CN112252387B - 挖掘机的动臂偏转系统、挖掘机及其动臂偏转控制方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种挖掘机的动臂偏转系统、挖掘机及其动臂偏转控制方法。动臂偏转系统包括：液压泵；动臂偏转机构，包括动臂和偏转油缸；控制阀组，包括用于控制动臂偏转方向的分配阀、用于控制分配阀阀芯位置以使动臂分别向第一方向和与之相反的第二方向偏转的第一控制阀和第二控制阀；检测装置，用于获取反映动臂的实时偏转角度的检测信息；和控制装置，用于根据检测信息控制第一控制阀和第二控制阀的阀芯位置以使动臂处于作业区域允许的偏转范围内。动臂偏转控制方法包括：获取动臂的实时偏转角度；当实时偏转角度等于或超出第一方向最大偏转角度或第二方向最大偏转角度时，切断相应的控制阀。本公开可降低挖掘机在狭小区域内作业时的安全风险。

Description

挖掘机的动臂偏转系统、挖掘机及其动臂偏转控制方法

技术领域

本公开涉及挖掘机技术领域，特别涉及一种挖掘机的动臂偏转系统、挖掘机及其动臂偏转控制方法。

背景技术

挖掘机作为一种重要的工程机械，可以实现360度回转作业，广泛应用于各种土方作业的场所。然而在一些狭小区域内，挖掘机的回转角度受到限制，影响挖掘机正常作业。为了适应狭小的作业区域，多数挖掘机设置了动臂偏转功能，通过调整动臂角度可以实现挖掘机作业位置的调整，降低了狭小的作业区域对挖掘机施工的影响。

相关技术中，实现动臂偏转功能的主要方案是通过先导脚踏阀控制分配阀阀芯动作，驱动液压油缸，推动偏转体和动臂整体运动，从而实现对动臂角度的控制。上述通过踩踏先导脚踏阀的方式，容易形成冲击，造成动臂非平稳运动，并且动臂角度只能根据经验调整，增加了操作难度，还可能造成挖掘机的工作装置与障碍物碰撞，导致财产损失甚至人员伤亡的安全风险。

发明内容

本公开的目的在于提供一种挖掘机的动臂偏转系统、挖掘机及其动臂偏转控制方法，以降低挖掘机在狭小区域内作业时的安全风险。

本公开第一方面提供一种挖掘机的动臂偏转系统，包括：

液压泵；

动臂偏转机构，包括动臂和与所述动臂驱动连接的偏转油缸；

控制阀组，包括分配阀、第一控制阀和第二控制阀，所述分配阀设置于所述液压泵与所述偏转油缸之间，被配置为控制所述偏转油缸的活塞杆伸缩以控制所述动臂的偏转方向，所述第一控制阀设置于所述液压泵与所述分配阀的第一控制油口之间，被配置为控制所述分配阀的阀芯位置以使所述动臂向第一方向偏转，所述第二控制阀设置于所述液压泵与所述分配阀的第二控制油口之间，被配置为控制所述分配阀的阀芯位置以使所述动臂向与所述第一方向相反的第二方向偏转；

检测装置，被配置为获取反映所述动臂的实时偏转角度θ的检测信息；和

控制装置，与所述第一控制阀、所述第二控制阀和所述检测装置信号连接，被配置为根据所述检测信息控制所述第一控制阀和所述第二控制阀的阀芯位置，以使所述动臂处于挖掘机的作业区域允许的偏转范围内。

根据本公开的一些实施例，所述分配阀的进油口和回油口分别与所述液压泵的出油口和排油管路连接，所述分配阀的第一工作油口和第二工作油口分别与所述偏转油缸的无杆腔和有杆腔连接，所述第一控制阀和所述第二控制阀为比例电磁阀。

根据本公开的一些实施例，所述液压泵为负载敏感泵，所述动臂偏转系统还包括补偿阀，所述补偿阀的进油口与所述分配阀的第三工作油口连接，所述补偿阀的第一出油口与所述补偿阀的第一控制油口和所述液压泵的反馈油口连接，所述补偿阀的第二出油口与所述分配阀的第四工作油口连接，所述补偿阀的第二控制油口与所述分配阀的第三工作油口连接，所述补偿阀具有第一工作位置、第二工作位置和第三工作位置，在所述补偿阀的第一工作位置，所述补偿阀的进油口、第一出油口和第二出油口均切断，在所述补偿阀的第二工作位置，所述补偿阀的进油口与所述补偿阀的第二出油口通过节流元件连通，所述补偿阀第二出油口切断，在所述补偿阀的第三工作位置，所述补偿阀的进油口与所述补偿阀的第一出油口通过节流元件连通，所述补偿阀的进油口与所述补偿阀的第二出油口连通。

根据本公开的一些实施例，所述分配阀具有第一工作位置、第二工作位置和第三工作位置，在所述分配阀的第一工作位置，所述分配阀的第四工作油口与所述分配阀的第一工作油口连通，所述分配阀的出油口与所述分配阀的第二工作油口通过节流元件连通，所述分配阀的进油口与所述分配阀的第三工作油口通过节流元件连通，所述偏转油缸的有杆腔进油，所述动臂向所述第一方向偏转，在所述分配阀的第二工作位置，所述分配阀的第四工作油口与所述分配阀的第二工作油口连通，所述分配阀的出油口与所述分配阀的第一工作油口通过节流元件连通，所述分配阀的进油口与所述分配阀的第三工作油口通过节流元件连通，所述偏转油缸的无杆腔进油，所述动臂向所述第二方向偏转，在所述分配阀的第三工作位置，所述分配阀的进油口、出油口、第一工作油口、第二工作油口、第三工作油口和第四工作油口均切断，所述动臂停止偏转。

