CN113293813B - 一种挖掘机的控制方法和挖掘机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种挖掘机的控制方法和挖掘机，其中，本发明的挖掘机的控制方法包括监测挖掘机的斗杆油缸和属具油缸的运动状态；根据斗杆油缸和属具油缸的运动状态获得属具与动臂之间的位置状态，以控制挖掘机的属具的启停，使属具与动臂保持间隔。因此，控制模块能够在判断出属具与动臂之间的位置状态容易发生干涉时容易发生干涉时控制属具停止运动，从而避免属具继续运动而与动臂发生干涉。本发明的挖掘机的控制方法能够避免挖掘机的属具与动臂发生干涉并避免因此而损耗挖掘机的属具或动臂。

Description

一种挖掘机的控制方法和挖掘机

技术领域

本发明涉及挖掘机技术领域，具体涉及一种挖掘机的控制方法和挖掘机。

背景技术

挖掘机是用铲斗挖掘高于或低于承机面的物料，并装入运输车辆或卸至堆料场的土方机械，是现代工程建设中最重要的工程机械之一。本申请的发明人在付出了创造性的劳动后却发现，如图1所示，现有技术中的挖掘机100′通常配备有多款尺寸不同的属具3′，当使用的属具3′尺寸较大时，如果斗杆油缸4′和属具油缸5′的伸出长度均较大，则有可能导致属具3′与挖掘机的动臂1′发生干涉，甚至损坏挖掘机的属具3′或动臂1′。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的挖掘机的属具容易与动臂发生干涉的缺陷，从而提供一种能够避免挖掘机的属具与动臂发生干涉的挖掘机的控制方法和挖掘机。

为了解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种挖掘机的控制方法，包括：

监测挖掘机的斗杆油缸和属具油缸的运动状态；

根据斗杆油缸和属具油缸的运动状态获得属具与动臂之间的位置状态，以控制挖掘机的属具的启停，使属具与动臂保持间隔。

进一步地，监测挖掘机的斗杆油缸和属具油缸的运动状态，包括：

当斗杆油缸的伸出长度达到第一阈值时发出第一信号；

当属具油缸的伸出长度达到第二阈值时发出第二信号。

进一步地，根据斗杆油缸和属具油缸的运动状态控制挖掘机的属具的启停，包括：

当接收到第一信号后判断是否接收到第二信号，若是则控制属具停止运动。

进一步地，第一阈值为斗杆油缸的总行程，第二阈值通过下列算式获取：

L＝L1-vt

其中：L为第二阈值；

L1为斗杆油缸的伸出长度达到第一阈值时，能够使多种不同尺寸的属具分别装配于斗杆上均不与挖掘机的动臂接触的属具油缸的最大伸出长度；

v为属具油缸的伸出速度；

t为响应时间。

进一步地，控制属具停止运动，包括：

当挖掘机中包括电控主阀时，通过电控主阀切断属具油缸的进油路；

当挖掘机中包括液控主阀时，控制液控主阀中电磁换向阀切断属具油缸的进油路。

本发明的第二方面提供了一种挖掘机，包括第一传感模块、第二传感模块和控制模块。其中，第一传感模块设置在挖掘机的斗杆油缸上，能够监测挖掘机的斗杆油缸的运动状态；第二传感模块设置在挖掘机的属具油缸上，能够监测挖掘机的属具油缸的运动状态；控制模块根据斗杆油缸和属具油缸的运动状态获得属具与动臂之间的位置状态，以控制挖掘机的属具的启停，使属具与动臂保持间隔。

进一步地，第一传感模块包括设置在斗杆油缸的缸体上的第一接近开关，以及固定于斗杆油缸的活塞杆的活塞连接端上并能够在与第一接近开关对齐时被第一接近开关检测到的第一感应部件；

第二传感模块包括设置在属具油缸的缸体上的第二接近开关，以及固定于属具油缸的活塞杆的活塞连接端上并能够在与第二接近开关对齐时被第二接近开关检测到的第二感应部件。

进一步地，第一接近开关被设置在斗杆油缸的缸体的接近斗杆的一端，第二接近开关距属具油缸的缸体接近属具一端的距离为L，L通过下列算式获取：

L＝L1-vt

其中：L为第二阈值；

L1为斗杆油缸的伸出长度达到第一阈值时，能够使多种不同尺寸的属具分别装配于斗杆上均不与挖掘机的动臂接触的属具油缸的最大伸出长度；

v为属具油缸的伸出速度；

t为响应时间。

进一步地，第二感应部件的背离属具油缸的活塞杆的第二感应部件的背离属具油缸的活塞杆的感测表面为斜面或者阶梯面，并且感测表面靠近属具油缸的活塞杆的活塞连接端一侧的表面高度大于远离属具油缸的活塞杆的活塞连接端一侧的表面高度。

