CN112283182B - 自动工具倾斜控制系统 - Google Patents

Abstract

液压驱动吊臂的自动倾斜控制系统，所述吊臂的一端可移动地连接到作业机械的底盘，其中可倾斜的工具可连接到另一端。该系统还包括第一电子控制阀和第二电子控制阀，该第一电子控制阀用于控制流入和流出用于移动吊臂的吊臂提升缸的流体流量，该第二电子控制阀用于控制流入和流出用于倾斜工具的倾斜缸的流体流量。控制单元接收关于移动吊臂的输入信号，并基于所接收的输入信号将致动信号发送到第一电子控制阀，以移动吊臂。并行地，控制单元将倾斜信号发送到第二电子控制阀，该倾斜信号基于由用于吊臂运动的流体流量和用于工具调平的流体流量限定的预定流体流量比，以使得工具相对于水平保持其倾斜角度。

Description

自动工具倾斜控制系统

相关申请的交叉引用

本申请要求要求2019年7月22日提交的美国临时专利申请号62/876,905的权益，该申请的公开内容通过引用全文并入本文。

技术领域

本发明涉及一种例如用于伸缩臂叉车的自动倾斜控制系统，其消除了补偿缸(cylinder)或角度传感器和反馈信号，该反馈信号用于补偿当提升或降低吊臂或伸缩臂(boom)时吊臂和与其连接的工具之间的角度变化，以便保持工具相对于例如水平方向或竖直方向的倾斜角度稳定。

背景技术

下面通过一种配备有可倾斜的工具(例如叉)的伸缩臂叉车来示例性地描述本发明，该可倾斜的工具用于将载荷(例如托盘上的材料)从一个位置移动到另一个位置。然而，本发明并不限于此，并且例如还应用于拖拉机、挖掘机和配备有吊臂和附接到吊臂的自由端的可倾斜的工具的其他作业机械，例如配备有叉、铲斗或铲子的道路装载机。本发明的倾斜控制系统的另一个应用示例将是钻土机械，其中，在钻土操作期间，吊臂和螺旋钻之间的角度连续变化，然而，必须始终保持钻土方向。在所有这些应用中，必须控制并最终调整吊臂和所述工具之间的角度，即，叉、铲斗、铲子或螺旋钻的倾度，以便即使当吊臂相对于作业机械的底盘的角度改变时，例如当提升载荷或向前钻时，所述工具相对于绝对方向(例如水平方向或竖直方向)的倾度保持稳定。

铲车，特别是伸缩臂式铲车，在本领域中是公知的，并且用于在短距离内提升和移动材料。铲车已经成为制造和仓储中不可缺少的设备。铲车的额定负荷为规定的最大重量和规定的前方重心。载荷绝不能超过这些规定。

铲车的一个关键特性是其不稳定性。铲车和载荷必须被认为是随着作业机械和载荷的每次运动重心不断变化的单元，特别是伸缩臂叉车，因为吊臂也可以以伸缩的方式移动，由此增加了载荷的杠杆臂。铲车绝不能在升高载荷的情况下以一速度转弯，在这种情况下离心力和重力可能结合而导致灾难性的倾翻事故。铲车被设计成具有用于叉的载荷极限，该载荷极限随着叉升高和载荷的底切(即，当载荷没有抵接叉“L”时)而减小。用于装载参考的装载板通常位于铲车上。

作为仓库和配送中心的关键要素，铲车的结构被设计成适应有效和安全的移动是必要的。除了控制以升高和降低叉(也称为铲刀或齿)或其他工具之外，操作者能够倾斜例如仓库铲车的桅杆，以补偿载荷使铲刀朝向地面倾斜的趋势和从叉滑落的风险。为此目的，作业机械包括液压缸和倾斜缸，该液压缸用于使吊臂/桅杆相对于作业机械的底盘移动，例如用于升高或降低载荷，该倾斜缸用于将载荷保持在期望的倾度，例如保持在水平位置。吊臂移动/提升缸的一端连接到底盘，另一端连接到吊臂。在吊臂的另一端处，在吊臂的“自由端”和所述工具(例如叉)之间设置倾斜缸，用于设定/调整所述工具相对于绝对方向(例如水平方向或竖直方向)的倾斜(度)/倾度。