根据本公开的一些实施例，所述动臂偏转系统还包括设置于所述液压泵与所述控制阀组之间的减压阀。

根据本公开的一些实施例，所述检测装置包括位移传感器，所述位移传感器的主体部分和测头中的一个设置于所述偏转油缸的缸筒上，另一个设置于所述偏转油缸的活塞杆上，所述检测信息包括所述偏转油缸的缸筒和活塞杆的相对位移。

根据本公开的一些实施例，所述动臂偏转机构还包括用于与挖掘机的行走机构连接的转台，所述动臂与所述转台可转动地连接，所述偏转油缸的缸筒和活塞杆中的一个与所述动臂可转动地连接，另一个与所述转台可转动地连接。

根据本公开的一些实施例，所述动臂偏转系统还包括与所述控制装置信号连接的报警装置，所述报警装置被配置为当所述动臂的实时偏转角度θ等于或超出所述作业区域的第一方向偏转警示角度γ或所述作业区域的第二方向偏转警示角度δ时发出报警信号。

根据本公开的一些实施例，所述动臂偏转系统还包括与所述控制装置信号连接的人机交互装置，所述人机交互装置被配置为显示所述动臂的偏转情况和设置所述偏转范围的关联参数。

根据本公开的一些实施例，所述动臂偏转系统还包括用于施加使所述动臂偏转的操纵信号的操纵装置，所述操纵装置与所述控制装置信号连接，所述动臂处于挖掘机的作业区域允许的偏转范围内时，所述控制装置根据所述操纵信号控制所述第一控制阀和所述第二控制阀的阀芯位置以调整所述动臂的实时偏转角度θ。

根据本公开的一些实施例，所述操纵装置包括电子脚踏，所述电子脚踏包括用于施加使所述动臂向所述第一方向偏转的操纵信号的第一脚踏部和用于施加使所述动臂向所述第二方向偏转的操纵信号的第二脚踏部。

本公开的第二方面提供一种挖掘机，包括本公开第一方面所述的动臂偏转系统。

本公开的第三方面提供一种使用本公开第一方面所述的动臂偏转系统的挖掘机动臂偏转控制方法，包括：

获取动臂的实时偏转角度θ；

当所述实时偏转角度θ等于或超出作业区域的第一方向最大偏转角度α_max时，切断第一控制阀，当所述实时偏转角度θ等于或超出作业区域的第二方向最大偏转角度β_max时，切断第二控制阀。

根据本公开的一些实施例，挖掘机动臂偏转控制方法还包括：获取所述动臂的所述第一方向最大偏转角度α_max和所述第二方向最大偏转角度β_max。

根据本公开的一些实施例，获取所述动臂的所述第一方向最大偏转角度α_max和所述第二方向最大偏转角度β_max包括：根据挖掘机作业的经验数据设置所述第一方向最大偏转角度α_max和所述第二方向最大偏转角度β_max。

根据本公开的一些实施例，获取所述动臂的所述第一方向最大偏转角度α_max和所述第二方向最大偏转角度β_max包括：

设置所述动臂与所述作业区域的边界位置的安全距离；

控制所述动臂向第一方向偏转，当所述动臂与所述作业区域在所述第一方向的边界的距离等于所述安全距离时，根据检测装置获取的检测信息计算所述第一方向最大偏转角度α_max；

控制所述动臂向第二方向偏转，当所述动臂与所述作业区域在所述第二方向的边界的距离等于所述安全距离时，根据所述检测装置获取的所述检测信息计算所述第二方向最大偏转角度β_max。

根据本公开的一些实施例，所述检测装置包括位移传感器，所述位移传感器的主体部分和测头中的一个设置于所述偏转油缸的缸筒上，另一个设置于所述偏转油缸的活塞杆上，所述检测信息包括所述偏转油缸的缸筒和活塞杆的相对位移，获取所述动臂的所述实时偏转角度θ包括：根据所述检测信息和所述动臂偏转机构的尺寸确定所述动臂的所述实时偏转角度θ。

根据本公开的一些实施例，动臂偏转机构还包括用于与挖掘机的行走机构连接的转台，所述动臂与所述转台可转动地连接，偏转油缸的缸筒和活塞杆中的一个与所述动臂可转动地连接，另一个与所述转台可转动地连接，根据所述检测信息和所述动臂偏转机构的尺寸确定所述动臂的所述实时偏转角度θ包括：

获取所述动臂相对所述转台的转动轴线与所述偏转油缸相对所述转台的转动轴线的距离c，以及所述动臂相对所述转台的转动轴线与所述偏转油缸相对所述动臂的转动轴线的距离b；

获取所述偏转油缸相对所述转台的转动轴线与所述偏转油缸相对所述动臂的转动轴线的距离a；

根据所述距离c、所述距离b以及所述距离a计算所述实时偏转角度θ。

根据本公开的一些实施例，挖掘机动臂偏转控制方法还包括：

设置所述动臂的第一方向偏转警示角度γ和第二方向偏转警示角度δ，其中，所述第一方向偏转警示角度γ的绝对值小于所述第一方向最大偏转角度α_max，所述第二方向偏转警示角度δ的绝对值小于所述第二方向最大偏转角度β_max；

