CN114541508B - 基于闭环控制的液压挖掘机撑车自适应系统及使用方法 - Google Patents

基于闭环控制的液压挖掘机撑车自适应系统及使用方法 Download PDF

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Abstract

基于闭环控制的液压挖掘机撑车自适应系统及使用方法，包括主泵，主泵通过动臂阀芯连接有动臂油缸，动臂阀芯连接有动臂升比例阀、动臂降比例阀、单向阀CPⅡ、单向阀CPⅠ、卸荷阀和动臂油缸，卸荷阀连接有卸荷比例阀，动臂阀芯与动臂油缸之间设有保持阀，动臂油缸连接有压力传感器；先导泵通过先导过滤器连接有先导控制阀，还包括控制器。本发明通过转台角度传感器、动臂小腔压力传感器判断液压挖掘机撑车状态，然后通过控制器计算，输出相应控制电信号至动臂比例阀，主泵功率比例阀及卸荷比例阀从而控制动臂阀芯开口度、主泵输出功率大小及卸荷阀开口比例，实现液压挖掘机整个撑车动作平稳。

Description

基于闭环控制的液压挖掘机撑车自适应系统及使用方法
技术领域
本发明涉及工程机械技术领域，具体是基于闭环控制的液压挖掘机撑车自适应系统及使用方法。
背景技术
随着国民经济水平的提升，在满足液压挖掘机正常功能的前提下，对液压挖掘机操控性、舒适性提出了更高的要求，现有传统的大型液压挖掘机撑车系统，由于缺少相应的角度传感器，压力传感器，在操控时无法计算液压挖掘机所在的状态，从而无法准确匹配撑车动作时所需要的液压功率，阀芯开口及发动机功率，导致撑车降落时速度不稳，整车操控性与舒适性差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种结构简单、效果良好的及使用方法。
本发明是以如下技术方案实现的：基于闭环控制的液压挖掘机撑车自适应系统，包括主泵，所述主泵连接有主泵功率比例阀，所述主泵通过动臂阀芯连接有动臂油缸，所述动臂阀芯的两端分别连接有动臂升比例阀和动臂降比例阀，所述动臂阀芯的进油端连接有单向阀CPⅡ和单向阀CPⅠ，所述单向阀CPⅡ和单向阀CPⅠ与主泵连接在一起，所述动臂阀芯的出油端连接有卸荷阀和动臂油缸，所述卸荷阀连接有卸荷比例阀和油箱，所述动臂阀芯与动臂油缸之间设有保持阀，所述动臂油缸的小腔连接有动臂小腔压力传感器；包括主泵连接有先导泵，所述先导泵通过先导过滤器连接有先导控制阀，所述先导控制阀与动臂升比例阀、动臂降比例阀、保持阀和卸荷比例阀连接在一起，还包括控制器，所述控制器的输入端连接有转台角度传感器、电控手柄和动臂小腔压力传感器，所述控制器的输出端连接有动臂升比例阀、动臂降比例阀和主泵功率比例阀。
其进一步是：所述动臂阀芯为三位六通先导换向阀。
所述动臂阀芯位于动臂油缸下降位时，动臂阀芯内部与动臂油缸连接的两个阀芯油路之间设有单向阀CPⅢ。
所述保持阀与动臂油缸的大腔连接在一起。
所述主泵通过动臂阀芯的旁通路与卸荷阀连接在一起。
所述动臂降比例阀与保持阀连接在一起。
所述控制器连接有卸荷比例阀、先导控制阀和主泵。
基于闭环控制的液压挖掘机撑车自适应系统的方法，包括以下步骤：
S1、启动发动机或电机，打开先导控制阀处于工作状态，先导泵提供的先导油通过先导过滤器、先导控制阀进入动臂阀芯两端的动臂升比例阀和动臂降比例阀进油口；
S2、主泵提供的主压力油分两路，一路通过单向阀CPⅡ进入动臂阀芯进油口，另一路经过单向阀CPⅠ及动臂阀芯的中央旁通后，通过卸荷阀回到油箱；
