CN205917759U - 装载机智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种装载机智能控制系统，该系统包括一种装载机智能控制系统，包括一整机控制器，整机控制器分别与动力系统控制器、行走制动系统控制器、电控变量泵、电控溢流阀、第一电控流量阀、第二电控流量阀、第一电控减压阀、第二电控减压阀、第一电控换向阀、第二电控换向阀、第一压力传感器、第二压力传感器、第一位移传感器、第二位移传感器、轮速传感器相连接；动力系统控制器分别与电控变速器、电喷发动机、第一电控离合器及第二电控离合器连接；电控变速器经第一电控离合器与电控变量泵连接、经第二电控离合器与驱动轴连接。本实用新型的技术方案可替代驾驶员进行自动智能铲装物料，减轻驾驶员劳动强度，改善机器工作状态，促进装载机行业更高效更健康发展。

Description

装载机智能控制系统

技术领域

本实用新型属于装载机控制领域，具体涉及一种装载机智能控制系统。

背景技术

装载机广泛应用于各种工程现场，极大地方便了现场作业，大大提高了劳动效率，并极大地减轻了工人劳动强度，是这些场地不可缺少的装运工具。然而，由于存在被装载对象及装载场所复杂等问题，以及装载机工作时噪声大且机器振动明显、驾驶员工作时间长，导致装载机驾驶员劳动强度高、易疲劳，也影响着装载机的正常工作。

发明内容

为降低装载机驾驶员劳动强度，改善装载机工作状况、降低其故障率、延长机器使用寿命，本实用新型提供一种装载机智能控制系统。

本实用新型采用以下技术方案实现：一种装载机智能控制系统，其包括一整机控制器，所述整机控制器分别与动力系统控制器、行走制动系统控制器、电控变量泵、电控溢流阀、第一电控流量阀、第二电控流量阀、第一电控减压阀、第二电控减压阀、第一电控换向阀、第二电控换向阀、第一压力传感器、第二压力传感器、第一位移传感器、第二位移传感器、轮速传感器相连接；所述动力系统控制器分别与电控变速器、电喷发动机、第一电控离合器及第二电控离合器连接；所述电控变速器经第一电控离合器与电控变量泵相连接；所述电控变速器经第二电控离合器与驱动轴连接；所述装载机行走制动系统控制器与装载机行走制动系统连接；所述第一压力传感器、第一电控换向阀、第一电控减压阀、第一电控流量阀依次连接；所述第二压力传感器、第二电控换向阀、第二电控减压阀、第二电控流量阀依次连接；所述电控变量泵出油口旁路经电控溢流阀与油箱连接，所述电控变量泵提供的一路压力油经第一电控流量阀、第一电控减压阀、第一电控换向阀进入动臂油缸工作腔，其提供的另一路压力油经第二电控流量阀、第二电控减压阀、第二电控换向阀进入转斗油缸工作腔。

进一步的，还包括与所述整机控制器连接的工况触摸屏、显示屏、声光警示系统、无线通讯网络模块。

进一步的，还包括与所述整机控制器连接的加速踏板、制动踏板、操作手柄组。

进一步的，所述第一电控流量阀、第二电控流量阀、第一电控减压阀、第二电控减压阀、电控变量泵、电控溢流阀等电控装置，包括但不限于为电控比例流量阀、数字控制流量阀、电控比例减压阀、数字控制减压阀、电控比例变量泵、数字控制变量泵、电控比例溢流阀、数字控制溢流阀。

进一步的，所述整机控制器、动力系统控制器、行走制动系统控制器可以是上位机与下位机的关系，或通过CAN等总线连接。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案可替代驾驶员进行自动智能铲装物料，减轻驾驶员劳动强度，改善机器工作状态，促进装载机行业更高效更健康发展。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的系统原理框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步解释说明。

