CN111305309B - 用于控制液压绞车操作的系统 - Google Patents

Abstract

一种用于控制绞车组件的系统，该绞车组件具有液压马达、卷筒、缆索和缆索张力传感器。控制器被配置为访问限定保持区和卷轴区的绞车负载阈值，并且保持区和卷轴区中的一个包含大于绞车负载阈值的负载，而保持区和卷轴区中的另一个包含小于绞车负载阈值的负载。控制器还被配置为确定绞车组件是在保持区内还是在卷轴区内操作，并且当绞车组件在保持区内操作时生成零流量指令以防止液压绞车马达旋转，并且当可旋转绞车滚筒在卷轴区内操作时生成压力差指令以允许液压绞车马达旋转。

Description

用于控制液压绞车操作的系统

技术领域

本发明总体上涉及可移动机器上的绞车，且更具体地，涉及用于控制液压绞车操作的系统和方法。

背景技术

诸如推土机的机器通常包括绞车。绞车可用于执行各种任务并以不同模式操作。这些模式允许绞车缆索以受控的方式卷入或放出，以允许操作者执行期望的任务。机械绞车组件通常难以控制。液压绞车组件可能需要相当强大的冷却性能以防止过热。

在一些操作中，当沿着陡坡操作诸如挖掘机的机器时，一个或多个推土机可以通过绞车缆索互连到斜坡上的机器。由于绞车操作的复杂性和在陡坡上支撑机器的危险性，通常期望由经验丰富的操作员来操作最靠近在陡坡上操作的机器的推土机。然而，可能找不到经验丰富的绞车操作员。

美国专利第3,249,336号公开了一种具有液压驱动绞车组件的机器。液压马达驱动驱动轴，该驱动轴可操作地连接至绞车滚筒的轴，该绞车滚筒上设置有绞车缆索。液压马达的驱动轴通过一对锥齿轮可操作地连接至绞车滚筒的轴。

前述背景讨论仅旨在帮助读者，其不旨在限制本文所述的创新，也不旨在限制或扩展所讨论的现有技术。因此，前述讨论不应被认为表示现有系统的任何特定元件不适合与本文所述的创新一起使用，也不应被认为表示任何元件在实施本文所述的创新中都是必要的。本文描述的创新的实现和应用由所附权利要求限定。

发明内容

在第一方面，一种用于控制绞车组件操作的系统包括可旋转绞车滚筒、绞车缆索、液压绞车马达、缆索张力传感器和控制器。所述绞车缆索缠绕在所述可旋转绞车滚筒周围，所述绞车马达可操作地连接至所述可旋转绞车滚筒，并且包括用于接收液压流体的第一端口和第二端口，所述缆索张力传感器可操作地连接到所述绞车缆索，并被构造为产生指示绞车缆索上张力的张力数据。所述控制器被配置为访问绞车负载阈值，其中所述绞车负载阈值限定所述绞车组件的保持区和卷轴区，所述保持区和所述卷轴区中的一个包含大于所述绞车负载阈值的所述绞车缆索上的负载，并且所述保持区和所述卷轴区中的另一个包含小于所述绞车负载阈值的所述绞车缆索上的负载。所述控制器还被配置为：基于来自所述缆索张力传感器的所述张力数据确定所述绞车组件是在所述保持区内操作还是在所述卷轴区内操作；当所述绞车组件在所述保持区内操作时，生成零流量指令以防止液压流体流至所述液压绞车马达，并防止所述液压绞车马达旋转；并且当所述可旋转绞车滚筒在所述卷轴区内操作时，生成压力差指令以允许期望的液压流体流在期望的压力差下流向所述液压绞车马达，其中所述期望的液压流体流基于所述绞车负载阈值，并且所述可旋转绞车滚筒操作以允许液压绞车马达旋转。

在另一方面，一种控制绞车操作的方法包括访问绞车负载阈值，所述绞车负载阈值限定所述绞车组件的保持区和卷轴区，所述保持区和所述卷轴区中的一个卷轴区包含大于所述绞车负载阈值的缠绕在所述可旋转绞车卷筒上的所述绞车缆索上的负载，并且所述保持区和所述卷轴区中的另一个包含小于所述绞车负载阈值的负载。该方法还包括：基于来自所述缆索张力传感器的张力数据确定所述绞车组件是在所述保持区内操作还是在所述卷轴区内操作，所述缆索张力传感器可操作地与所述绞车缆索相关联，并且所述张力数据指示所述绞车缆索上的张力；当所述绞车组件在所述保持区内操作时，生成零流量指令以防止液压流体流至所述液压绞车马达，并且防止液压绞车马达旋转；并且当所述可旋转绞车滚筒在所述卷轴区内操作时，生成压力差指令以允许期望的液压流体流在期望的压力差下流向所述液压绞车马达，其中所述期望的液压流体流基于所述绞车负载阈值，并且所述可旋转绞车滚筒操作以允许液压绞车马达旋转。

在又一方面，一种机器包括原动机、地面接合驱动机构，绞车组件和控制器。所述地面接合驱动机构可操作地联接到原动机以推动机器。所述绞车组件包括可旋转绞车滚筒、绞车缆索、液压绞车马达、缆索张力传感器和控制器。所述绞车缆索缠绕在所述可旋转绞车滚筒周围，所述绞车马达可操作地连接至所述可旋转绞车滚筒，并且包括用于接收液压流体的第一端口和第二端口，所述缆索张力传感器可操作地与所述绞车缆索关联，并被构造为产生指示绞车缆索上张力的张力数据。所述控制器被配置为访问绞车负载阈值，其中所述绞车负载阈值限定所述绞车组件的保持区和卷轴区，所述保持区和所述卷轴区中的一个包含大于所述绞车负载阈值的所述绞车缆索上的负载，并且所述保持区和所述卷轴区中的另一个包含小于所述绞车负载阈值的所述绞车缆索上的负载。所述控制器还被配置为：基于来自所述缆索张力传感器的所述张力数据确定所述绞车组件是在所述保持区内操作还是在所述卷轴区内操作；当所述绞车组件在所述保持区内操作时，生成零流量指令以防止液压流体流至所述液压绞车马达，并防止所述液压绞车马达旋转；并且当所述可旋转绞车滚筒在所述卷轴区内操作时，生成压力差指令以允许期望的液压流体流在期望的压力差下流向所述液压绞车马达，其中所述期望的液压流体流基于所述绞车负载阈值，并且所述可旋转绞车滚筒操作以允许液压绞车马达旋转。