S3、电控手柄工作时，控制器控制动臂降比例阀和卸荷比例阀通电，先导油通过动臂降比例阀进入动臂阀芯的右端，动臂阀芯处于右位，先导油通过动臂降比例阀控制保持阀打开，卸荷比例阀通电使卸荷阀打开；
S4、主泵提供的主压力油通过动臂阀芯右位CD油路进入动臂油缸小腔，动臂油缸大腔的油通过动臂阀芯右位FE油路回油箱，同时主压力油通过动臂阀芯右位AB油路、卸荷阀回油箱；动臂油缸小腔进油大腔回油，动臂下降，完成撑车；
S5、当液压挖掘机完成撑车，需要恢复正常姿态时，电控手柄动作输出电信号至控制器；
S6、控制器通过转台角度传感器和动臂小腔压力传感器判断液压挖掘机处于正常撑车状态后，输出电信号至动臂升比例阀使动臂阀芯左位处于工作油位；
S7、主泵输出的主压力油通过动臂阀芯左位C1F1油路进入动臂油缸大腔，同时动臂油缸小腔的油通过动臂阀芯左位D1E1油路回油箱，液压挖掘机开始下降；
S8、液压挖掘机下降过程中，控制器通过转台角度传感器和动臂小腔压力传感器实时判断液压挖掘机所处状态及下降的速度；
S9、当液压挖掘机下降速度过快时，控制器立即输出电信号至主泵、动臂升比例阀及卸荷比例阀降低主泵流量的输出、减小动臂阀芯左位进回油口的开度；
S10、当液压挖掘机下降速度过慢时，控制器立即输出电信号至主泵、动臂升比例阀及卸荷比例阀增加主泵流量的输出、加大动臂阀芯左位进回油口的开度；
S11、当液压挖掘机下降速度不稳时，控制器立即输出电信号至主泵、动臂升比例阀及卸荷比例阀降低主泵流量的输出、减小动臂阀芯左位进回油口的开度，同时降低卸荷阀的开度；
S12、通过步骤S9-S11，实现液压挖掘机平稳下落，直到液压挖掘机完成撑车恢复动作。
设置液压挖掘机处于正常撑车状态时，转台角度传感器和动臂小腔压力传感器检测范围的端值β和α以及P2和P1，当转台角度传感器角度β＞V＞α,动臂小腔压力传感器压力P2＞P＞P1时，控制器判定此时液压挖掘机处于正常撑车状态。
当转台角度V＜α、动臂小腔压力P＜P1时，撑车动作完成，液压挖掘机恢复正常状态；当转台角度传感器角度V＞β,动臂小腔压力传感器压力P＞P2时，控制器判定此时液压挖掘机处于危险撑车状态，控制器输出PWM电信号至动臂降比例阀、主泵功率比例阀，切断动臂降比例阀及主泵功率比例阀电信号，从而停止液压挖掘机继续撑车，保证液压挖掘机始终处于安全状态撑车。
本发明具有以下优点：本发明的基于闭环控制的液压挖掘机撑车自适应系统及使用方法，通过转台角度传感器、动臂小腔压力传感器判断液压挖掘机撑车状态，然后通过控制器计算，输出相应控制电信号至动臂比例阀，主泵功率比例阀及卸荷比例阀从而控制动臂阀芯开口度、主泵输出功率大小及卸荷阀开口比例，实现液压挖掘机整个撑车动作平稳。
附图说明
图1是本发明的液压原理图；
图2是本发明的流程图；
图中：1、主泵，2、先导泵，3、先导过滤器，4、转台角度传感器，5、电控手柄，6、先导控制阀，7、动臂升比例阀，8、动臂降比例阀，9、动臂小腔压力传感器，10、动臂油缸，11、卸荷比例阀，12、卸荷阀，13、油箱，14、保持阀，15、动臂阀芯，16、单向阀CPⅡ，17、单向阀CPⅠ，18、单向阀CPⅢ。
实施方式
