CN112482462B - 装载机铲装准备控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及装载机铲装，为解决现有装载机是由手动完成铲装准备存在误差而影响铲装满斗率和工作效率的问题；提供一种装载机铲装准备自动控制方法，其特征在于步骤如下：设定装载机铲装准备完毕后的铲斗目标姿态和动臂目标姿态，通过铲装准备触发装置向装载机控制单元发送铲装准备触发信号，控制单元通过传感器分别检测确定当前铲斗姿态和动臂当前姿态，并依据铲斗目标姿态和动臂目标姿态计算在动臂当前姿态下的铲斗准备过渡姿态；控制单元控制铲斗控制阀使铲斗转动至铲斗准备过渡姿态，然后再控制动臂控制阀使动臂转动至动臂目标姿态。本发明能使装载机工作装置自动调整到铲装作业前的铲装准备姿态，提高铲装效率和降低操作者劳动强度。

Description

装载机铲装准备控制方法和系统

技术领域

本发明涉及一种装载机铲装，更具体地说,涉及一种装载机铲装准备控制方法和系统。

背景技术

装载机是一种使用广泛的土方机械，主要用于物料短距离转移。装载机作业时，在铲斗插入料堆之前,都要做铲装准备工作。铲装准备工作是将铲斗和动臂调节动作到预定位置，使铲斗处于预定的“找平贴地”或接近“找平贴地”的姿态，以便铲斗更轻松地插入到料堆中，增加铲斗铲装物料的满斗率，提高作业效率。

现有的铲装准备工作都是通过操作手操纵装载机的操纵手柄手动调节，操纵过程中由操作手目测观察铲斗是否调节到预定位置，由于操作者目力观察的精度以及操作者操纵控制的精度，操作者操纵控制铲斗所达到的最终姿态位置与理想的铲斗插入料堆的初始姿态位置存在一定的误差，从而使得铲斗不能以最理想的姿态插入到料堆中，进而影响装载机铲装物料的满斗率和工作效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有装载机是由手动完成铲装准备存在误差而影响铲装满斗率和工作效率的问题，而提供一种装载机铲装准备控制方法和系统，进而提高铲装准备步骤中铲斗姿态的精度，提高物料铲装满斗率和工作效率。

本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种装载机铲装准备控制方法，其特征在于步骤如下：

设定装载机铲装准备的铲斗目标姿态和动臂目标姿态，通过铲装准备触发装置向装载机控制单元发送铲装准备触发信号，所述控制单元通过传感器分别检测确定当前铲斗姿态和当前动臂姿态并依据当前动臂姿态、铲斗目标姿态和动臂目标姿态确定装载机铲斗准备过渡姿态；控制单元先控制转斗控制阀使铲斗由当前铲斗姿态转动至铲斗准备过渡姿态，然后再控制动臂控制阀使动臂由当前动臂姿态转动至动臂目标姿态。

进一步地，上述装载机铲装准备控制方法中，依据铲斗目标姿态、动臂目标姿态和当前动臂姿态计算出的摇臂相对于动臂的角度作为装载机铲斗准备过渡姿态，控制单元通过角度传感器检测摇臂相对于动臂角度确定当前铲斗姿态；所述控制单元通过角度传感器测量动臂转动角度确定当前动臂姿态。

进一步地，上述装载机铲装准备控制方法中，检测确定当前铲斗姿态的角度传感器布置在装载机摇臂与动臂横梁的铰接处。

进一步地，上述装载机铲装准备控制方法中，所述控制单元在接收到铲装准备触发信号之后，当检测到装载机操控手柄对铲斗和/或动臂的操作信号时，所述控制单元依据操控手柄对铲斗和/或动臂的操作信号对应地控制转斗控制阀和/或动臂控制阀。也即控制单元在执行自动完成铲装准备的过程中若出现操作者通过操控手柄控制铲斗和动臂的动作时(也即操控手柄不处于中位)，控制单元则退出对铲斗和动臂的自动控制，而是根据操控手柄的信号对铲斗和动臂进行控制。

装载机的铲斗是铰接在动臂的前端，铲斗同时通过转斗连杆与摇臂连接，摇臂铰接在动臂横梁上，同时摇臂的一端与转斗油缸连接，转斗油缸的另一端与装载机前车架连接。

铲斗铲装物料时，铲斗插入料堆的插入角以及铲斗的高度非常重要。铲斗的高度由动臂前端的高度决定，也即由动臂姿态决定，而动臂前端的高度又由动臂与前车架之间的夹角决定，动臂、前车架和动臂油缸形成三角形，动臂油缸的伸缩使得动臂前端升降，因此动臂前端高度(动臂姿态)可以由动臂与前车架的夹角来度量表示，可以使用角度传感器测量动臂与前车架之间的夹角来确定动臂姿态。