附图说明

图1示出了工地的示意图，在该工地处可以使用结合了本文公开的原理的机器；

图2示出了根据本发明的机器的示意图；

图3示出了图2的机器的发动机、液压驱动系统和绞车组件的一部分的第一实施例的框图；

图4示出了图2的机器的发动机、液压驱动系统和绞车组件的一部分的第二实施例的框图；

图5示出了图2的机器的控制系统的一部分的框图；

图6示出了根据本发明的操纵杆的示意图；

图7示出了根据本发明的第二机器的示意图；

图8示出了与时间呈函数关系的缆索负载的示例性曲线图；并且

图9示出了说明根据本发明的绞车组件的操作的流程图。

具体实施方式

图1示出了工地100的示意图，在该工地处一个或多个机器10可以运行以执行所期望的任务。工地100可以是工地、填埋场、采石场、建筑工地或任何其他区域的一部分。如图所示，工地100包括一组推土机11，推土机11通过绞车缆索41相互连接，并且通过另一绞车缆索41a协作地支撑另一机器，例如支撑挖掘机12，该另一机器在构造为陡坡的倾斜工作面101上操作。如下面更详细地描述的，每个推土机11包括绞车组件40，用于控制与该机器可操作地相关联的绞车缆索41的缠绕和展开。

图2示出了诸如推土机11的机器10的示意图，推土机11具有构造成推动材料的地面接合作业工具，例如铲板15。推土机11包括框架16和诸如发动机17的原动机。诸如履带19的地面接合驱动机构可通过推土机11的相对侧上的驱动链轮18可操作地联接到原动机，以推进机器。

推土机11可以包括可操作地连接到发动机17以驱动驱动链轮18和履带19的传动系20。本发明的系统和方法可以与本领域中适用于引起推土机11运动的任何类型的机器推进机构和传动系机构一起使用，包括与静液压驱动、电驱动或机械驱动一起使用。此外，尽管推土机11显示为“履带式”结构，但是也可以使用其他结构，例如轮式结构。

铲板15可以通过推土机11每侧上的臂21枢转地连接到框架16。连接到框架16的第一液压缸22在垂直方向上支撑铲板15，并允许铲板从图2的视点垂直向上或向下移动。推土机11每侧上的第二液压缸23允许铲板顶部的俯仰角相对于机器的中心线改变。

推土机11可以包括驾驶室24，操作员可以物理地占用驾驶室24并提供输入以控制机器。驾驶室24可包括一个或多个输入设备，例如操纵杆25(图6)，操作者可通过操纵杆25发出操作指令以控制机器的推进系统和转向系统，以及操作与机器相关联的各种机具。

推土机11可以包括液压驱动的绞车组件40，该绞车组件40操作以卷入和放出绞车缆索41。参照图3，示出了利用“闭环”液压驱动系统30来驱动液压绞车马达42的第一实施例。在这种系统中，原动机例如发动机17可以直接或间接地驱动泵31，该泵31液压连接到液压绞车马达42。如图所示，发动机17通过轴32机械地驱动泵31。泵31和液压绞车马达42之间的液压连接被示出为第一液压管线33和第二液压管线34。

尽管示出为闭环液压驱动系统30，液压驱动系统30具有第一液压管线33和第二液压管线34，将泵31连接到液压绞车马达42，但是其他部件或系统例如冷却系统(未示出)可操作地连接到第一液压管线33和/或第二液压管线34。此外，尽管示出了发动机17驱动单个泵31，推土机11可以包括一个或多个泵，每个泵由发动机17驱动，例如第一泵的轴联接到发动机的驱动轴，并且每个随后的泵联接到相邻泵的轴。

泵31可以构造成具有能够偏心旋转的旋转斜盘(未示出)的可变排量液压泵，使得通过泵的流动方向可以反向。通过控制泵31的排量，可以控制通过第一液压管线33和第二液压管线34到液压绞车马达42的液压流体的流量。

图4示出了第二实施例，其中“开环”液压驱动系统130可操作以驱动液压绞车马达42。在这种系统中，原动机例如发动机17可以通过轴132机械地驱动泵131。泵131可操作地连接到分配液压流体的歧管(未示出)。加压液压流体从泵131通过歧管到推土机11的各种系统的流动可以由多个阀控制，图4中以133示出了一个这样的阀。

阀133可操作以控制流向液压绞车马达42的液压流体流，更具体地，可控制通过第一液压管线33和第二液压管线34流向液压绞车马达的流体流的量和方向。阀133可构造成可在三种操作状态之间移动的电控比例阀。在该状态下，没有液压流体流过阀133到达液压绞车马达42。在第二状态下，液压流体通过阀133流到连接到液压绞车马达42的第一液压管线33，并通过第二液压管线34流出液压绞车马达，通过阀返回，并通过箱管线135流至箱134。在第三状态下，液压流体通过阀133流到连接到液压绞车马达42的第二液压管线34，并通过第一液压管线33流出液压绞车马达，通过阀返回，并通过箱管线135流到箱134。在第二和第三状态中的每一个状态下，阀133可移动通过多个位置，在多个位置处允许流体通过阀133分别到达第一端口35和第二端口36。阀133可构造成使得通过阀133的液压流体的流量取决于阀在第二和第三状态中的每一个状态下的排量程度。

泵131可构造成固定排量泵或可变排量液压泵。反馈或感测液压管线136可设置在泵131和阀133之间以控制泵的操作。通过第一液压管线33和第二液压管线34到液压绞车马达42的液压流体的流量可以通过控制阀133的位置来控制。

可以设想用于驱动液压绞车马达42的液压系统的其他构造。

液压绞车马达42可以具有任何期望的构造。在实施例中，液压绞车马达42可以是可变排量马达。在其他实施例中，液压绞车马达42可以是固定排量马达。在一些实施例中，当液压绞车马达42构造为可变排量马达时，可能期望控制马达的排量以控制泵31相对于液压绞车马达的速度，从而优化绞车组件40的扭矩与速度的关系。