当所述动臂处于向第一方向偏转的过程中且所述实时偏转角度θ等于或超出所述第一方向偏转警示角度γ时，或当所述动臂处于向所述第二方向偏转的过程中且所述实时偏转角度θ等于或超出所述第二方向偏转警示角度δ时，动臂偏转系统发出报警信号。

基于本公开提供的挖掘机的动臂偏转系统、挖掘机及其动臂偏转控制方法，控制装置可根据检测装置获取的反映动臂的实时偏转角度的检测信息控制第一控制阀和第二控制阀的阀芯位置，以使动臂处于挖掘机的作业区域允许的偏转范围内。一方面，可根据作业区域的大小限制动臂的偏转范围，避免挖掘机的工作装置与障碍物的碰撞，利于降低挖掘机在狭小作业区域内作业的安全风险，利于降低作业难度和提升工作效率；另一方面，可控制动臂偏转功能的开启速度和动臂的偏转速度，抑制对动臂偏转系统的冲击，利于动臂平稳地偏转。

通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本公开的进一步理解，构成本申请的一部分，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：

图1为本公开一些实施例中动臂偏转系统的控制原理图。

图2为本公开一些实施例中动臂偏转系统的液压原理图。

图3为本公开一些实施例中动臂偏转机构的结构示意图。

图4为本公开一些实施例中，获取第一方向最大偏转角度和第二方向最大偏转角度时人机交互装置的显示界面示意图。

图5为本公开一些实施例中挖掘机的动臂和偏转油缸的运动轨迹示意图。

图6为本公开一些实施例中，挖掘机的动臂处于不同偏转状态时人机交互装置的显示界面示意图。

图1至图6中，各附图标记分别代表：

1、转台；2、偏转油缸；3、偏转体；4、动臂；5、液压泵；6、第一控制阀；7、位移传感器；8、补偿阀；9、分配阀；10、第二控制阀；11、减压阀；12、人机交互装置；13、报警装置；14、控制装置；15、电子脚踏。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。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的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，这些技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本公开的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本公开保护范围的限制。

在本公开的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

如图1至图3所示，本公开的一些实施例提供一种挖掘机的动臂偏转系统，包括液压泵5、动臂偏转机构、控制阀组、检测装置和控制装置14。

液压泵5用于提供动臂偏转系统中各液压元件所需的动力。

动臂偏转机构包括动臂4和与动臂4驱动连接的偏转油缸2。偏转油缸2用于驱动动臂4偏转。

控制阀组包括分配阀9、第一控制阀6和第二控制阀10。分配阀9设置于液压泵5与偏转油缸2之间，被配置为控制偏转油缸2的活塞杆伸缩以控制动臂4的偏转方向。第一控制阀6设置于液压泵5与分配阀9的第一控制油口之间，被配置为控制分配阀9的阀芯位置以使动臂4向第一方向偏转。第二控制阀10设置于液压泵5与分配阀9的第二控制油口之间，被配置为控制分配阀9的阀芯位置以使动臂4向与第一方向相反的第二方向偏转。上述第一方向可以是左向，第二方向可以是右向。

检测装置被配置为获取反映动臂4的实时偏转角度θ的检测信息。检测装置可以直接检测动臂4的实时偏转角度θ，也可以检测与实时偏转角度θ相关的物理量，通过计算得到实时偏转角度θ。

控制装置14与第一控制阀6、第二控制阀10和检测装置信号连接，被配置为根据检测信息控制第一控制阀6和第二控制阀10的阀芯位置，以使动臂4处于挖掘机的作业区域允许的偏转范围内。参见图4，挖掘机的作业区域允许的偏转范围指的是作业区域的第一方向最大偏转角度α_max和第二方向最大偏转角度β_max之间的角度范围。

基于本公开实施例提供的挖掘机的动臂偏转系统，控制装置可根据检测装置获取的反映动臂的实时偏转角度θ的检测信息控制第一控制阀和第二控制阀的阀芯位置，以使动臂处于挖掘机的作业区域允许的偏转范围内。一方面，可根据作业区域的大小限制动臂的偏转范围，避免挖掘机的工作装置与障碍物的碰撞，利于降低挖掘机在狭小作业区域内作业的安全风险，利于降低作业难度和提升工作效率；另一方面，可控制动臂偏转功能的开启速度和动臂的偏转速度，抑制对动臂偏转系统的冲击，利于动臂平稳地偏转。

如图2所示，在一些实施例中，分配阀9的进油口和回油口分别与液压泵5的出油口和排油管路连接，分配阀9的第一工作油口和第二工作油口分别与偏转油缸2的无杆腔和有杆腔连接。第一控制阀6和第二控制阀10为比例电磁阀。

如图2所示，在一些实施例中，液压泵5为负载敏感泵，动臂偏转系统还包括补偿阀8。其中，补偿阀8的进油口与分配阀9的第三工作油口连接，补偿阀8的第一出油口与补偿阀8的第一控制油口和液压泵5的反馈油口连接，补偿阀8的第二出油口与分配阀9的第四工作油口连接，补偿阀8的第二控制油口与分配阀9的第三工作油口连接。补偿阀8具有第一工作位置、第二工作位置和第三工作位置，在补偿阀8的第一工作位置，补偿阀8的进油口、第一出油口和第二出油口均切断，在补偿阀8的第二工作位置，补偿阀8的进油口与补偿阀8的第二出油口通过节流元件连通，补偿阀8第二出油口切断，在补偿阀8的第三工作位置，补偿阀8的进油口与补偿阀8的第一出油口通过节流元件连通，补偿阀8的进油口与补偿阀8的第二出油口连通。以上设置使液压泵5可向偏转油缸2提供稳定的流量，利于提升偏转油缸2动作的平稳性。

