CN208472809U - 一种平地机铲刀控制机构及其多工况铲土角控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种平地机铲刀控制机构，回转圈固定在牵引架下端，回转圈上焊接有支耳；回转圈下端设有下轴头；铲土角伸缩油缸的一端安装于回转圈的支耳处，另一端与角位器的上安装孔铰接；角位器的下安装孔端固定在下轴头上，使得角位器可绕下轴头转动；铲刀体的上下导轨置于角位器上与导轨相配合的导槽中，使铲刀体被限定在下轴头的轴线方向进行滑动。并提供了一种基于平地机铲刀控制机构的多工况铲土角控制系统，包括CAN总线、CAN总线手柄、人机交互显示器、主控制器、电比例阀和油缸内置传感器。该种铲土角控制系统下，铲土角不受铲刀姿态的影响，在铲刀平地作业以及刮坡、挖沟侧立作业时，都能通过该系统精确的控制铲土角度。

Description

一种平地机铲刀控制机构及其多工况铲土角控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种平地机多工况铲土角控制系统及使用该系统的平地机。

背景技术

平地机是一种高速、高效、高精度和多用途的土方工程及矿用机械，可满足道路维护、道路建设、路面精整、撒布、混合物料、矿区路面平整、冰雪清除等多种工况。铲刀系统作为整机作业装置的核心部件，在平地机作业时直接与作业面接触，其多工况施工适应性能直接影响到整机的作业效率。因此，铲刀的正确使用在施工时尤为重要，可最大限度的提高机器的作业效率，增加刀片的使用寿命，减少机器所需的马力。

铲土角是铲刀系统的重要作业参数，调整适当的铲土角可获得期望的物料切削和翻滚效果。例如在干燥的土路、柔软的砂质路面、细砂地、开垦的田地、冰雪冻结的道路，各种工况下对应适合该工况不同的铲土角度，而现有的平地机铲土角是操作手通过肉眼观察进行调整，对操作手的经验有高度的依赖性。如果在作业时，铲土角与工况类型不匹配，就会造成铲刀阻力增大，翻土、移土效果不佳等影响，从而使整机的作业效率降低，油耗增大，带来不必要的损失。

实用新型内容

本实用新型提供了一种基于摆动导杆机构设计的平地机铲刀控制机构，设计过程中将铲刀铲土角和铲土角伸缩油缸行程形成一定的函数关系，最终在铲土角伸缩油缸上配置位置传感器，将采集的油缸行程数值传输到控制器，进而通过控制位移信号来间接控制铲刀铲土角。该种铲土角控制系统下，铲土角不受铲刀姿态的影响，在铲刀平地作业以及刮坡、挖沟侧立作业时，都能通过该系统精确的控制铲土角度，更不需要对铲刀角度进行标定，该种控制方式同样适用于控制平地机前桥倾斜角度。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种平地机铲刀控制机构，其特征是，包括牵引架、回转圈、角位器、铲刀体和铲土角伸缩油缸；回转圈固定在牵引架下端，回转圈上焊接有支耳；回转圈下端设有下轴头；铲土角伸缩油缸的一端安装于回转圈的支耳处，另一端与角位器的上安装孔铰接；所述的角位器的下安装孔端固定在下轴头上；使得角位器可绕下轴头转动；铲刀体的上下导轨置于角位器上与导轨相配合的导槽中，使铲刀体被限定在下轴头的轴线方向进行滑动。

角位器上的安装孔内装配有关节轴承，铲土角伸缩油缸通过销轴装配在关节轴承中。

所述的角位器中部设有滑道，滑道可沿回转圈上一固定杆滑动。

回转圈上设置一固定的容纳在滑道中的锁紧杆，角位器通过锁紧杆及配合的锁紧螺母与回转圈固定，并且使滑道可沿锁紧杆滑动。

一种多工况平地机铲土角控制系统，其特征是，包括平地机铲刀控制机构、电比例阀、油缸内置传感器、主控制器、人机交互显示器和CAN总线手柄；所述的油缸内置传感器为安装于铲土角伸缩油缸内部的位移传感器，用来检测当前油缸实时长度；油缸内置传感器与主控制器的电流检测端口相连，电比例阀与主控制器PWM口相连，人机交互显示器、CAN总线手柄通过CAN总线与主控制器相连。