液压绞车马达42包括液压连接到第一液压管线33的第一端口35和液压连接到第二液压管线34的第二端口36。液压绞车马达42的旋转方向取决于液压流体是流入第一端口35还是流入第二端口36。更具体地，从第一液压管线33通过第一端口35流入液压绞车马达42和从第二端口36流出将导致绞车马达沿第一方向旋转，而通过第二端口流入绞车马达和从第一端口流出将导致绞车马达沿相反的第二方向旋转。如上所述，液压流体流入液压绞车马达42的方向和速率可分别通过控制泵31的旋转斜盘(未示出)或通过控制阀133的位置来控制。

在一个实施例中，增加第一端口35处的压力以提供从第一端口到第二端口36的流体流动将导致一定长度的绞车缆索41被放出。相反地，增加第二端口36处的压力以提供从第二端口到第一端口35的流体流动将导致一定长度的绞车缆索41被卷入。因此，第一端口35可以被称为放出端口，第二端口可以被称为卷入端口。

可旋转绞车滚筒47可通过可操作地连接到绞车马达的齿轮系统46可操作地连接到液压绞车马达42。在实施例中，齿轮系统46可构造成为绞车滚筒47的每次旋转提供绞车马达42的多次旋转。绞车滚筒47的旋转可以通过可操作地连接到其上的制动系统48来防止。齿轮系统46和制动系统48可以具有任何期望的构造。在实施例中，齿轮系统46和制动系统48可构造成具有默认状态，在该默认状态下，除非制动系统脱离，否则绞车滚筒47的旋转被阻止(即，施加制动)。绞车滚筒47可构造成使绞车缆索41缠绕多次。绞车缆索41缠绕绞车滚筒47的次数可以是绞车缆索的尺寸(即滚筒的直径和宽度)以及长度和直径的函数。可以设想绞车组件40的其他构造。

发动机13、泵31、绞车组件40、阀133以及推土机11的其他系统和部件的操作可由控制系统50控制，大致如图2中的箭头所示，该箭头示出了与机器的关联。控制系统50可以包括电子控制模块或控制器51和多个传感器。控制器51可以通过无线通信系统从驾驶室24内或机外接收来自操作推土机11的操作者的输入信号。控制器51可以控制推土机11的各个方面的操作，包括传动系20、液压系统和绞车组件40。

控制器51可以是以逻辑方式操作以实施操作、执行控制算法、存储和检索数据以及其他期望操作的电子控制器。控制器51可以包括或访问存储器、辅助存储设备、处理器和用于运行应用的任何其他组件。存储器和辅助存储设备的形式可以是只读存储器(ROM)或随机存取存储器(RAM)或可由控制器访问的集成电路。各种其他电路可与控制器51相关联，例如电源电路、信号调节电路、驱动器电路和其他类型的电路。

控制器51可以是单个控制器或者可以包括设置成控制推土机11的各种功能和/或特征的多个控制器。术语“控制器”在其最广泛的意义上旨在包括一个或多个控制器和/或微处理器，这些控制器和/或微处理器可以与推土机11相关联并且可以协作来控制机器的各种功能和操作。控制器51的功能可以在硬件和/或软件中实现，而不考虑该功能。控制器51可以依赖于可以存储在控制器的存储器中的与推土机11和工地100的操作条件和操作环境相关的一个或多个数据映射。这些数据映射中的每一个可以包括表格、图形和/或等式形式的数据集合。

控制系统50和控制器51可以位于推土机11上，并且还可以包括远离机器的部件。控制系统50的功能可以是分布式的，使得在推土机11处执行某些功能，并且远程地执行其他功能。

参见图5，推土机11可以配备有多个机器传感器，这些机器传感器提供直接或间接地指示机器的各种操作参数，或诸如绞车电动机42的某些部件的操作特性，和/或操作中机器所处环境的数据。术语“传感器”在其最广泛的意义上旨在包括一个或多个传感器和相关部件，这些传感器和相关部件可以与推土机11相关联并且可以协作来感测机器的各种功能、操作和操作特性和/或操作中的机器所处的环境的多个方面。

可以提供第一压力传感器55来感测或确定第一端口35处或沿着第一液压管线33的压力，并且提供指示压力的压力数据。第一压力传感器55可以设置在第一端口35处，或者在沿着第一液压管线33的另一位置处与第一端口间隔开。可以提供第二压力传感器56来感测或确定第二端口36处或沿着第二液压管线34的压力，并且提供指示压力的压力数据。第二压力传感器56可以设置在第二端口36处，或者在沿着第二液压管线34的另一位置处与第二端口间隔开。由于第一端口35有时被称为放出端口，所以第一压力传感器55有时可以被称为放出压力传感器。类似地，第二压力传感器56有时可以被称为卷入压力传感器

可以比较来自第一压力传感器55的数据和来自第二压力传感器56的数据，以确定第一端口35和第二端口36之间的压力差。第一压力传感器55和第二压力传感器56因此作为压力差传感器一起操作，并且因此来自第一和第二压力传感器的数据或数据比较的结果可以被称为压力差数据。此外，可以设想确定压力差的其他方式。

在液压绞车马达42是可变排量马达的实施例中，可设置液压绞车马达排量传感器57以感测液压绞车马达的排量并向控制器51提供指示马达排量的排量数据。液压绞车马达排量传感器57可以具有任何期望的构造。在其他实施例中，可以基于用于控制绞车马达的排量的绞车马达排量指令(即，电流)来确定排量，而不是感测液压绞车马达42的排量。因此，在一些实施例中，来自图5所示的绞车马达排量传感器57的输入可由用于控制液压绞车马达42的排量的绞车马达排量指令或电流代替。

因为由液压绞车马达42提供的扭矩是绞车马达的第一端口35和第二端口36之间的压力差和液压绞车马达的排量的函数，所以第一压力传感器55、第二压力传感器56和液压绞车马达排量传感器57可以限定扭矩传感器。在其他情况下，液压绞车马达42的排量可以由控制器51命令，而不是由液压绞车马达排量传感器57感测。在这种情况下，扭矩可以基于绞车马达的第一端口35和第二端口36之间的压力差和液压绞车马达的排量来确定，压力差由第一压力传感器55、第二压力传感器56确定，液压绞车马达的排量基于提供给液压绞车马达42的排量指令来确定。

