CN115162438B - 一种伸缩式铲斗、控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种伸缩式铲斗、控制系统及控制方法，属于工程机械领域，伸缩式铲斗包括：铲斗本体和伸缩机构，其中铲斗本体上设置有与伸缩机构传动连接的主刃板组件，主刃板组件在伸缩机构的驱动下沿着铲斗本体上的第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽和第四凹槽进行滑动，控制系统包括：内置油缸中的若干位移传感器、倾角传感器，与伸缩机构、位移传感器、倾角传感器电联的控制器；通过采集若干位移传感器和倾角传感器数据获取铲斗姿态信息，进而根据关系模型判断铲斗实时姿态，从而自动控制铲斗主刃板的伸缩状态，本发明控制在铲斗为收斗初期主刃板远离底弧形板伸出，增大铲斗前端和物料接触面积，进而增加铲斗进料体积，提高满斗率和挖掘作业效率。

Description

一种伸缩式铲斗、控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于工程机械领域，特别涉及一种伸缩式铲斗、控制系统及控制方法。

背景技术

挖掘机是市场保有量最大、用途最为广泛的一类土石方工程机械，铲斗是挖掘机核心零部件，直接与作业介质相互作用，其铲装物料时的满斗率直接影响挖掘机工作效率。目前，容量较大的铲斗多采用双圆弧设计，斗深尺寸大，挖掘过程中容易出现铲斗后背板处物料存在缺口，使得挖掘作业满斗率低；

针对铲斗满斗率的问题，现有技术也进行了一些改进，但是改进点主要从避免物料洒落的角度入手来提高满斗率，主要存在以下缺点：CN104032790A中提出的技术铲斗在收斗初期会因为物料自重和铲斗刀板的倾斜向下而掉落到铲斗外，从而减少了铲斗运送的物料，降低了铲斗的满斗率；CN208121838U提出的技术虽然通过使刀板远离底壁板一侧倾斜向上的方法避免物料因刀板向下设置而掉落，但是刀板倾斜向上减小了铲斗前端和物料的接触面积，使铲入斗中的物料减少，依然存在满斗率过低的问题。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种伸缩式铲斗、控制系统及控制方法，通过本发明的铲斗、系统的设计在铲斗为收斗初期主刃板远离底弧形板伸出，增大铲斗前端和物料接触面积，进而增加铲斗进料体积，提高满斗率和挖掘作业效率。

技术方案：第一方面本发明提供一种伸缩式铲斗，包括：

铲斗本体，设置在铲斗本体上的伸缩机构；

所述铲斗本体包括：底部弧形板，分别固定安装在底部弧形板两端的第一侧板和第二侧板，固定安装在第一侧板上的第一侧刃板，固定安装在第二侧板上的第二侧刃板，通过伸缩机构与第一侧板、第二侧板、第一侧刃板和第二侧刃板滑动装配的主刃板组件；

所述第一侧板和第二侧板的底部分别开设有第一凹槽和第二凹槽；所述第一侧刃板和第二侧刃板的底部分别开设有第三凹槽和第四凹槽。

在进一步的实施例中，所述第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽和第四凹槽内部还设置有滑动滚珠，用于减少与主刃板组件滑动配合时的摩擦力。

在进一步的实施例中，所述主刃板组件包括：主刃板本体，固定安装在主刃板本体一端且与底部弧形板内侧面适配的上翼板，固定安装在主刃板本体外侧面一端且与第一凹槽、第三凹槽滑动连接的第一侧翼板，固定安装在主刃板本体外侧面另一侧且与第二凹槽、第四凹槽滑动连接的第二侧翼板；所述主刃板本体远离上翼板的一端固定安装有斗齿。

