CN115450278A - 一种装载机铲斗辅助铲掘控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种装载机铲斗辅助铲掘控制方法，是在驾驶室内安装辅助操作开关，在铲斗控制阀旁并联三位四通电磁阀，在铲斗缸承压腔设置压力传感器，在铲斗上设置倾角传感器，所述铲斗控制阀、三位四通电磁阀、压力传感器、倾角传感器、辅助操作开关均与整车控制器电连接；根据铲斗缸的压力和铲斗的倾角，判断触发铲斗辅助铲掘控制程序的条件是否成立：首先判断铲斗的角度是否在阈值范围内，如果在，则判断铲斗缸承压腔的压力是否在阈值范围内：如果不在，则启动辅助铲掘控制程序，通过三位四通电磁阀平衡铲斗缸承压腔的压力，使前轮在不离地情况下进行铲掘动作，从而降低铲斗的磨损，提高装载机整机的经济性。

Description

一种装载机铲斗辅助铲掘控制方法

技术领域

本发明涉及工程机械辅助驾驶技术领域，具体涉及一种装载机铲斗辅助铲掘控制方法。

背景技术

现有装载机由于同时拥有行走、转向和工作装置，且其工作装置体积和可活动范围较大，使得驾驶员视野受限，驾驶员无法准确判断装载机铲斗的位置和姿态。在接近料堆前，驾驶员为保证最大程度的使铲斗接近地面，将物料铲干净，会在铲斗接近料堆前将铲斗接地或是将铲斗支在地面上，以实现将物料铲干净。但是当铲斗支地时，会将前轮支起，如图1所示，前轮支起后，首先会加速铲斗的磨损(干摩擦)，其次在铲斗支地前，轮胎与地面是滚动摩擦，当前轮支起后，铲斗承担了前轮的垂向载荷，与地面之间是滑动摩擦，而滑动摩擦系数与滚动摩擦系数往往相差超过一个数量级，会大幅增大摩擦力，造成能源的浪费和整车经济性的下降。同时由于前轮与地面的垂向载荷转移到铲斗上了，整车的最大驱动力只能由后轮的垂向载荷产生的摩擦力承担，故此整车的最大驱动(铲掘)力也将大幅降低，影响整车的作业效率。

发明内容

为此，本发明设计一种装载机铲斗辅助铲掘控制方法，该方法通过辅助铲掘控制系统完成，通过在铲斗控制阀旁边并联一个三位四通电磁阀，当装载机的铲斗接地或支地时，根据铲斗缸承压腔的压力大小以及铲斗的倾角大小，判断触发铲斗辅助铲掘控制程序的条件是否满足，从而驱动三位四通电磁阀做出辅助铲掘控制，从而实现提高装载机的工作效率和燃油效率。

因此本发明所采用的技术方案如下：

一种装载机铲斗辅助铲掘控制方法，其特征在于，基于如下一种装载机铲斗辅助铲掘控制系统实现：

在驾驶室内安装辅助操作开关；

在铲斗控制阀旁边并联三位四通电磁阀；

在铲斗缸承压腔处设置压力传感器，在铲斗上能够测量铲斗姿态的位置处设置倾角传感器；

所述铲斗控制阀、三位四通电磁阀、压力传感器、倾角传感器、辅助操作开关均与整车控制器电连接；在所述整车控制器中载有辅助铲掘控制程序；

所述辅助铲掘控制方法是：

首先判断铲斗的角度是否在阈值范围内，如果角度不在阈值范围内，则不启动辅助铲掘控制程序，如果角度在阈值范围内，则进一步判断铲斗缸承压腔的压力是否在阈值范围内：

如果压力在阈值范围内，则不启动辅助铲掘控制程序，如果压力不在阈值范围内，则启动辅助铲掘控制程序，通过三位四通电磁阀平衡铲斗缸承压腔的压力，使前轮在不离地情况下进行铲掘动作。

进一步地，所述铲斗的角度阈值范围内是：[a，b]；a为铲斗平放在路面、前轮没有发生变化时，测得的倾角；b为铲斗接地、前轮将要离地时，测得的倾角。

进一步地，设定一误差f，取值在1％～5％，则所述铲斗的角度阈值范围内是：[a(1-f)，b(1+f)]。

进一步地，所述铲斗缸承压腔的压力阈值c，为前轮将要离地时测得的铲斗缸承压腔压力。

进一步地，分为两种工况，进一步确定所述铲斗缸承压腔的压力阈值，且据此执行三位四通电磁阀操作：

1)如果为平坦路面，铲斗缸承压腔的压力阈值为c(1+d)，当铲斗缸承压腔的压力大于该阈值时，通过三位四通电磁阀将承压腔与油箱接通，将非承压腔与高压油路接通，直至承压腔的压力小于等于c(1+d)时，三位四通电磁阀关闭；