可以提供旋转传感器58，用于直接或间接地感测绞车滚筒47的旋转位置，并用于提供指示旋转位置的旋转数据。旋转传感器58可以具有任何期望的构造，例如安装在绞车马达42或绞车滚筒47上或邻近于绞车马达42或绞车滚筒47的旋转编码器。在一些情况下，可能期望监测绞车马达42而不是绞车滚筒47的位置，因为绞车组件40可以构造成使得绞车马达对于绞车滚筒的每次旋转旋转多次。控制器51可以监测和存储绞车马达42(或绞车滚筒47)的旋转数据，以确定绞车滚筒47的角位置和旋转次数。在一个实施例中，0的参考位置可以对应于绞车缆索41被完全收回。

第一压力传感器55、第二压力传感器56和液压绞车马达排量传感器57中的每一个可以被表征为马达操作特性传感器，因为它们产生指示绞车马达42的操作特性的操作特性数据或信号。第一压力传感器55、第二压力传感器56、液压绞车马达排量传感器57和旋转传感器58可以被表征为绞车操作特性传感器，因为它们产生指示绞车组件40的操作特性的操作特性数据或信号。

控制系统50可以包括绞车控制系统52，该绞车控制系统52总体由图2中的箭头所示，该箭头示出了与机器10的关联。绞车控制系统52可操作以控制绞车组件40的操作。绞车组件40可构造成以多种不同的操作模式操作。在通常称为“自由卷筒”模式的第一操作模式中，绞车滚筒47例如通过释放制动系统48或制动系统的一部分以及齿轮系统46或齿轮系统的一部分而与绞车组件40的其余部分断开。通过将绞车滚筒47与绞车组件40的其余部分断开，绞车滚筒可被转动，从而以非常小的力(例如大约50-100磅)拉出或放出一定长度的绞车缆索41。在一个实施例中，绞车控制系统52可以通过向后或朝向驾驶室24中的操作者拉动操纵杆25而置于自由卷筒模式。

在通常称为“制动断开”模式的第二操作模式中，绞车滚筒47保持连接到齿轮系统46，但齿轮系统不连接到绞车马达42。结果，绞车滚筒47仍然能够转动，但是这种转动受到齿轮系统的内阻的阻碍。在一个示例中，当在制动断开模式下操作时，拉出一段长度的绞车缆索41期望的力可以是大约1,000-2000磅。在一个实施例中，绞车控制系统52可以通过向前或远离操作者推动操纵杆25而置于制动断开模式。

第三操作模式可以被称为“制动接通”模式，其中制动系统48被接合，从而防止绞车滚筒47的旋转并且绞车缆索41相对于绞车滚筒保持静止。在一个实施例中，绞车控制系统52可以通过允许操纵杆25返回到其中心或默认位置或将操纵杆保持在其中心或默认位置，或者通过给出如下所述的“卷入”或“放出”指令而被置于制动接通模式。

第四操作模式可称为“放出”模式，其中绞车马达42旋转以馈送或放出绞车缆索41。第五操作模式可称为“卷入”模式，其中绞车马达42旋转以卷入绞车缆索41。在一个实施例中，绞车控制系统52可以通过横向向内拉动操纵杆25而被置于卷入模式，并且可以通过横向向外推动操纵杆25而被置于放出模式。绞车缆索41被放出或卷入的速率可以与操纵杆25的排量成比例。

在称为“自动张紧”模式的第六操作模式中，绞车控制系统52可操作以防止绞车缆索41在特定范围或区域内操作时被放出或卷入。为此，可以以任何期望的方式将期望的绞车负载输入绞车控制系统52、设置在绞车控制系统52内或由绞车控制系统52访问期望的绞车负载。在一个示例中，操作者可以通过输入设备以数字方式(例如，50,000lbs.)指定期望的绞车负载。在另一示例中，操作者可基于相对于绞车组件40的总容量的相对比例(例如，1-100)来指定期望的绞车负载。

基于期望的绞车负载，绞车控制系统52可以确定产生和保持这种负载期望的扭矩。通过使用存储在控制器51内或由控制器51访问的查找表或数据表，绞车控制系统52可以基于绞车马达的排量、绞车滚筒47的几何形状和绞车缆索41相对于绞车滚筒的位置来确定产生期望扭矩期望的液压绞车马达42的第一端口35和第二端口36之间的压力差。。换言之，考虑到绞车滚筒47的尺寸和绞车缆索41距滚筒旋转中心的距离，为了在绞车缆索41上提供期望的力，绞车马达42必须产生期望的扭矩。绞车缆索41距绞车滚筒47的旋转中心的距离可基于绞车滚筒的已知特性和绞车滚筒的角度或旋转位置来确定，绞车滚筒的角度或旋转位置由旋转传感器58提供的旋转信号或数据来确定。基于由来自排量传感器57的排量信号确定的绞车马达42的排量，绞车控制系统52可以确定产生所需扭矩期望的压力差。

当使用自动张紧模式时，在绞车控制系统52内设定了期望的绞车负载之后，操作者可以进一步或随后调节绞车缆索41上的期望的绞车负载或张力。这在期望的绞车负载通常被设定然后被更精细地调节的情况下和/或在操作条件改变的情况下可以是合乎期望的。

例如，操作者通常可以设定初始期望的绞车负载(以数字方式或基于相对比例)，然后通过输入设备增加或减少负载。参照图6，操纵杆25可以包括三个输入按钮26-28。第一输入按钮26可操作以启用或开启和关闭自动张紧模式。第二输入按钮27可操作以增加期望的绞车负载，第三输入按钮28可操作以减少期望的绞车负载。在其他实施例中，第二输入按钮26和第三输入按钮27可以由旋转输入设备(未示出)代替。

