CN116917581A - 作业机械及用于控制作业机械的方法 - Google Patents

Abstract

第一传感器检测第一参数。第一参数与刮板的刀尖向下的贯穿力有关。控制器基于第一参数判定贯穿力是否不足。控制器在判定为贯穿力不足时，使刮板向前倾方向俯仰动作。

Description

作业机械及用于控制作业机械的方法

技术领域

本发明涉及一种作业机械以及用于控制作业机械的方法。

背景技术

在作业机械中，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(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(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

刮板的俯仰角会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的不同，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，刮板向下的贯穿力小。因此，在负荷小的作业中俯仰角小于适当值时，有时作业机械的履带的前部会悬空。此时，作业性降低。

因此，期望根据作业的负荷适当地调整刮板的俯仰角。但是，即使是熟练的操作员，也不容易根据作业的负荷手动准确地选择适当的俯仰角。本公开的目的在于，在作业机械中，能够根据作业的负荷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具有车身、刮板、俯仰促动器、第一传感器和控制器。刮板相对于车身能够绕俯仰轴转动地被支承。俯仰促动器与刮板连接，使刮板绕俯仰轴向前倾方向和后倾方向俯仰动作。第一传感器检测第一参数。第一参数与刮板的刀尖向下的贯穿力有关。控制器基于第一参数判定贯穿力是否不足。控制器在判定为贯穿力不足时，控制俯仰促动器，使刮板向前倾方向俯仰动作。

本公开第二方面的方法是用于控制工作机械的方法。作业机械具有车身、刮板和俯仰促动器。刮板相对于车身能够绕俯仰轴转动地被支承。俯仰促动器与刮板连接，使刮板绕俯仰轴向前倾方向和后倾方向俯仰动作。该方法包括：检测与刮板的刀尖向下的贯穿力有关的第一参数的步骤；基于第一参数判定贯穿力是否不足的步骤；在判定为贯穿力不足时控制俯仰促动器使刮板向前倾方向俯仰动作。

发明效果

根据本发明，在作业机械中，能够根据作业的负荷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面图。

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是表示施加在刮板上的负荷的示意图。

图6是表示升降促动器的底压与贯穿行程的关系的图。

图7是表示自动控制下的俯仰动作的图。

图8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的侧面图。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，向前倾方向和后倾方向俯仰动作。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收缩，刮板18上升。通过升降促动器19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伸长，刮板18前倾。随着俯仰促动器20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具有发动机22、液压泵23和动力传递装置24。液压泵23由发动机22驱动，排出动作油。从液压泵23排出的动作油被供给到升降促动器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包括控制器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例如包含CPU。存储装置28例如包含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(non-transitory)的可由计算机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及俯仰促动器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供给的动作油的流量。控制阀27控制从液压泵23向俯仰促动器20供给的动作油的流量。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的提升操作和下降操作的操作。当操作员对操作装置31进行提升操作时，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。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的操作对应的先导液压。通过由来自操作装置31的先导液压控制控制阀27，从而可以控制升降促动器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。操作员可使用操作装置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包括第一压力传感器37和第二压力传感器38。第一压力传感器37检测升降促动器19的底压。升降促动器19的底压是当升降促动器19收缩时被压缩的动作油的液压。第二压力传感器38检测俯仰促动器20的头压。俯仰促动器20的头压是俯仰促动器20伸长时被压缩的动作油的油压。

控制器26从第一压力传感器37接收表示升降促动器19的底压的第一检测信号。控制器26从第二压力传感器38接收表示俯仰促动器20的头压的第二检测信号。

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基于第一检测信号和第二检测信号控制刮板18的俯仰角。控制器26在满足了规定的执行条件时，执行俯仰角的自动控制。规定的执行条件包括第一条件和第二条件。第一条件是升降促动器19的底压在第一阈值以上。第二条件是俯仰促动器20的头压在第二阈值以下。

图5是表示施加在刮板18上的负荷的示意图。如图5所示，刮板18的刀尖P0通过升降促动器19的底压，以向正下方的贯穿力F1压靠在接地面G1上并贯穿地面。如图6所示，升降促动器19的底压根据该贯穿行程而变动。即，升降促动器19的底压与刮板18的刀尖P0的贯穿行程有关。升降促动器19的底压随着贯穿行程的减小而增大。第一阈值基于前轮41悬空时的底压B0的值来决定。在图6中，B1表示第一阈值。S1表示升降促动器19的底压为第一阈值B1时的贯穿行程。如图6所示，第一阈值B1小于前轮41悬空时的底压B0。

第二条件表示作业机械1不在挖掘作业中。如图5所示，刮板18的刀尖P0承受水平方向的负荷F2。作业机械1在挖掘作业中，该水平方向的负荷F2变大。第二阈值被确定为使得作业机械1可被认为不是在挖掘作业中那样较小的值。

当第一条件和第二条件都满足时，控制器26执行俯仰角的自动控制。当第一条件和第二条件都满足时，控制器26增大俯仰角。即，控制器26在第一条件和第二条件都满足时，如图7所示，以使刮板18前倾的方式变更俯仰角。由此，通过增大向下的贯穿力F1，能够防止前轮41的悬空。

控制器26存储俯仰角数据。俯仰角数据规定升降促动器19的底压与目标俯仰角的关系。控制器26在自动控制中，参照俯仰角数据，根据升降促动器19的底压确定目标俯仰角。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8是表示俯仰角数据的一例的图。