进一步地，第二感应部件的径向截面为阶梯面，且相邻的阶梯的高度差在2-4mm的范围内。

本发明具有以下优点：

1、由上述技术方案可知，本发明的第一方面提供的挖掘机的控制方法能够根据斗杆油缸和属具油缸的运动状态获得属具与动臂之间的位置状态，以控制挖掘机的属具的启停，从而使属具与动臂保持间隔。因此，控制模块能够在判断出属具与动臂之间的位置状态容易发生干涉时控制属具停止运动，从而避免属具继续运动而与动臂发生干涉。无需通过改变油缸行程或更换专用斗杆来实现一种机型匹配多款属具，满足多种工况下的需求。因此，本发明实施例的挖掘机的控制方法能够避免挖掘机的属具与动臂发生干涉并避免因此而损耗挖掘机的属具或动臂。

2、第二感应部件的背离属具油缸的活塞杆的感测表面设为斜面或阶梯面，允许了操作者调整第二接近开关的检测距离以调整属具油缸的第二阈值。

3、第二感应部件的径向截面设置为阶梯面，且相邻的阶梯的高度差在2-4mm的范围内，允许操作者对第二阈值的大小进行分级调节。

4、本发明的第二方面提供的挖掘机能够根据斗杆油缸和属具油缸的运动状态获得属具与动臂之间的位置状态，从而控制挖掘机的属具的启停。因此，控制模块能够在获取到属具与动臂之间的位置状态容易发生干涉时控制属具停止运动，从而避免属具继续运动而与动臂发生干涉。无需通过改变油缸行程或更换专用斗杆来实现一种机型匹配多款属具，满足多种工况下的需求。因此，本发明实施例的挖掘机的控制方法能够避免挖掘机的属具与动臂发生干涉并避免因此而损耗挖掘机的属具或动臂，且结构设计简单、实时性强、可靠性高、易于实现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了现有技术中的挖掘机；

图2为根据本发明实施例1的挖掘机的控制方法的流程图；

图3示意性地显示了本发明实施例2所提供的挖掘机；

图4为图3所示的挖掘机的斗杆油缸的剖视图；

图5为图3所示的挖掘机的属具油缸的剖视图；

图6为图5所示的属具油缸中的第二感应部件。

附图标记说明：100′、挖掘机；1′、动臂；3′、属具；4′斗杆油缸；5′、属具油缸；100、挖掘机；1、动臂；2、斗杆；3、属具；4、斗杆油缸；4a、第一接近开关；4b、第一感应部件；5、属具油缸；5a、第二接近开关；5b、第二感应部件。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本发明实施例1提供了一种挖掘机的控制方法，图2为根据本发明实施例1的挖掘机的控制方法的流程图。如图2所示，本发明实施例的挖掘机100的控制方法主要包括步骤S1和步骤S2，其中：

步骤S1：监测挖掘机100的斗杆油缸4和属具油缸5的运动状态。

步骤S2：根据斗杆油缸4和属具油缸5的运动状态获得属具3与动臂1之间的位置状态，以控制挖掘机100的属具3的启停，使所述属具3与所述动臂1保持间隔。

由上述技术方案可知，本发明实施例的挖掘机100的控制方法能够根据斗杆油缸4和属具油缸5的运动状态获得属具3与动臂1之间的位置状态，以控制挖掘机100的属具3的启停，从而使属具3与动臂1保持间隔。因此，其能够在判断出属具3与动臂1之间的位置状态容易发生干涉时控制属具3停止运动，从而阻止属具3继续运动导致与动臂1发生干涉。无需通过改变油缸行程或更换专用斗杆2来实现一种机型匹配多款属具3，满足多种工况下的需求。因此，本发明实施例的挖掘机100的控制方法能够避免挖掘机100的属具3与动臂1发生干涉并避免因此而损耗挖掘机100的属具3或动臂1。另外，本发明实施例的挖掘机的控制方法能够集成到原有控制系统中，无需新增额外控制系统。