如图2所示，在一些实施例中，分配阀9具有第一工作位置、第二工作位置和第三工作位置。当第一控制阀6被单独接通，分配阀9切换至第一工作位置；当第二控制阀10被单独接通，分配阀9切换至第二工作位置；当第一控制阀6和第二控制阀10均被切断，分配阀9切换至第三工作位置。在分配阀9的第一工作位置，分配阀9的第四工作油口与分配阀9的第一工作油口连通，分配阀9的出油口与分配阀9的第二工作油口通过节流元件连通，分配阀9的进油口与分配阀9的第三工作油口通过节流元件连通，偏转油缸2的有杆腔进油，动臂4向第一方向偏转。在分配阀9的第二工作位置，分配阀9的第四工作油口与分配阀9的第二工作油口连通，分配阀9的出油口与分配阀9的第一工作油口通过节流元件连通，分配阀9的进油口与分配阀9的第三工作油口通过节流元件连通，偏转油缸2的无杆腔进油，动臂4向第二方向偏转。在分配阀9的第三工作位置，分配阀9的进油口、出油口、第一工作油口、第二工作油口、第三工作油口和第四工作油口均切断，动臂4停止偏转。

如图2所示，在一些实施例中，动臂偏转系统还包括设置于液压泵5与控制阀组之间的减压阀11，以对控制阀组起到稳压作用。

在一些实施例中，检测装置包括位移传感器7。位移传感器7的主体部分和测头中的一个设置于偏转油缸2的缸筒上，另一个设置于偏转油缸2的活塞杆上，例如主体部分设置于偏转油缸的缸筒上，测头设置于活塞杆上。反映动臂4的实时偏转角度θ的检测信息包括偏转油缸2的缸筒和活塞杆的相对位移。在另一些实施例中，检测装置包括角度传感器，用于直接检测动臂4的实时偏转角度θ。

如图3所示，在一些实施例中，动臂偏转机构还包括用于与挖掘机的行走机构连接的转台1，动臂4与转台1可转动地连接，偏转油缸2的缸筒和活塞杆中的一个与动臂4可转动地连接，另一个与转台1可转动地连接。

在一些实施例中，动臂偏转系统还包括与控制装置14信号连接的报警装置13。报警装置13被配置为当动臂4的实时偏转角度θ等于或超出作业区域的第一方向偏转警示角度γ或作业区域的第二方向偏转警示角度δ时发出报警信号。报警装置13可以采用声光报警器。

γ和δ用于提醒驾驶员动臂4接近作业区域的第一方向最大偏转角度α_max或第二方向最大偏转角度β_max，可以根据挖掘机驾驶员的个人工作习惯设置。为了实现上述目的，第一方向偏转警示角度γ的绝对值应小于第一方向最大偏转角度α_max，第二方向偏转警示角度δ的绝对值应小于第二方向最大偏转角度β_max。例如，可以设置γ＝0.9α_max，δ＝0.85β_max，动臂4向第一方向偏转时，若实时偏转角度θ达到α_max的90％，报警装置13即发出报警信号；或动臂4向第二方向偏转时，若实时偏转角度θ达到β_max的85％，报警装置13即发出报警信号。γ和δ的绝对值也不宜设置得过小，避免报警装置13过早地发出报警信号而干扰驾驶员的判断。

在一些实施例中，动臂偏转系统还包括与控制装置14信号连接的人机交互装置12，人机交互装置12被配置为显示动臂4的偏转情况和设置偏转范围的关联参数。控制装置14可通过CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)总线与人机交互装置12信号连接。偏转范围的关联参数可以包括动臂4在某个方向上的最大偏转角度和在某个方向上的偏转警示角度，例如前述α_max、β_max、γ和δ。

在一些实施例中，动臂偏转系统还包括用于施加使动臂4偏转的操纵信号的操纵装置，操纵装置与控制装置14信号连接，动臂4处于挖掘机的作业区域允许的偏转范围内时，控制装置14根据操纵信号控制第一控制阀6和第二控制阀10的阀芯位置以调整动臂4的实时偏转角度θ。

在一些实施例中，操纵装置包括电子脚踏15，电子脚踏15包括用于施加使动臂4向第一方向偏转的操纵信号的第一脚踏部和用于施加使动臂4向第二方向偏转的操纵信号的第二脚踏部。

在一些实施例中，在上面所描述的控制装置14可以实现为用于执行本公开所描述功能的通用处理器、可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，简称：PLC)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称：DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，简称：ASIC)、现场可编程门阵列(Field-ProgrammableGate Array，简称：FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件或者其任意适当组合。

本公开的一些实施例还提供一种挖掘机，该挖掘机包括前述动臂偏转系统。该挖掘机具有前述动臂偏转系统的相应优点。

本公开的一些实施例还提供一种使用前述动臂偏转系统的挖掘机动臂偏转控制方法，包括：

获取动臂4的实时偏转角度θ；

当实时偏转角度θ等于或超出作业区域的第一方向最大偏转角度α_max时，切断第一控制阀6，当实时偏转角度θ等于或超出作业区域的第二方向最大偏转角度β_max时，切断第二控制阀10。

该控制方法具有前述动臂偏转系统的相应优点。在一些实施例中，挖掘机动臂偏转控制方法还包括：获取动臂4的第一方向最大偏转角度α_max和第二方向最大偏转角度β_max。

