CN116917580A - 作业机械及用于控制作业机械的方法 - Google Patents

Abstract

刮板相对于升降架能够绕俯仰轴转动地被支承。俯仰促动器与刮板和升降架连接，使刮板绕俯仰轴在前倾方向和后倾方向上俯仰动作。控制器取得车身的牵引力。控制器控制俯仰促动器以基于牵引力改变刮板的俯仰角。

Description

作业机械及用于控制作业机械的方法

技术领域

本发明涉及作业机械及用于控制作业机械的方法。

背景技术

在作业机械中，具有能够根据操作员的操作调整刮板的俯仰角的机械。例如，在专利文献1的作业机械中设有用于调整刮板的俯仰角的操作杆。在操作杆上设有开关。当开关接通时操作杆向右倾倒时，控制液压缸以使刮板前俯(pitch dump，前倾)。当开关接通时操作杆向左倾倒时，控制液压缸以使刮板后仰(pitch back，后倾)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开平7-252859号公报

发明内容

发明要解决的课题

刮板的俯仰角影响挖掘或整地等的作业性。但是，刮板的俯仰角根据作业内容，适当的角度不同。例如，在俯仰角小、即刮板后倾时，挖掘阻力小，挖掘性良好，另一方面，向后方的土洒出大，整地性差。相反，在俯仰角大、即刮板前倾时，刮板向下方的贯穿力大，整地性良好，另一方面，挖掘阻力大，挖掘性差。

在像挖掘这样作业机械的牵引力大的作业中，在挖掘阻力大的情况下，作业机械的前后方向上的接地压的平衡变差，从而容易产生滑移。接地压的平衡可通过调整刮板的俯仰角来改善。例如，通过减小俯仰角，刮板的吃土量增加。由此，与在车身前部安装配重的情况同样，使履带的前部悬空的力变小，接地压的平衡得到改善。但是，即使是熟练的操作员，为了抑制滑移的发生，也不容易通过手动准确地选择适当的俯仰角。本发明的目的在于，在作业机械中，为了抑制滑移的发生，能够容易且适当地调整刮板的俯仰角。

用于解决课题的技术方案

本公开第一方面的作业机械包括车身、升降架、刮板、俯仰促动器和控制器。升降架相对于车身能够绕升降轴转动地被支承。刮板相对于升降架能够绕俯仰轴转动地被支承。俯仰促动器与刮板和升降架连接，使刮板绕俯仰轴在前倾方向和后倾方向上俯仰动作。控制器取得车身的牵引力。控制器控制俯仰促动器以基于牵引力改变刮板的俯仰角。

本公开第二方面的方法是用于控制工作机械的方法。作业机械包括车身、升降架、刮板和俯仰促动器。升降架相对于车身能够绕升降轴转动地被支承。刮板相对于升降架能够绕俯仰轴转动地被支承。俯仰促动器与刮板和升降架连接，使刮板绕俯仰轴在前倾方向和后倾方向上俯仰动作。该方法包括如下的步骤：取得车身的牵引力的步骤；控制俯仰促动器以基于牵引力改变刮板的俯仰角的步骤。

发明效果

根据本发明，控制俯仰促动器以基于作业机械的牵引力来改变刮板的俯仰角。由此，通过提高作业机械的前后方向上的接地压的平衡，来抑制滑移的发生。因此，根据本公开，在作业机械中，为了抑制滑移的发生，能够容易且适当地调整刮板的俯仰角。

附图说明

图1是表示实施方式的作业机械的侧视图。

图2是表示作业机械的驱动系统和控制系统的结构的框图。

图3是表示刮板的升降动作的示意图。

图4(A)～(C)是表示刮板的俯仰角的图。

图5是表示作用于作业机械的履带的接地压的示意图。

图6是表示自动模式下的俯仰角的控制的示意图。

图7是表示俯仰角数据的一例的图。

具体实施方式

以下，参照附图对实施方式的作业机械进行说明。图1是表示实施方式的作业机械1的侧视图。本实施方式的作业机械1是推土机。作业机械1具有车身11和作业机12。

车身11包括驾驶室13、发动机室14和行驶装置15。在驾驶室13配置有未图示的驾驶座。发动机室14配置在驾驶室13的前方。行驶装置15设置在车身11的下部。行驶装置15包括前轮41、后轮42和履带16。另外，在图1中，仅图示了左侧的履带16。前轮41配置在后轮42的前方。履带16卷绕在前轮41和后轮42上。通过履带16的旋转，作业机械1行驶。