在本实施例中，如图4和图5所示，步骤S1包括：

步骤S101：当斗杆油缸4的伸出长度达到第一阈值时发出第一信号。

步骤S102：当属具油缸5的伸出长度达到第二阈值时发出第二信号。

步骤S2包括：

步骤S201:当接收到第一信号后判断是否接收到第二信号，若是,则控制属具3停止运动。因此，控制模块接收到第一信号和第二信号时，控制模块能够获知斗杆油缸4的伸出长度达到第一阈值，属具油缸5的伸出长度达到了第二阈值，由此判断出挖掘机100的属具3与动臂1之间的位置状态容易发生干涉，从而控制属具3停止运动。

在其他的实施例中，步骤S1也可被设置为获取斗杆油缸4伸出长度和属具油缸5的伸出长度。步骤S2也可被设置成当判断出斗杆油缸4的伸出长度达到第一阈值且属具油缸5的伸出长度达到第二阈值时控制属具油缸5停止运动。

在本实施例中，第一阈值优选为斗杆油缸4的最大伸出长度。第二阈值优选为通过下列算式获取：

L＝L1-vt

其中：L为第二阈值，单位为mm。

L1为斗杆油缸4的伸出长度达到第一阈值时，能够使多种尺寸不同的属具3分别装配于斗杆2上均不与挖掘机100的动臂1接触的属具油缸5的最大伸出长度，单位为mm。

优选地，L1通过挖掘机100所能配备的尺寸最大的属具3进行测量，以保证多种尺寸不同的属具3分别装配于斗杆2上均不会与挖掘机100的动臂1接触。

v为属具油缸5的伸出速度，单位为mm/s。

t为响应时间，单位为s。一般可选为0.5-1.5s，最好选为1s。本申请发明人在经过大量实验后确认，当斗杆油缸4的最大伸出长度选择为第一阈值，属具油缸5的最大伸出长度被选择为第二阈值时，能够有效避免挖掘机100的属具3与动臂1发生干涉。

在本实施例中，当挖掘机100中包括电控主阀时，步骤S201中的控制属具3停止运动步骤可选为包括通过电控主阀切断属具油缸5的进油路。当挖掘机100中包括液控主阀时，步骤S201中的控制属具3停止运动步骤可选为包括控制液控主阀中电磁换向阀切断属具油缸5的进油路。

实施例2

与本发明的实施例1相对应，如图2、3和4所示，本发明实施例2的挖掘机100主要包括第一传感模块、第二传感模块和控制模块。其中，第一传感模块设置在挖掘机100的斗杆油缸4上，能够监测挖掘机100的斗杆油缸4的运动状态。第二传感模块设置在挖掘机100的属具油缸5上，能够监测挖掘机100的属具油缸5的运动状态。控制模块用于根据斗杆油缸4和属具油缸5的运动状态获得属具3与动臂1之间的位置状态，以控制挖掘机100的属具3的启停，从而使属具3与动臂1保持间隔。其中，控制模块可包括可编程逻辑控制部件(如PLC或CPU)、存储器和与可编程逻辑控制部件相连的电子元件等，属于本领域技术人员熟知的，在此不再详述。属具3可选为铲斗，但在其他实施例中，属具3也可选为铣挖机、螺旋钻机、岩石锯或破碎斗等常见的挖掘机属具。本发明实施例2的挖掘机的结构设计简单、实时性强、可靠性高、易于实现。

由上述技术方案可知，当属具3与动臂1之间的位置状态容易发生干涉时，控制模块能够根据第一传感模块和第二传感模块的检测结果控制属具3停止运动，无需通过改变油缸行程或更换专用斗杆2来实现一种机型匹配多款属具3，因此，本发明实施例的挖掘机100够避免挖掘机100的属具3与动臂1发生干涉并避免因此而损耗挖掘机100的属具3或动臂1，且结构设计简单、实时性强、可靠性高、易于实现。

在本实施例中，第一传感模块优选为包括设置在斗杆油缸4的缸体上的第一接近开关4a，以及固定于斗杆油缸4的活塞杆的活塞连接端上并能够在与第一接近开关4a对齐时被第一接近开关4a检测到的第一感应部件4b。因此，当斗杆油缸4的活塞杆的伸出长度达到第一阈值时，第一感应部件4b能够随斗杆油缸4的活塞杆运动并与第一接近开关4a对齐，使得第一接近开关4a能够向控制模块发送第一信号，使控制模块能够获知斗杆油缸4的伸出长度达到第一阈值。