为了在作业机械的操作期间保持叉/工具的倾度/倾斜(度)稳定，这些作业机械(例如伸缩臂式叉车)包括倾斜补偿系统。当吊臂在(伸缩)纵向方向上升高或降低、伸出或缩回时，这种通常液压驱动的倾斜补偿系统确保了叉相对于水平的倾斜角度稳定。倾斜补偿还提供了在非水平地面上操作的能力。这种倾斜或倾度补偿系统应用于所有的作业机械，其中在作业机械的操作期间所述工具的定向/倾度必须保持恒定，无论是用于材料处理的叉还是用于将砾石装载到卡车上的铲子；或者在钻土机的情况下，必须保持钻土角度恒定。

目前在现有技术中，倾斜补偿缸用于在伸缩臂叉车的吊臂升高和降低时保持工具相对于水平或竖直的倾度。这种倾斜补偿缸机械地连接并被设计成当吊臂的提升/移动缸在吊臂例如由操作者命令升高、降低、伸出或缩回时伸出和缩回。然后，补偿缸使补偿流体能够流入倾斜缸，以便保持叉的倾度稳定。

其它现有技术，例如，利用工具上的水平传感器，通过将信号反馈回控制单元以借助于控制流体流入倾斜缸和从倾斜缸流出以用于缩回或伸出来进行倾斜角度补偿，以保持工具水平或相对于底盘或绝对的水平方向或竖直方向成某确定角度。然而，使用倾斜补偿缸和水平传感器增加了当前作业机械的设计和制造的复杂性和费用，所述作业机械配备有吊臂，工具连接到该吊臂上，并且在作业机械的操作期间必须控制工具的倾斜角度。

期望创造一种既不使用倾斜补偿缸也不使用具有反馈系统的水平传感器，但保持倾斜缸的当前性能的解决方案。消除补偿缸或传感器和反馈系统为整个作业机械提供了重要的成本节约，特别是当保持功能时。

因此，本发明的目的是提供一种自动倾斜控制系统，其消除了倾斜补偿缸和水平传感器的使用。

本发明的另一个目的是提供一种自动倾斜控制系统，其制造成本较低，同时保持了机器功能。

发明内容

根据本发明的权利要求1，上面所提及的问题的解决方案涉及基于移动吊臂的命令向电子控制阀发送自动生成的命令信号，以便允许液压流以预定比流入和流出吊臂移动缸以及流入和流出工具倾斜缸。因此，预定比由作业机械的设计确定，因为每个吊臂移动需要相应的倾斜补偿。随着吊臂的移动，吊臂与作业机械的底盘之间的角度改变。为了保持工具相对于水平方向或竖直方向的倾度恒定，吊臂和工具之间的角度也必须改变。例如，当吊臂被升高时，吊臂和底盘之间的角度增加，因此吊臂和工具之间的角度必须减小，以便工具保持其相对于水平的倾度。这个角度补偿需要用于倾斜补偿的液压流体流量，并且是吊臂移动所需的液压流体流量的固定百分比。至少在吊臂移动的大部分操作范围内，该百分比保持大致恒定，并且能够通过测试、数学计算或模拟来确定。因此，根据本发明的预定比是用于吊臂移动的流体流量与为了保持工具相对于绝对方向的倾度恒定而倾斜工具所需的流体流量之间的百分比。

为了控制用于移动吊臂和倾斜工具的这些流体流量，本发明使用电子控制阀来控制每个流体流量，这些阀由控制单元控制，该控制单元提供相应的电信号以将液压流体馈送到吊臂的移动缸和从吊臂的移动缸排出液压流体，以及将液压流体馈送到倾斜缸和从倾斜缸排出液压流体以倾斜工具。该控制单元被设计成接收用于移动吊臂的命令，以基于如上所述的预定流量比确定到移动/提升缸和倾斜缸的相应流体流量，并将相应的信号发送到电子控制阀，以允许足够的流体流量流入移动缸和从移动缸流出以及流入倾斜缸和从倾斜缸流出。