在进一步的实施例中，所述底部弧形板上开设有与上翼板适配的缺口。

在进一步的实施例中，所述伸缩机构包括：固定安装在底部弧形板外侧面上的若干伸缩油缸，一端传动设置在若干伸缩油缸内且另一端固定安装在主刃板本体上的活塞杆；

所述底部弧形板外侧面上固定安装有用于固定若干伸缩油缸的铰座；

所述主刃板本体上固定安装有用于固定活塞杆的铰座；

进而若干伸缩油缸的动力传递至活塞杆，活塞杆带动主刃板本体进行往复运动，主刃板本体运动过程中带动上翼板以及第一侧翼板和第二侧翼板分别在缺口、第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽和第四凹槽中滑动。。

在进一步的实施例中，所述主刃板本体的外侧面上还固定安装有护板，所述护板和主刃板本体连接处具有夹角，从而所述护板和所述主刃板本体具有V型间隙，所述V型间隙用于收容伸缩机构。

第二方面本发明提供一种铲斗控制系统，包括：

内置在伸缩机构油缸、动臂油缸、翻斗油缸以及铲斗油缸中的若干位移传感器、倾角传感器，与伸缩机构、位移传感器、倾角传感器电联的控制器。

在进一步的实施例中，所述铲斗控制系统还包括：姿态检测系统、姿态对比系统、伸缩控制系统；

所述姿态检测系统中内置有铲斗姿态与位移、倾角关系的模型，接收位移传感器、倾角传感器反馈数据用于根据反馈数据生成铲斗姿态信息；

所述姿态对比系统内置有铲斗姿态数据库，用于对铲斗姿态信息进行姿态判断；

所述伸缩控制系统用于根据姿态判断的结果对伸缩机构进行控制。

第三方面本发明提供一种铲斗控制方法，包括：

分别接收位移传感器和倾角传感器的反馈数据；

根据反馈数据生成铲斗姿态信息；

基于铲斗姿态数据库对铲斗姿态信息进行匹配，从而判断铲斗姿态；

根据判断的铲斗姿态生成控制指令，并将控制指令发送至伸缩控制系统进行相应的铲斗控制。

在进一步的实施例中，根据判断的铲斗姿态生成控制指令，并将控制指令发送至伸缩控制系统进行相应的铲斗控制的方法为：

根据判断的铲斗姿态确定铲斗是否为收斗初始状态或卸料完成状态；

在铲斗姿态为收斗状态下向伸缩油缸的电磁阀发送控制指令，控制伸缩油缸带动活塞杆运动，活塞杆带动主刃板伸出进行挖掘作业；并在挖掘作业中判断铲斗姿态是否切换为卸料完成状态；

在铲斗姿态由收斗初始状态向卸料完成状态切换后，向伸缩油缸的电磁阀发送控制指令，控制伸缩油缸带动活塞杆反向运动，活塞杆带动主刃板缩回。

有益效果：本发明与现有技术相比具有以下优点：

（1）通过内置在伸缩机构油缸、动臂油缸、翻斗油缸以及铲斗油缸中的若干位移传感器、倾角传感器采集铲斗动臂、铲斗的伸长量、液压缸角度信息，确定各关节的位姿；导入铲斗收斗初始姿态和卸料完成后姿态与位移传感器和倾角传感器采集信息的关系模型，根据关系模型判断铲斗实时姿态，当铲斗处于挖掘作业收斗初始姿态时，伸缩机构驱动主刃板远离底弧形板伸出，增大铲斗前端和物料接触面积，进而增加铲斗进料体积，提高满斗率和挖掘作业效率；

（2）当铲斗处于卸料完成姿态时，伸缩机构驱动主刃板靠近底弧形板缩回，主刃板恢复原位；方便快速卸料；

（3）姿态检测系统中铲斗姿态与位移、倾角的关系模型，在接收位移传感器、倾角传感器反馈数据自动快速地生成铲斗姿态信息；与铲斗姿态数据库对比后，实现对铲斗姿态信息进行姿态判断；从而使伸缩控制系统根据姿态判断的结果自动获取控制指令对伸缩机构进行控制，实现铲斗的实时自动伸缩控制，满足自动化挖掘作业的数控需要。