人机交互显示器设计有铲土角工况设定界面，其中包括出厂预设的4种工作模式，分别对应松散土质、砂土、硬质路面、除雪4种工况。

这4种工况中包含有预设的推荐铲土角的范围值，主控制器通过控制电比例阀自动实现设定角度。

在CAN总线手柄上设定有铲土角调节装置，铲土角调节装置通过CAN总线将用户的需求发送给主控制器，主控制器接收到控制信号后，通过PWM口控制电比例阀实现铲土角伸缩油缸的动作，以此实现铲土角的连续变化。

控制器内包含有油缸内置传感器与铲土角角度大小的函数关系式，控制器根据人机交互显示器或CAN总线手柄的输入，通过函数关系式计算后，获得当前铲土角的目标值，并结合油缸内置传感器，闭环实时调节电比例阀，实现铲土角的变化。

本实用新型的有益效果是：

基于摆动摇杆机构的平地机铲刀控制机构，铲刀铲土角和铲土角伸缩油缸行程形成一定的函数关系，通过控制器采集油缸行程数值精确控制铲刀铲土角。该系统铲土角不受铲刀姿态的影响，在铲刀平地作业以及刮坡、挖沟侧立作业时，都能精确控制铲土角度。进一步的有益效果是，在不同的作业工况可以调整至最适合该工况的铲土角范围，节省机手的操纵时间，降低机手经验的依赖性。最大限度降低铲刀切削阻力，增强翻土、移土效果，增大整机的作业效率，节省油耗，避免带来不必要的损失。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本实用新型进一步说明。

图1、图2、图3为铲刀机构的示意图；

图4为摆动导杆铲刀机构的示意图；

图5为摆动导杆机构的原理图；

图6是该多工况平地机铲土角控制系统原理图；

图7是图1中的I部放大图；

图中：1、牵引架 2、回转圈 3、角位器 4、铲刀 5、铲土角伸缩油缸 6、支耳 7、垫圈8、开槽螺母Ⅰ 9、垫圈 10、锁紧螺母 11、开槽螺母Ⅱ 12、轴头 13、锁紧杆 14、关节轴承15、密封圈 16、销轴。

具体实施方式

结合图1、图2、图3和图7所示，本实用新型的平地机铲刀控制机构，包括牵引架1、回转圈2、角位器3、铲刀体4、铲土角伸缩油缸5。回转圈2通过螺栓固定在牵引架1下端，在回转圈2的左右侧焊接有支耳6，在回转圈2的下端焊接有轴头12，铲土角伸缩油缸5的一端安装于回转圈的支耳6处，用垫圈7和开槽螺母Ⅰ8固定，另一端与角位器3的上安装孔通过销轴16装配，角位器3上的安装孔内装配有关节轴承14和密封圈15，角位器3的中部设有滑道，通过锁紧杆13、锁紧螺母10、垫圈9与回转圈2固定。角位器3的下安装孔端装配于回转圈的轴头12，通过开槽螺母Ⅱ11固定，铲刀体的上下导轨置于角位器3与之相配合的导槽中，铲刀体只能在下轴头的轴线方向进行滑动。这样就构成了摆动导杆的铲刀机构。

通过图4、图5具体分析该铲刀机构的运动原理。

图4为摆动导杆铲刀机构的示意图，其中A、B为固定的铰点，其中A为焊接在回转圈2的支耳6，B为焊接在回转圈2下端的轴头12，分别固定在回转圈2上，铲土角伸缩油缸5一端铰接在A端；C为铲土角伸缩油缸5与角位器3的铰接点，其运动轨迹是以B为圆心，BC为半径的圆D上的一部分，受铲土角伸缩油缸5行程的限制。AC可视为代表铲土角伸缩油缸5、BC视为角位器3，E为铲土角。因此该机构可简化为一摆动导杆机构，其中AC视作导杆，是主动件，BC视作摆杆，是被动件。即通过导杆AC的往复运动变为摆杆BC的转动，进而控制铲土角的变化。当铲土角伸缩油缸伸长或收缩时，角位器绕下轴头轴心进行旋转，从而带动铲刀体进行旋转，在旋转方向上铲刀体与角位器可视为一刚体。