第二传感模块包括设置在属具油缸5的缸体上的第二接近开关5a，以及固定于属具油缸5的活塞杆的活塞连接端上并能够在与第二接近开关5a对齐时被第二接近开关5a检测到的第二感应部件5b。因此，当属具油缸5的活塞杆的伸出长度达到第二阈值时，第二感应部件5b能够随属具油缸5的活塞杆运动并与第二接近开关5a对齐，使得第二接近开关5a能够向控制模块发送第二信号，使控制模块能够获知属具油缸5的伸出长度达到第二阈值。优选地，第一接近开关4a通过带有外螺纹的固定座设置在斗杆油缸4的缸体上。第一接近开关4a上沿周向设有环形凸缘，在环形凸缘上设有能够与固定座的外螺纹进行螺纹链接的内螺纹。第二接近开关5a也优选为通过带有外螺纹的固定座设置在属具油缸5的缸体上。第二接近开关5a上沿周向设有环形凸缘，在环形凸缘上设有能够与固定座的外螺纹进行螺纹链接的内螺纹。通过螺纹链接能够保证油缸的气密性。第一感应部件4b和第二感应部件5b均优选为套设在对应的活塞杆上的金属块。将第一接近开关4a和第二接近开关5a直接设置在对应的油缸的缸体上，能够提升系统响应的灵敏度。

在其他实施例中，第一传感模块和第二传感模块也可选为位移传感器，当第一传感模块和第二传感模块选择为位移传感器时，控制模块能够根据第一传感模块的检测结果和第二传感模块的检测结果判断斗杆油缸4的伸出长度是否达到第一阈值，属具油缸5的伸出长度是否达到第二阈值，并在斗杆油缸4的伸出长度达到第一阈值且属具油缸5的伸出长度达到第二阈值时控制属具3停止运动。

在本实施例中，第一接近开关4a被设置在斗杆油缸4的缸体的接近斗杆2的一端，这使得当斗杆油缸4达到最大的伸出长度时设置在斗杆油缸4的活塞杆上的第一感应部件4b能够与第一接近开关4a对齐，第一接近开关4a能够检测到第一感应部件4b并向控制模块发出第一信号。

第二接近开关5a距属具油缸5的缸体接近属具3的一端的距离为L，L优选为通过下列算式获取：

L＝L1-vt

其中：L为第二阈值，单位为mm。

L1为斗杆油缸4的伸出长度达到第一阈值时，能够使多种尺寸不同的属具3分别装配于斗杆2上均不与挖掘机100的动臂1接触的属具油缸5的最大伸出长度，单位为mm。

优选地，L1通过挖掘机100所能配备的尺寸最大的属具3进行测量，以保证多种尺寸不同的属具3分别装配于斗杆2上均不会与挖掘机100的动臂1接触。

v为属具油缸5的伸出速度，单位为mm/s。

t为响应时间，单位为s。

这使得当属具油缸5的伸出长达到L时，设置在属具油缸5的活塞杆上的第二感应部件5b能够与第二接近开关5a对齐，第二接近开关5a能够检测到第二感应部件5b并向控制模块发出第二信号。本申请发明人在经过大量实验后确认，当第一接近开关4a被设置在斗杆油缸4的缸体的接近斗杆2的一端，第二接近开关5a被设置为距属具油缸5的缸体接近属具3一端的距离为L时，能够有效避免挖掘机100的属具3与动臂1发生干涉。

在本实施例中，如图6所示，第二感应部件5b的背离属具油缸5的活塞杆的感测表面为斜面或者阶梯面，并且感测表面靠近属具油缸5的活塞杆的活塞连接端一侧的表面高度大于远离属具油缸5的活塞杆的活塞连接端一侧的表面高度。其中，表面高度指第二感应部件5b的感测表面与活塞杆表面之间的距离。这允许了操作者调整第二接近开关5a的检测距离并在一定范围内调整第二阈值的大小，能够在避免属具3与动臂1发生干涉的同时增大挖掘机100的操控范围。比如当挖掘机100当前配备的属具3的尺寸较小时，操作者能够适当地减小第二接近开关5a的检测距离并增大第二阈值，以扩大挖掘机100的操控范围。当挖掘机100当前配备的属具3的尺寸较大时，操作者能够适当地增大第二接近开关5a的检测距离并增大第二阈值，以确保挖掘机100的属具3不会与动臂1发生干涉。在本实施例中，第二感应部件5b的径向截面为阶梯面，且相邻的阶梯的高度差在2-4mm的范围内，最好是3mm，允许操作者对第二阈值的大小进行分级调节。