附图说明

图1是本发明铲斗的结构实施例图；

图2 是本发明铲斗结构的爆炸图；

图3 是本发明底弧形板的结构图；

图4 是本发明第一侧板或第二侧板的开槽实施例图；

图5是本发明第一侧刃板或第二侧刃板开槽的实施例图；

图6 是本发明主刃板与底部弧形板的安装实施例图；

图7是本发明主刃板的结构图；

图8本发明伸缩控制系统的流程图；

图9本发明铲斗控制系统的流程图。

附图标记：铲斗本体1、底部弧形板11、缺口110、第一侧板12、第二侧板13、第一侧刃板14、第二侧刃板15、凹槽16、主刃板组件17、主刃板本体170、第一侧翼板171、第二侧翼板172、上翼板173、斗齿18、伸缩机构19、伸缩油缸190、活塞杆191、铰座20、护板21。

具体实施方式

为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。

如图1至图7所示本实施例进一步说明伸缩式铲斗，包括：铲斗本体1、伸缩机构19。

其中，伸缩机构19固定设置在铲斗本体1上，控制铲斗本体1进行伸缩运动；

铲斗本体1包括：底部弧形板11、第一侧板12、第二侧板13、第一侧刃板14、第二侧刃板15、凹槽16、主刃板17、斗齿18、铰座20、护板21。

其中底部弧形板11位于铲斗本体1的底部，整体为抛物面形，第一侧板12和第二侧板13分别固定安装在底部弧形板11的两曲线截面端，第一侧刃板14固定安装在第一侧板12上，第二侧刃板15固定安装在第二侧板13上，主刃板组件17通过伸缩机构19与第一侧板12、第二侧板13、第一侧刃板14和第二侧刃板15移动连接；第一侧板12和第二侧板13的底部分别开设有第一凹槽16和第二凹槽16；第一侧刃板14和第二侧刃板15的底部分别开设有第三凹槽16和第四凹槽16。

第一凹槽16、第二凹槽16、第三凹槽16和第四凹槽16内部还设置有滑动滚珠，用于减少与主刃板组件17滑动配合时的摩擦力。

主刃板组件17还包括：主刃板本体170、第一侧翼板171、第二侧翼板172、上翼板173；

主刃板本体170，上翼板173固定安装主刃板本体170一端且与底部弧形板11内侧面适配，第一侧翼板171固定安装在主刃板本体170外侧面的一端且与第一凹槽16、第三凹槽16滑动连接，第二侧翼板172固定安装在主刃板本体170外侧面的另一端且与第二凹槽16、第四凹槽16滑动连接；主刃板本体170远离上翼板173的一端固定安装有斗齿18；

第一凹槽16、第二凹槽16、第三凹槽16和第四凹槽16的尺寸均与、第一侧翼板171、第二侧翼板172的尺寸适配，从而使第一侧翼板171、第二侧翼板172在伸缩机构19的带动下在第一凹槽16、第二凹槽16、第三凹槽16和第四凹槽16滑动。

底部弧形板11上开设有与主刃板本体170适配的缺口110，缺口110的厚度与主刃板本体170的厚度相等，从而使主刃板本体170不凸出底部弧形板11设置且配合处无间隙，避免挖掘或卸料时的物料介质进入。

伸缩机构19包括：伸缩油缸190、活塞杆191；

伸缩油缸190的数量为一个以上或者若干；若干伸缩油缸190固定安装在底部弧形板11外侧面上，活塞杆191一端传动设置在若干伸缩油缸190内且另一端固定安装在主刃板本体170上；

底部弧形板11外侧面上固定安装有用于固定若干伸缩油缸190的铰座20；

主刃板本体170上固定安装有用于固定活塞杆191的铰座20；

进而若干伸缩油缸190的动力传递至活塞杆191，活塞杆191带动主刃板本体170运动，主刃板本体170带动上翼板173以及第一侧翼板171和第二侧翼板172分别在缺口110、第一凹槽16、第二凹槽16、第三凹槽16和第四凹槽16中滑动。

主刃板本体170的外侧面上还固定安装有护板21，护板21和主刃板本体170连接处具有夹角，从而所述护板和所述主刃板本体170具有V型间隙，所述V型间隙用于收容伸缩机构；为伸缩机构19抵挡挖掘作业时的介质，且因同时尽量减少挖掘作业的阻力值。