铲斗插入料堆的插入角由摇臂和动臂之间的夹角以及动臂和车架之间的夹角确定，转斗油缸的伸缩会改变摇臂与动臂之间的夹角，因此，铲斗插入物料的插入角可以通过安装在摇臂和动臂铰接位置的角度传感器来测量摇臂和动臂之间的角度，通过安装在动臂和车架铰接位置的角度传感器来测量动臂和车架之间的角度。

铲斗铲装不同的物料时，可能会需要有不同的插入高度和插入角，因此司机可以根据需要和要求随时设定插入物料时动臂的高度和铲斗的找平角度。当铲斗姿态以角度进行度量时，例如以摇臂与动臂横梁之间的角度来度量铲斗姿态时，即使不对铲斗进行操作(也即转斗油缸伸出量不变)，摇臂与动臂横梁之间的角度也随着动臂的升降而变化。对于动臂处于某一动臂姿态时摇臂与动臂横梁之间的角度存在一个值，本发明中称该角度值为铲斗准备过渡姿态，使得动臂调整到动臂目标姿态时，摇臂与动臂横梁之间的角度值于与铲斗目标姿态一致。因此对于处在某一姿态下的动臂，先将铲斗姿态调整到与当前动臂姿态对应的铲斗准备过渡姿态后，再将动臂姿态调整至动臂目标姿态，就可完成铲装准备工作。铲斗准备过渡姿态与设定的铲斗目标姿态、动臂目标姿态、当前动臂姿态有关，因此需根据可当前动臂姿态、铲斗目标姿态、动臂目标姿态计算确定动臂处于当前动臂姿态下的铲斗准备过渡姿态。

本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种装载机铲装准备控制系统，包括用于控制转斗控制阀和动臂控制阀的控制单元、用于确定铲斗姿态的铲斗姿态传感器和用于确定动臂姿态的动臂姿态传感器、其特征在于还包括向控制单元输送铲装准备触发信号的铲装准备触发装置，所述控制单元接收到铲装准备触发信号后分别通过铲斗姿态传感器和动臂姿态传感器检测当前铲斗姿态和当前动臂姿态，并依据设定的铲斗目标姿态和动臂目标姿态以及检测确定的前动臂姿态确定装载机铲斗准备过渡姿态；控制单元先控制转斗控制阀使铲斗由当前铲斗姿态转动至铲斗准备过渡姿态，后控制动臂控制阀使动臂由当前动臂姿态转动至动臂目标姿态。

进一步地，上述装载机铲装准备控制系统中，所述铲斗姿态传感器是设置在装载机摇臂与动臂横梁铰接处用于检测摇臂相对动臂转角的角度传感器，所述控制单元通过所述摇臂与所述动臂之间夹角确定当前铲斗姿态，并根据当前动臂姿态、铲斗目标姿态和动臂目标姿态计算确定铲斗准备过渡姿态。

进一步地，上述装载机铲装准备控制系统中，所述动臂姿态传感器是用于测量动臂转动角度的角度传感器。

进一步地，上述装载机铲装准备控制系统中，还包括与控制单元连接用于操控铲斗和动臂动作的操控手柄，所述控制单元在接收铲装准备触发信号之后，当检测到操控手柄对铲斗和/或动臂的操作信号时，所述控制单元依据操控手柄对铲斗和/或动臂的操作信号对应地控制转斗控制阀和/或动臂控制阀，即手动优先地退出铲装准备控制过程。

本发明与现有技术相比，本发明具有一键完成铲装准备功能，能够降低操作者的劳动强度，同时提高了铲装准备后铲斗和动臂的位置精度，进而提高铲装效率。

附图说明

图1是本发明装载机铲装准备控制系统的原理框图。

图2是装载机铲装工作装置的结构示意图。

图3是铲斗角度与动臂角度的关系示意图。

图4是铲装准备过程中铲斗角度变化示意图。

图中零部件名称及序号：

前车架1、动臂2、铲斗3、摇臂4、连杆5、动臂油缸6、转斗油缸7、动臂角度传感器8、铲斗角度传感器9。

具体实施方式

如图2所示，在装载机的铲装工作装置中，动臂2后端与前车架1铰接，铰点为O点，动臂2的前端与铲斗3铰接，动臂油缸6连接在动臂2与前车架1之间，动臂油缸6的后端与前车架1铰接于A点，与动臂2铰接于B点，动臂油缸6的伸缩推动动臂2的升降动作。摇臂4转动安装于动臂2的横梁上，与动臂2铰接于C点，摇臂4相对动臂2前后摆动。摇臂4的上端与转斗油缸7的前端铰接，摇臂4的下端与连杆5的后端铰接于D点，连杆5的前端与铲斗3铰接；转斗油缸7的后端与前车架1铰接。转斗油缸7的伸缩推动摇臂4绕动臂横梁前后摆动，摇臂4下端通过连杆5拉动铲斗3绕动臂前端前后摆动。