参见图1，本实用新型涉及一种装载机智能控制系统，其包括一整机控制器，所述整机控制器分别与动力系统控制器、行走制动系统控制器、电控变量泵、电控溢流阀、第一电控流量阀、第二电控流量阀、第一电控减压阀、第二电控减压阀、第一电控换向阀、第二电控换向阀、第一压力传感器、第二压力传感器、第一位移传感器、第二位移传感器、轮速传感器相连接；所述动力系统控制器分别与电控变速器、电喷发动机、第一电控离合器及第二电控离合器连接；所述电控变速器经第一电控离合器与电控变量泵相连接；所述电控变速器经第二电控离合器与驱动轴连接；所述装载机行走制动系统控制器与装载机行走制动系统连接；所述第一压力传感器、第一电控换向阀、第一电控减压阀、第一电控流量阀依次连接；所述第二压力传感器、第二电控换向阀、第二电控减压阀、第二电控流量阀依次连接；所述电控变量泵出油口旁路经电控溢流阀与油箱连接，所述电控变量泵提供的一路压力油经第一电控流量阀、第一电控减压阀、第一电控换向阀进入动臂油缸工作腔，其提供的另一路压力油经第二电控流量阀、第二电控减压阀、第二电控换向阀进入转斗油缸工作腔。

进一步的，还包括与所述整机控制器连接的工况触摸屏、显示屏、声光警示系统、无线通讯网络模块。

进一步的，还包括与所述整机控制器连接的加速踏板、制动踏板、操作手柄组。

进一步的，所述第一电控流量阀、第二电控流量阀、第一电控减压阀、第二电控减压阀、电控变量泵、电控溢流阀等电控装置，包括但不限于为电控比例流量阀、数字控制流量阀、电控比例减压阀、数字控制减压阀、电控比例变量泵、数字控制变量泵、电控比例溢流阀、数字控制溢流阀。

以下简要阐述本装载机智能控制系统应用方法如下，该应用方法非本实用新型要保护内容：

本装载机智能控制系统的实用新型技术适用于可人工操作也可完全靠智能控制技术实现铲斗装载作业的装载机。当驾驶员插入车钥匙人工启动装载机后，其整机控制器就立刻启动并进入工作状态。然后，驾驶员通过工况触摸屏选择铲斗装载作业是人工操作还是靠整机控制器的全智能控制自动实现。当驾驶员选择全智能自动操作铲斗进行装载作业后，还必须接着通过工况触摸屏选择铲装作业对象。当装有本装载机智能控制技术的装载机整机控制器，检测到驾驶员通过工况触摸屏输入的全智能自动铲装以及铲装物料类型后，立刻按铲装物料类型查找事先存在其存储里的与物料类型相对应的作业方案资料（包括铲装轨迹、液压系统最高油压、动臂油缸和转斗油缸流量、液压系统总流量和变量泵转速及变量值、动臂油缸活塞位移和转斗油缸活塞位移关系等）等，并从中自动智能选择此时铲斗铲装时相应的液压系统工作参数和作业时间等。当驾驶员选择人工操作后，本智能控制技术不参与铲斗装载作业过程，驾驶员靠操纵手柄组、踏板组并经整机控制器间接控制液压系统和行走系统联合工作完成铲斗装载作业。

一旦驾驶员通过工况触摸屏选择了全智能控制进行铲斗的自动装载作业及铲装物料对象后，驾驶员启动发动机、挂好档位、合上行走离合器、松开行走制动器，将装载机开到待铲装物料堆前面，并将铲斗正对着待铲装的物料堆，然后松开行走离合器、让行走制动器抱闸，使装载机停下不动，然后搬动工作类型操作手柄到智能控制自动装载位置，让装载机的整机控制器开始接管控制装载机并自动进行装载作业操纵控制。当驾驶员想人工操作来进行铲斗的铲装时，仅需搬动工作类型操纵手柄到人工作业位置即可，接着由其操纵手柄组、踏板组等经整机控制器进行具体的人工操纵铲斗铲装作业，此时本智能控制技术不起作用。

当检测发现驾驶员的工作类型操纵手柄置于机器智能自动控制铲斗装载作业位置、且同时获得驾驶员输入的与铲装物料类型的相关的装载机液压系统的工作参数后，装有本智能控制技术的装载机整机控制器，马上测取用于测算动臂位置的位移传感器1数值和测取铲斗相对动臂位置的位移传感器2的数值，然后根据存储在其存储器里的关于动臂角度、铲斗相对动臂角度与动臂油缸活塞位移及转斗油缸活塞位移的关系，以及它们与铲斗姿态及离地高度关系的模型，立即计算获得此时铲斗底部平面（即安装有斗齿部的面）与地面的倾角及离地高度，接着计算使铲斗底部平面处于水平状态且离地面距离为z1时，动力油缸活塞与转斗油缸活塞的各自移动方向及各自位移大小。接着，整机控制器再根据其存储器里的铲装物料类型与预先设置的相应的油压系统最高压力和总流量、动臂油缸最大压力和转斗油缸最大压力大小、动臂油缸活塞移动速度和转斗油缸活塞移动速度等，自动选择好此时的电控溢流阀相应的泄流油压即此时系统最大油压bp、电控减压阀1和电控减压阀2的各自减压值、电控流量阀1和电控流量阀2的各自流量大小，然后自动对这些电控阀按顺序逐一进行调节直至达到各自预选值为止。

