CN116335219A - 提高工程机械行驶速度的主动机械臂系统及轮式工程机械 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种提高工程机械行驶速度的主动机械臂系统，其中的整机控制器从激光雷达获得感知信息，向双向泵驱动电机发送控制信号控制双向液压泵正反转，从而控制动臂油缸主动升降抵消路面激励以提高轮式工程机械行驶平顺性及行驶速度。本发明公布的基于预瞄信息的主动机械臂系统可在轮式工程机械不配备悬架的情况下提高整机的运行速度；与现有的采用悬架系统的高速应急救援车辆相比，采用此系统的工程机械作业载荷大幅增加。基于预瞄信息的提高轮式工程机械行驶速度的主动机械臂系统解决了现有工程机械无法兼顾大负载、高速稳定的痛点，在保持大作业负载的情况下，极大提高了轮式工程机械的行驶速度，整机综合效率有效提高。

Description

提高工程机械行驶速度的主动机械臂系统及轮式工程机械

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，具体而言，涉及一种提高工程机械行驶速度的主动机械臂系统及轮式工程机械。

背景技术

随着地震、泥石流、洪涝等自然灾害频发，提高灾后救援效率已成为全球各国关注的焦点。灾后救援时间紧迫、作业空间有限、工况复杂，现有的工程机械救援设备在救援中暴露出速度慢、机动性弱等缺点，严重影响了应急救援能力和效率。因此，全面提升轮式机械转场及作业速度是缩短应急救援时间的重要途经。

传统轮式工程机械因大作业载荷的需求，无法配备悬架系统，整机的缓冲减震一般由低压胎被动实现，使得传动轮式工程机械行驶速度不超过30km/h，因此，现有的作业轮式机械任然无法解决应急救援过程中高速度、高效率的技术难点。

发明内容

本发明公开了一种提高工程机械行驶速度的主动机械臂系统，旨在改善上述技术问题。

本发明采用了如下方案：

一种提高工程机械行驶速度的主动机械臂系统，包括动臂油缸、整机控制器、第一先导式单向阀、梭阀、溢流阀、第一油箱、第二油箱、第二先导式单向阀、第三油箱、双向液压泵、工程机械动臂、工程机械铲斗、工程机械前车架、铲斗油缸、第一铲斗连杆、第二铲斗连杆，与整机控制器信号连接的电控操纵手柄、激光雷达、三位三通方向控制阀、三位四通方向控制阀、液压泵驱动电机控制器、动臂油缸位置传感器、压力传感器、流量传感器，及与液压泵驱动电机控制器电连接的动力电池、双向泵驱动电机；

所述工程机械前车架与动臂油缸、工程机械动臂、铲斗油缸铰接，动臂油缸还与工程机械动臂铰接，工程机械动臂还与铲斗油缸、第一铲斗连杆、工程机械铲斗铰接，铲斗油缸还与第一铲斗连杆铰接，第一铲斗连杆还与第二铲斗连杆铰接，第二铲斗连杆还与工程机械铲斗铰接；双向泵驱动电机与双向液压泵通过联轴器连接；

所述动臂油缸与梭阀、第一先导式单向阀、第二先导式单向阀连通，梭阀还与溢流阀、三位四通方向控制阀的A口、第一先导式单向阀、第二先导式单向阀连通，溢流阀还与第一油箱连通，三位四通方向控制阀的B口与第二油箱连通，且其C口、D口分别与第一先导式单向阀、第二先导式单向阀的控制口连通；三位三通方向控制阀的A口与第三油箱连通，其B口、C口分别与双向液压泵的两端出口连通，且第一先导式单向阀和第二先导式单向阀也分别与双向液压泵的两端出口连通。

作为进一步改进，所述液压泵驱动电机控制器通过高压线束与所述动力电池和双向泵驱动电机连接。

作为进一步改进，所述整机控制器通过CAN与所述电控操纵手柄、激光雷达、液压泵驱动电机控制器、动臂油缸位置传感器、压力传感器及流量传感器连接；所述整机控制器通过信号线与所述三位三通方向控制阀两端电磁铁线圈和三位四通方向控制阀两端电磁铁线圈连接。