当推土机11和诸如系在绞车缆索41上的挖掘机12的机器10操作时，缆索上的张力可以发生改变。绞车缆索41上张力的增加可以通过绞车负载上限，导致一定长度的绞车缆索从绞车组件40中被拉出或放出。绞车缆索41上张力的减小可导致绞车缆索41中的张力小于绞车负载下限，从而导致一定长度的绞车缆索收回或卷入到绞车组件40中。

可以设想其他操作模式，如移动操纵杆25以启动、操作或终止每个操作模式的其他方式。此外，所有绞车组件可以不包括或构造有上述所有操作模式。

参见图7，示出了可以系在推土机11上的示例性机器10。挖掘机12可包括具有吊杆构件80、杆构件81和作业机具82的机具系统。作业机具82可以采用任何期望的形式，包括铲斗、液压锤或抓斗。机具系统可操作地连接到总体上以83表示的液压系统，该液压系统包括用于使机具系统运动的液压缸或致动器84。操作员可以从操作员站或驾驶室85操作挖掘机12。原动机86可操作地连接到并驱动诸如履带87的地面接合驱动机构。挖掘机12可以包括与上述控制系统50和控制器51相同或相似的控制系统88和控制器89，并且不再重复其描述。

尽管示出了在推土机11和挖掘机12之间延伸的绞车缆索41，但是绞车组件40可以安装在任何类型的机器上并且可以用于任何类型的绞车操作。例如，绞车组件40可用于运输任何类型的设备，例如管道层、焊接设备或在工地100处沿着斜坡上下运输的人员。

工业实用性

从前面的讨论中将容易理解这里描述的绞车组件40的工业实用性。上述讨论可应用于使用绞车组件40的系统，其中期望执行各种绞车操作，包括在不施加或接合绞车组件的制动系统48的情况下维持绞车缆索41上的绞车负载范围。这种绞车组件40可用于采矿场、填埋场、采石场、建筑工地、道路工地、森林、农场或任何其他需要使用绞车组件的区域。

绞车控制系统52可用于控制绞车组件40的操作，例如通过控制上述操作模式。在一些情况下，可以期望使用自动张紧模式而不是使用制动接通、制动断开和其他操作模式的组合。例如，再参照图1，三个推土机11通过绞车缆索41相互连接，并且支撑在陡坡工作表面101上操作的挖掘机12。在这种构造中，上部两个推土机11(即，图1中最左边的推土机)通常可用作“锚”以支撑下部推土机11(即，最靠近挖掘机12)和挖掘机。作为锚，上部的两个推土机11可以停泊，此时它们的行车制动器处于制动模式并且它们的绞车组件处于制动接通模式。

为了简化或改进挖掘机12的操作，下部推土机11的绞车组件40可以在自动张紧模式下操作，其中期望的绞车负载设定在足以支撑挖掘机12的水平。期望的绞车负载可以取决于挖掘机12的尺寸以及工作表面101的操作条件和坡度。在一个示例中，期望绞车负载的上限可以设定为20,000磅，而下限可以设定为2,000磅。在另一示例中，所需绞车负载的上限可以设定为50,000磅，下限设定为1,000磅。可以根据需要设置其他期望的绞车负载或限制。此外，在一些实施例中，可以仅设置上限或下限。

在下部推土机11和挖掘机12之间延伸的绞车缆索41a上的张力操作以向挖掘机提供支撑，同时允许挖掘机执行期望的操作而不限制其沿着工作表面101移动的能力。通过使用自动张紧模式，挖掘机12的操作者可以容易地沿着倾斜工作表面101执行正常或典型的操作。

参照图8，示出了示例性曲线图，其中绞车缆索41上的负载被描绘为时间的函数。所需绞车负载的上限设定为20,000磅，下限设定为2,000磅。这种构造限定了上卷轴区90、下卷轴区91和保持区92。在所示示例中，如果绞车缆索41上的张力大于20,000磅，则绞车缆索将被放出或送出，直到绞车缆索上的张力或负载小于上限。如果绞车缆索41上的张力小于2000磅，绞车缆索将被卷入直到张力或负载大于下限。此外，如果绞车缆索41上的张力在2,000磅和20,000磅之间，绞车缆索将不会被放出或卷入。

为了确定绞车组件是否在上卷轴区90、下卷轴区91或保持区92内操作，可以确定绞车缆索41上的负载或张力。绞车缆索41上的负载或张力是液压绞车马达42处的扭矩和绞车缆索41距绞车滚筒47的旋转中心的距离的函数。液压绞车马达42处的扭矩是第一端口35处的压力与第二端口36处的压力之间的压力差以及液压绞车马达42的排量的函数。

在一个实施例中，对于由液压绞车马达42的第一端口35和第二端口36之间的压力差、液压绞车马达42的排量，和绞车滚筒47的每个可能的旋转位置组成的每个组合，绞车缆索41上产生的负载或张力可以存储或设置在控制器51的存储器内。在另一个实施例中，用于确定作为由液压绞车马达42的第一端口35和第二端口36之间的压力差、液压绞车马达42的排量，和绞车滚筒47的每个可能的旋转位置组成的每个组合的函数的负载或张力的一个或多个公式可以存储在控制器51内。因此，在一个实施例中，通过确定液压绞车马达42的第一端口35和第二端口36之间的压力差、液压绞车马达42的排量，以及绞车滚筒47的旋转位置，可以确定绞车缆索41上的负载。此外，在确定绞车缆索41上的负载时，控制器51可确定绞车组件40是否在上卷轴区90、下卷轴区91或保持区92内操作。

此外，虽然可以基于液压绞车马达42的第一端口35和第二端口36之间的压力差、液压绞车马达的排量，以及绞车缆索41距绞车滚筒47的旋转中心的距离来确定绞车缆索41上的负载，但是在其他实施例中，绞车缆索上的负载可由绞车缆索上或与绞车缆索相关联的缆索负载传感器(未示出)确定。这种电缆负载传感器可以采用任何期望的形式并且可以定位在任何位置。在一个示例中，缆索负载传感器可设置在缆索的一部分上或与缆索相互作用以产生指示绞车缆索41上的负载的信号。