2)如果为不平路面，铲斗缸承压腔的压力阈值为c(1-e)，当铲斗缸承压腔的压力小于该阈值时，通过三位四通电磁阀将承压腔与高压油路接通，将非承压腔与油箱接通，直至承压腔的压力小于等于c(1-e)时,三位四通电磁阀关闭；

d为设定的误差，取值在5％～50％；

e为设定的误差，取值1％。

进一步地，当驾驶员手动操作动臂和铲斗缸时，辅助铲掘控制程序退出。

本发明由于采取上述技术方案，其相比于现有技术体现了如下显著的技术效果：

1.本发明方法通过设置一装载机铲斗辅助铲掘控制系统来实现，该系统在铲斗控制阀旁边并联一三位四通电磁阀，在驾驶室加装辅助操作开关，通过整车控制器控制，输出扭矩命令，实现装载机辅助铲掘所需要的驱动力，当需要启动辅助铲掘时，通过控制三位四通电磁阀的开启方向，将铲斗缸压力平衡，防止前轮离地。

2.本发明提供的一种装载机铲斗辅助铲掘控制方法，通过在装载机上设置压力传感器和倾角传感器，测量铲斗缸承压腔的压力值和铲斗倾角值，判断触发辅助铲掘控制程序的条件，精准的确定哪种工况下启动辅助铲掘控制系统，从而降低铲斗的磨损，提高装载机整机的经济性。

3.本发明提供的一种装载机铲斗辅助铲掘控制方法，通过整车控制器判断辅助控制的触发及解除时机，以驾驶员的手动操作优先于辅助开关控制，从而使辅助控制系统更加灵活自主，避免了系统控制的局限性。

附图说明

图1为装载机铲斗支起以及前轮离地时的示意图；

图2为本发明一种装载机铲斗辅助铲掘控制系统结构示意图；

图3为本发明装载机铲斗控制阀和三位四通电磁阀并联结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述，但本领域的技术人员应该知道，以下实施例并不是对本发明技术方案作的唯一限定，凡是在本发明技术方案精神实质下所做的任何等同变换或改动，均应视为属于本发明的保护范围。

本发明提供一种装载机铲斗辅助铲掘控制系统，该辅助铲掘控制系统是在原装载机常规驱动控制系统基础上，通过在驾驶室内加装辅助操作开关，在整车控制器中载入辅助铲掘控制程序，在铲斗控制阀旁边并联加装三位四通电磁阀，在铲斗缸承压腔设置压力传感器，在铲斗动作位置设置倾角传感器而组成。当装载机的铲斗接地或是将铲斗支在地面时，通过判定触发辅助铲掘控制程序的条件是否成立，由三位四通电磁阀接通油路，将铲斗缸承压腔压力值提升或降低辅助铲掘，从而降低铲斗的磨损，提高装载机整机的经济性。

如图2所示，所述辅助铲掘控制系统，包括整车控制器1、辅助操作开关2、电机控制器3、驱动电机4、前桥主减速器5、后桥主减速器6、轮边减速器7、铲斗控制阀8、三位四通电磁阀9、铲斗缸10、压力传感器11、倾角传感器12。

在辅助铲掘控制系统中，在前、后桥分别加装前桥主减速器5和后桥主减速器6，在各个车轮轮边加装轮边减速器7，在前桥设置驱动电机4，前桥主减速器5和后桥主减速器6同时由驱动电机4驱动连接，驱动电机4受控于电机控制器3，电机控制器3受控于整车控制器1。在驾驶室加装辅助操作开关2，整车控制器1根据辅助操作开关2的操作，输出扭矩命令，并将扭矩命令通过电机控制器3输入给驱动电机4，实现装载机辅助铲掘所需要的驱动力。

在辅助铲掘控制系统中，在装载机原有铲斗控制阀8上并联加装三位四通电磁阀9，如图3所示，三位四通电磁阀9可以为开关阀或比例阀，当为开关阀时通径优选为标准阀直径的1/n，当为比例阀时通径优选为标准阀直径的1/m，这里优选n≥3，m＝1.5n。三位四通电磁阀9通径要比手控阀通径小得多，是因为它只是起到的微调的作用，通径选大了很难实现微调，通径小可以使辅助控制的流量小于手动控制的流量，驾驶员的操作优先级高于辅助控制。具体根据不同机型及结构通过实验标定所得)，并且三位四通电磁阀9的电磁铁控制端与整车控制器1相连，用于接通或断开油路，通过油路的接通或断开可以抬高铲斗或压低铲斗。