如图1至图2所示的基于闭环控制的液压挖掘机撑车自适应系统，包括主泵1，所述主泵1连接有主泵功率比例阀，所述主泵1通过动臂阀芯15连接有动臂油缸10，所述动臂阀芯15的两端分别连接有动臂升比例阀7和动臂降比例阀8，所述动臂阀芯15的进油端连接有单向阀CPⅡ16和单向阀CPⅠ17，所述单向阀CPⅡ16和单向阀CPⅠ17与主泵1连接在一起，所述动臂阀芯15的出油端连接有卸荷阀12和动臂油缸10，所述卸荷阀12连接有卸荷比例阀11和油箱13，所述动臂阀芯15与动臂油缸10之间设有保持阀14，所述动臂油缸10的小腔连接有动臂小腔压力传感器9；包括主泵1连接有先导泵2，所述先导泵2通过先导过滤器3连接有先导控制阀6，所述先导控制阀6与动臂升比例阀7、动臂降比例阀8、保持阀14和卸荷比例阀11连接在一起，还包括控制器，所述控制器的输入端连接有转台角度传感器4、电控手柄5和动臂小腔压力传感器9，所述控制器的输出端连接有动臂升比例阀7、动臂降比例阀8和主泵功率比例阀。所述控制器连接有卸荷比例阀11、先导控制阀6和主泵1。本发明的基于闭环控制的液压挖掘机撑车自适应系统，包括主泵、先导泵、先导过滤器、转台角度传感器、电控手柄、先导控制阀、动臂升比例阀、动臂降比例阀、压力传感器、动臂油缸、卸荷比例阀、卸荷阀、油箱、保持阀、动臂阀芯、单向阀CPⅡ、单向阀CPⅠ、单向阀CPⅢ、控制器、发动机或电机等，主泵通过动臂阀芯连接动臂油缸，主泵与动臂阀芯之间设有单向阀CPⅡ和单向阀CPⅠ，单向阀CPⅡ和单向阀CPⅠ分别与动臂阀芯的进油端连接，动臂阀芯的出油端还连接有卸荷阀，主泵提供的主压力油分两路，一路通过单向阀CPⅡ进入动臂阀芯进油口，进而流入动臂油缸的大腔或者小腔，另一路经过单向阀CPⅠ及动臂阀芯的中央旁通后通过卸荷阀回到油箱，通过旁通节流作用实现启动稳压，动臂阀芯中位及工作油位皆设有旁通回油油路，系统主压力油旁通回油设有比例卸荷阀，可控制旁通回油流量及压力；先导泵通过先导控制阀连接动臂升比例阀、动臂降比例阀、卸荷比例阀和保持阀，控制器连接转台角度传感器、电控手柄、动臂小腔压力传感器、动臂升比例阀、动臂降比例阀和主泵功率比例阀、卸荷比例阀、先导控制阀和主泵，控制器根据转台角度传感器、电控手柄和动臂小腔压力传感器检测到的信号进行判断液压挖掘机撑车状态，然后通过控制器计算，输出相应控制电信号至动臂比例阀，主泵功率比例阀及卸荷比例阀从而控制动臂阀芯开口度、主泵输出功率大小及卸荷阀开口比例，实现液压挖掘机整个撑车动作平稳,具体的，当转台角度传感器角度β＞V＞α,动臂小腔压力传感器压力P2＞P＞P1时，控制器判定此时液压挖掘机处于正常撑车状态，当需要液压挖掘机降落时，操控电控手柄输出动臂提升电信号至控制器，此时控制器根据转台角度V及动臂小腔压力P计算撑车下降速度ω，输出对应PWM电信号至动臂升比例阀，主泵功率比例阀及卸荷比例阀，使其开口分别为γ、δ、ε，液压挖掘机平稳降落，当转台角度V＜α、动臂小腔压力P＜P1时，撑车动作完成，液压挖掘机恢复正常状态；当转台角度传感器角度V＞β,动臂小腔压力传感器压力P＞P2时，控制器判定此时液压挖掘机处于危险撑车状态，控制器输出PWM电信号至动臂降比例阀、主泵功率比例阀，切断动臂降比例阀及主泵功率比例阀电信号，从而停止液压挖掘机继续撑车，保证液压挖掘机始终处于安全状态撑车。
如图1至图2所示的基于闭环控制的液压挖掘机撑车自适应系统，所述动臂阀芯15为三位六通先导换向阀。所述动臂阀芯15位于动臂油缸10下降位时，动臂阀芯15内部与动臂油缸10连接的两个阀芯油路之间设有单向阀CPⅢ18。