作为进一步改进，所述工程机械动臂的额外力与轮式机械突变的重力为一对平衡力。

作为进一步改进，所述主动机械臂系统配置为在前方道路较当前道路凹陷时，动臂油缸会主动升起，进而带动工程机械动臂升起，且路面不平度越大，工程机械动臂的升起速度越快。

作为进一步改进，所述主动机械臂系统配置为在前方道路较当前道路凸起时，动臂油缸会主动下降，进而带动工程机械动臂下降，且路面不平度越大，工程机械动臂的下降速度越快。

一种轮式工程机械，包括上述所述的提高工程机械行驶速度的主动机械臂系统。

通过采用上述技术方案，本发明可以取得以下技术效果：

本申请的提高工程机械行驶速度的主动机械臂系统，该主动机械臂系统能够根据预瞄单元感知前方路面的不平整度，通过整机控制器获得前面即将行走的过道路路面的不平整度信息后，进而控制动臂油缸和工程机械动臂的主动升降，以产生机械臂主动力抵消因路面不平整传至车身的激励，进而改善轮式工程机械的行驶平顺性，最终提高轮式工程机械行驶速度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明提高工程机械行驶速度的主动机械臂系统的整体结构示意图；

图2是本发明提高工程机械行驶速度的主动机械臂系统的内部结构示意图。

附图标记：1、动臂油缸；2、动臂油缸位置传感器；3、电控操纵手柄；4、激光雷达；5、整机控制器；6、第一先导式单向阀；7、液压泵驱动电机控制器；8、动力电池；9、压力传感器，10、梭阀；11、流量传感器；12、溢流阀；13、第一油箱；14、第二油箱；15、三位四通方向控制阀；16、第二先导式单向阀；17、第三油箱；18、三位三通方向控制阀；19、双向液压泵；20、双向泵驱动电机；21、工程机械动臂；22、工程机械铲斗；23、工程机械前车架；24、铲斗油缸；25、第一铲斗连杆；26、第二铲斗连杆。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

实施例

本发明第一实施例提供一种提高工程机械行驶速度的主动机械臂系统，包括动臂油缸1、整机控制器5、第一先导式单向阀6、梭阀10、溢流阀12、第一油箱13、第二油箱14、第二先导式单向阀16、第三油箱17、双向液压泵19、工程机械动臂21、工程机械铲斗22、工程机械前车架23、铲斗油缸24、第一铲斗连杆25、第二铲斗连杆26，与整机控制器5信号连接的电控操纵手柄3、激光雷达4、三位三通方向控制阀18、三位四通方向控制阀15、液压泵驱动电机控制器7、动臂油缸位置传感器2、压力传感器9、流量传感器11，及与液压泵驱动电机控制器7电连接的动力电池8、双向泵驱动电机20。

进一步地，其机械连接关系如下：工程机械前车架23与动臂油缸1、工程机械动臂21、铲斗油缸24均通过铰链连接，动臂油缸1与工程机械前车架23、工程机械动臂21均通过铰链连接，工程机械动臂21与动臂油缸1、工程机械前车架23、铲斗油缸24、第一铲斗连杆25、工程机械铲斗22均通过铰链连接，铲斗油缸24与工程机械前车架23、第一铲斗连杆25均通过铰链连接，第一铲斗连杆25与铲斗油缸24、工程机械动臂21、第二铲斗连杆26均通过铰链连接，第二铲斗连杆26与第一铲斗连杆25、工程机械铲斗22均通过铰链连接，工程机械铲斗22与工程机械动臂21、第二铲斗连杆26均通过铰链连接。双向泵驱动电机20与双向液压泵19通过联轴器连接。

其液压连接关系如下：动臂油缸1与梭阀10、第一先导式单向阀6、第二先导式单向阀16均通过液压油管连接，梭阀10与溢流阀12、三位四通方向控制阀15的 A口、第一先导式单向阀6、第二先导式单向阀16均通过液压油管连接，溢流阀12与第一油箱13连通，三位四通方向控制阀15的B口与第二油箱14连通，且其C口、D口分别与第一先导式单向阀6控制口、第二先导式单向阀16 控制口通过油管连接；三位三通方向控制阀18的A口与第三油箱17连通，其B口、C口分别与双向液压泵19的两端出口连通，且第一先导式单向阀6和第二先导式单向阀16也分别与双向液压泵19的两端出口通过油管连接。

