CN114032981B - 自动铲装控制方法和电动装载机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电动装载机，为解决现有电动装载机自动铲装作业时能源浪费的问题；提供一种自动铲装控制方法和电动装载机，其中自动铲装控制方法是将电动装载机的姿态调整至满足自动铲装要求；依据电动装载机相关参数触发自动铲装动作控制程序；整机控制器按照设定的动作时序进行收斗动作和提升动臂动作，在铲斗收斗至大于等于预定角度后将行走电机输出扭矩调节至固定值且不再增加直至铲装步骤结束。本发明中，在铲装过程后期，不再严格按照油门开度控制行走电机，而是将行走电机的输出扭矩调整为固定值，降低行走电机的扭矩输出，从而实现节省能源。

Description

自动铲装控制方法和电动装载机

技术领域

本发明涉及一种装载机，更具体地说，涉及一种自动铲装控制方法和电动装载机。

背景技术

装载机进行铲装作业时，将工作装置调整至铲装位，通常是铲斗贴地放平状态，挡位挂前进挡，装载机向前行进，铲斗插入料堆，在铲斗插入料堆一定深度后，依次进行多次收斗和提升动臂动作，直到铲斗收斗至极限位置和动臂被提升至预定高度(适合物料运输的高度)。其中依次进行的收斗动作和提升动臂动作称之为铲装动作。在手动操作完成铲装动作时，操作员需要通过操作手柄进行数次收斗和提升动臂操作，使得铲装作业操作劳动强度大，操作员长时间操作对关节的损伤很大；手动操作的劳动强度不仅大，而且还很考验操作员的技术水平，倘若铲装动作的开始时间太早则会影响铲装满斗率，靠后则会增加一次作业循环的时间而影响作业效率；在进行铲装动作操作时若操作不当也会影响到满斗率和单次作业循环时间。

在现有电动装载机中，机器行走和液压系统分别由行走电机和泵电机提供动力，行走电机和泵电机又是依据油门开度的大小进行相应的扭矩或转速控制。在铲装过程中，行走系统和液压系统的动力需求并不完全同步，因此现有的电动装载机自动铲装控制方法中，不加区别地依据油门开度控制行走电机和泵电机，会造成一定的能量浪费。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有电动装载机自动铲装作业时能源浪费的问题，而提供一种自动铲装控制方法和电动装载机，根据工作装置姿态对行走电机输出扭矩进行控制，减少能量浪费。

本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种自动铲装控制方法，用于电动装载机铲装作业控制，所述电动装载机包括整机控制器、控制行走电机的行走电机控制器、控制油泵电机的泵电机控制器，所述整机控制器根据油门开度向行走电机控制器发送扭矩控制指令控制行走电机，其特征在于包括以下步骤：

铲前准备步骤：将电动装载机的姿态调整至满足自动铲装要求；

铲装动作触发步骤：依据电动装载机相关参数触发自动铲装动作控制程序；

铲装步骤：整机控制器执行自动铲装动作控制程序，按照设定的动作时序进行收斗动作和提升动臂动作，在铲斗收斗至大于等于预定角度后将行走电机输出扭矩调节至固定值且不再增加直至铲装步骤结束。

在装载机的铲装过程中，装载机的动力系统需要提供足够的驱动力，使铲斗顺利插入到料堆中，以确保满斗率。铲斗插入料堆的过程中会进行数次的收斗动作，当铲斗收斗至预定角度后，进入到铲装过程的后期，此后只需将动臂提升至预定高度和将铲斗收斗至极限位。在进入到铲装过程的后期，由于铲斗斗底与地面具有预定的角度，机器向前行进也不能使铲斗插入到料堆中更深的深度，物料对铲斗底部的反作用力抵消装载机前进的驱动力。同时在进入到铲装过程的后期，工作装置仍需要进行收斗动作和提升动臂，需要操作者踩踏油门以使液压泵获取所需的功率。