如图1至图2所示的基于闭环控制的液压挖掘机撑车自适应系统，所述保持阀14与动臂油缸10的大腔连接在一起。所述主泵1通过动臂阀芯15的旁通路与卸荷阀12连接在一起。所述动臂降比例阀8与保持阀14连接在一起。
基于闭环控制的液压挖掘机撑车自适应系统的方法，包括以下步骤：
S1、启动发动机或电机，打开先导控制阀6处于工作状态，先导泵2提供的先导油通过先导过滤器3、先导控制阀6进入动臂阀芯15两端的动臂升比例阀7和动臂降比例阀8进油口；
S2、主泵1提供的主压力油分两路，一路通过单向阀CPⅡ16进入动臂阀芯15进油口，另一路经过单向阀CPⅠ17及动臂阀芯15的中央旁通后，通过卸荷阀12回到油箱；
S3、电控手柄5工作时，控制器控制动臂降比例阀8和卸荷比例阀11通电，先导油通过动臂降比例阀8进入动臂阀芯15的右端，动臂阀芯15处于右位，先导油通过动臂降比例阀8控制保持阀14打开，卸荷比例阀11通电使卸荷阀12打开；
S4、主泵1提供的主压力油通过动臂阀芯15右位CD油路进入动臂油缸小腔，动臂油缸大腔的油通过动臂阀芯15右位FE油路回油箱，同时主压力油通过动臂阀芯15右位AB油路、卸荷阀12回油箱；动臂油缸10小腔进油大腔回油，动臂下降，完成撑车；
S5、当液压挖掘机完成撑车，需要恢复正常姿态时，电控手柄5动作输出电信号至控制器；
S6、控制器通过转台角度传感器4和动臂小腔压力传感器9判断液压挖掘机处于正常撑车状态后，输出电信号至动臂升比例阀7使动臂阀芯15左位处于工作油位；
S7、主泵1输出的主压力油通过动臂阀芯15左位C1F1油路进入动臂油缸10大腔，同时动臂油缸10小腔的油通过动臂阀芯15左位D1E1油路回油箱，液压挖掘机开始下降；
S8、液压挖掘机下降过程中，控制器通过转台角度传感器4和动臂小腔压力传感器9实时判断液压挖掘机所处状态及下降的速度；
S9、当液压挖掘机下降速度过快时，控制器立即输出电信号至主泵1、动臂升比例阀7及卸荷比例阀11降低主泵1流量的输出、减小动臂阀芯15左位进回油口的开度；
S10、当液压挖掘机下降速度过慢时，控制器立即输出电信号至主泵1、动臂升比例阀(7)及卸荷比例阀11增加主泵1流量的输出、加大动臂阀芯15左位进回油口的开度；
S11、当液压挖掘机下降速度不稳时，控制器立即输出电信号至主泵1、动臂升比例阀7及卸荷比例阀11降低主泵1流量的输出、减小动臂阀芯15左位进回油口的开度，同时降低卸荷阀(12)的开度；
S12、通过步骤S9-S11，实现液压挖掘机平稳下落，直到液压挖掘机完成撑车恢复动作。
设置液压挖掘机处于正常撑车状态时，转台角度传感器和动臂小腔压力传感器检测范围的端值β和α以及P2和P1，当转台角度传感器角度β＞V＞α,动臂小腔压力传感器压力P2＞P＞P1时，控制器判定此时液压挖掘机处于正常撑车状态。
当转台角度V＜α、动臂小腔压力P＜P1时，撑车动作完成，液压挖掘机恢复正常状态；当转台角度传感器角度V＞β,动臂小腔压力传感器压力P＞P2时，控制器判定此时液压挖掘机处于危险撑车状态，控制器输出PWM电信号至动臂降比例阀、主泵功率比例阀，切断动臂降比例阀及主泵功率比例阀电信号，从而停止液压挖掘机继续撑车，保证液压挖掘机始终处于安全状态撑车。