在辅助铲掘控制系统中，在铲斗缸10上加装压力传感器11，在与铲斗姿态有关联的任一位置处加装倾角传感器12，用来测量铲斗倾角的大小。

在上述系统的基础上，本发明提出一种装载机铲斗辅助铲掘控制方法，在整车控制器1上载入辅助铲掘控制程序，通过设定辅助铲掘触发条件，判定启动辅助铲掘控制程序的时机。这里，以压力传感器11和倾角传感器12的感应值作为参考来制定辅助铲掘触发的条件。

首先，通过倾角传感器12测量的倾角值，用来判断铲斗的姿态。如图1所示，当驾驶员期望装载机挖地时，其铲斗是向下挖的姿态，此时不需要介入辅助铲掘控制程序，铲斗除了需要有向前的铲动力，还需要有向下的挖掘力，并且前轮的垂向载荷转移到铲斗上。当驾驶员期望装载机铲掘时，其铲斗是平推状态，此时驾驶员不期望铲斗与地面有过度的摩擦力，期望得到最大的驱动力，此时需要介入辅助铲掘控制程序。

根据倾角传感器12的位置，对铲斗倾角阈值进行标定。设当装载机的铲斗平放在平坦路面、前轮没有发生变化时，此时测得倾角传感器12的值为a；当铲斗接地、前轮将要离地时，此时测得倾角传感器12的值为b。理论上，铲斗倾角在[a，b]这个阈值范围内时才有可能启动辅助铲掘控制程序。但是，进一步的，为了防止因路面不平造成控制程序的频繁进退，因此允许倾角的阈值范围有一定的误差，设误差为f，根据试验标定，一般取1％～5％，则允许的铲斗倾角阈值范围是[a(1-f)，b(1+f)]。当倾角传感器12的测量值在[a(1-f)，b(1+f)]这个范围内时，才有可能启动辅助铲掘控制程序。

其次，通过压力传感器11测量的压力值，用来判断是否启动辅助铲掘控制程序。压力传感器11用于感知铲斗与地面的接触力，为了保证铲斗与地面接触，需要使铲斗缸承压腔的压力值保持在一定范围内，并且使前轮始终不离开地面，且使前轮与地面的垂向载荷处于合理的范围，以减少铲斗与地面的干摩擦，增加前轮的驱动力。

对铲斗缸承压腔的压力阈值通过测量进行标定，选取在平直路面工况下，设当装载机的铲斗刚将前轮支起时，此时压力传感器11所测得的铲斗缸承压腔的压力值为c，理论上，铲斗缸承压腔的压力阈值应为c，但是，因为装载机工作过程中车身抖动较大，进而引起压力值信号噪声较大，为防止因车身抖动引起的频繁触发辅助控制，也设定一个误差d，并根据车辆型号和用途，根据试验标定，选取d值在5％～50％之间。所以铲斗缸承压腔的压力阈值取值为c(1+d)，也就是当压力传感器11的压力值超过c(1+d)MPa时，启动辅助操作程序，将承压腔的压力值降低，防止前轮离地。

当在路面不平工况，铲斗接地过程中可能会出现铲斗局部离地的情况，此时压力传感器11的压力值会减小，所以应控制使压力传感器11的压力小于c时就启动辅助铲掘控制程序，也设定一误差e，使铲斗缸承压腔的压力阈值取值为c(1-e)，当压力传感器11的压力小于c(1-e)MPa时，就启动辅助操作程序，使承压腔的压力值提高，防止前轮离地。根据试验标定，选取e＝1％。

一种装载机铲斗辅助铲掘控制方法，具体步骤如下：

S1：判断辅助铲掘控制程序触发的条件，分两种情况：

1)如果为平坦路面，当倾角传感器12的值在[a(1-f)，b(1+f)]的范围内，且压力传感器11的压力值大于c(1+d)时，且驾驶员未操作动臂和铲斗缸时，启动辅助铲掘控制程序。

2)如果为不平路面，当倾角传感器12的值在[a(1-f)，b(1+f)]的范围内，且压力传感器11的压力值小于c(1-e)时，且驾驶员未操作动臂和铲斗缸时，启动辅助铲掘控制程序。

S2：辅助铲掘的控制

1)如果为平坦路面，当倾角传感器12的值在[a(1-f)，b(1+f)]范围内，压力传感器11的压力值大于c(1+d)时，启动辅助铲掘控制程序，通过三位四通电磁阀9将压力高的承压腔与油箱油路接通，将非承压腔与高压油路接通，此时承压腔中的压力高的油进入油箱，高压油路的油进入非承压腔内，这样使压力降下来，防止了前轮离地，直到承压腔的压力小于等于c(1+d)时，三位四通电磁阀9关闭。

2)如果为不平路面，当倾角传感器12的值在[a(1-f)，b(1+f)]的范围内，压力传感器11的压力值小于c(1-e)时，启动辅助铲掘控制程序，通过三位四通电磁阀9将承压腔与高压油路接通，将非承压腔与油箱的油路接通，这样通过高压油路泵油使承压腔的压力升高，直至承压腔的压力小于等于c(1-e)时,三位四通电磁阀9关闭。

