CN113309158A - 电动挖掘机定量系统变量化控制系统及其控制方法 - Google Patents

电动挖掘机定量系统变量化控制系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电动挖掘机定量系统变量化控制系统及其控制方法，其属于工程机械领域。它主要包括整机控制器和两个以上的分控制系统，所述每个分控制系统均包括先导控制元件、分系统电动机、定量泵和执行元件，先导控制元件和分系统电动机分别与整机控制器连接，分系统电动机与定量泵连接，定量泵通过电磁换向阀与执行元件连接，电磁换向阀与先导控制元件连接。本发明实现了操作者可根据意图进行流量分配，且挖掘机各执行元件动作间独立控制，避免了流量损耗，从而实现整机的节能，同时提高了工作效率和动力电池的续航能力。本发明主要用于电动挖掘机。

Description

电动挖掘机定量系统变量化控制系统及其控制方法
技术领域
本发明属于工程机械领域，具体地说，尤其涉及一种电动挖掘机定量系统变量化控制系统及其控制方法。
背景技术
在工程机械领域，现有的挖掘机主要包括电动式挖掘机和普通内燃机式挖掘机，挖掘机的控制系统主要分为节流控制系统、负荷传感控制系统、负流量控制系统和正流量控制系统。无论挖掘机采用哪一种控制系统，都无法实现挖掘机各个执行元件动作间完全不受其他执行元件动作影响而进行独立控制。目前，挖掘机各执行元件动作间流量的分配需要通过集成主阀完成分配，这导致背压能量损失大且无法做到各执行元件的动作间流量及功率根据操作者意图进行自由分配。其次，市场上大功率电动机及变量柱塞泵成本较高，集成式主控阀铸造难度及加工难度较大，市场供应量受限同时成本也较高。整机采用柱塞式变量泵，对整机油品及液压系统清洁度要求较高，同时后续维护成本也较高。
电动式挖掘机与普通内燃机式挖掘机对比，其优势在于怠速可以设置为0，普通挖掘机液压系统通过一个电动机带动主泵为液压系统提供流量，流量分配不能根据每个动作需求精细化分配，从而造成能量浪费。目前电动挖掘机依旧将电动机按照发动机特征进行控制（如图1所示），即某一固定的档位下，电动机按照固定转速工作，不能在全转速的范围下调速，使得电动机的性能不能得到充分的发挥，电动挖掘机的溢流和背压损失依然较大且挖掘机动力输出控制模式为电动机带动变量泵由主阀进行流量分配至各执行元件，各执行元件的动作间流量功率分配受到其他执行元件的动作影响与制约，不能完全按照操作者意图进行流量分配，从而影响操作性能及整机工作效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种电动挖掘机定量系统变量化控制系统及其控制方法，其实现了操作者可根据意图进行流量分配，且挖掘机各执行元件动作间独立控制，避免了流量损耗，从而实现整机的节能，同时提高了工作效率和动力电池的续航能力。
所述的电动挖掘机定量系统变量化控制系统，包括整机控制器和两个以上的分控制系统，所述每个分控制系统均包括先导控制元件、分系统电动机、定量泵和执行元件，先导控制元件和分系统电动机分别与整机控制器连接，分系统电动机与定量泵连接，定量泵通过电磁换向阀与执行元件连接，电磁换向阀与先导控制元件连接。
优选地，所述定量泵与电磁换向阀之间设有压力传感器，压力传感器与整机控制器连接。
优选地，所述分控制系统为七个，七个分控制系统的执行元件分别是动臂机构、铲斗机构、斗杆机构、回转机构、多功能辅具、左行走机构和右行走机构。
优选地，所述先导控制元件包括电控手柄，电控手柄通过倾角传感器与整机控制器连接。
优选地，所述先导控制元件包括电控脚踏阀，电控脚踏阀通过倾角传感器与整机控制器连接。
所述的电动挖掘机定量系统变量化控制方法，包括上述电动挖掘机定量系统变量化控制系统，具体步骤包括：
步骤1、一个以上的分控制系统通过先导控制元件向整机控制器输入信号，整机控制器根据相应输入信号生成相应分系统电动机的转速控制信号；
步骤2、整机控制器根据上述控制信号控制相应的分系统电动机达到预定转速；
步骤3、相应的分系统电动机带动定量泵向相应分控制系统输出相应的流量；
步骤4、先导控制元件控制电磁换向阀进行换向，液压油通过电磁换向阀向相应执行元件进行供油。
优选地，所述步骤1中无信号输入的分控制系统的分系统电动机处于零转速或低转速状态。
优选地，所述多个分控制系统之间相互独立。