本发明的基于闭环控制的液压挖掘机撑车自适应系统的方法，当液压挖掘机撑车时，打开先导控制阀，操控电控手柄，控制器接收到电控手柄信号后，给主泵电比例阀、动臂降比例阀提供电信号，主泵与动臂降比例阀开始工作，主泵提供的主压力油经过单向阀CPⅡ到达动臂阀芯前端，此时先导泵提供的先导油经过先导过滤器及达先导控制阀后，到达动臂降比例阀，控制动臂阀芯右位处于工作油位，此时主压力油经过控制动臂阀芯右位CD油路到达动臂油缸小腔，动臂油缸小腔进油，大腔回油，液压挖掘机开始撑车动作。当液压挖掘机完成撑车，需要恢复正常姿态时，操控电控手柄，控制器接收到信号后，输出电信号至主泵、动臂升比例阀、卸荷比例阀，动臂升比例阀控制动臂阀芯使其左位处于工作油位，此时主泵提供的主压力油经过动臂阀芯左位油路C1F1进油动臂油缸大腔，同时动臂油缸小腔液压油经过动臂阀芯左位油路D1E1回到液压油箱，液压挖掘机开始撑车下降动作，此时转台角度传感器与压力传感器传输液压挖掘机转台角度与动臂小腔压力信号至控制器，控制器通过计算，输出对应电信号至主泵、卸荷比例阀及动臂升比例阀控制主泵流量，动臂阀芯开口度及卸荷阀的控制比例，使液压挖掘机平稳降落，完成撑车恢复动作。

Claims (9)

1.基于闭环控制的液压挖掘机撑车自适应系统，其特征在于：包括主泵（1），所述主泵（1）通过动臂阀芯（15）连接有动臂油缸（10），所述动臂阀芯（15）的两端分别连接有动臂升比例阀（7）和动臂降比例阀（8），所述动臂阀芯（15）的进油端连接有单向阀CPⅡ（16）和单向阀CPⅠ（17），所述单向阀CPⅡ（16）和单向阀CPⅠ（17）与主泵（1）连接在一起，所述动臂阀芯（15）的出油端连接有卸荷阀（12）和动臂油缸（10），所述卸荷阀（12）连接有卸荷比例阀（11）和油箱（13），所述动臂阀芯（15）与动臂油缸（10）之间设有保持阀（14），所述动臂油缸（10）的小腔连接有动臂小腔压力传感器（9）；包括主泵（1）连接有先导泵（2），所述先导泵（2）通过先导过滤器（3）连接有先导控制阀（6），所述先导控制阀（6）与动臂升比例阀（7）、动臂降比例阀（8）、保持阀（14）和卸荷比例阀（11）连接在一起，还包括控制器，所述控制器的输入端连接有转台角度传感器（4）、电控手柄（5）和动臂小腔压力传感器（9），所述控制器的输出端连接有动臂升比例阀（7）、动臂降比例阀（8）和主泵功率比例阀；
所述动臂阀芯（15）位于动臂油缸（10）下降位时，动臂阀芯（15）内部与动臂油缸（10）连接的两个阀芯油路之间设有单向阀CPⅢ（18）。
2.如权利要求1所述的基于闭环控制的液压挖掘机撑车自适应系统，其特征在于：所述动臂阀芯（15）为三位六通先导换向阀。
3.如权利要求1所述的基于闭环控制的液压挖掘机撑车自适应系统，其特征在于：所述保持阀（14）与动臂油缸（10）的大腔连接在一起。
4.如权利要求1所述的基于闭环控制的液压挖掘机撑车自适应系统，其特征在于：所述主泵（1）通过动臂阀芯（15）的旁通路与卸荷阀（12）连接在一起。
5.如权利要求1所述的基于闭环控制的液压挖掘机撑车自适应系统，其特征在于：所述动臂降比例阀（8）与保持阀（14）连接在一起。
6.如权利要求1所述的基于闭环控制的液压挖掘机撑车自适应系统，其特征在于：所述控制器连接有卸荷比例阀（11）、先导控制阀（6）和主泵（1）。
7.使用权利要求1所述的基于闭环控制的液压挖掘机撑车自适应系统的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、启动发动机或电机，打开先导控制阀（6）处于工作状态，先导泵（2）提供的先导油通过先导过滤器（3）、先导控制阀（6）进入动臂阀芯（15）两端的动臂升比例阀（7）和动臂降比例阀（8）进油口；