因此，如这里所使用的，缆索负载传感器可以采用许多不同的形式来直接或间接地测量缆索张力并产生指示绞车缆索上张力的张力数据。在一个实施例中，缆索负载传感器可以是绞车缆索上或与绞车缆索相关联的传感器。在另一实施例中，缆索负载传感器可以是压力差传感器、液压绞车马达排量传感器57和旋转传感器58的组合。在其他实施例中，例如当使用固定排量马达时，可以省略液压绞车马达排量传感器57，和/或例如当接近绞车缆索41相对于绞车滚筒47的中心的位置时，可以省略旋转传感器58。

在推土机11和/或挖掘机12的操作期间，绞车缆索41上的负载可以改变。更具体地，在一些情况下，推土机11和/或挖掘机12可以沿倾斜工作表面101向下或横向(或在一些情况下向上)驱动或推进和/或以这样的方式操作，即增加绞车缆索41上的负载或张力，使得其超过负载上限(例如，20,000磅)。在其他情况下，推土机11和/或挖掘机12可以沿倾斜的工作表面101向上或横向(或在一些情况下向下)驱动或推进和/或以这样的方式操作，即减小绞车缆索41上的负载或张力，使得其小于负载下限(例如，2,000磅)。又在其他情况下，挖掘机12可以在绞车缆索41上的负载处于保持区92内的情况下被推进和/或操作(即，绞车缆索41上的负载或张力大于负载下限(例如，2,000磅)并且小于负载上限(例如，20,000磅))。

例如，在一些情况下，推土机11和/或挖掘机12可以在绞车缆索41上的负载处于保持区92内的情况下被推进和/或操作。换言之，绞车缆索41上的负载或张力大于负载下限(例如，2,000磅)并小于负载上限(例如，20,000磅)。当确定绞车组件40在保持区内操作时，液压流体流经过液压绞车马达42被阻止，使得绞车滚筒47不旋转。为此，当利用闭环液压驱动系统30时，泵31的排量保持为零。换言之，即使当泵由发动机17驱动时，控制器51也可以产生泵指令以将泵31的排量保持为零。

当利用开环液压驱动系统130时，为了防止液压流体通过阀133流到液压绞车马达42，阀133定位或设置在其第一或关闭位置。为了将阀133定位在关闭位置，控制器51可以生成零流量指令。虽然一些阀可能不需要将该阀定位在零流量状态或方向的实际指令，但是如在此所使用的，零流量指令是指将该阀133引导到这样的位置的肯定指令，或者是指没有将该阀移动到引导流穿过该阀的另一个位置的指令。

没有来自泵31或通过阀133的流体流将有效地关闭第一液压管线33和第二液压管线34，并因此防止液压绞车马达42旋转。由于液压绞车马达42和绞车滚筒47可操作地连接，绞车滚筒47和绞车缆索41也保持就位。换言之，参照图8，当绞车缆索41上的张力从负载下限朝着负载下限和负载上限之间的中点95(这将导致第一端口35和第二端口36之间的压力差增加)增加时，绞车滚筒47的旋转将由于没有流体流经过液压绞车马达42而受到阻碍。即使当绞车缆索41上的负载增加时，第一液压管线33和第二液压管线34的闭合特性也将进一步阻止液压绞车马达42的旋转。

当在保持区92中操作时，绞车缆索41上的负载例如在96处的减小将类似地导致没有液压流体流过液压绞车马达42，使得绞车滚筒47不旋转。如上所述，当使用闭环液压驱动系统30时，泵31可以保持在零排量，并且当使用开环液压驱动系统130时，阀133可以保持在其关闭位置。因此，在每种情况下，当在保持区92内操作时，绞车缆索41上的负载或张力由于没有液压流体流经过液压绞车马达42而受到抵抗，并因此防止缆索被卷入或放出。

当在上卷轴区90中操作时，控制器51可生成压力差指令，以使液压绞车马达42旋转以放出一定长度的绞车缆索41，直到绞车缆索上的负载或张力减小到所需绞车负载的上限。更具体地，压力差指令可以控制泵31或阀133的操作，使得液压流体流被提供到液压绞车马达42的第一端口35，以减小第一端口和第二端口之间的压力差。可以接收并比较来自第一压力传感器55的第一压力数据和来自第二压力传感器56的第二压力数据，以确定第一端口35和第二端口36之间的压力差。一旦压力差已经充分减小，使得绞车组件40在保持区92内操作，控制器51可以生成零流量指令，以将绞车组件保持在保持区中。

类似地，当在下卷轴区91中操作时，控制器51可生成压力差指令，以使液压绞车马达42旋转以卷入一定长度的绞车缆索41，直到绞车缆索上的负载或张力增加到所需绞车负载的下限。更具体地，压力差指令可以控制泵31或阀133的操作，使得液压流体流被提供到液压绞车马达42的第二端口36以增加端口之间的压力差。可以接收并比较来自第一压力传感器55的第一压力数据和来自第二压力传感器56的第二压力数据，以确定第一端口35和第二端口36之间的压力差。一旦压力差已经充分增大，使得绞车组件40在保持区92内操作，控制器51可以生成零流量指令，以将绞车组件保持在保持区中。

应当注意，当绞车缆索41从绞车滚筒47中送出时，绞车缆索与绞车滚筒的旋转中心之间的距离可以改变。绞车缆索41与绞车滚筒47的旋转中心之间的距离的变化可以基于来自旋转传感器58的旋转数据来确定。绞车控制系统52可以调节对应于上卷轴区90、下卷轴区91和保持区92中的每一个的压力差，以补偿距绞车滚筒47的旋转中心的距离的变化。

在一些实施例中，可以通过使用自动张紧模式代替一些上述其他操作模式来改进绞车操作。另外或可替代地，使用自动张紧模式代替一些其他操作模式可以允许降低成本或改进绞车组件40的设计或操作。例如，如上所述，当在制动断开模式下操作时，绞车滚筒47可在经受约1,000-2,000磅的负载时旋转。当齿轮系统46内的一些或全部离合器未被释放使得齿轮系统仍然保持与绞车滚筒47的连接时，需要该负载。如果需要，绞车控制系统52可构造成通过在从绞车滚筒47拉动缆索之前要求在绞车缆索41施加大约1,000-2000磅的负载来提供模拟或接近制动断开模式的模式。在其他情况下，自动张紧模式或其变型可用于模拟或接近其他操作模式。此外，当施加或移除制动器时，可以使用自动张紧模式的变型，以减少绞车缆索41上的负载的任何突然变化。