优选地，所述步骤1中先导控制元件向整机控制器输入的信号为先导控制元件的操作角度信号及相应分控制系统的压力信号。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明通过在电动挖掘机每个动作系统上均增设一个独立控制的分系统电动机和定量泵，并通过该分系统电动机带动定量泵为各个动作提供流量需求，每个分系统电动机的输出功率及转速根据系统采集的角度传感器的电控手柄或电控脚踏阀信号，及压力传感器反馈的负载压力信号确定，通过控制分系统电动机转速实现定量泵不同流量的输出，从而达到系统需要多少流量定量泵给出多少流量的精确控制，实现定量泵变量用的目的，大大降低了生产成本；
2、本发明采用定量泵与分系统电动机配合，相对于之前的变量泵，后续维护成本及对液压系统清洁度要求大幅降低；
3、本发明系统的电控主控阀由集成式变为单个式，大幅降低了主控阀加工难度，降低整机成本和后续维护成本；
4、本发明实现挖掘机系统多个动作复合控制时，每个动作流量分配不受其他动作影响，且每个动作均可独立控制，并可以根据操作者意图实现流量分配，提高了操控性及整机工作效率；
5、本发明可根据系统需要，各分系统电动机根据动作需要输出相应转速及功率，无动作的分系统电动机处于零转速或较低转速状态，从而达到系统大幅节能目的，增强电池的续航能力。
附图说明
图1为传统电动挖掘机的整机控制系统原理图；
图2为本发明的控制系统原理图；
图3为图2中A部分的局部放大图；
图4为图2中B部分的局部放大图。
图中，1、电控手柄；2、倾角传感器；3、电磁换向阀；4、动臂机构；5、压力传感器；6、整机控制器；7、分系统电动机；8、定量泵；9、油箱；10、铲斗机构；11、斗杆机构；12、回转机构；13、多功能辅具；14、左行走机构；15、右行走机构；16、电控脚踏阀。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明：
实施例一：如图2至图4所示，电动挖掘机定量系统变量化控制系统，包括整机控制器6和多个分控制系统，本实施例以七个分控制系统为例进行说明，所述每个分控制系统均包括先导控制元件、分系统电动机7、定量泵8和执行元件，先导控制元件和分系统电动机7分别与整机控制器6连接，分系统电动机7与定量泵8连接，定量泵8通过电磁换向阀3与执行元件连接，电磁换向阀3与先导控制元件连接，每个分控制系统的定量泵8分别与油箱9连接；定量泵8与电磁换向阀3之间设有压力传感器5，压力传感器5通过控制线路与整机控制器6连接。
所述七个分控制系统的执行元件分别是动臂机构4、铲斗机构10、斗杆机构11、回转机构12、多功能辅具13、左行走机构14和右行走机构15。
所述先导控制元件包括电控手柄1，电控手柄1通过倾角传感器2与整机控制器6连接，动臂机构4和铲斗机构10的分控制系统共用一个电控手柄，该电控手柄分别通过控制线路与动臂机构4和铲斗机构10的分控制系统的电磁换向阀3连接；斗杆机构11和回转机构12的分控制系统共用一个电控手柄，该电控手柄分别通过控制线路与斗杆机构11和回转机构12的分控制系统的电磁换向阀3连接。
实施例二：所述先导控制元件包括电控脚踏阀16，电控脚踏阀16通过倾角传感器2与整机控制器6连接，所述多功能辅具13、左行走机构14和右行走机构15的分控制系统分别通过电控脚踏阀16和倾角传感器2与整机控制器6连接；其他与实施例一相同。
电动挖掘机定量系统变量化控制方法，包括上述电动挖掘机定量系统变量化控制系统，具体步骤包括：
步骤1、操作人员操作电控手柄1或电控脚踏阀16，此时倾角传感器2和压力传感器5产生相应流量和压力信号并将上述信号通过控制线路输入整机控制器6，整机控制器6根据相应输入信号生成相应分系统电动机7的转速及输出功率控制信号；操作人员可操作任一个或同时操作多个分控制系统；
步骤2、整机控制器6根据上述控制信号控制相应的分系统电动机7达到步骤1整机控制器6生成的预定转速；
步骤3、相应的分系统电动机7带动定量泵8向相应分控制系统输出相应的流量；
步骤4、电控手柄1或电控脚踏阀16同时产生相应信号通过控制线路控制电磁换向阀3进行换向，使液压油通过电磁换向阀3向相应执行元件进行供油。此时，每个分控制系统中执行元件动作单独控制，不受其他动作影响，且根据系统和动作需要，分系统电动机7输出相应转速及功率；无动作的分控制系统中，其倾角传感器2和压力传感器5无信号，此时整机控制器6控制该分控制系统的分系统电动机7处于0转速或者较低转速待机状态，此时电磁换向阀3处于中位，定量泵8泵出的油通过电磁换向阀3，回至油箱9，从而达到系统节能目的。
本发明系统虽然为定量系统，但是分系统电动机7的转速可以根据采集电控手柄1或电控脚踏阀16的角度信号及系统压力信号输出实时对应转速，从而可根据系统实际需要流量给出相应流量输出，同时整机控制器6根据输入倾角传感器2信号及压力传感器5信号生成所需输出功率信号，控制电机7的功率输出，从而起到精细化控制、节能的目的。