作业机12安装在车身11上。作业机12具有升降架17、刮板18、升降促动器19和俯仰促动器20。升降架17相对于车身11能够绕升降轴X1转动地被支承。升降轴X1沿车身11的横向延伸。升降架17通过绕升降轴X1转动而上下进行升降动作。

刮板18配置在车身11的前方。刮板18相对于升降架17能够绕俯仰轴X2转动地被支承。俯仰轴X2沿车身11的横向延伸。刮板18通过绕俯仰轴X2转动，在前倾方向和后倾方向上进行俯仰动作。刮板18随着升降架17的上下动作而上下移动。

升降促动器19与车身11和升降架17连结。升降促动器19是液压缸。通过升降促动器19的伸缩，升降架17上下进行升降动作。通过升降促动器19的收缩，刮板18上升。通过升降促动器19的伸长，刮板18下降。

俯仰促动器20与升降架17和刮板18连接。俯仰促动器20是液压缸。通过俯仰促动器20的伸缩，刮板18在前后进行俯仰动作。通过刮板18的一部分例如上端前后动作，刮板18绕俯仰轴X2进行俯仰动作。通过俯仰促动器20的伸长，刮板18前倾。通过俯仰促动器20的收缩，刮板18后倾。

图2是表示作业机械1的驱动系统2和控制系统3的结构的框图。如图2所示，驱动系统2包括发动机22、液压泵23和动力传递装置24。液压泵23由发动机22驱动，排出工作油。从液压泵23排出的工作油被供给升降促动器19和俯仰促动器20。另外，在图2中图示了一个液压泵，但也可以设置多个液压泵。

动力传递装置24将发动机22的驱动力传递给行驶装置15。动力传递装置24例如也可以是HST(Hydro Static Transmission：静液压变速器)。或者，动力传递装置24例如也可以是变矩器或具有多个变速齿轮的变速器。

控制系统3具有控制器26和控制阀27。控制器26被编程为基于取得的数据来控制作业机械1。控制器26包括存储装置28和处理器29。处理器29例如包括CPU。存储装置28例如包括存储器和辅助存储装置。存储装置28例如可以是RAM或ROM等。存储装置28可以是半导体存储器或硬盘等。存储设备28是非暂时性的(non-transitory)计算机可读取的记录介质的一例。存储装置28可由处理器29执行，记录用于控制作业机械1的计算机指令。

控制阀27是比例控制阀，由来自控制器26的指令信号控制。控制阀27配置在升降促动器19和俯仰促动器20等液压促动器与液压泵23之间。控制阀27控制从液压泵23向升降促动器19供给的工作油的流量。控制阀27控制从液压泵23向俯仰促动器20供给的工作油的流量。另外，控制阀27也可以是压力比例控制阀。或者，控制阀27也可以是电磁比例控制阀。

控制系统3具有操作装置31和输入装置32。操作装置31例如包括杆。或者，操作装置31可以包括踏板或开关。操作员能够使用操作装置31手动操作作业机械1的行驶和作业机12的动作。操作装置31输出表示操作装置31的操作的操作信号。控制器26从操作装置31接收操作信号。

操作装置31能够操作刮板18的升降动作。详细地说，操作装置31能够进行刮板18的上升操作和下降操作的操作。当操作员对操作装置31进行上升操作时，控制器26控制升降促动器19以使刮板18上升。当操作员对操作装置31进行下降操作时，控制器26控制升降促动器19以使刮板18下降。

图3是表示作业机械1的升降动作的示意图。在图3中，P1表示刮板18的刀尖P0的最高位置。P2表示刮板18的刀尖P0的最低位置。作业机械1能够使刮板18在最高位置P1与最低位置P2之间进行升降动作。

操作装置31能够操作刮板18的俯仰动作。详细地说，操作装置31能够进行刮板18的前倾操作和后倾操作的操作。当操作员对操作装置31进行前倾操作时，控制器26控制俯仰促动器20以使刮板18前倾。当操作员对操作装置31进行后倾操作时，控制器26控制俯仰促动器20以使刮板18后倾。

图4(A)～图4(C)是表示刮板18的俯仰角的图。如图4(A)～图4(C)所示，刮板18的俯仰角θ1－θ3是刮板18的刀尖P0与履带16的接地面G1之间所成的角。图4(B)表示标准状态的刮板18的俯仰角θ2。图4(A)表示比标准状态前倾的刮板18的俯仰角θ1。图4(C)表示比标准状态后倾的刮板18的俯仰角θ3。刮板18越前倾，俯仰角越大。刮板18越后倾，俯仰角越小。即θ1＞θ2>θ3。