在一些实施例中，获取动臂4的第一方向最大偏转角度α_max和第二方向最大偏转角度β_max包括：根据挖掘机作业的经验数据设置第一方向最大偏转角度α_max和第二方向最大偏转角度β_max。

在一些实施例中，获取动臂4的第一方向最大偏转角度α_max和第二方向最大偏转角度β_max包括：

设置动臂4与作业区域的边界位置的安全距离；

控制动臂4向第一方向偏转，当动臂4与作业区域在第一方向的边界的距离等于安全距离时，根据检测装置获取的检测信息计算第一方向最大偏转角度α_max；

控制动臂4向第二方向偏转，当动臂4与作业区域在第二方向的边界的距离等于安全距离时，根据检测装置获取的检测信息计算第二方向最大偏转角度β_max。

在一些实施例中，检测装置包括位移传感器7，位移传感器7的主体部分和测头中的一个设置于偏转油缸2的缸筒上，另一个设置于偏转油缸2的活塞杆上，检测信息包括偏转油缸2的缸筒和活塞杆的相对位移，获取动臂4的实时偏转角度θ包括：根据检测信息和动臂偏转机构的尺寸确定动臂4的实时偏转角度θ。

在一些实施例中，动臂偏转机构还包括用于与挖掘机的行走机构连接的转台1，动臂4与转台1可转动地连接，偏转油缸2的缸筒和活塞杆中的一个与动臂4可转动地连接，另一个与转台1可转动地连接，根据检测信息和动臂偏转机构的尺寸确定动臂4的实时偏转角度θ包括：

获取动臂4相对转台1的转动轴线与偏转油缸2相对转台1的转动轴线的距离c，以及动臂4相对转台1的转动轴线与偏转油缸2相对动臂4的转动轴线的距离b；

获取偏转油缸2相对转台1的转动轴线与偏转油缸2相对动臂4的转动轴线的距离a；

根据距离c、距离b以及距离a计算实时偏转角度θ。

在一些实施例中，挖掘机动臂偏转控制方法还包括：

设置动臂4的第一方向偏转警示角度γ和第二方向偏转警示角度δ，其中，第一方向偏转警示角度γ的绝对值小于第一方向最大偏转角度α_max，第二方向偏转警示角度δ的绝对值小于第二方向最大偏转角度β_max；

当动臂4处于向第一方向偏转的过程中且实时偏转角度θ等于或超出第一方向偏转警示角度γ时，或当动臂4处于向第二方向偏转的过程中且实时偏转角度θ等于或超出第二方向偏转警示角度δ时，动臂偏转系统发出报警信号。

下面通过具体实施例对挖掘机的动臂偏转系统挖掘机动臂偏转控制方法进行具体说明。

动臂偏转系统包括转台1、偏转油缸2、偏转体3、动臂4、液压泵5、第一控制阀6、位移传感器7、补偿阀8、分配阀9、第二控制阀10、减压阀11、人机交互装置12、报警装置13、控制装置14和电子脚踏15。

如图1所示，电子脚踏15、位移传感器7、第一控制阀6、第二控制阀10、报警装置13和人机交互装置12均与控制装置14信号连接。电子脚踏15包括用于施加使动臂4向第一方向偏转的操纵信号的第一脚踏部和用于施加使动臂4向第二方向偏转的操纵信号的第二脚踏部。位移传感器7作为检测装置，偏转油缸2的缸筒和活塞杆的相对位移作为检测装置获取的检测信息。第一控制阀6和第二控制阀10是比例电磁阀。报警装置13是声光报警器。人机交互装置12具有显示界面，可用于显示动臂4的偏转情况和设置偏转范围的关联参数。

动臂4处于挖掘机的作业区域允许的偏转范围内时，控制装置14根据电子脚踏15发出的操纵信号控制第一控制阀6和第二控制阀10的阀芯位置以调整动臂4的实时偏转角度θ。随着驾驶员不断操纵电子脚踏15，当动臂4的实时偏转角度θ接近作业区域允许的第一方向最大偏转角度α_max或第二方向最大偏转角度β_max时，报警装置13发出声光报警信号。当实时偏转角度θ等于或超出第一方向最大偏转角度α_max或第二方向最大偏转角度β_max时，控制装置14切断第一控制阀6或第二控制阀10，以避免动臂4超出作业区域允许的偏转角度范围，造成挖掘机的工作装置与作业区域外的障碍物碰撞。

如图2所示，液压泵5、分配阀9、第一控制阀6、第二控制阀10、补偿阀8、减压阀11和偏转油缸2组成动臂偏转系统的液压系统。其中，液压泵5是负载敏感泵，设置有与补偿阀8连接的反馈油口，液压泵5可向偏转油缸2提供稳定的流量，利于提升偏转油缸2动作的平稳性。第一控制阀6和第二控制阀10根据控制装置14的控制信号控制分配阀9换向，进而控制偏转油缸2的运动。

如图3所示，转台1、偏转油缸2、偏转体3和动臂4组成动臂偏转机构。偏转体3用于带动动臂4相对转台1转动，偏转体3与转台1在所述动臂4的偏转方向可转动地连接。偏转油缸2的活塞杆与偏转体3可转动地连接，偏转油缸2的缸筒与转台1可转动地连接。在偏转油缸2的驱动下，动臂4可随偏转体3向第一方向或第二方向偏转。