在图8中，阈值B1是上述的第一阈值。控制器26使升降促动器19的底压为第一阈值B1以上，使目标俯仰角增大。由此，刮板18前倾。控制器26在升降促动器19的底压从第一阈值B1到第三阈值B2的范围内，根据升降促动器19的底压的增大，增大目标俯仰角。在升降促动器19的底压为第三阈值B2以上时，目标俯仰角在最大俯仰角θmax恒定。

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的操作来变更刮板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，基于升降促动器19的底压判定贯穿力F1是否不足。升降促动器19的底压与刮板18的刀尖P0向下的贯穿力F1有关。控制器26在判定为贯穿力F1不足时，使刮板18向前倾方向俯仰动作。由此，通过增大贯穿力F1，能够防止前轮41的悬空。如上所述，在本实施方式的作业机械1中，能够根据作业的负荷容易且适当地调整刮板18的俯仰角。

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以进行各种变更。

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。

第一参数不限于升降促动器19的底压。第一参数可以是升降架的俯仰角等其它参数或它们的组合。第二参数不限于俯仰促动器20的头压。第二参数可以是刮板18的俯仰角等其它参数或它们的组合。

产业上的可利用性

根据本公开，在作业机械中，根据作业的负荷，能够容易且适当地调整刮板的俯仰角。

标记说明

11：车身

16：履带

17：升降架

18：刮板

19：升降促动器

20：俯仰促动器

26：控制器

37：第一压力传感器

38：第二压力传感器

41：前轮

42：后轮

Claims (14)

1.一种作业机械，其中，具有：

车身；

刮板，其相对于所述车身能够绕俯仰轴转动地被支承；

俯仰促动器，其与所述刮板连接，使所述刮板绕所述俯仰轴向前倾方向和后倾方向俯仰动作；

第一传感器，其检测与所述刮板的刀尖向下方的贯穿力有关的第一参数；

控制器，其基于所述第一参数判定所述贯穿力是否不足，在判定为所述贯穿力不足时，控制所述俯仰促动器，使所述刮板向所述前倾方向俯仰动作。

2.如权利要求1所述的作业机械，其中，还具有：

升降架，其相对于所述车身能够绕升降轴转动地被支承；

升降促动器，其与所述升降架和所述车身连接，使所述升降架绕所述升降轴上下升降动作，

所述升降促动器是液压缸，

所述第一参数是所述升降促动器的底压。

3.如权利要求2所述的作业机械，其中，

所述控制器在所述第一参数为第一阈值以上时，根据所述第一参数的增大，使所述刮板的俯仰角向所述前倾方向增大。

4.如权利要求1～3中任一项所述的作业机械，其中，

所述车身具有前轮、后轮及卷绕在所述前轮和所述后轮上的履带，

所述第一阈值基于所述前轮悬空时的所述贯穿力来决定。

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的挖掘状态，

根据所述挖掘状态，使所述刮板向所述前倾方向俯仰动作。

6.如权利要求5所述的作业机械，其中，

还具备检测与所述刮板的刀尖所承受的水平方向的负荷有关的第二参数的第二传感器，

所述控制器基于所述第二参数判定所述挖掘状态。

7.如权利要求6所述的作业机械，其中，

所述俯仰促动器是液压缸，

所述第二参数是所述俯仰促动器的头压。

8.一种方法，用于控制具有车身、刮板、俯仰促动器的作业机械，所述刮板相对于所述车身能够绕俯仰轴转动地被支承，所述俯仰促动器与所述刮板连接，使所述刮板绕所述俯仰轴向前倾方向和后倾方向俯仰动作，其中，具有如下步骤：

检测与所述刮板的刀尖向下的贯穿力有关的第一参数的步骤；

基于所述第一参数判定所述贯穿力是否不足的步骤；

在判定为所述贯穿力不足时，控制所述俯仰促动器，使所述刮板向所述前倾方向俯仰动作的步骤。

9.如权利要求8所述的方法，其中，

所述作业机械还具有：

升降架，其相对于所述车身能够绕升降轴转动地被支承；

升降促动器，其与所述升降架和所述车身连接，使所述升降架绕所述升降轴上下升降动作，

所述升降促动器是液压缸，

所述第一参数是所述升降促动器的底压。

10.如权利要求9所述的方法，其中，

在所述第一参数为第一阈值以上时，根据所述第一参数的增大，使所述刮板的俯仰角向所述前倾方向增大。

11.如权利要求8～10中任一项所述的方法，其中，

所述车身具有前轮、后轮及卷绕在所述前轮和所述后轮上的履带，

所述第一阈值基于所述前轮悬空时的所述贯穿力来决定。

12.如权利要求8～11中任一项所述的方法，其中，还具有如下步骤：

判定所述作业机械的挖掘状态的步骤；

根据所述挖掘状态，使所述刮板向所述前倾方向俯仰动作的步骤。

13.如权利要求12所述的方法，其中，还具有如下的步骤：

检测与所述刮板的刀尖所承受的水平方向的负荷有关的第二参数的步骤；

基于所述第二参数判定所述挖掘状态的步骤。

14.如权利要求13所述的方法，其中，

所述俯仰促动器是液压缸，

所述第二参数是所述俯仰促动器的头压。