如图8至图9进一步说明本实施例中的一种铲斗控制系统，系统包括：

内置在伸缩机构19油缸、动臂油缸、翻斗油缸以及铲斗油缸中的若干位移传感器、倾角传感器，与伸缩机构19、位移传感器、倾角传感器电联的控制器。

铲斗控制系统还包括：姿态检测系统、姿态对比系统、伸缩控制系统；

姿态检测系统中内置有铲斗姿态与位移、倾角关系的模型，接收位移传感器、倾角传感器反馈数据用于根据反馈数据生成铲斗姿态信息；

姿态对比系统内置有铲斗姿态数据库，用于对铲斗姿态信息进行姿态判断；

伸缩控制系统用于根据姿态判断的结果对伸缩机构19进行控制。

基于铲斗控制系统以及参考图8和图9进一步说明本实施例中的一种铲斗控制方法，包括：

分别接收位移传感器和倾角传感器的反馈数据；

根据反馈数据生成铲斗姿态信息；

基于铲斗姿态数据库对铲斗姿态信息进行匹配，从而判断铲斗姿态；

根据判断的铲斗姿态生成控制指令，并将控制指令发送至伸缩控制系统进行相应的铲斗控制。

根据判断的铲斗姿态生成控制指令，并将控制指令发送至伸缩控制系统进行相应的铲斗控制的方法为：

根据判断的铲斗姿态确定铲斗是否为收斗初始状态或卸料完成状态；

在铲斗姿态为收斗状态下向伸缩油缸190的电磁阀发送控制指令，控制伸缩油缸190带动活塞杆191运动，活塞杆191带动主刃板170伸出进行挖掘作业；并在挖掘作业中判断铲斗姿态是否切换为卸料完成状态；

在铲斗姿态由收斗初始状态向卸料完成状态切换后，向伸缩油缸190的电磁阀发送控制指令，控制伸缩油缸190带动活塞杆191反向运动，活塞杆191带动主刃板170缩回。

本发明通过内置在伸缩机构19油缸、动臂油缸、翻斗油缸以及铲斗油缸中的若干位移传感器、倾角传感器采集铲斗动臂、铲斗的伸长量、液压缸角度信息，确定各关节的位姿；导入铲斗收斗初始姿态和卸料完成后姿态与位移传感器和倾角传感器采集信息的关系模型，根据关系模型判断铲斗实时姿态，当铲斗处于挖掘作业收斗初始姿态时，伸缩机构19驱动主刃板17远离底弧形板伸出，增大铲斗前端和物料接触面积，进而增加铲斗进料体积，提高满斗率和挖掘作业效率；当铲斗处于卸料完成姿态时，伸缩机构19驱动主刃板17靠近底弧形板缩回，主刃板17恢复原位；方便快速卸料；

其次，姿态检测系统中铲斗姿态与位移、倾角的关系模型，在接收位移传感器、倾角传感器反馈数据自动快速地生成铲斗姿态信息；与铲斗姿态数据库对比后，实现对铲斗姿态信息进行姿态判断；从而使伸缩控制系统根据姿态判断的结果自动获取控制指令对伸缩机构19进行控制，实现铲斗的实时自动伸缩控制，满足自动化挖掘作业的数控需要。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种伸缩式铲斗，其特征在于，包括：

铲斗本体，设置在铲斗本体上的伸缩机构；

所述铲斗本体包括：底部弧形板，分别固定安装在底部弧形板两端的第一侧板和第二侧板，固定安装在第一侧板上的第一侧刃板，固定安装在第二侧板上的第二侧刃板，通过伸缩机构与第一侧板、第二侧板、第一侧刃板和第二侧刃板滑动装配的主刃板组件；

所述第一侧板和第二侧板的底部分别开设有第一凹槽和第二凹槽；所述第一侧刃板和第二侧刃板的底部分别开设有第三凹槽和第四凹槽；

所述第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽和第四凹槽内部还设置有滑动滚珠，用于减少与主刃板组件滑动配合时的摩擦力；