下面介绍基于上述动臂偏转系统的挖掘机动臂偏转控制方法的步骤。

根据不同的作业区域的具体情况，在操纵挖掘机动臂偏转之前，驾驶员首先需要通过获取第一方向最大偏转角度α_max和第二方向最大偏转角度β_max确定允许的偏转范围。

可以采用下列标定方法获取α_max和β_max：设置动臂4与作业区域的边界位置的安全距离；控制动臂4缓慢向第一方向偏转，当动臂4与作业区域在第一方向的边界的距离等于安全距离时，根据偏转油缸2的缸筒和活塞杆的相对位移计算第一方向最大偏转角度α_max；控制动臂4缓慢向第二方向偏转，当动臂4与作业区域在第二方向的边界的距离等于安全距离时，根据偏转油缸2的缸筒和活塞杆的相对位移计算第二方向最大偏转角度β_max。

还可以根据挖掘机作业的经验数据，采用直接通过人机交互装置12设置α_max和β_max的方式获取α_max和β_max。

图4示出了获取α_max和β_max时，人机交互装置12的显示界面。

在操纵动臂4偏转之前，为了进一步降低挖掘机在狭小区域内作业时的安全风险，驾驶员可以根据个人工作习惯，通过人机交互装置12设置动臂4的第一方向偏转警示角度γ和第二方向偏转警示角度δ。其中，第一方向偏转警示角度γ的绝对值小于第一方向最大偏转角度α_max，第二方向偏转警示角度δ的绝对值小于第二方向最大偏转角度β_max。

完成上述步骤后，驾驶员可以操纵电子脚踏15使动臂4偏转。

若驾驶员踩下电子脚踏15的第一脚踏部，控制装置14根据第一脚踏部施加的操纵信号控制第一控制阀6的阀芯位置，分配阀9的阀芯切换至第一工作位置，偏转油缸2的无杆腔进油，驱动偏转体3和动臂4向第一方向偏转。

若驾驶员踩下电子脚踏15的第二脚踏部，控制装置14根据第二脚踏部施加的操纵信号控制第二控制阀10的阀芯位置，分配阀9的阀芯切换至第二工作位置，偏转油缸2的有杆腔进油，驱动偏转体3和动臂4向第二方向偏转。

控制装置14根据操纵信号的大小，控制第一控制阀6和第二控制阀10的阀芯位置，进而实现对动臂4的偏转速度的控制。当驾驶员通过电子脚踏对控制装置14施加操纵信号时，控制装置14可以控制相应的控制阀逐渐开启并达到操纵信号所对应的阀芯位置，利于尽可能地避免对动臂偏转系统的冲击。

在动臂4偏转过程中，偏转油缸2的活塞杆和缸筒的相对位置不断发生变化，根据偏转油缸2的活塞杆和缸筒的相对位置和动臂偏转机构的尺寸确定动臂4的实时偏转角度θ。

图5示出了动臂4和偏转油缸2的运动轨迹。在图5中，A点表示动臂4相对转台1的旋转轴的投影点；B点表示偏转油缸2的缸筒相对转台1的旋转轴的投影点；C点表示动臂4处于挖掘机的正前方时(如图5中虚线位置)，偏转油缸2的活塞杆相对动臂4的旋转轴的投影点；C₁点表示动臂4处于挖掘机的第一方向一侧时(如图5中实线位置)，偏转油缸2的活塞杆相对动臂4的旋转轴的投影点；C₂点表示动臂4处于挖掘机的第二方向一侧时(如图5中点划线位置)，偏转油缸2的活塞杆相对偏转体3和动臂4的旋转轴的投影点。

确定θ的具体方法如下：

结合图3与图5，根据动臂偏转机构的具体结构可知，动臂4相对转台1的转动轴线与偏转油缸2相对转台1的转动轴线的距离c和动臂4相对转台1的转动轴线与偏转油缸2相对动臂4的转动轴线的距离b均为固定值，可直接在动臂偏转机构上测量获取。

偏转油缸2相对转台1的转动轴线与偏转油缸2相对动臂4的转动轴线的距离a与动臂4的位置有关。根据偏转油缸2的活塞杆和缸筒的相对位置，以及位移传感器7的主体部分和测头在偏转油缸2的安装位置，可以获取距离a。例如，若位移传感器7的测头设置于偏转油缸2的活塞杆位于伸出侧的末端，前述距离a等于偏转油缸2的缸筒和活塞杆的相对位移与偏转油缸2的缸筒的长度之和，其中偏转油缸2的缸筒的长度可直接在动臂偏转机构上测量获取。

根据余弦定理，在偏转范围内，动臂4的实时偏转角度θ始终满足：

cosθ＝(b²+c²-a²)/2bc (1)

根据距离c、距离b以及距离a以及式(1)即可计算实时偏转角度θ。

1、当动臂4处于挖掘机的正前方时，偏转油缸2相对转台1的转动轴线与偏转油缸2相对动臂4的转动轴线的距离a记为a₀。在三角形ABC中：

cosθ₀＝(b²+c²-a₀ ²)/2bc (2)

定义此时的实时偏转角度θ＝0。

2、当动臂4处于挖掘机的第一方向一侧时，偏转油缸2相对转台1的转动轴线与偏转油缸2相对动臂4的转动轴线的距离a记为a₁。在三角形AB₁C₁中：

cosθ₁＝(b²+c²-a₁ ²)/2bc (3)

此时实时偏转角度θ满足：

θ＝θ₁-θ₀ (4)

3、当动臂4处于挖掘机的第二方向一侧时，偏转油缸2相对转台1的转动轴线与偏转油缸2相对动臂4的转动轴线的距离a记为a₂。在三角形AB₂C₂中：

cosθ₂＝(b²+c²-a₂ ²)/2bc (5)