与现有技术不同，补偿缸和用于反馈工具倾度的传感器都不再是必需的。此外，可以使用现有的控制单元，并且必须仅以如下的方式设计现有的控制单元：即，现有的控制单元能够将相应的电信号发送到电子控制阀，以便调整工具相对于吊臂的移动的倾度。对于这些信号发送，可应用通常已知的技术，例如有线发送、无线发送、串行或并行总线系统发送等。

当然，电子控制阀必须配备有相应的接收器，用于接收移动吊臂的致动信号和执行倾斜补偿的调平信号。这里，电子控制阀例如包括电子致动器(如螺线管)，以使得受控的流体流量能够流入相应的缸，以便满足初始操作输入命令，以在保持工具的倾斜角度如初始调整的同时移动/提升/降低吊臂。

由于用于吊臂移动和用于工具倾斜的缸通常是双作用缸，所以使用3/4通阀是可行的。这种方向阀包括用于打开和关闭适当的流体路径的阀芯，优选地以与致动和/或倾斜信号相对应的成比例的方式。为此，可以应用螺线管，其与致动或调平信号成比例地移动阀芯，以使得能够进行关于工具倾度补偿的相应的吊臂移动。为了将这些电子控制阀带入或保持在其初始位置，其中在该初始位置，经由电子控制阀的流体流被禁止，可以使用定心阀弹簧或压力补偿阀芯。此外，当本发明的工具倾度自动补偿系统应提供与载荷无关的流功能时，优选使用压力补偿阀。

优选地，电子载荷分配单元提供了总有足够的流体流量可用于这两种功能，使得可以总是保持预定的流量比。这里，电子载荷分配单元优选地控制作业机械的液压系统，以便为所有作业机械功能的操作而控制的总泵流量不超过实际泵流量输出或泵的最大容量。这里，应考虑泵速、发动机速度以及泵和发动机效率。因此，用于倾斜补偿的控制单元基于由载荷分配单元确定的可用液压流量来施加用于倾斜补偿的预定流量比。

在作业机械的操作中，例如，操作者经由操纵杆将命令发送到控制单元，例如，仅用于移动吊臂，而本发明的倾斜补偿系统自动地调适工具的角度，以便保持工具相对于水平的倾度恒定，然而，操作者仍然能够经由操纵杆对倾斜功能进行调整。这意味着操作者能够仅控制工具倾斜功能而不移动吊臂。如果操作者不希望改变工具倾度，则本发明的系统自动地校正吊臂和工具之间的角度，以使得工具保持例如水平。为了使这种新系统正确地起作用，优选的是，对于提升缸的所有位置，吊臂升高流与工具倾斜流的流量比非常接近恒定，以保持工具倾度恒定，例如水平。

附图说明

图1是根据本发明的自动倾斜控制系统的第一实施例的示意图；和

图2是根据本发明的自动倾斜控制系统的第二实施例的示意图。

具体实施方式

参照附图，在优选实施例中，自动倾斜控制系统10与具有底盘12的伸缩臂叉车一起使用。可移动地连接到底盘12的是吊臂14，可移动地连接到吊臂14的是工具16，例如叉16，连接到底盘12和吊臂14并在它们之间延伸的是用于提升或降低吊臂14的吊臂提升缸18。连接到吊臂14和工具16并在它们之间延伸的是工具倾斜缸20，用于当提升或降低吊臂时设定/调整工具16相对于水平方向的倾度。

该系统还包括液压系统24、控制单元26、第一电子控制阀28和第二电子控制阀30，第一电子控制阀28和第二电子控制阀30优选地是压力补偿阀。第一电子控制阀28控制液压系统24和提升缸18之间的液压流体的流，而第二电子阀30控制液压系统24和倾斜缸20之间的流体的流。