另外，操作装置31也可以是液压先导式的装置。例如，操作装置31也可以输出与操作装置31的操作相对应的先导液压。也可以通过根据来自操作装置31的先导液压来控制控制阀27，控制升降促动器19或俯仰促动器20。控制器26可以接收表示先导液压的信号作为操作信号。

输入装置32例如包括触摸面板。但是，输入装置32也可以包括开关等其他装置。操作员能够使用操作装置31进行控制器26对刮板18的俯仰角的控制模式的设定。稍后将详细说明刮板18的俯仰角的控制模式。

如图2所示，控制系统3包括车身传感器34、框架传感器35和刮板传感器36。车身传感器34安装在车身11上。车身传感器34检测车身11的姿势。框架传感器35安装在升降架17上。框架传感器35检测升降架17的姿势。刮板传感器36安装在刮板18上。刮板传感器36检测刮板18的姿势。

车身传感器34、框架传感器35和刮板传感器36分别是IMU(惯性测量装置、Inertial Measurement Unit)。但是，框架传感器35和刮板传感器36不限于IMU，也可以是角度传感器或缸的行程传感器等其他传感器。

车身传感器34检测车身11相对于水平的前后方向的角度(车身俯仰角)。框架传感器35检测升降架17的旋转角度。刮板传感器36检测刮板18的俯仰角。车身传感器34、框架传感器35和刮板传感器36分别输出表示检测出的角度的检测信号。

控制系统3包括牵引力传感器37。牵引力传感器37检测作业机械1的牵引力。例如，在动力传递装置24为HST的情况下，牵引力传感器37是检测HST的液压马达的驱动液压的液压传感器。控制器26根据驱动液压计算作业机械1的牵引力。或者，在动力传递装置24包括变矩器的情况下，牵引力传感器37也可以检测变矩器的输入转速和输出转速。控制器26也可以根据变矩器的输入和输出的转速比和转矩比计算作业机械1的牵引力。或者，控制器26也可以根据发动机22的输出转矩计算作业机械1的牵引力。

接着，对刮板18的俯仰角的控制模式进行说明。刮板18的俯仰角的控制模式包括自动模式和手动模式。控制器26根据输入装置32的操作切换自动模式和手动模式。操作员通过操作输入装置32能够选择自动模式和手动模式。

在自动模式下，控制器26控制俯仰促动器20以基于作业机械1的牵引力改变刮板18的俯仰角。控制器26在满足规定的执行条件时，执行自动模式下的俯仰角的控制。预定的执行条件包括第一条件和第二条件。

第一条件是牵引力在第一阈值以上。第一阈值基于发生打滑(shoe slip)时的牵引力的大小来决定。图5是表示作用于作业机械1的履带16的接地压的示意图。在图5中，箭头标记A1表示履带16的接地压。箭头标记F1表示作业机械1的牵引力。在牵引力F1为第一阈值以上时，如图5所示，在作业机械1的前后方向上，接地压A1不恒定，变得不均匀。在这种状态下，容易发生打滑。

第二条件是作业机械1不处于上坡行驶中。控制器26例如根据车身传感器34检测出的车身11的俯仰角，判定作业机械1是否处于上坡行驶中。控制器26在满足了第一条件和第二条件时，执行自动模式下的俯仰角的控制。控制器26在不满足第一条件和第二条件中的任一条件时，不执行自动模式下的俯仰角的控制。因此，控制器26在判断为作业机械1处于上坡行驶时，不执行自动模式下的俯仰角的控制。在自动模式下，如图6所示，控制器26控制俯仰促动器20以使刮板18后倾。由此，通过配重效应，在作业机械1的前后方向上，接地压A1均匀地接近，抑制打滑的发生。

控制器26存储俯仰角数据。俯仰角数据规定牵引力F1与目标俯仰角的关系。控制器26参照俯仰角数据，根据牵引力F1决定目标俯仰角。控制器26控制俯仰促动器20，以使刮板18的俯仰角成为目标俯仰角。

图7是表示俯仰角数据的一例的图。在图7中，B1是上述的第一阈值。B2是第二阈值，大于第一阈值B1。俯仰角数据在从牵引力F1的第一阈值B1到第二阈值B2的范围内，规定随着牵引力F1的增大而减小的目标俯仰角。因此，控制器26在自动控制中，在从第一阈值B1到第二阈值B2的范围内，根据牵引力F1的增大，使刮板18后倾。俯仰角数据相对于第二阈值B2以上的牵引力F1，以最小俯仰角θmin规定恒定的目标俯仰角。最小俯仰角θmin是后倾方向上的刮板18的俯仰角的极限值。因此，控制器26在牵引力F1为第二阈值B2以上时，使刮板18后倾至后倾方向的极限位置。