装有本智能控制技术的整机控制器在调整好上述各个电控阀的工作参数后，接着根据上述计算得到的动臂油缸活塞和转斗油缸活塞各自的移动方向，通过自动调整各自阀芯位置让电控换向阀1和电控换向阀2的拟出油口和拟回油口分别与各自油缸的此时拟进油口及拟排油口接通；然后根据整机控制器的存储器里的关于铲装前调整铲斗位置的液压系统的工作参数表格，调整电控变量泵的变量参数使其排量为一个小量sqb, 接着整机控制器通过动力系统控制器，调整变速器速比为预期值ig1和调整发动机节气门大小使发动机转速处于经济速度wfj, 接着再让连接发动机变速器与电控变量泵的电控离合器1合上，让发动机驱动变量泵开始工作，使压力油从油泵缓慢进入动臂油缸和转斗油缸并推动活塞移动，让动臂与铲斗朝预期位置缓慢运动直至同时抵达预期位置。

为保证铲斗底部平面水平以及铲斗底部平面离地间隙，装有本智能控制技术的整机控制器每隔一段时间dt1，测量一次位移传感器1的数值和位移传感器2的数值，然后根据存储在其存储器里的关于动臂角度、铲斗相对动臂角度与动臂油缸活塞位移及转斗油缸活塞位移的关系，以及它们与铲斗姿态及离地高度关系的模型，立即计算获得此时铲斗底部平面（即安装有斗齿部的面）与地面的倾角及离地高度，然后将这个实时位姿与预期位姿比较，若发现目前铲斗位姿未达预期位姿，该整机控制器继续让变量泵缓慢地给这两个油缸输油；该检测、计算、比较、输油过程不断按这个间隔规律重复进行，直至铲斗姿态和离地间隙满足预期要求为止。

在铲斗姿态与底部高度都满足铲装物料要求后，装有本智能控制技术的整机控制器控制电控换向阀1和电控换向阀2的各自阀芯移动到中间位置，使动臂油缸和转斗油缸处于锁死不动状态（即保持此时的铲斗位姿不变），并让变量泵保持相同的排量继续工作着，其排出的液压油借助回油管流回油箱。

装有本智能控制技术的整机控制器，接着调取其存储器里的铲斗水平插入深度x1等参数，然后自动通过动力系统控制器使变速器与行走驱动轴连接的电控离合器2合上、且通过行走制动控制器让行走系统制动器松开，然后整机控制器自动控制着装载机行走系统工作，驱使装载机低速前行直至装载机铲斗水平插入物料。当铲斗插入物料瞬间，监测装载机行走状态的加速度传感器立刻感知（或利用压力传感器1和压力传感器2来感知）到铲斗已插入物料堆中并将该信息发回给整机控制器，从这个时刻开始，每隔一段时间dt2，整机控制器就测取一次加速度传感器数值（或同时测取压力传感器1和压力传感器2的数值），然后根据其存储器里的插入过程整机行走减速度大小与铲斗插入物料深度的数学关系（或利用压力传感器1和压力传感器2的数值大小与铲斗插入物料深度的数学关系），计算得到此时铲斗的插入深度。若计算判断此时铲斗插入深度未达到预期值x1，整机控制器让装载机行走系统继续前行。该检测、计算、判断、行走过程不断依此规律重复进行，直至整机控制器经过计算判断铲斗的插入深度已达预期值x1为止。当判断铲斗插入深度已达预期值x1，整机控制器立刻让行走系统与发动机变速器连接的电控离合器2松开，并让行走制动系统抱闸使装载机停止前行。