铲斗控制阀8和三位四通电磁阀9的工作原理如图3所示，铲斗在铲的过程中，驾驶员首先手动操作铲斗控制阀8，当铲斗控制阀8工作在右位时高压油路与承压腔相联(如图3所示，当无杆腔为承压腔时)，而非承压腔与油箱相联，此时铲斗下落(接近地面)，至接触地面后驾驶令手动换向阀9回至中位。此时压力传感器11测得承压腔压力，当压力在正常范围内时，三位四通电磁阀9不动作；当压力过大时，三位四通电磁阀9工作在左位，令承压腔与油箱相连，非承压腔与高压油路相联，直至压力回到正常范围。当因地面变化，铲斗离开地面(承压腔压力过小时)，三位四通电磁阀9工作在右位，令承压腔与高压油路接通，非承压腔与油箱接通，使铲斗接地，当传感器压力达到正常范围时，三位四通电磁阀9回到中位。

辅助铲掘控制程序的退出

当驾驶员将辅助操作开关2关闭时，退出辅助铲掘控制程序。

当驾驶员手动控制铲斗动作时，需要铲斗与地面产生最大的压力，此时通过手动解除辅助操作开关，退出辅助铲掘控制程序。

当驾驶员手动控制铲斗抬升离开地面后，由于转斗支地承压腔压力消失，不再符合辅助操作的条件，退出辅助铲掘控制程序。

说明：

辅助铲掘控制程序介入的大前提是：辅助操作开关2打开，向整车控制器1发送辅助请求，在此前提下整车控制器才有可能启动辅助铲掘控制程序，否则不启动。在辅助铲掘控制程序能够介入的前提下，才能执行上述步骤S1和S2。

Claims (6)

1.一种装载机铲斗辅助铲掘控制方法，其特征在于，基于如下一种装载机铲斗辅助铲掘控制系统实现：

在驾驶室内安装辅助操作开关；

在铲斗控制阀旁边并联三位四通电磁阀；

在铲斗缸承压腔处设置压力传感器，在铲斗上能够测量铲斗姿态的位置处设置倾角传感器；

所述铲斗控制阀、三位四通电磁阀、压力传感器、倾角传感器、辅助操作开关均与整车控制器电连接；在所述整车控制器中载有辅助铲掘控制程序；

所述辅助铲掘控制方法是：

首先判断铲斗的角度是否在阈值范围内，如果角度不在阈值范围内，则不启动辅助铲掘控制程序，如果角度在阈值范围内，则进一步判断铲斗缸承压腔的压力是否在阈值范围内：

如果压力在阈值范围内，则不启动辅助铲掘控制程序，如果压力不在阈值范围内，则启动辅助铲掘控制程序，通过三位四通电磁阀平衡铲斗缸承压腔的压力，使前轮在不离地情况下进行铲掘动作。

2.根据权利要求1所述的装载机铲斗辅助铲掘控制方法，其特征在于，所述铲斗的角度阈值范围内是：[a，b]；

a为铲斗平放在路面、前轮没有发生变化时，测得的倾角；b为铲斗接地、前轮将要离地时，测得的倾角。

3.根据权利要求2所述的装载机铲斗辅助铲掘控制方法，其特征在于，

设定一误差f，取值在1％～5％，则所述铲斗的角度阈值范围内是：[a(1-f)，b(1+f)]。

4.根据权利要求1或2或3所述的装载机铲斗辅助铲掘控制方法，其特征在于，所述铲斗缸承压腔的压力阈值c，为前轮将要离地时测得的铲斗缸承压腔压力。

5.根据权利要求4所述的装载机铲斗辅助铲掘控制方法，其特征在于，

分为两种工况，进一步确定所述铲斗缸承压腔的压力阈值，且据此执行三位四通电磁阀操作：

1)如果为平坦路面，铲斗缸承压腔的压力阈值为c(1+d)，当铲斗缸承压腔的压力大于该阈值时，通过三位四通电磁阀将承压腔与油箱接通，将非承压腔与高压油路接通，直至承压腔的压力小于等于c(1+d)时，三位四通电磁阀关闭；

2)如果为不平路面，铲斗缸承压腔的压力阈值为c(1-e)，当铲斗缸承压腔的压力小于该阈值时，通过三位四通电磁阀将承压腔与高压油路接通，将非承压腔与油箱接通，直至承压腔的压力小于等于c(1-e)时,三位四通电磁阀关闭；

d为设定的误差，取值在5％～50％；

e为设定的误差，取值1％。

6.根据权利要求1所述的装载机铲斗辅助铲掘控制方法，其特征在于，

当驾驶员手动操作动臂和铲斗缸时，辅助铲掘控制程序退出。

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