在操作中，从操作者经由输入信号线路25使用操纵杆等向控制器26发送用于使吊臂14移动的输入命令。控制器26基于该输入命令和满足所需的吊臂移动并保持工具相对于水平方向的倾度所必需的预定流量比来计算提升缸18和倾斜缸20的流量要求。为此，基于所计算的流量需求，吊臂致动信号从控制器26经由致动信号线路27被发送到第一电子控制阀28，并且并行地，工具倾斜信号经由调平信号线路29发送到第二电子控制阀30。

基于这些信号，每个电子控制阀28和30允许所计算的流体的量在液压系统24与提升缸18、倾斜缸20之间的流动，这使得在工具16保持其倾度的同时升高或降低吊臂14。

在另一优选实施例中，由控制单元26经由致动信号线路27发送的致动信号由提升致动器34接收，以根据输入到控制单元26的输入命令信号致动第一电子控制阀28来满足提升需求。与经由调平信号线路29发送的致动信号并行地，倾斜信号由控制单元26发送到调平致动器36，以致动第二电子控制阀30，以便保持工具16相对于水平的倾度，就像在输入命令信号被发送到控制单元26之前一样。因此，控制单元26产生第二平行倾斜信号，以补偿当吊臂升高或降低而没有这种补偿时将发生的倾斜角度的变化。对于这种补偿，现有技术使用补偿缸或传感器，该传感器反馈倾斜角度的变化，该倾斜角度的变化必须被校正以便防止载荷从工具16掉落。

根据本发明，操作者仍能够例如经由工具倾斜输入线路45来调整工具倾斜功能。这在图2的实施例中示出。因此操作者仍能够根据作业机械的操作要求手动地设定工具16的倾度，或者基于视觉观察来校正工具16的倾斜角度。为此目的，本发明的自动倾斜控制系统是开环控制系统。

在图2的实施例中，本发明的自动倾斜控制系统由电子载荷分配系统40影响/控制，该电子载荷分配系统40自动地使用于移动吊臂的输入命令适应液压系统24的当前能力，以使得作业机械的总命令泵流量不超过液压系统的容量。这种适应性例如基于泵速，该泵速通常依赖于发动机速度，并且被控制以提供作业机械的最大总效率。因此，电子载荷分配使得可以总是具有足够的流量，以使得总是保持用于工具倾斜补偿的预定流量比。然而，电子载荷分配系统例如控制执行具有相应倾斜补偿的吊臂的移动的速度。操作者经由操纵杆对倾斜功能进行调整的能力仍然起作用。而且，如果吊臂移动流量与倾斜流量的预定比对于吊臂移动的所有位置不是恒定的，则补偿缸、位置传感器或角度传感器对于自动工具调平将不是必需的，因为操作者总是可以校正倾斜角度，例如基于操作者的视觉控制。

在本发明的另一实施例中(图中未示出)，自动倾斜系统10也可以应用于吊臂，该吊臂具有形成可移动吊臂14的多于一个的吊臂元件15。在这种实施例中，吊臂14可以通过吊臂提升缸18升高或降低，并且可以例如通过使吊臂元件15相对于彼此移动的相对移动缸22而沿其纵向方向缩回或伸出。在根据本发明的这种情况下，附加的电子控制阀32也由控制单元26控制，以使得用于移动吊臂的两个缸都被预定流量比考虑到，该预定流量比由吊臂移动所需的总流量流体和用于倾斜角度补偿所需的流体流量限定。

本发明的自动倾斜控制系统也可以以类似的方式应用于具有可折叠吊臂的作业机械，因为分别由两个或更多个吊臂移动缸18和22驱动的吊臂移动和吊臂元件15的相对移动所需的流体流(量)一起形成总流体流(量)，该总流体流(量)是用于确定预定流量比的基础，以便补偿工具相对于吊臂的倾斜角度变化，从而保持相对于水平方向的绝对倾度稳定，例如水平。

从以上讨论和附图以及权利要求书中，将理解的是自动倾斜控制系统10提供了优于现有技术的许多优点。本领域技术人员还应当理解，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对该装置进行其它各种修改。所有这些修改和变化都落入权利要求的范围内，并且旨在被其覆盖。应当理解，本文所述的示例和实施例仅用于说明性目的，并且本领域技术人员将根据其教导进行各种修改或改变，并且这些修改或改变将包括在本申请的精神和范围内。