对于配置燃油发动机的传统装载机，在进入到铲装过程的后期，操作者往往是一脚踩住刹车使机器停止，另一脚踩踏油门踏板使发动机以预定转速工作以便使液压泵吸收相应功率。此过程会有较大一部分的发动机功率浪费掉。

在电动装载机中，行走系统是由行走电机提供动力，工作装置是由泵电机提供动力，整机控制器依据油门踏板开度向泵电机和行走电机发送控制指令。在进入到铲装过程的后期，泵电机需要输出工作装置所需功率，因此需要踩踏油门踏板保证油门应有的开度。现有电动装载机在铲装过程的后期，整机控制器依然按照油门开度向行走电机控制器发送控制指令，消耗大量电能。

本发明自动铲装控制方法中，在进入到铲装过程的后期时，整机控制器不再严格按油门开度向行走电机发送扭矩控制指令，而是将行走电机的输出扭矩调整为固定值，该固定值相对于正常控制时与油门踏板开度所对应的扭矩要小很多，因此可降低行走电机的功率，从而节省能源。

上述自动铲装控制方法中，在铲斗收斗至大于等于预定角度且行走电机输出扭矩调节至固定值后，整机控制器向行走电机控制器发送扭矩控制指令使行走电机输出扭矩维持固定值直至铲装步骤结束，或者使行走电机输出扭矩仅随油门开度的减小而减小，不随油门开度增大而增大直至铲装步骤结束。

上述自动铲装控制方法中，铲装步骤中在自动铲装动作控制程序触发后的第一预定时长内将铲斗收斗至预定角度，所述第一预定时长小于行走电机允许的最大堵转时间。

上述自动铲装控制方法中，铲装步骤中当铲斗收斗至大于等于预定角度后，整机控制器依次控制将动臂提升到预定高度和将铲斗持续收斗至极限限位结束铲装步骤。

上述自动铲装控制方法中，在铲装步骤中当铲斗收斗至大于等于预定角度时动臂高度高于预定高度，整机控制器控制铲斗持续收斗至极限限位结束铲装步骤。

上述自动铲装控制方法中，设置至少两组收斗速度相对不同的铲装控制参数组，所述铲装控制参数组包括铲装步骤中每次收铲斗的收斗电流和收斗角度、每次提升动臂的动臂提升电流和提升角度；

计算铲前准备步骤完成之后油门开度首次增加时至自动铲装动作控制程序触发时的铲前平均车速；根据所述铲前平均车速选择对应的铲装控制参数组执行铲装步骤。根据铲装前的行驶速度选择不同的铲装参数，保证铲装满斗率和铲装效率。

上述自动铲装控制方法中，在铲装动作触发步骤中，检测油门开度、行走电机转速和转斗油缸小腔压力，当行走电机转速小于油门开度所对应的电机参考转速且差值小于预设差值并持续时间大于第二预设时长、转斗油缸小腔压力大于预设压力值时触发自动铲装动作控制程序。

上述自动铲装控制方法中，在铲装动作触发步骤中，还包括获取行走电机工作参数判断行走电机工作状态，当行走电机出现堵转趋势时触发自动铲装动作控制程序。

上述自动铲装控制方法中，所述整机控制器根据油门开度向泵电机控制器发送转速指令控制泵电机。

本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种电动装载机，包括自动铲装控制系统，其特征在于所述自动铲装控制系统中的存储器存储有控制指令，所述整机控制器执行所述控制指令时实现自动铲装控制方法的步骤。

本发明与现有技术相比，本发明自动铲装控制方法中，在进入到铲装过程的后期时，整机控制器不再严格按照油门开度向行走电机发送扭矩控制指令，而是将行走电机的输出扭矩调整为固定值，降低行走电机的扭矩输出，从而实现节省能源。