本实施例中，如图1所示，装载机铲装准备控制系统包括控制单元、以及与控制单元连接的动臂姿态传感器、铲斗姿态传感器、操控手柄、铲装准备触发装置。

动臂姿态传感器为动臂角度传感器8，动臂角度传感器8安装在动臂与前车架铰接处，即O点处，用于检测动臂相对前车架的转动角度(简称动臂角度,即∠AOB)，从而确定动臂姿态。由于动臂、前车架、动臂油缸呈三角形连接关系，在确定了动臂油缸的长度时，也可以确定动臂相对前车架的转动角度，因此动臂姿态传感器还可以是用于测量动臂油缸伸长量的位移传感器。

铲斗姿态传感器为铲斗角度传感器9，铲斗角度传感器9安装在摇臂与动臂横梁的铰接处，即C点处，用于检测摇臂相对动臂横梁的转动角度，用摇臂与动臂横梁的角度关系来表征铲斗与动臂的角度关系(简称铲斗角度，即∠BCD)，从而确定铲斗的姿态。转斗油缸的伸出量与摇臂的转动角度、铲斗的转动角度都具有一一对应的关系，因此铲斗姿态传感器还可以是用于测量转斗油缸伸长量的位移传感器。

操控手柄包括动臂手柄和铲斗手柄，分别用于操控动臂升降动作和铲斗收放斗动作。在装载机上，这两个手柄通常集成为一个操控手柄。手动操作铲装过程中，控制单元根据操控手柄的信号通过控制电先导阀而控制动臂控制阀和转斗控制阀，实现动臂升降和铲斗收放动作。

铲装准备触发装置是与控制单元连接的触发开关，用于向控制单元输入铲斗进入铲装准备位置的触发信号。

要自动完成铲装准备工作，需先确定铲斗的铲斗目标姿态和动臂目标姿态。铲斗目标姿态和动臂目标姿态是开始铲装时铲斗角度和动臂角度。铲斗目标姿态和动臂目标姿态的设定通常是由操作者在作业时根据铲装工况自行设定，即操作者通过操控手柄控制铲斗收放和动臂升降，使铲斗处于铲装作业前的位置，然后控制单元检测并存储此时动臂角度和铲斗角度，作为此后进行铲装作业时铲装准备过程中的铲斗目标姿态和动臂目标姿态。

装载机铲装准备控制过程如下：

铲装准备触发装置向装载机控制单元发送铲装准备触发信号，控制单元通过动臂角度传感器和铲斗角度传感器分别检测当前铲斗姿态和动臂姿态，即检测动臂当前角度和铲斗当前角度(图3中的X点)。控制单元根据铲斗当前角度以及动臂目标角度(动臂目标姿态)、铲斗目标角度(铲斗目标姿态)，计算确定铲斗过渡角度(即铲斗准备过渡姿态)。

确定铲斗准备过渡姿态后，控制单元依据当前铲斗角度控制电先导阀进而控制转斗控制阀，转动油缸作伸或缩的动作，使铲斗绕动臂前端转动直到测量到的铲斗角度与铲斗过渡角度相同一致，也即使铲斗转动至图3中的Y点,如图4所示，此时动臂角度为∠AOB'，铲斗过渡角度为∠B'C'D'。然后控制单元再控制动臂控制阀使动臂升降，使动臂当前角度由∠AOB'转动至∠AOB，使动臂角度与动臂目标角度∠AOB一致相同，也即动臂转动至图3中的Z点。进行转斗动作时不进行动臂升降动作，升降动臂的过程中不进行转斗动作。动臂由动臂当前角度∠AOB'转动至动臂目标角度∠AOB时，铲斗角度也由铲斗过渡角度∠B'C'D'转动至铲斗目标角度∠BCD，实现铲斗姿态符合铲装前的准备姿态。

控制单元在接收铲装准备触发信号之后，并在调整铲斗或动臂的过程中又检测到装载机操控手柄对铲斗和/或动臂的操作信号时，控制单元依据操控手柄对铲斗和/或动臂的操作信号对应地控制转斗控制阀和/或动臂控制阀。也即控制单元在执行铲装准备自动调节的过程中若出现操作者通过操控手柄控制铲斗和动臂的动作时(也即操控手柄不处于中位)，控制单元则退出对铲斗和动臂的自动控制，而是根据操控手柄的信号对对铲斗和动臂进行控制。