在手动模式下，控制器26控制俯仰促动器20，以根据操作装置31的操作来改变刮板18的俯仰角。另外，在没有操作装置31的操作时，控制器26控制俯仰促动器20以维持刮板18的俯仰角。例如，在没有操作装置31的操作时，即使在控制阀27中动作油的一部分泄漏，控制器26也控制俯仰促动器20以维持刮板18的俯仰角。

在以上说明的本实施方式的作业机械1中，控制俯仰促动器20以基于作业机械1的牵引力F1来改变刮板18的俯仰角。由此，通过提高作业机械1的前后方向上的接地压A1的平衡，能够抑制打滑的发生。

以上，对本发明的一实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离发明主旨的范围内可进行各种变更。

作业机械1不限于推土机，也可以是轮式装载机、平地机等其他车辆。控制器26可以具有彼此独立的多个控制器。控制器26的处理不限于上述实施方式，也可以变更。也可以省略上述自动模式或手动模式下的处理的一部分。或者，也可以变更上述处理的一部分。

升降促动器19和俯仰促动器20不限于液压缸。升降促动器19和俯仰促动器20也可以是例如电动马达等其他促动器。

产业上的可利用性

根据本发明，在作业机械中，为了抑制滑移的发生，能够容易且适当地调整刮板的俯仰角。

附图标记说明

11：车身

16：履带

17：升降架

18：刮板

20：俯仰促动器

26：控制器

Claims (10)

1.一种作业机械，其中，具有：

车身；

升降架，其相对于所述车身能够绕升降轴转动地被支承；

刮板，其相对于所述升降架能够绕俯仰轴转动地被支承；

俯仰促动器，其与所述刮板和所述升降架连接，使所述刮板绕所述俯仰轴在前倾方向和后倾方向上俯仰动作，

控制器，其取得所述车身的牵引力，控制所述俯仰促动器以基于所述牵引力改变所述刮板的俯仰角。

2.如权利要求1所述的作业机械，其中，

所述控制器判定所述牵引力是否为第一阈值以上，

在判定为所述牵引力为所述第一阈值以上时，控制所述俯仰促动器以使所述刮板后倾。

3.如权利要求2所述的作业机械，其中，

所述控制器控制所述俯仰促动器以使所述刮板根据所述牵引力的增大而后倾。

4.如权利要求2或3所述的作业机械，其中，

所述控制器判定所述牵引力是否为比所述第一阈值大的第二阈值以上，

在所述牵引力为所述第二阈值以上时，控制所述俯仰促动器以使所述刮板后倾至所述后倾方向的极限位置。

5.如权利要求1～4中任一项所述的作业机械，其中，

所述控制器判定所述作业机械是否处于上坡行驶中，

在判定为所述作业机械不处于上坡行驶中时，控制所述俯仰促动器以基于所述牵引力改变所述刮板的俯仰角。

6.一种用于控制作业机械的方法，该作业机械具有车身、相对于所述车身能够绕升降轴转动地被支承的升降架、相对于所述升降架能够绕俯仰轴转动地被支承的刮板、以及与所述刮板和所述升降架连接且使所述刮板绕所述俯仰轴在前倾方向和后倾方向上俯仰动作的俯仰促动器，其中，

具有如下步骤：

取得所述车身的牵引力的步骤；

控制所述俯仰促动器以基于所述牵引力改变所述刮板的俯仰角的步骤。

7.如权利要求6所述的方法，其中，

具有如下的步骤：

判定所述牵引力是否为第一阈值以上的步骤；

在判定为所述牵引力为所述第一阈值以上时，控制所述俯仰促动器以使所述刮板后倾的步骤。

8.如权利要求7所述的方法，其中，

还具有如下的步骤：控制所述俯仰促动器以使所述刮板根据所述牵引力的增大而后倾的步骤。

9.如权利要求7或8所述的方法，其中，

还具有如下的步骤：

判定所述牵引力是否为比所述第一阈值大的第二阈值以上的步骤；

在所述牵引力为所述第二阈值以上时，控制所述俯仰促动器以使所述刮板后倾至所述后倾方向的极限位置的步骤。

10.如权利要求6～9中任一项所述的方法，其中，

还具有如下的步骤：

判定所述作业机械是否处于上坡行驶中的步骤；

在判定为所述作业机械不处于上坡行驶中时，控制所述俯仰促动器以基于所述牵引力改变所述刮板的俯仰角的步骤。