附图说明

图1是本发明电动装载机自动铲装控制系统结构框图。

图2是本发明自动铲装控制方法中流程图。

图3是本发明自动铲装控制方法中铲装动作控制流程图。

图中零部件名称及序号：

整机控制器1、压力传感器2、工作装置位置传感器3、油门踏板4、行走电机控制器5、行走电机6、泵电机7、泵电机控制器8、铲斗电磁阀组9、动臂电磁阀组10。

具体实施方式

下面结合附图说明具体实施方案。

如图1所示，本实施例中的电动装载机的自动铲装系统包括：整机控制器1、压力传感器2、工作装置位置传感器3、油门踏板4、行走系统、液压系统，整机控制器1同时与压力传感器2、工作装置位置传感器3、油门踏板4、行走系统、液压系统电连接。

装载机的工作装置为反转六连杆机构。压力传感器2用于测量转斗油缸小腔压力。工作装置位置传感器3用于检测铲斗、动臂的转动角度和/或位置。行走系统控制整车的前进或后退。液压系统控制工作装置的动作，包括铲斗的收斗和放斗动作，动臂的提升动作和下降动作。

行走系统包括行走电机6、用于控制行走电机6的行走电机控制器5、变速箱、驱动桥等。行走电机控制器5接收整机控制器1的控制指令控制行走电机6工作，动力由行走电机6经过变速箱和驱动桥传递到车轮。行走电机控制器5向整机控制器1发送行走电机的转速、扭矩、温度等信息。挡位控制器控制变速箱挡位切换和方向切换，并向整机控制器发送挡位信息；或者挡位控制装置与整机控制器连接，使整机控制器根据挡位控制装置的前进挡或后退挡电信号相应地控制行走电机正转或反转。

液压系统包括泵电机7、控制泵电机7的泵电机控制器8、由泵电机7驱动的液压泵、电磁阀组等，泵电机控制器8接收整机控制器1的控制指令控制泵电机7工作，泵电机控制器8向整机控制器7发送转速、扭矩、温度信息。泵电机7驱动液压泵工作，为工作装置的动作提供动力。电磁阀组包括铲斗电磁阀组9和动臂电磁阀组10，整机控制器1通过控制铲斗电磁阀组9和动臂电磁阀组10控制铲斗和动臂执行相应的动作，例如铲斗收斗动作和动臂提升动作。

行走电机6采用转矩模式控制，即整机控制器向行走电机控制器发送扭矩指令，行走电机控制器根据扭矩指令控制行走电机的输出扭矩。泵电机7采用转速模式控制，即整机控制器向泵电机控制器发送转速指令，泵电机控制器根据转速指令控制泵电机的转速。整机控制器1与油门踏板4电连接，根据油门踏板4的行程确定油门开度给行走电机控制器5发送相应的扭矩指令控制行走电机工作。整机控制器在装载机工作装置有动作的情况下，根据油门开度给泵电机控制器8发送相应的转速指令控制泵电机7工作。整机控制器1在电动装载机工作装置无动作的情况下，给泵电机控制器8发送与怠速工作相应的转速指令，使泵电机7在工作装置无动作时怠速工作。

整机控制器1采集压力传感器信号、工作装置位置信号、油门开度信号、挡位信号、油缸压力、电机转速和扭矩信息等控制电动装载机在铲斗接触物料后自动激活铲装动作，并按设定的动作时序和选定的铲装控制参数组控制铲斗和动臂动作自动完成物料铲装。

铲斗的转动由铲斗电磁阀组10控制，整机控制器1通过控制铲斗电磁阀组10的电流大小即可控制铲斗转动的快慢；动臂的提升或下降由动臂电磁阀组9控制，整机控制器通过控制动臂电磁阀组9的电流大小即可控制动臂升降的快慢。