图9的流程图示出了绞车组件40的操作，并且包括绞车组件在自动张紧模式下操作时的操作细节。在阶段60，可以在控制器51内设置或存储多个操作模式。该操作模式可对应于上述任何或所有模式以及任何其他所需操作模式。此外，当在自动张紧模式下操作时，可以设置一个或多个期望的绞车负载阈值或默认设置。例如，在启用自动张紧模式时，绞车控制系统52可以被构造成使用绞车缆索41上的上负载阈值的默认设置(例如，20,000磅、50,000磅，或任何其他期望的值)和/或下负载阈值的默认设置(例如，1,000磅，2,000磅，或任何其他所需值)。在一些实施例中，显示信号59(图5)可以由控制器51产生，以在驾驶室24内的显示设备上，以绝对数值相对于绞车组件40的总容量的相对数值或比例的形式显示默认设置。

可以在阶段61将绞车特征设置或存储在控制器51的存储器内。绞车特征可以包括绞车卷筒47的绞车尺寸特征，例如尺寸(例如直径和轴向宽度)和/或对于每个绞车旋转位置而言绞车缆索41距绞车卷筒旋转中心的距离。绞车缆索41距绞车滚筒的旋转中心的距离可以以与绞车滚筒47的绝对旋转位置成函数关系的形式设定或存储在控制器51内(绞车滚筒的位置，连同从完全缩回的位置旋转的次数)。在其他情况下，距绞车滚筒47的旋转中心的距离可以通过使用平均距离或一些其他值来近似化处理。在一些情况下，实际距离可以与绞车马达42产生的扭矩一起使用，以确定绞车缆索41上的负载或张力。在其他情况下，绞车缆索41上的负载或张力可以基于绞车缆索41距旋转中心的近似距离或通过使用一些其他值来确定。

另外的绞车特征可以包括液压绞车马达42处的扭矩，该扭矩对应于液压绞车马达的第一端口35和第二端口36之间的压力差与液压绞车马达的每个可能排量组成的每个可能组合。此外，绞车缆索41上的负载或张力可以作为由液压绞车马达42的第一端口35和第二端口36之间的压力差、液压绞车马达的每个可能排量，和绞车滚筒47的每个可能旋转位置组成的每个可能组合的函数，而存储或设置在控制器51的存储器内或与控制器51相关联。如果对距绞车滚筒47的旋转中心的距离近似化处理，则绞车缆索41上的负载或张力可以作为旋转中心距离和端口之间的压力差的函数而存储或设定。

在阶段62，操作者可以选择期望的操作模式。控制器51可以在判定阶段63确定由操作者选择的操作模式是否是自动张紧模式。如果操作者选择的操作模式不是自动张紧模式，则绞车控制系统52可以允许在阶段64手动操作绞车组件40。

如果操作者在判定阶段63选择的操作模式是自动张紧模式，则绞车控制系统52可以根据自动张紧模式流程开始操作。更具体地，在阶段65，可以在控制器51内设置或存储上负载阈值和/或下负载阈值。在一些实施例中，可以在阶段60将默认阈值设置或存储在存储器中。此外，在一些实施例中，可以以其他方式设置或调整上负载阈值和/或下负载阈值。例如，推土机11的操作者可以根据其一般类型或型号或者根据与该机器或物体相关联的唯一标识号来输入附连到绞车缆索41的机器或物体的类型。在其他情况下，这种信息可以由与绞车控制系统52相关联的传感器自动感测。另外，操作者可以根据需要改变上负载阈值和/或下负载阈值，而不管它们是否在阶段60被预设或存储，或者它们是否在阶段65被设定或存储。

在阶段66，控制器51可以从旋转传感器58接收旋转数据并且基于由旋转传感器提供的旋转数据确定绞车滚筒47的旋转位置。控制器51可以在阶段67基于旋转数据确定从绞车滚筒47延伸到绞车滚筒中心的绞车缆索41的距离。如上所述，在一些情况下，控制器51可以利用相对于绞车缆索41和绞车滚筒47的力矩臂的平均值或某个近似值。

在阶段68，控制器51可以基于绞车组件40的力矩臂(从绞车滚筒47延伸到绞车滚筒中心的绞车缆索41的距离)确定对应于上负载阈值和下负载阈值中的每一个的扭矩。

控制器51可以在阶段69基于来自排量传感器57的排量数据确定液压绞车马达42的排量。在其他情况下，液压绞车马达42的排量可以基于提供给液压绞车马达以控制其排量的排量指令或电流来确定。此外，如果液压绞车马达42是固定排量马达，则排量可以存储或设定在控制器51内。

控制器51可以基于与在阶段68确定的每个阈值相对应的扭矩、在阶段67确定的绞车缆索41距绞车滚筒47的旋转中心的距离，以及在阶段69确定的液压绞车马达42的排量，来在阶段70确定与在每个上负载阈值和下负载阈值处的负载相对应的压力差

推土机11和/或挖掘机12可以在阶段71操作。与此同时，绞车缆索41上的负载可以随时间变化，如图8的示例性曲线图所示。在阶段72，控制器51可接收来自第一压力传感器55的第一压力传感器数据和来自第二压力传感器56的第二压力传感器数据，并确定液压绞车马达42的第一端口35和第二端口36之间的压力差。

在判定阶段73，控制器51可以确定绞车组件是否在保持区92内操作。为此，控制器51可以将在阶段72确定的压力差与对应于在阶段70确定的上负载阈值和下负载阈值中的每一个的压力差进行比较。如果所测量的压力差小于上限且高于下限，则绞车组件40在保持区92内操作。在这种情况下，控制器51可以在阶段74生成零流量指令，防止液压流体流向液压绞车马达42。为此，在闭环液压驱动系统中，泵31保持在零排量，并且在开环驱动系统130中，阀133保持在其关闭位置。由于没有流体流过液压绞车马达42，因此防止了液压绞车马达42(以及绞车滚筒47)的旋转。