S2、主泵（1）提供的主压力油分两路，一路通过单向阀CPⅡ（16）进入动臂阀芯（15）进油口，另一路经过单向阀CPⅠ（17）及动臂阀芯（15）的中央旁通后，通过卸荷阀（12）回到油箱；
S3、电控手柄（5）工作时，控制器控制动臂降比例阀（8）和卸荷比例阀（11）通电，先导油通过动臂降比例阀（8）进入动臂阀芯（15）的右端，动臂阀芯（15）处于右位，先导油通过动臂降比例阀（8）控制保持阀（14）打开，卸荷比例阀（11）通电使卸荷阀（12）打开；
S4、主泵（1）提供的主压力油通过动臂阀芯（15）右位CD油路进入动臂油缸小腔，动臂油缸大腔的油通过动臂阀芯（15）右位FE油路回油箱，同时主压力油通过动臂阀芯（15）右位AB油路、卸荷阀（12）回油箱；动臂油缸（10）小腔进油大腔回油，动臂下降，完成撑车；
S5、当液压挖掘机完成撑车，需要恢复正常姿态时，电控手柄（5）动作输出电信号至控制器；
S6、控制器通过转台角度传感器（4）和动臂小腔压力传感器（9）判断液压挖掘机处于正常撑车状态后，输出电信号至动臂升比例阀（7）使动臂阀芯（15）左位处于工作油位；
S7、主泵（1）输出的主压力油通过动臂阀芯（15）左位C1F1油路进入动臂油缸（10）大腔，同时动臂油缸（10）小腔的油通过动臂阀芯（15）左位D1E1油路回油箱，液压挖掘机开始下降；
S8、液压挖掘机下降过程中，控制器通过转台角度传感器（4）和动臂小腔压力传感器（9）实时判断液压挖掘机所处状态及下降的速度；
S9、当液压挖掘机下降速度过快时，控制器立即输出电信号至主泵（1）、动臂升比例阀（7）及卸荷比例阀（11）降低主泵（1）流量的输出、减小动臂阀芯（15）左位进回油口的开度；
S10、当液压挖掘机下降速度过慢时，控制器立即输出电信号至主泵（1）、动臂升比例阀(7)及卸荷比例阀（11）增加主泵（1）流量的输出、加大动臂阀芯（15）左位进回油口的开度；
S11、当液压挖掘机下降速度不稳时，控制器立即输出电信号至主泵（1）、动臂升比例阀（7）及卸荷比例阀（11）降低主泵（1）流量的输出、减小动臂阀芯（15）左位进回油口的开度，同时降低卸荷阀(12)的开度；
S12、通过步骤S9-S11，实现液压挖掘机平稳下落，直到液压挖掘机完成撑车恢复动作。
8.如权利要求7所述的基于闭环控制的液压挖掘机撑车自适应系统的使用方法，其特征在于：设置液压挖掘机处于正常撑车状态时，转台角度传感器和动臂小腔压力传感器检测范围的端值β和α以及P2和P1，当转台角度传感器角度β＞V＞α,动臂小腔压力传感器压力P2＞P＞P1时，控制器判定此时液压挖掘机处于正常撑车状态。
9.如权利要求8所述的基于闭环控制的液压挖掘机撑车自适应系统的使用方法，其特征在于：当转台角度V＜α、动臂小腔压力P＜P1时，撑车动作完成，液压挖掘机恢复正常状态；当转台角度传感器角度V＞β,动臂小腔压力传感器压力P＞P2时，控制器判定此时液压挖掘机处于危险撑车状态，控制器输出PWM电信号至动臂降比例阀、主泵功率比例阀，切断动臂降比例阀及主泵功率比例阀电信号，从而停止液压挖掘机继续撑车，保证液压挖掘机始终处于安全状态撑车。
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