电动装载机自动铲装控制系统进行自动铲装过程包括三个步骤，分别是铲前准备步骤S1、铲装动作触发步骤S2、铲装步骤S3，如图2所示。

在铲前准备步骤S1中，操作员通过操作手柄操控装载机，将工作装置调整至铲装位。装载机的自动铲装控制系统通过各传感器获取电动装载机的状态信息，对装载机的状态信息是否满足自动铲装要求进行判断。当电动装载机的挡位为前进挡、铲斗处于贴地放平状态或者铲斗处于放平且离地面距离预定距离、油门开度等均处于预定范围时，判定装载机做好铲装准备。

电动装载机完成铲装准备工作后，在操作员操纵下向料堆行进。自动铲装控制系统获取相关信息进行铲装动作触发步骤，以判断是否触发铲装步骤。

在铲装动作触发步骤如图3所示，步骤S21，检测油门开度、行走电机转速和转斗油缸小腔压力。当行走电机转速小于油门开度所对应的电机参考转速且差值小于预设差值并持续时间大于第二预设时长、转斗油缸小腔压力大于预设压力值时触发自动铲装动作控制程序。电动装载机在非铲装状态下，例如行走过程中，油门开度与发动机转速(或装载机行驶速度)具有一定对应关系。

铲装动作触发步骤中，还可以通过行走电机是否堵转而触发铲装步骤，如图3所示，步骤22，整机控制器还获取行走电机工作参数例如行走电机的电流、温度、扭矩等信息判断行走电机工作状态，当行走电机出现堵转趋势时触发自动铲装动作控制程序。

自动铲装控制系统经由铲装动作触发步骤S2触发自动铲装动作控制程序，执行铲装步骤。铲装步骤S3是整机控制器执行自动铲装动作控制程序，按设定动作输出收斗电流和动臂提升电流，将铲斗收斗到极限位和将动臂举升至预定高度。

在执行铲装步骤的过程中，如图3所示，首先选定铲装操作参数组。在电动装载机自动铲装控制系统中，设置有至少两组收斗速度相对不同的铲装控制参数组，铲装控制参数组包括铲装步骤中每次收铲斗的收斗电流和收斗角度、每次提升动臂的动臂提升电流和提升角度。

选定铲装控制参数组的步骤S31是：先计算铲前准备步骤完成之后油门开度首次增加时至自动铲装动作控制程序触发时的铲前平均车速；将铲前平均车速的范围划分成与铲装控制参数组数量对应的区间，按照速度大小和收斗速度快慢的对应关系，一个平均速度区间与一个铲装控制参数组对应，即铲前平均速度越多，在进行铲装步骤S3中，收斗的速度越快(完成全部收斗动作时间越短)。根据计算出的铲前平均车速所对应的区间，选择对应的铲装控制参数组执行铲装步骤。根据铲装前的行驶速度选择不同的铲装参数，兼顾铲装满斗率和铲装效率。

铲装步骤中，步骤32自动铲装动作控制程序触发后，整机控制器按照程序预设的收斗电流和收斗角度、提升动臂的动臂提升电流和提升角度进行收斗动作和提升动臂动作。其中步骤S33中，即在自动铲装动作控制程序触发后第二预定时长内将铲斗收斗至预定角度，例如铲斗收斗至斗底与地面呈45度角度，然后控制行走电机输出扭矩，将行走电机输出扭矩调节至固定值，并不再随油门开度增加行走电机扭矩值，在此后控制行走电机的输出扭矩仅随油门开度的减小而减小，不随油门开度增大而增大，直至铲装步骤结束。第二预定时长小于行走电机允许的最大堵转时间。装载机铲料时，机器驶向料堆，前轮碾上料堆，使机器呈现为上坡状态。在铲装步骤S33中，当铲斗收斗至预定角度后，行走电机输出扭矩调节至固定值，防止装载机在铲装步骤向后溜坡而影响满斗率。同时当铲斗收斗至预定角度后，装载机前进的牵引力需求减小(装载机无需前进使铲斗插入料堆)，此时限定行走电机的输出扭矩，不影响装载机铲装作业，但可节约能源。