其信号连接关系如下：液压泵驱动电机控制器7通过高压线束与动力电池8和双向泵驱动电机20连接。整机控制器5通过CAN与电控操纵手柄3、激光雷达4、液压泵驱动电机控制器7、动臂油缸位置传感器2、压力传感器9及流量传感器11连接；整机控制器5通过信号线与三位三通方向控制阀18的两端电磁铁线圈和三位四通方向控制阀15的两端电磁铁线圈连接。

其具体工作原理如下：

激光雷达4对轮式工程机械行驶前方的道路信息进行感知并将感知信息传给整机控制器5，整机控制器5对激光雷达4感知到的信息进行处理后得到带有时间信息的前方道路的粗糙度，整机控制器5将带有时间信息的前方道路粗糙度信息传给整机控制策略进行计算后得到带有根据当前车速推算得到的工程机械动臂21位移和速度控制指令，整机控制器5将工程机械动臂21位移和速度控制指令转换为电机转速转矩控制指令传至液压泵驱动电机控制器7，液压泵驱动电机控制器7控制双向泵驱动电机20正反转，进而带动双向液压泵19运动，双向液压泵19能够控制动臂油缸1的伸缩和控制梭阀10的压力，梭阀10控制溢流阀12溢流口的开闭，整机控制器5控制三位四通方向控制阀15左右两端电磁铁得电，三位四通方向控制阀15的C口和D口控制第一先导式单向阀6和第二先导式单向阀16的先导压力控制口，整机控制器5控制三位三通方向控制阀18左右两端电磁铁得电进而控制整体回路的补油方向。

实施例一：

当前方道路较当前道路凹陷时，具体如下：结合图2

（1）双向泵驱动电机20驱动双向液压泵19逆向旋转，液压油流经第一先导式单向阀6到达动臂油缸1无杆腔，同时液压油将梭阀10阀芯推向右边后到达溢流阀12和三位四通方向控制阀15的A口，整机控制器5控制三位四通方向控制阀15的左端磁铁得电，三位四通方向控制阀15阀芯右移，液压油流经三位四通方向控制阀15的D口到达第二先导式单向阀16控制口推到阀芯开启，液压油从动臂油缸1有杆腔经第二先导式单向阀16到达双向液压泵19的右端出口，以实现动臂油缸1的主动升起，进而提供整机的额外向上作用力，以抵消因路面凹陷作用而导致轮式工程机械向下的作用力。轮式工程机械主动臂的额外力与轮式机械突变的重力形成一对平衡力，且路面不平度越大，工程机械动臂21的升起速度也越快。此平衡力使得轮式机械垂向合外力极大减少，轮式工程机械的平顺性及行驶速度得到大幅度提升。

（2）当外负载过大造成液压回路溢流时，经动臂油缸位置传感器2和流量传感器11传至整机控制器5的信号判定是无杆腔溢流时，整机控制器5发送控制信息给液压泵驱动电机控制器7，据流量传感器测量，补充等量液压油至无杆腔回路。当外负载过大造成液压回路溢流时，经动臂油缸位置传感器2和流量传感器11传至整机控制器5判定是有杆腔溢流时，整机控制器5发送控制信息给液压泵驱动电机控制器7，据流量传感器测量，补充等量液压油至有杆腔回路。

实施例二：

当前方道路较当前道路凸起时，具体如下：

（1）双向泵驱动电机20驱动双向液压泵19正向旋转，液压油流经第二先导式单向阀16到达动臂油缸1有杆腔，同时液压油将梭阀10阀芯推向左边后到达溢流阀12和三位四通方向控制阀15的B口，整机控制器5控制三位四通方向控制阀15右端磁铁得电，三位四通方向控制阀15阀芯左移，液压油流经三位四通方向控制阀15的C口到达第二先导式单向阀6控制口推到阀芯开启，液压油从动臂油缸1无杆腔经第一先导式单向阀6到达双向液压泵19的左端出口，以实现动臂油缸1的主动下降，进而提供整机的额外向下作用力，以抵消因路面凸起作用而导致轮式工程机械向上的作用力。轮式工程机械主动臂额外力与轮式机械突变的重力形成一对平衡力，且路面不平度越大，工程机械动臂21的下降速度也越快。此平衡力使得轮式机械垂向合外力极大减少，轮式工程机械的平顺性及行驶速度得到大幅度提升。