根据上述描述，本发明实施例1的控制挖掘机100的控制方法和实施例2的挖掘机100具有以下优点：

1.结构设计简单、实时性强、可靠性高、易于实现；

2.无需通过改变油缸行程或更换专用斗杆2来实现一种机型匹配多款铲斗，满足多种工况下的需求；

3.无需新增额外控制系统，可集成到原有控制系统中。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种挖掘机的控制方法，其特征在于，包括：

监测所述挖掘机（100）的斗杆油缸（4）和属具油缸（5）的运动状态；

根据所述斗杆油缸（4）和属具油缸（5）的运动状态获得属具（3）与动臂（1）之间的位置状态，以控制所述挖掘机（100）的属具（3）的启停，使所述属具（3）与所述动臂（1）保持间隔；

其中，监测所述挖掘机（100）的斗杆油缸（4）和属具油缸（5）的运动状态包括：

当所述斗杆油缸（4）的伸出长度达到第一阈值时发出第一信号；

当所述属具油缸（5）的伸出长度达到第二阈值时发出第二信号；

所述第一阈值为所述斗杆油缸（4）的总行程，所述第二阈值为所述属具油缸（5）的最大伸出长度与所述属具油缸（5）的伸出速度和响应时间的乘积的差值，其中，所述属具油缸（5）的最大伸出长度为所述斗杆油缸（4）的伸出长度达到第一阈值时，能够使多种不同尺寸的属具（3）分别装配于斗杆（2）上且均不与挖掘机（100）的动臂（1）接触的属具油缸（5）的最大伸出长度。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述斗杆油缸（4）和属具油缸（5）的运动状态控制所述挖掘机（100）的属具（3）的启停，包括：

当接收到第一信号后判断是否接收到第二信号，若是则控制所述属具（3）停止运动。

3.根据权利要求2所述的控制 方法，其特征在于，所述控制所述属具（3）停止运动，包括：

当所述挖掘机（100）中包括电控主阀时，通过所述电控主阀切断所述属具油缸（5）的进油路；

当所述挖掘机（100）中包括液控主阀时，控制所述液控主阀中电磁换向阀切断所述属具油缸（5）的进油路。

4.一种挖掘机，其特征在于，包括：

第一传感模块，其设置在所述挖掘机（100）的斗杆油缸（4）上，能够监测所述挖掘机（100）的斗杆油缸（4）的运动状态；

第二传感模块，其设置在所述挖掘机（100）的属具油缸（5）上，能够监测所述挖掘机（100）的属具油缸（5）的运动状态；

控制模块，所述控制模块适于执行权利要求1-3中任一项所述的控制方法，其用于根据所述斗杆油缸（4）和属具油缸（5）的运动状态获得属具（3）与动臂（1）之间的位置状态，以控制所述挖掘机（100）的属具（3）的启停，使所述属具（3）与所述动臂（1）保持间隔。

5.根据权利要求4所述的挖掘机，其特征在于，所述第一传感模块包括设置在所述斗杆油缸（4）的缸体上的第一接近开关（4a），以及固定于所述斗杆油缸（4）的活塞杆的活塞连接端上并能够在与所述第一接近开关（4a）对齐时被所述第一接近开关（4a）检测到的第一感应部件（4b）；

所述第二传感模块包括设置在所述属具油缸（5）的缸体上的第二接近开关（5a），以及固定于所述属具油缸（5）的活塞杆的活塞连接端上并能够在与所述第二接近开关（5a）对齐时被所述第二接近开关（5a）检测到的第二感应部件（5b）。

6.根据权利要求5所述的挖掘机，其特征在于，所述第一接近开关（4a）被设置在所述斗杆油缸（4）的缸体的接近所述斗杆（2）的一端，所述第二接近开关（5a）距所述属具油缸（5）的缸体接近所述属具（3）一端的距离为L，其中L为第二阈值。

7.根据权利要求6所述的挖掘机，其特征在于，所述第二感应部件（5b）的背离所述属具油缸（5）的活塞杆的感测表面为斜面或者阶梯面，并且所述感测表面靠近所述属具油缸（5）的活塞杆的活塞连接端一侧的表面高度大于远离所述属具油缸（5）的活塞杆的活塞连接端一侧的表面高度。

8.根据权利要求7所述的挖掘机，其特征在于，所述第二感应部件（5b）的径向截面为阶梯面，且相邻的阶梯的高度差在2-4mm的范围内。

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