所述主刃板组件包括：主刃板本体，固定安装在主刃板本体一端且与底部弧形板内侧面适配的上翼板，固定安装在主刃板本体外侧面一端且与第一凹槽、第三凹槽滑动连接的第一侧翼板，固定安装在主刃板本体外侧面另一侧且与第二凹槽、第四凹槽滑动连接的第二侧翼板；所述主刃板本体远离上翼板的一端固定安装有斗齿；

所述底部弧形板上开设有与上翼板适配的缺口，缺口的厚度与主刃板本体的厚度相等；

所述伸缩机构包括：固定安装在底部弧形板外侧面上的若干伸缩油缸，一端传动设置在若干伸缩油缸内且另一端固定安装在主刃板本体上的活塞杆；

所述底部弧形板外侧面上固定安装有用于固定若干伸缩油缸的铰座；

所述主刃板本体上固定安装有用于固定活塞杆的铰座；

进而若干伸缩油缸的动力传递至活塞杆，活塞杆带动主刃板本体进行往复运动，主刃板本体运动过程中带动上翼板以及第一侧翼板和第二侧翼板分别在缺口、第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽和第四凹槽中滑动；当铲斗处于挖掘作业收斗初始姿态时，伸缩机构驱动主刃板远离底弧形板伸出，增大铲斗前端和物料接触面积，进而增加铲斗进料体积；

当铲斗处于卸料完成姿态时，伸缩机构驱动主刃板靠近底弧形板缩回，主刃板恢复原位，方便快速卸料。

2.根据权利要求1所述的一种伸缩式铲斗，其特征在于，所述主刃板本体的外侧面上还固定安装有护板，所述护板和主刃板本体连接处具有夹角，从而所述护板和所述主刃板本体具有V型间隙，所述V型间隙用于收容伸缩机构。

3.一种铲斗控制系统，其特征在于，基于权利要求1所述的伸缩式铲斗，包括：

内置在伸缩机构油缸、动臂油缸、翻斗油缸以及铲斗油缸中的若干位移传感器、倾角传感器，与伸缩机构、位移传感器、倾角传感器电联的控制器。

4.根据权利要求3所述的一种铲斗控制系统，其特征在于，所述铲斗控制系统还包括：姿态检测系统、姿态对比系统、伸缩控制系统；

所述姿态检测系统中内置有铲斗姿态与位移、倾角关系的模型，接收位移传感器、倾角传感器反馈数据用于根据反馈数据生成铲斗姿态信息；

所述姿态对比系统内置有铲斗姿态数据库，用于对铲斗姿态信息进行姿态判断；

所述伸缩控制系统用于根据姿态判断的结果对伸缩机构进行控制。

5.一种铲斗控制方法，其特征在于，基于权利要求3所述的铲斗控制系统，包括：

分别接收位移传感器和倾角传感器的反馈数据；

根据反馈数据生成铲斗姿态信息；

基于铲斗姿态数据库对铲斗姿态信息进行匹配，从而判断铲斗姿态；

根据判断的铲斗姿态生成控制指令，并将控制指令发送至伸缩控制系统进行相应的铲斗控制。

6.根据权利要求5所述的一种铲斗控制方法，其特征在于，根据判断的铲斗姿态生成控制指令，并将控制指令发送至伸缩控制系统进行相应的铲斗控制的方法为：

根据判断的铲斗姿态确定铲斗是否为收斗初始状态或卸料完成状态；

在铲斗姿态为收斗状态下向伸缩油缸的电磁阀发送控制指令，控制伸缩油缸带动活塞杆运动，活塞杆带动主刃板伸出进行挖掘作业；并在挖掘作业中判断铲斗姿态是否切换为卸料完成状态；

在铲斗姿态由收斗初始状态向卸料完成状态切换后，向伸缩油缸的电磁阀发送控制指令，控制伸缩油缸带动活塞杆反向运动，活塞杆带动主刃板缩回。