此时实时偏转角度θ满足：

θ＝θ₂-θ₀ (6)

控制装置14将计算得到的实时偏转角度θ发送至人机交互装置12，人机交互装置12的显示界面相应地显示动臂处于该实时偏转角度对应的偏转状态下挖掘机的工作装置的状态。图6(a)、(b)、(c)分别示出了人机交互装置12在动臂4处于挖掘机的正前方时、动臂4处于挖掘机的第一方向一侧时以及动臂4处于挖掘机的第二方向一侧时的显示界面。

前述通过标定方法获取α_max和β_max的步骤中，α_max和β_max分别作为θ在第一方向上和第二方向上的极值，可以参考式(3)至式(6)得到。

当动臂4处于向第一方向偏转的过程中且实时偏转角度θ等于或超出第一方向偏转警示角度γ时，或当动臂4处于向第二方向偏转的过程中且实时偏转角度θ等于或超出第二方向偏转警示角度δ时，控制装置14控制报警装置13发出声光报警信号，以提示驾驶员动臂4的偏转角度已接近α_max或β_max，降低操纵速度，避免挖掘机的工作装置与障碍物发生碰撞。

当实时偏转角度θ等于或超出第一方向最大偏转角度α_max时，控制装置14切断第一控制阀6，此时即使驾驶员仍然操纵第一脚踏部，动臂4也无法继续向第一方向偏转，只能向第二方向偏转。当实时偏转角度θ等于或超出第二方向最大偏转角度β_max时，控制装置14切断第二控制阀10，此时即使驾驶员仍然操纵第二脚踏部，动臂4也无法继续向第二方向偏转，只能向第一方向偏转。以上设置可以使动臂4限制于作业区域允许的偏转范围内，利于降低挖掘机在狭小区域内作业的安全风险。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本公开的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本公开进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本公开的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，其均应涵盖在本公开请求保护的技术方案范围当中。

Claims (7)

1.一种挖掘机的动臂偏转系统，其特征在于，包括：

液压泵(5)；

动臂偏转机构，包括动臂(4)和与所述动臂(4)驱动连接的偏转油缸(2)，所述动臂偏转机构还包括用于与挖掘机的行走机构连接的转台(1)，所述动臂(4)与所述转台(1)可转动地连接，所述偏转油缸(2)的缸筒和活塞杆中的一个与所述动臂(4)可转动地连接，另一个与所述转台(1)可转动地连接；

控制阀组，包括分配阀(9)、第一控制阀(6)和第二控制阀(10)，所述分配阀(9)设置于所述液压泵(5)与所述偏转油缸(2)之间，被配置为控制所述偏转油缸(2)的活塞杆伸缩以控制所述动臂(4)的偏转方向，所述第一控制阀(6)设置于所述液压泵(5)与所述分配阀(9)的第一控制油口之间，被配置为控制所述分配阀(9)的阀芯位置以使所述动臂(4)向第一方向偏转，所述第二控制阀(10)设置于所述液压泵(5)与所述分配阀(9)的第二控制油口之间，被配置为控制所述分配阀(9)的阀芯位置以使所述动臂(4)向与所述第一方向相反的第二方向偏转，所述分配阀(9)的进油口和回油口分别与所述液压泵(5)的出油口和排油管路连接，所述分配阀(9)的第一工作油口和第二工作油口分别与所述偏转油缸(2)的无杆腔和有杆腔连接，所述第一控制阀(6)和所述第二控制阀(10)为比例电磁阀，所述液压泵(5)为负载敏感泵，所述动臂偏转系统还包括补偿阀(8)，所述补偿阀(8)的进油口与所述分配阀(9)的第三工作油口连接，所述补偿阀(8)的第一出油口与所述补偿阀(8)的第一控制油口和所述液压泵(5)的反馈油口连接，所述补偿阀(8)的第二出油口与所述分配阀(9)的第四工作油口连接，所述补偿阀(8)的第二控制油口与所述分配阀(9)的第三工作油口连接，所述补偿阀(8)具有第一工作位置、第二工作位置和第三工作位置，在所述补偿阀(8)的第一工作位置，所述补偿阀(8)的进油口、第一出油口和第二出油口均切断，在所述补偿阀(8)的第二工作位置，所述补偿阀(8)的进油口与所述补偿阀(8)的第二出油口通过节流元件连通，所述补偿阀(8)第二出油口切断，在所述补偿阀(8)的第三工作位置，所述补偿阀(8)的进油口与所述补偿阀(8)的第一出油口通过节流元件连通，所述补偿阀(8)的进油口与所述补偿阀(8)的第二出油口连通；

检测装置，被配置为获取反映所述动臂(4)的实时偏转角度θ的检测信息，所述检测装置包括位移传感器(7)，所述位移传感器(7)的主体部分和测头中的一个设置于所述偏转油缸(2)的缸筒上，另一个设置于所述偏转油缸(2)的活塞杆上，所述检测信息包括所述偏转油缸(2)的缸筒和活塞杆的相对位移；

控制装置(14)，与所述第一控制阀(6)、所述第二控制阀(10)和所述检测装置信号连接，被配置为根据所述检测信息控制所述第一控制阀(6)和所述第二控制阀(10)的阀芯位置，以使所述动臂(4)处于挖掘机的作业区域允许的偏转范围内，当所述实时偏转角度θ等于或超出作业区域的第一方向最大偏转角度α_max时，切断第一控制阀(6)，当所述实时偏转角度θ等于或超出作业区域的第二方向最大偏转角度β_max时，切断第二控制阀(10)；