然后，诸如推土机11和挖掘机12的机器可以根据需要继续操作，并且重复阶段65-75。

然而，如果在判定阶段73绞车组件40在保持区92之外操作，则控制器51可生成压力差指令，该压力差指令将导致液压绞车马达42处的压力差和液压流体流的变化，使得绞车组件40将返回到保持区92。更具体地，如果绞车组件40在上卷轴区90中操作，则控制器51可以生成压力差指令，该压力差指令控制泵31或阀133的操作，使得液压流体流被提供到液压绞车马达42的第一端口35，以减小第一端口35和第二端口36之间的压力差。类似地，当在下卷轴区91中操作时，控制器51可生成压力差指令，该压力差指令控制泵31或阀133的操作，使得液压流体流被提供到液压绞车马达42的第二口36，以增加第一口35和第二口36之间的压力差。

然后，诸如推土机11和挖掘机12的机器可以根据需要继续操作，并且重复阶段65-75。

应当注意，在以自动张紧模式操作期间的任何时间，操作者可以通过生成适当的指令或者以期望的方式移动操纵杆25来选择以手动模式操作绞车组件40。

此外，可以修改图9的示例，不是依赖于液压绞车马达42处的压力差、液压绞车马达的排量以及绞车缆索41距绞车滚筒47的旋转中心的距离时，而是在绞车缆索41上使用缆索负载传感器以确定绞车缆索上的负载，从而确定绞车组件是否在上卷轴区90、下卷轴区91或保持区92内操作。

应当理解，前文的描述提供了所公开的系统和技术的示例。对本发明或其示例的所有引用旨在引用在该意义上讨论的特定示例，而不旨在暗示对本发明范围的更一般的任何限制。关于某些特征着重和省略的描述旨在表明对这些特征没有偏好，但不完全将其排除在本发明的范围之外，除非另行表明。

除非本文另有说明，否则本文中数值范围的列举仅旨在用作单独提及落入该范围内的每个单独值的简写方法，并且每个单独值并入本说明书中，如同其在本文中单独列举一样。可以任何合适的顺序描述本文所述的所有方法，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾。

因此，如适用的法律所允许的，本发明包括所附权利要求中主题的所有变型和等同物。此外，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾，否则本发明涵盖上述要素在其所有可能变化形式中的任何组合。

Claims (8)

1.一种用于控制绞车组件操作的系统，包括：

可旋转绞车滚筒；

绞车缆索，所述绞车缆索缠绕在所述可旋转绞车滚筒周围；

液压绞车马达，所述液压绞车马达可操作地连接到所述可旋转绞车滚筒，并包括用于接收液压流体的第一端口和第二端口；

缆索张力传感器，所述缆索张力传感器可操作地与所述绞车缆索相关联，并且构造成产生指示所述绞车缆索上的张力的张力数据，其中所述缆索张力传感器包括压力差传感器，所述压力差传感器可操作地连接到所述液压绞车马达并且构造成产生指示所述第一端口和所述第二端口之间的压力差的压力差数据；以及

控制器，所述控制器被配置为：

访问绞车负载阈值，所述绞车负载阈值限定所述绞车组件的保持区和卷轴区，所述保持区和所述卷轴区中的一个包含大于所述绞车负载阈值的所述绞车缆索上的负载，并且所述保持区和所述卷轴区中的另一个包含小于所述绞车负载阈值的所述绞车缆索上的负载；

所述液压绞车马达是可变排量马达，并且所述控制器还被配置为确定所述液压绞车马达的排量；

基于来自所述压力差传感器的压力差数据来确定所述第一端口与所述第二端口之间的压力差；

将所述第一端口与所述第二端口之间的所述压力差与对应于所述绞车负载阈值的压力差进行比较；

基于所述比较来确定所述绞车组件是在所述保持区内还是在所述卷轴区内操作；

生成零流量指令，以在所述绞车组件在保持区内操作时防止液压流体流到液压绞车马达，并防止所述液压绞车马达旋转；以及

当所述可旋转绞车滚筒在所述卷轴区内操作时，生成压力差指令以允许期望的液压流体流在期望的压力差下流到所述液压绞车马达，所述期望的液压流体流基于所述绞车负载阈值，并且所述可旋转绞车滚筒操作以允许所述液压绞车马达旋转。

2.如权利要求1所述的系统，其中，所述卷轴区对应于上卷轴区，并且所述上卷轴区包含大于所述绞车负载阈值的负载，并且所述保持区包含小于所述绞车负载阈值的负载。

3.如权利要求2所述的系统，其中所述绞车负载阈值对应于上负载阈值并且所述卷轴区对应于上卷轴区，并且

所述控制器还被配置为：

访问下负载阈值，并且所述下负载阈值定义下卷轴区；

基于所述压力差确定所述绞车组件是否在所述保持区、所述上卷轴区或所述下卷轴区内操作；

当所述可旋转绞车滚筒在所述上卷轴区内操作时，生成上压力差指令，所述上压力差指令基于所述上负载阈值并操作以放出一定长度的所述绞车缆索；以及

当所述可旋转绞车滚筒在所述下卷轴区内操作时，生成下压力差指令，所述下压力差指令基于所述下负载阈值并操作以卷入一定长度的所述绞车缆索。

4.如权利要求1-3中任一项所述的系统，还包括原动机和泵，所述原动机被构造成用于使所述泵旋转，并且所述泵液压连接到所述液压绞车马达。

5.如权利要求4所述的系统，还包括设置在所述泵和所述液压绞车马达之间的阀，所述阀能在第一操作位置、第二操作位置和第三操作位置之间移动，在所述第一操作位置处防止流经所述阀，在所述第二操作位置处允许流经所述阀，从而允许从所述泵流至所述液压绞车马达的所述第一端口，以及在所述第三操作位置允许流经所述阀，从而允许从所述泵流至所述液压绞车马达的所述第二端口。

6.如权利要求4所述的系统，其中，所述泵是可变排量泵，并且当在所述保持区中操作所述绞车组件时，所述控制器操作以将所述可变排量泵保持在零排量。

7.一种由控制器实现的控制绞车组件操作的方法，所述方法包括如权利要求1至6中任一项所述的系统执行的步骤。

8.一种机器，包括根据权利要求1至6中任一项所述的系统。

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