Claims (11)

1.一种液压驱动吊臂的自动倾斜控制系统，所述吊臂的一端可移动地连接到作业机械的底盘，其中可倾斜的工具能够连接到另一端，所述自动倾斜控制系统还包括：

第一电子控制阀，所述第一电子控制阀用于控制流入和流出用于移动所述吊臂的吊臂提升缸的流体流量；

第二电子控制阀，所述第二电子控制阀用于控制流入和流出用于使所述工具倾斜的倾斜缸的流体流量；和

控制单元，所述控制单元用于接收关于移动所述吊臂的输入信号，所述控制单元基于所接收的输入信号将致动信号发送到所述第一电子控制阀以便移动所述吊臂，并且并行地将对应的倾斜信号发送到所述第二电子控制阀，所述倾斜信号基于由用于所述吊臂移动的流体流量和用于工具调平的流体流量限定的预定流体流量比，以使得所述工具相对于水平保持其倾斜角度，其中所述控制单元基于由电子载荷分配单元确定的可用液压流量施加所述预定流体流量比，

其中，所述电子载荷分配单元确保总是存在足够的流体流量通过所述第一电子控制阀和所述第二电子控制阀两者，以使得当移动所述吊臂时总是维持所述预定流体流量比。

2.根据权利要求1所述的自动倾斜控制系统，其中，所述输入信号由操作者经由操纵杆命令来发送。

3.根据权利要求1所述的自动倾斜控制系统，其中，所述第一电子控制阀和所述第二电子控制阀能够借助于分别接收所述致动信号和所述倾斜信号的螺线管来致动。

4.根据权利要求1所述的自动倾斜控制系统，其中，到达和/或来自所述控制单元的所述输入信号、所述致动信号和/或所述倾斜信号通过有线和/或无线和/或通过总线系统发送。

5.根据权利要求1所述的自动倾斜控制系统，其中，所述第一电子控制阀和所述第二电子控制阀的阀芯通过阀弹簧进行压力补偿和/或对中在初始位置。

6.根据权利要求1所述的自动倾斜控制系统，其中，所述吊臂包括至少两个吊臂元件，所述至少两个吊臂元件能够借助于至少一个相对移动缸相对于彼此移动，其中，流入所述至少一个相对移动缸的流体流量和流出所述至少一个相对移动缸的流体流量由至少一个附加的电子控制阀控制。

7.根据权利要求6所述的自动倾斜控制系统，其中，所述吊臂被配置成用于伸缩式伸出和缩回，并且所述至少一个相对移动缸使伸缩式吊臂伸出和缩回。

8.根据权利要求1所述的自动倾斜控制系统，其中，所述工具的倾斜角度能够由操作者经由独立于用于移动所述吊臂的命令的操纵杆命令来调整。

9.根据权利要求1所述的自动倾斜控制系统，其中，所述工具是伸缩臂叉车的叉，或者挖掘机的铲子、抓斗、破碎器，或者钻机的螺旋钻。

10.一种作业机械，包括：

液压驱动的吊臂，所述吊臂的一端可移动地连接到作业机械的底盘，在另一端处连接有可倾斜的工具，以及根据权利要求1所述的自动倾斜控制系统，

其中，用于经由所述第一电子控制阀向所述吊臂提升缸提供液压流体流量和用于经由所述第二电子控制阀向所述倾斜缸提供液压流体流量的液压系统由电子载荷分配单元控制，以确保足够的流体流量流入所述吊臂提升缸和所述倾斜缸两者，从而能够满足由用于所述吊臂移动的流体流量和用于工具调平的流体流量限定的预定流体流量比，并且从而所述工具在吊臂移动期间保持其相对于水平的倾斜角度。

11.根据权利要求10所述的作业机械，其中，所述工具能够通过液压快速耦接单元连接到所述吊臂以及从所述吊臂拆卸。