铲装准备自动调节完成后，铲斗在装载机主机的推动下插入物料，进行自动铲装或手动铲装。由于本发明中铲装准备工作触发后由控制单元控制自动完成，具有铲斗姿态和动臂姿态调整精确的优点，从而提高物料单次铲装的满斗率；由于是自动完成铲装准备，因此能够降低操作者的劳动强度。

Claims (8)

1.一种装载机铲装准备控制方法，装载机铲装工作装置中，动臂后端与前车架铰接，动臂的前端与铲斗铰接，动臂油缸连接在动臂与前车架之间，动臂油缸的伸缩推动动臂的升降动作；摇臂转动安装于动臂的横梁上，摇臂上端与转斗油缸前端铰接，摇臂下端与连杆后端铰接，连杆5前端与铲斗3铰接；转斗油缸后端与前车架铰接，转斗油缸伸缩推动摇臂绕动臂横梁前后摆动，摇臂下端通过连杆拉动铲斗绕动臂前端前后摆动；

其特征在于步骤如下：

设定装载机铲装准备的铲斗目标姿态和动臂目标姿态，通过铲装准备触发装置向装载机控制单元发送铲装准备触发信号，所述控制单元通过传感器分别检测确定当前铲斗姿态和当前动臂姿态并依据当前动臂姿态、铲斗目标姿态和动臂目标姿态确定装载机铲斗准备过渡姿态；控制单元先控制转斗控制阀使铲斗由当前铲斗姿态转动至铲斗准备过渡姿态，然后再控制动臂控制阀使动臂由当前动臂姿态转动至动臂目标姿态。

2.根据权利要求1所述的装载机铲装准备控制方法，其特征在于依据铲斗目标姿态、动臂目标姿态和当前动臂姿态计算出的摇臂相对于动臂的角度作为装载机铲斗准备过渡姿态，控制单元通过角度传感器检测摇臂相对于动臂角度确定当前铲斗姿态；所述控制单元通过角度传感器测量动臂转动角度确定当前动臂姿态。

3.根据权利要求2所述的装载机铲装准备控制方法，其特征在于检测确定当前铲斗姿态的角度传感器布置在装载机摇臂与动臂横梁的铰接处。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的装载机铲装准备控制方法，其特征在于所述控制单元在接收到铲装准备触发信号之后，当检测到装载机操控手柄对铲斗和/或动臂的操作信号时，所述控制单元依据操控手柄对铲斗和/或动臂的操作信号对应地控制转斗控制阀和/或动臂控制阀。

5.一种装载机铲装准备控制系统，包括用于控制转斗控制阀和动臂控制阀的控制单元、用于确定铲斗姿态的铲斗姿态传感器和用于确定动臂姿态的动臂姿态传感器；装载机铲装工作装置中，动臂后端与前车架铰接，动臂的前端与铲斗铰接，动臂油缸连接在动臂与前车架之间，动臂油缸的伸缩推动动臂的升降动作；摇臂转动安装于动臂的横梁上，摇臂上端与转斗油缸前端铰接，摇臂下端与连杆后端铰接，连杆5前端与铲斗3铰接；转斗油缸后端与前车架铰接，转斗油缸伸缩推动摇臂绕动臂横梁前后摆动，摇臂下端通过连杆拉动铲斗绕动臂前端前后摆动；其特征在于还包括向控制单元输送铲装准备触发信号的铲装准备触发装置，所述控制单元接收到铲装准备触发信号后分别通过铲斗姿态传感器和动臂姿态传感器检测当前铲斗姿态和当前动臂姿态，并依据设定的铲斗目标姿态和动臂目标姿态以及检测确定的前动臂姿态确定装载机铲斗准备过渡姿态；控制单元先控制转斗控制阀使铲斗由当前铲斗姿态转动至铲斗准备过渡姿态，后控制动臂控制阀使动臂由当前动臂姿态转动至动臂目标姿态。

6.根据权利要求5所述的装载机铲装准备控制系统，其特征在于所述铲斗姿态传感器是设置在装载机摇臂与动臂横梁铰接处用于检测摇臂相对动臂转角的角度传感器，所述控制单元通过所述摇臂与所述动臂之间夹角确定当前铲斗姿态，并根据当前动臂姿态、铲斗目标姿态和动臂目标姿态计算确定铲斗准备过渡姿态。

7.根据权利要求5或6所述的装载机铲装准备控制系统，其特征在于所述动臂姿态传感器是用于测量动臂相对装载机前车架转动角度的角度传感器。

8.根据权利要求5或6所述的装载机铲装准备控制系统，其特征在于还包括与控制单元连接用于操控铲斗和动臂动作的操控手柄，所述控制单元在接收铲装准备触发信号之后，当检测到操控手柄对铲斗和/或动臂的操作信号时，所述控制单元依据操控手柄对铲斗和/或动臂的操作信号对应地控制转斗控制阀和/或动臂控制阀。

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