接着，根据存储器里对应铲装物料类型和电控变量泵排量的关系、以及相应的铲斗铲装轨迹等参数，装有本智能控制技术的整机控制器自动调整控制好电控变量泵的排量大小；接着根据存储器里的对应物料预设的铲斗铲装轨迹，以及按存储器里相应预设的动臂活塞和转斗活塞各自移动方向和各自移动速度，整机控制器自动计算调整好电控流量阀1和电控流量阀2的各自流量大小，自动让电控换向阀1和电控换向阀2的拟出油口和拟回油口分别与此时各自油缸的拟进油口及拟排油口接通，立即开始了铲斗按预期铲装轨迹铲装物料的作业。

为保证铲斗自动铲装过程的实际轨迹尽量与相应物料的预期轨迹重合，从铲装开始起，每隔一段时间dt3，整机控制器检测一次位移传感器1的数值和位移传感器2的数值，然后根据存储在其存储器里的关于动臂角度、铲斗相对动臂角度与动臂油缸活塞位移及转斗油缸活塞位移的关系，以及它们与铲斗位姿的模型，立即计算获得此时铲斗姿态及其斗齿位置；

若计算判断发现此时铲斗的真实位姿与预期的理想位姿误差不大，整机控制器对电控流量阀1和电控流量阀2的流量均不做任何调整，让它们保持现在流量继续给动臂油缸和转斗油缸供油；若比较判断发现此时铲斗的真实位姿与预期的理想位姿有一定误差，整机控制器则对电控流量阀1和电控流量阀2的某个阀或两个阀的流量做些调整，然后让它们以调整后的流量继续给动臂油缸和转斗油缸供油；该过程按这个规律不断重复进行检测、计算、判断、调整，直至整机控制器监测并计算发现铲斗的斗口处于朝上水平状态即铲装好物料为止。

一旦判断发现铲斗的铲装过程结束，装有本智能控制技术的整机控制器立即让电控换向阀1和电控换向阀2的各自阀芯移到中间位置并锁死动臂油缸和转斗油缸，让电控变量泵排出的压力油直接流回油箱。接着，立即调取自身存储器里的铲斗抬升阶段、保持铲斗斗口水平朝上状态的动臂油缸与转斗油缸的运动关系、以及动臂油缸流量、转斗油缸流量及电控变量泵排量大小，装有本智能控制技术的整机控制器立即调整电控流量阀1和电控流量阀2的流量以及电控变量泵排量大小，自动让电控换向阀1和电控换向阀2的拟出油口和拟回油口分别与此时各自油缸的拟进油口及拟排油口接通，然后让它们以此时调整好的流量给各自油缸供油。从此刻开始，每隔一段时间dt4，整机控制器就检测一次位移传感器1的数值和位移传感器2的数值，然后根据存储在其存储器里的关于动臂角度、铲斗相对动臂角度与动臂油缸活塞位移及转斗油缸活塞位移的关系，以及它们与铲斗位姿的模型，立即计算获得此时铲斗姿态及其高度大小；若判断发现铲斗底部未达到预设的卸载高度（即动臂角度未达到预期值ad1），则保持动臂油缸的流量即电控流量阀1的大小不变，但自动调整转斗油缸即电控流量阀2流量以及电控变量泵的流量，使铲斗的斗口保持水平继续上抬，直至铲斗达到预期卸载高度（即动臂角度达到预期值ad1）为止。

当判断发现铲斗已经装好物料且达到预期卸载高度后，整机控制器立即让电控换向阀1和电控换向阀2各自阀芯处于中间位置、即让转斗油缸和动臂油缸均处于锁死状态，然后马上自动调整电控变量泵的排量为预设的最小排量sqb，并让排出的压力油流回油箱。接着整机控制器立刻通过显示器、声光警示系统提示通知驾驶员，让其将机器由智能自动控制状态通过手柄操作改为人工操作，并提示驾驶员将装好物料的装载机开到预定的卸载点卸载。当将装载机开到卸载点后，驾驶员在卸载点通过人工操纵并经整机控制器控制转斗油缸实现卸载，卸载完毕后马上再人工操纵并经整机控制器控制转斗油缸使铲斗的斗口再次朝上并处于水平状态，接着驾驶员再驾驶空载的装载机返回待铲装的物料堆前，让铲斗正对着物料堆，以便为下次的智能自动铲装做好准备。