图5为该摆动导杆机构的原理图。通过计算得到铲土角E与导杆AC的长度的函数关系式。

图6是该多工况平地机铲土角控制系统原理图，包括CAN总线、CAN总线手柄、人机交互显示器、主控制器、电比例阀、油缸内置传感器及铲土角伸缩油缸。传感器与主控制器的电流检测端口相连，电比例阀与主控制器PWM口相连，人机交互显示器、CAN总线手柄通过CAN总线与主控制器相连。控制器内包含有油缸位移传感器与铲土角角度大小的函数关系式，通过控制铲土角伸缩油缸的位移进而获得铲土角E的目标值。在施工过程中，可以操作显示器一键实现铲土角的变化。用户也可以通过手柄调节实现铲土角的变大或变小，通过CAN总线将用户的需求发送给主控制器，主控制器接收到控制信号后，通过PWM口控制电比例阀实现伸缩油缸的动作，以此实现铲土角的连续变化。

人机交互显示器设计有特殊的铲土角工况设定界面，其中包括出厂预设的4种工作模式，对应松散土质、砂土、硬质路面、除雪。这4种工况中包含有预设的推荐铲土角的值范围，用户在车辆启动情况，一键操作显示器，主控制器控制电比例阀自动实现设定角度。并且用户可以微调这4种工况设定的角度值。显示器内还设定了用户自定义模式2种，这两种模式用户可以根据自己的施工需求，输入特定的铲土角度。在施工过程中，可以操作显示器一键实现铲土角的变化。

手柄设定有铲土角调节装置，用户可以通过该装置实现铲土角的变大或变小，手柄通过CAN总线将用户的需求发送给主控制器，主控制器接收到控制信号后，通过PWM口控制电比例阀实现伸缩油缸的动作，以此实现铲土角的连续变化，并且在人机显示器的主界面还具有实时显示当前铲土角的大小，方便用户掌握施工状态。

Claims (9)

1.一种平地机铲刀控制机构，其特征是，包括牵引架、回转圈、角位器、铲刀体和铲土角伸缩油缸；回转圈固定在牵引架下端，回转圈上焊接有支耳；回转圈下端设有下轴头；铲土角伸缩油缸的一端安装于回转圈的支耳处，另一端与角位器的上安装孔铰接；所述的角位器的下安装孔端固定在下轴头上；使得角位器可绕下轴头转动；铲刀体的上下导轨置于角位器上与导轨相配合的导槽中，使铲刀体被限定在下轴头的轴线方向进行滑动。

2.根据权利要求1所述的一种平地机铲刀控制机构，其特征是，角位器的上安装孔内装配有关节轴承，铲土角伸缩油缸通过销轴装配在关节轴承中。

3.根据权利要求1所述的一种平地机铲刀控制机构，其特征是，所述的角位器中部设有滑道，滑道可沿回转圈上一固定杆滑动。

4.根据权利要求1所述的一种平地机铲刀控制机构，其特征是，回转圈上设置一固定的容纳在滑道中的锁紧杆，角位器通过锁紧杆及配合的锁紧螺母与回转圈固定，并且使锁紧杆可沿滑道滑动。

5.基于权利要求1所述的平地机铲刀控制机构的多工况铲土角控制系统，其特征是，包括平地机铲刀控制机构、电比例阀、油缸内置传感器、主控制器、人机交互显示器和CAN总线手柄；所述的油缸内置传感器为安装于铲土角伸缩油缸内部的位移传感器，用来检测当前油缸实时长度；油缸内置传感器与主控制器的电流检测端口相连，电比例阀与主控制器PWM口相连，人机交互显示器、CAN总线手柄通过CAN总线与主控制器相连。

6.根据权利要求5所述的多工况铲土角控制系统，其特征是，人机交互显示器设计有铲土角工况设定界面，其中包括出厂预设的4种工作模式，分别对应松散土质、砂土、硬质路面、除雪4种工况。

7.根据权利要求6所述的多工况铲土角控制系统，其特征是，这4种工况中包含有预设的推荐铲土角的范围值，主控制器通过控制电比例阀自动实现设定角度。

8.根据权利要求5中所述的多工况铲土角控制系统，其特征是，在CAN总线手柄上设定有铲土角调节装置，铲土角调节装置通过CAN总线将用户的需求发送给主控制器，主控制器接收到控制信号后，通过PWM口控制电比例阀实现铲土角伸缩油缸的动作，以此实现铲土角的连续变化。

9.根据权利要求5中所述的多工况铲土角控制系统，其特征是，控制器内包含有油缸内置传感器与铲土角角度大小的函数关系式，控制器根据人机交互显示器或CAN总线手柄的输入，通过函数关系式计算后，获得当前铲土角的目标值，并结合油缸内置传感器，闭环实时调节电比例阀，实现铲土角的变化。