若电控手柄由摆动一定角度回到中位时(动臂由下降状态停止下降)，电控手柄通过动臂举升信号线X2向控制器传递的动臂举升电流也由A值变化至零值，控制器向电比例变量柱塞泵输出流量控制电流也由B值变化为零值，B值是动臂下降电流稳定在A值时控制器输出的流量控制电流的电流值。流量控制电流受动臂下降电流控制，两者具有如图2中非线性曲线相对应的关系。动臂下降时，以渐变减少流量控制电流输出，实现电比例变量柱塞泵输出的流量也是渐变减少，实现动臂下降停止的“软”停止。

在本发明中，操纵电控手柄进行动臂升降的停止或开始、或动臂举升到限位位置时的自动停止举升动作，是先控制液压泵而非直接开启或关闭电磁换向阀来实现，从而避免动臂举升过程中出现液压冲击，实现动臂的“软”启动和“软”停止功能，避免动臂产生点头式冲击，延长机器的工作寿命。

Claims (9)

1.一种装载机动臂举升控制系统，包括电磁换向阀、与电磁换向阀连接的动臂油缸、与电磁换向阀连接的液压泵、用于操作动臂举升或下降的电控手柄、控制器、用于检测动臂举升行程终端的限位感应装置；电磁换向阀的换向控制端、电控手柄、限位感应装置均与控制器连接，其特征在于：所述液压泵为电比例变量柱塞泵且其流量控制端与所述控制器连接；所述控制器依据限位感应装置的位置信号和电控手柄的操作电流向所述电比例变量柱塞泵输出用于控制流量大小的流量控制电流，依据电控手柄的操作电流和流量控制电流向电磁换向阀输出用于电磁换向阀换位的阀开闭控制电流。

2.根据权利要求1所述的装载机动臂举升控制系统，其特征在于所述限位感应装置由分别安装在前车架和动臂上的电感式接近开关和感应目标金属构成。

3.根据权利要求1货2所述的装载机动臂举升控制系统，其特征在于所述电控手柄的操作电流包括动臂举升电流和动臂下降电流；

当位置信号是动臂未处于限位位置的非限位信号时所述控制器依据动臂举升电流或动臂下降电流的大小向所述电比例变量柱塞泵输出用于控制流量大小的流量控制电流；

当位置信号是动臂处于限位位置的限位信号时所述控制器仅在接收到动臂下降电流时依据动臂下降电流的大小向所述电比例变量柱塞泵输出流量控制电流。

4.根据权利要求3所述的装载机动臂举升控制系统，其特征在于所述阀开闭控制电流包括动臂举升控阀电流和动臂下降控阀电流；

当流量控制电流不为零时所述控制器根据动臂举升电流或动臂下降电流对应的输出动臂举升控阀电流或动臂下降控阀电流，所述控制器输出的动臂举升控阀电流或动臂下降控阀电流是使所述电磁换向阀的阀口全开的恒定电流值。

5.根据权利要求3所述的装载机动臂举升控制系统，其特征在于当控制器接收到的位置信号是非限位信号且操作电流为动臂举升电流、或者所述控制器接收到操作电流为动臂下降电流时，若操作电流由零值变化为A值或由A值变化为零值时，控制器输出的流量控制电流按照非线性曲线关系对应地由零值变化为B值或由B值变化为零值；

或者操作电流为A值且所述位置信号由非限位信号变化为限位信号时，控制器输出的流量控制电流由与操作电流A值对应的B值按照非线性曲线关系变化为零值；

所述非线性曲线上每个点上的流量控制电流与操作电流的比值都小于B/A；B值是操作电流稳定在A值时所述控制器输出的流量控制电流的电流值。

6.根据权利要求1所述的装载机动臂举升控制系统，其特征在于所述液压泵仅用于装载机动臂升降的压力油源。

7.一种装载机动臂举升控制系统的控制方法，其特征在于：控制系统中电比例变量柱塞泵经电磁换向阀与动臂油缸连接，用于检测动臂是否处于举升行程终端限位位置的限位感应装置和用于操作动臂升降的电控手柄与控制器连接，电磁换向阀的换向控制端和电比例变量柱塞泵的流量控制端与所述控制器连接，电控手柄输出的操作电流是用于动臂举升动作的动臂举升电流或用于动臂下降操作的动臂下降电流；控制方法如下：

控制器接收限位感应装置的位置信号和电控手柄的操作电流；

当控制器接收到的位置信号是非限位信号且操作电流为动臂举升电流、或者所述控制器收到操作电流为动臂下降电流时，控制器依据操作电流的大小向所述电比例变量柱塞泵输出用于控制流量大小的流量控制电流，并在流量控制电流不为零时依据操作电流向电磁换向阀对应输出用于电磁换向阀阀口全开换位的动臂举升控阀电流或动臂下降控阀电流；

当流量控制电流为零时向电磁换向阀输出的动臂举升控阀电流和动臂下降控阀电流为零。

8.根据权利要求7所述的装载机动臂举升控制方法，其特征在于当控制器接收到的位置信号是非限位信号且电控手柄的动臂举升电流由零值变化为A值或由A值变化为零值，或者电控手柄的动臂下降电流由零值变化为A值或由A值变化为零值，控制器输出的流量控制电流按照非线性曲线关系对应地由零值变化为B值或由B值变化为零值；

或者操作电流为A值且所述位置信号由非限位信号变化为限位信号时，控制器输出的流量控制电流由与操作电流A值对应的B值按照非线性曲线关系变化为零值；

B值是操作电流稳定在A值时所述控制器输出的流量控制电流的电流值。

9.根据权利要求8所述的装载机动臂举升控制方法，其特征在于所述非线性曲线上每个点上的流量控制电流与操作电流的比值都小于B/A。

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