当铲斗处于卸载位置且斗口水平朝上卸载前，整机控制器检测压力传感器1和压力传感器2的数值、并利用其存储器里铲斗重量与这两个油压的关系，自动计算出此时的包括物料重量在内的铲斗重量，并立即保存在其存储器里。接着，当空铲斗处于卸载位置且斗口水平朝上时，整机控制器再次检测压力传感器1和压力传感器2的数值，再次自动计算出此时的空铲斗重量，然后计算比较铲斗前后这两个重量差值，获得铲运物料的重量，并立即将该值保存在其存储器里，同时跟以前的铲运重量相加后也存在存储器里。

电控流量阀1、电控流量阀2、电控减压阀1、电控减压阀2、电控变量泵、电控溢流阀等电控装置，包括但不限于为电控比例流量阀、数字控制流量阀、电控比例减压阀、数字控制减压阀、电控比例变量泵、数字控制变量泵、电控比例溢流阀、数字控制溢流阀。

显示屏实时显示装载机工作状态（例如当装载机一进入全智能控制铲斗的铲装工作状态，整机控制器让显示诸如“铲装智能控制状态”信息）；并将铲斗斗尖预期轨迹和实时轨迹显示在显示屏上，同时保存在其存储器里，同时让声光警示系统提示处于安全状态（例如绿灯保持亮着状态），一旦某个时刻整机控制器监测发现铲斗斗尖预期轨迹和实时轨迹的轨迹偏差超出允许范围，整机控制器立即将这些差值以显示提醒（例如以红色字体显示在显示屏上），并让声光警示系统提示警告（例如黄灯保持断续闪亮着），同时调整转斗油缸的进油流量，直至工作机构液压系统的有关参数调整合适为止或铲斗装载完毕为止，显示屏和声光警示系统恢复正常。

本实用新型专利的保护权限不仅适用于开式液压系统，也适用于闭式液压系统，以及包括由本实用新型技术派生出的简化系统与技术、组合系统与技术等。

上述实施方式的理解的描述仅仅是为帮助理解本实用新型，而不是用来限制本实用新型的。本领域技术人员均可以利用本实用新型的思想进行一些改动和变化， 只要其技术手段没有脱离本实用新型的思想和要点， 仍然在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种装载机智能控制系统，其特征在于：包括一整机控制器，所述整机控制器分别与动力系统控制器、行走制动系统控制器、电控变量泵、电控溢流阀、第一电控流量阀、第二电控流量阀、第一电控减压阀、第二电控减压阀、第一电控换向阀、第二电控换向阀、第一压力传感器、第二压力传感器、第一位移传感器、第二位移传感器、轮速传感器相连接；所述动力系统控制器分别与电控变速器、电喷发动机、第一电控离合器及第二电控离合器连接；所述电控变速器经第一电控离合器与电控变量泵相连接；所述电控变速器经第二电控离合器与驱动轴连接；所述装载机行走制动系统控制器与装载机行走制动系统连接；所述第一压力传感器、第一电控换向阀、第一电控减压阀、第一电控流量阀依次连接；所述第二压力传感器、第二电控换向阀、第二电控减压阀、第二电控流量阀依次连接；所述电控变量泵出油口旁路经电控溢流阀与油箱连接，所述电控变量泵提供的一路压力油经第一电控流量阀、第一电控减压阀、第一电控换向阀进入动臂油缸工作腔，其提供的另一路压力油经第二电控流量阀、第二电控减压阀、第二电控换向阀进入转斗油缸工作腔。

2.根据权利要求1所述的装载机智能控制系统，其特征在于：还包括与所述整机控制器连接的工况触摸屏、显示屏、声光警示系统、无线通讯网络模块。

3.根据权利要求1所述的装载机智能控制系统，其特征在于：还包括与所述整机控制器连接的加速踏板、制动踏板、操作手柄组。

4.根据权利要求1所述的装载机智能控制系统，其特征在于：电控装置：第一电控流量阀、第二电控流量阀、第一电控减压阀、第二电控减压阀、电控变量泵及电控溢流阀，包括但不限于为电控比例流量阀、数字控制流量阀、电控比例减压阀、数字控制减压阀、电控比例变量泵、数字控制变量泵、电控比例溢流阀、数字控制溢流阀。

5.根据权利要求1所述的装载机智能控制系统，其特征在于：所述整机控制器、动力系统控制器、行走制动系统控制器为上位机与下位机的关系，或通过CAN总线连接。