Claims (9)

1.一种电动挖掘机定量系统变量化控制系统，其特征在于：包括整机控制器（6）和两个以上的分控制系统，所述每个分控制系统均包括先导控制元件、分系统电动机（7）、定量泵（8）和执行元件，先导控制元件和分系统电动机（7）分别与整机控制器（6）连接，分系统电动机（7）与定量泵（8）连接，定量泵（8）通过电磁换向阀（3）与执行元件连接，电磁换向阀（3）与先导控制元件连接。
2.根据权利要求1所述的电动挖掘机定量系统变量化控制系统，其特征在于：所述定量泵（8）与电磁换向阀（3）之间设有压力传感器（5），压力传感器（5）与整机控制器（6）连接。
3.根据权利要求2所述的电动挖掘机定量系统变量化控制系统，其特征在于：所述分控制系统为七个，七个分控制系统的执行元件分别是动臂机构（4）、铲斗机构（10）、斗杆机构（11）、回转机构（12）、多功能辅具（13）、左行走机构（14）和右行走机构（15）。
4.根据权利要求3所述的电动挖掘机定量系统变量化控制系统，其特征在于：所述先导控制元件包括电控手柄（1），电控手柄（1）通过倾角传感器（2）与整机控制器（6）连接。
5.根据权利要求3所述的电动挖掘机定量系统变量化控制系统，其特征在于：所述先导控制元件包括电控脚踏阀（16），电控脚踏阀（16）通过倾角传感器（2）与整机控制器（6）连接。
6.一种电动挖掘机定量系统变量化控制方法，其特征在于：包括权利要求1至5中任一项所述的电动挖掘机定量系统变量化控制系统，具体步骤包括：
步骤1、一个以上的分控制系统通过先导控制元件向整机控制器（6）输入信号，整机控制器（6）根据相应输入信号生成相应分系统电动机（7）的转速控制信号；
步骤2、整机控制器（6）根据上述控制信号控制相应的分系统电动机（7）达到预定转速；
步骤3、相应的分系统电动机（7）带动定量泵（8）向相应分控制系统输出相应的流量；
步骤4、先导控制元件控制电磁换向阀（3）进行换向，液压油通过电磁换向阀（3）向相应执行元件进行供油。
7.根据权利要求6所述的电动挖掘机定量系统变量化控制方法，其特征在于：所述步骤1中无信号输入的分控制系统的分系统电动机（7）处于零转速或低转速状态。
8.根据权利要求6所述的电动挖掘机定量系统变量化控制方法，其特征在于：所述多个分控制系统之间相互独立。
9.根据权利要求6所述的电动挖掘机定量系统变量化控制方法，其特征在于：所述步骤1中先导控制元件向整机控制器（6）输入的信号为先导控制元件的操作角度信号及相应分控制系统的压力信号。
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