（2）本实施例基于预瞄信息的提高轮式工程机械行驶速度的主动机械臂系统与实施例一基于预瞄信息的提高轮式工程机械行驶速度的主动机械臂系统相同。

以上，本发明涉及的基于预瞄信息的提高轮式工程机械行驶速度的主动机械臂系统也可适用轮式工程机械铲斗22的主动旋转，同时也适用轮式工程机械工程机械动臂21和工程机械铲斗22共同的主动动作。

本发明第二实施例提供一种轮式工程机械，包括上述所述的提高工程机械行驶速度的主动机械臂系统。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种提高工程机械行驶速度的主动机械臂系统，其特征在于，包括动臂油缸、整机控制器、第一先导式单向阀、梭阀、溢流阀、第一油箱、第二油箱、第二先导式单向阀、第三油箱、双向液压泵、工程机械动臂、工程机械铲斗、工程机械前车架、铲斗油缸、第一铲斗连杆、第二铲斗连杆，与整机控制器信号连接的电控操纵手柄、激光雷达、三位三通方向控制阀、三位四通方向控制阀、液压泵驱动电机控制器、动臂油缸位置传感器、压力传感器、流量传感器，及与液压泵驱动电机控制器电连接的动力电池、双向泵驱动电机；

所述工程机械前车架与动臂油缸、工程机械动臂、铲斗油缸铰接，动臂油缸还与工程机械动臂铰接，工程机械动臂还与铲斗油缸、第一铲斗连杆、工程机械铲斗铰接，铲斗油缸还与第一铲斗连杆铰接，第一铲斗连杆还与第二铲斗连杆铰接，第二铲斗连杆还与工程机械铲斗铰接；双向泵驱动电机与双向液压泵通过联轴器连接；

所述动臂油缸与梭阀、第一先导式单向阀、第二先导式单向阀连通，梭阀还与溢流阀、三位四通方向控制阀的A口、第一先导式单向阀、第二先导式单向阀连通，溢流阀还与第一油箱连通，三位四通方向控制阀的B口与第二油箱连通，且其C口、D口分别与第一先导式单向阀、第二先导式单向阀的控制口连通；三位三通方向控制阀的A口与第三油箱连通，其B口、C口分别与双向液压泵的两端出口连通，且第一先导式单向阀和第二先导式单向阀也分别与双向液压泵的两端出口连通。

2.根据权利要求1所述的提高工程机械行驶速度的主动机械臂系统，其特征在于，所述液压泵驱动电机控制器通过高压线束与所述动力电池和双向泵驱动电机连接。

3.根据权利要求1所述的提高工程机械行驶速度的主动机械臂系统，其特征在于，所述整机控制器通过CAN与所述电控操纵手柄、激光雷达、液压泵驱动电机控制器、动臂油缸位置传感器、压力传感器及流量传感器连接；所述整机控制器通过信号线与所述三位三通方向控制阀两端电磁铁线圈和三位四通方向控制阀两端电磁铁线圈连接。

4.根据权利要求1所述的提高工程机械行驶速度的主动机械臂系统，其特征在于，所述工程机械动臂的额外力与轮式机械突变的重力为一对平衡力。

5.根据权利要求4所述的提高工程机械行驶速度的主动机械臂系统，其特征在于，所述主动机械臂系统配置为在前方道路较当前道路凹陷时，动臂油缸会主动升起，进而带动工程机械动臂升起，且路面不平度越大，工程机械动臂的升起速度越快。

6.根据权利要求4所述的提高工程机械行驶速度的主动机械臂系统，其特征在于，所述主动机械臂系统配置为在前方道路较当前道路凸起时，动臂油缸会主动下降，进而带动工程机械动臂下降，且路面不平度越大，工程机械动臂的下降速度越快。

7.一种轮式工程机械，其特征在于，包括如权利要求1-6任意一项所述的提高工程机械行驶速度的主动机械臂系统。

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