人机交互装置(12)，与所述控制装置(14)信号连接，所述人机交互装置(12)被配置为显示所述动臂(4)的偏转情况和设置所述偏转范围的关联参数；和

报警装置(13)，与所述控制装置(14)信号连接，所述报警装置(13)被配置为当所述动臂(4)的实时偏转角度θ等于或超出所述作业区域的第一方向偏转警示角度γ或所述作业区域的第二方向偏转警示角度δ时发出报警信号。

2.根据权利要求1所述的动臂偏转系统，其特征在于，所述分配阀(9)具有第一工作位置、第二工作位置和第三工作位置，在所述分配阀(9)的第一工作位置，所述分配阀(9)的第四工作油口与所述分配阀(9)的第一工作油口连通，所述分配阀(9)的出油口与所述分配阀(9)的第二工作油口通过节流元件连通，所述分配阀(9)的进油口与所述分配阀(9)的第三工作油口通过节流元件连通，所述偏转油缸(2)的有杆腔进油，所述动臂(4)向所述第一方向偏转，在所述分配阀(9)的第二工作位置，所述分配阀(9)的第四工作油口与所述分配阀(9)的第二工作油口连通，所述分配阀(9)的出油口与所述分配阀(9)的第一工作油口通过节流元件连通，所述分配阀(9)的进油口与所述分配阀(9)的第三工作油口通过节流元件连通，所述偏转油缸(2)的无杆腔进油，所述动臂(4)向所述第二方向偏转，在所述分配阀(9)的第三工作位置，所述分配阀(9)的进油口、出油口、第一工作油口、第二工作油口、第三工作油口和第四工作油口均切断，所述动臂(4)停止偏转。

3.根据权利要求1所述的动臂偏转系统，其特征在于，还包括设置于所述液压泵(5)与所述控制阀组之间的减压阀(11)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的动臂偏转系统，其特征在于，还包括用于施加使所述动臂(4)偏转的操纵信号的操纵装置，所述操纵装置与所述控制装置(14)信号连接，所述动臂(4)处于挖掘机的作业区域允许的偏转范围内时，所述控制装置(14)根据所述操纵信号控制所述第一控制阀(6)和所述第二控制阀(10)的阀芯位置以调整所述动臂(4)的实时偏转角度θ。

5.根据权利要求4所述的动臂偏转系统，其特征在于，所述操纵装置包括电子脚踏(15)，所述电子脚踏(15)包括用于施加使所述动臂(4)向所述第一方向偏转的操纵信号的第一脚踏部和用于施加使所述动臂(4)向所述第二方向偏转的操纵信号的第二脚踏部。

6.一种挖掘机，其特征在于，包括根据权利要求1至5中任一项所述的动臂偏转系统。

7.一种使用根据权利要求1至5中任一项所述的动臂偏转系统的挖掘机动臂偏转控制方法，其特征在于，包括：

获取所述动臂(4)的所述第一方向最大偏转角度α_max和所述第二方向最大偏转角度β_max；

获取动臂(4)的实时偏转角度θ，包括根据所述检测信息和所述动臂偏转机构的尺寸确定所述动臂(4)的所述实时偏转角度θ；

当所述实时偏转角度θ等于或超出作业区域的第一方向最大偏转角度α_max时，切断第一控制阀(6)，当所述实时偏转角度θ等于或超出作业区域的第二方向最大偏转角度β_max时，切断第二控制阀(10)；

其中，获取所述动臂(4)的所述第一方向最大偏转角度α_max和所述第二方向最大偏转角度β_max包括：

根据挖掘机作业的经验数据设置所述第一方向最大偏转角度α_max和所述第二方向最大偏转角度β_max；或

设置所述动臂(4)与所述作业区域的边界位置的安全距离；

控制所述动臂(4)向第一方向偏转，当所述动臂(4)与所述作业区域在所述第一方向的边界的距离等于所述安全距离时，根据检测装置获取的检测信息计算所述第一方向最大偏转角度α_max；

控制所述动臂(4)向第二方向偏转，当所述动臂(4)与所述作业区域在所述第二方向的边界的距离等于所述安全距离时，根据所述检测装置获取的所述检测信息计算所述第二方向最大偏转角度β_max；

根据所述检测信息和所述动臂偏转机构的尺寸确定所述动臂(4)的所述实时偏转角度θ包括：

获取所述动臂(4)相对所述转台(1)的转动轴线与所述偏转油缸(2)相对所述转台(1)的转动轴线的距离c，以及所述动臂(4)相对所述转台(1)的转动轴线与所述偏转油缸(2)相对所述动臂(4)的转动轴线的距离b；

获取所述偏转油缸(2)相对所述转台(1)的转动轴线与所述偏转油缸(2)相对所述动臂(4)的转动轴线的距离a；

根据所述距离c、所述距离b以及所述距离a计算所述实时偏转角度θ；

所述挖掘机动臂偏转控制方法还包括：

设置所述动臂(4)的第一方向偏转警示角度γ和第二方向偏转警示角度δ，其中，所述第一方向偏转警示角度γ的绝对值小于所述第一方向最大偏转角度α_max，所述第二方向偏转警示角度δ的绝对值小于所述第二方向最大偏转角度β_max；

当所述动臂(4)处于向第一方向偏转的过程中且所述实时偏转角度θ等于或超出所述第一方向偏转警示角度γ时，或当所述动臂(4)处于向所述第二方向偏转的过程中且所述实时偏转角度θ等于或超出所述第二方向偏转警示角度δ时，动臂偏转系统发出报警信号。

Images