铲装步骤中按照程序预设的时序动作依次进行收斗动作和提升动臂动作，当铲斗收斗至大于等于预定角度后，铲装过程进行铲入后期。步骤S34中，整机控制器控制提升动臂，直接将动臂提升到预定高度，然后再进行步骤S35，控制铲斗进行收斗动作，直接将铲斗收斗至极限限位结束铲装步骤。如果在进行步骤S33时，也即铲斗收斗至大于等于预定角度时动臂高度已经高于预定高度，则直接进行步骤S35，整机控制器控制铲斗持续收斗至极限限位结束铲装步骤。

Claims (9)

1.一种自动铲装控制方法，用于电动装载机铲装作业控制，所述电动装载机包括整机控制器、控制行走电机的行走电机控制器、控制油泵电机的泵电机控制器，所述整机控制器根据油门开度向行走电机控制器发送扭矩控制指令控制行走电机，其特征在于包括以下步骤：

铲前准备步骤：将电动装载机的姿态调整至满足自动铲装要求；

铲装动作触发步骤：依据电动装载机相关参数触发自动铲装动作控制程序；

铲装步骤：整机控制器执行自动铲装动作控制程序，按照设定的动作时序进行收斗动作和提升动臂动作，在铲斗收斗至大于等于预定角度后将行走电机输出扭矩调节至固定值后，整机控制器向行走电机控制器发送扭矩控制指令使行走电机输出扭矩维持固定值直至铲装步骤结束，或者使行走电机输出扭矩仅随油门开度的减小而减小，不随油门开度增大而增大直至铲装步骤结束。

2.根据权利要求1所述的自动铲装控制方法，其特征在于铲装步骤中在自动铲装动作控制程序触发后的第一预定时长内将铲斗收斗至预定角度，所述第一预定时长小于行走电机允许的最大堵转时间。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的自动铲装控制方法，其特征在于铲装步骤中当铲斗收斗至大于等于预定角度后，整机控制器依次控制将动臂提升到预定高度和将铲斗持续收斗至极限限位结束铲装步骤。

4.根据权利要求1至2中任一项所述的自动铲装控制方法，其特征在于在铲装步骤中当铲斗收斗至大于等于预定角度时动臂高度高于预定高度，整机控制器控制铲斗持续收斗至极限限位结束铲装步骤。

5.根据权利要求1至2中任一项所述的自动铲装控制方法，其特征在于，

设置至少两组收斗速度相对不同的铲装控制参数组，所述铲装控制参数组包括铲装步骤中每次收铲斗的收斗电流和收斗角度、每次提升动臂的动臂提升电流和提升角度；

计算铲前准备步骤完成之后油门开度首次增加时至自动铲装动作控制程序触发时的铲前平均车速；根据所述铲前平均车速选择对应的铲装控制参数组执行铲装步骤。

6.根据权利要求1所述的自动铲装控制方法，其特征在于在铲装动作触发步骤中，检测油门开度、行走电机转速和转斗油缸小腔压力，当行走电机转速小于油门开度所对应的电机参考转速且差值小于预设差值并持续时间大于第二预设时长、转斗油缸小腔压力大于预设压力值时触发自动铲装动作控制程序。

7.根据权利要求6所述的自动铲装控制方法，其特征在于，

在铲装动作触发步骤中，还包括获取行走电机工作参数判断行走电机工作状态，当行走电机出现堵转趋势时触发自动铲装动作控制程序。

8.根据权利要求1所述的自动铲装控制方法，其特征在于所述整机控制器根据油门开度向泵电机控制器发送转速指令控制泵电机。

9.一种电动装载机，包括自动铲装控制系统，其特征在于所述自动铲装控制系统中的存储器存储有控制指令，所述整机控制器执行所述控制指令时实现权利要求1至8任一项所述方法的步骤。

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