CN219013029U - 工程车辆先导液压系统线控化改造装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供了一种工程车辆先导液压系统线控化改造装置，包括：油路块、比例电磁换向阀、姿态倾角仪、接收模块以及域控制器；所述油路块内设置有进油油路和回油油路，所述进油油路和所述回油油路分别与液压油源连通；所述油路块上开设有与工程车辆的动臂机构连接的工作油口，所述比例电磁换向阀用于控制所述工作油口出油或回油，从而控制所述动臂机构的运动；所述姿态倾角仪设置于所述动臂机构上；所述域控制器用于控制所述比例电磁换向阀以及收集工程车辆的信息；所述接收模块用于接收外部控制指令，并将其传输给所述域控制器。该工程车辆先导液压系统线控化改造装置能够实现工程车辆的线控化改造。

Description

工程车辆先导液压系统线控化改造装置

技术领域

本实用新型涉及工程机械无人驾驶技术领域，尤其涉及一种工程车辆先导液压系统线控化改造装置。

背景技术

冶金是指开采、精选、烧结金属矿石并对其进行冶炼和加工，以形成金属材料的过程和工艺。因其行业的特殊性，工作场景大多为，操作人员驾驶工程车辆在内部作业面上进行操作，而部分操作内容危险性较大，比如炉下清渣、煤场归堆、焦化沥青处理、船底清舱等，作业环境往往存在如高粉尘、热辐射、有毒有害气体、强酸强腐蚀、视野受限等威胁人身安全的因素。

为了规避这些威胁人身安全的因素，降低人身伤害发生的概率，提高工作效率，有必要对常规工程车辆进行线控化改造以实现非视距远程控制。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种工程车辆先导液压系统线控化改造装置，用于解决现有技术中，人工驾驶工程车辆在内部作业面内操作时存在较多安全隐患的问题。

在本实用新型实施例中，该工程车辆先导液压系统线控化改造装置包括：油路块、比例电磁换向阀、姿态倾角仪、接收模块以及域控制器；

所述油路块内设置有进油油路和回油油路，所述进油油路和所述回油油路分别与液压油源连通；所述油路块上还开设有工作油口，所述工作油口与工程车辆上的动臂机构连接，并通过出油或回油控制所述动臂机构的运动；

所述比例电磁换向阀设置在所述油路块上，用于将所述工作油口在出油状态和回油状态间切换，并控制出油流量和回油流量，在出油状态下，所述工作油口与所述进油油路连通，在回油状态下，所述工作油口与所述回油油路连通；

所述姿态倾角仪设置于所述动臂机构上，用于向所述域控制器反馈所述动臂机构的姿态；

所述接收模块用于接收外部遥控手柄发出的控制指令，并将其传输给所述域控制器；

所述域控制器用于控制所述比例电磁换向阀，还用于收集工程车辆的信息，以实现所述动臂机构的非视距远程控制。

作为所述工程车辆先导液压系统线控化改造装置的进一步可选方案，所述工程车辆先导液压系统线控化改造装置还包括先导油源阀，所述进油油路通过所述先导油源阀与液压油源连通，所述先导油源阀用于向所述进油油路提供预定压力的液压油，也用于切断液压油的供应。

作为所述工程车辆先导液压系统线控化改造装置的进一步可选方案，所述工程车辆先导液压系统线控化改造装置还包括回油过滤器，所述回油油路通过所述回油过滤器与液压油源连通，所述回油过滤器用于过滤液压油中的污染物。

作为所述工程车辆先导液压系统线控化改造装置的进一步可选方案，所述进油油路和所述回油油路相互平行设置，所述进油油路位于所述回油油路的下方。

作为所述工程车辆先导液压系统线控化改造装置的进一步可选方案，所述比例电磁换向阀和所述工作油口均设置为多个，每个所述比例电磁换向阀控制一个所述工作油口。

作为所述工程车辆先导液压系统线控化改造装置的进一步可选方案，所述比例电磁换向阀设置为四个，分别为第一比例电磁换向阀、第二比例电磁换向阀、第三比例电磁换向阀和第四比例电磁换向阀，所述工作油口也对应设置为四个，所述第一比例电磁换向阀用于控制所述动臂机构的提升，所述第二比例电磁换向阀用于控制所述动臂机构的下降，所述第三比例电磁换向阀用于控制所述动臂机构的收料，所述第四比例电磁换向阀用于控制所述动臂机构的卸料。

作为所述工程车辆先导液压系统线控化改造装置的进一步可选方案，所述工程车辆先导液压系统线控化改造装置还包括电控操作手柄和切换按钮，所述域控制器分别与所述电控操作手柄和所述切换按钮电性连接，所述切换按钮能够将所述动臂机构的操作在非视距远程控制状态与人工驾驶控制状态间切换；所述电控操作手柄用于在人工驾驶状态下供给驾驶人员操作。

作为所述工程车辆先导液压系统线控化改造装置的进一步可选方案，所述域控制器采用双核架构设计，包括2个MPC5606B芯片，对外接口形式有CAN、RS485、RS232、ADC数模转换及IO。

作为所述工程车辆先导液压系统线控化改造装置的进一步可选方案，所述电控操作手柄包括双轴霍尔传感器，通信接口采用RS485形式，通信协议采用Modbus-RTU。

作为所述工程车辆先导液压系统线控化改造装置的进一步可选方案，所述姿态倾角仪的通信接口采用RS485形式，通信协议采用Modbus-ASCII。

实施本实用新型实施例，将具有如下有益效果：

该工程车辆先导液压系统线控化改造装置采用接收模块接收控制指令，采用域控制器控制比例电磁换向阀，进而控制工作油口的进出油量，从而控制工程车辆的动臂机构，实现了工程车辆的线控化改造，使得操作人员能够从危险的操作现场撤离而进行远端操作，在提高安全性的同时又保证了工程效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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的附图。

其中：

图1为本实用新型一实施例中工程车辆先导液压系统线控化改造装置的部分结构示意图；

图2为本实用新型一实施例中油路块的结构示意图；

图3为本实用新型一实施例中油路块的顶面示意图；

图4为图3中A-A处的剖面图；

图5为图3中B-B处的剖面图；

图6为本实用新型一实施例中域控制器的结构示意图；

图7为本实用新型一实施例中电控操作手柄的结构示意图；

图8为本实用新型一实施例中工程车辆先导液压系统线控化改造装置的设备原理框图；

主要元件符号说明：

10-油路块，11-进油油路，111-进油口，12-回油油路，121-回油口，13-电磁阀安装盲孔，14-工作油口，15-安装孔；

20-比例电磁换向阀，21-第一比例电磁换向阀，22-第二比例电磁换向阀，23-第三比例电磁换向阀，24-第四比例电磁换向阀；

30-域控制器；

40-电控操作手柄；

50-先导油源阀；

60-回油过滤器。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是，本实用新型可以通过许多其他不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本实用新型实施例提供了一种工程车辆先导液压系统线控化改造装置，用于解决现有技术中，人工驾驶工程车辆在内部作业面内操作时存在较多安全隐患的问题。

在本实用新型实施例中，请结合参考图1至图7，该工程车辆先导液压系统线控化改造装置，包括油路块10、比例电磁换向阀20、姿态倾角仪、接收模块以及域控制器30。其中，油路块10内设置有进油油路11和回油油路12，进油油路11和回油油路12分别与液压油源连通；油路块10上还开设有工作油口14，工作油口14与工程车辆上的动臂机构连接，并通过出油或回油控制动臂机构的运动；比例电磁换向阀20设置在油路块10上，用于将工作油口14在出油状态和回油状态间切换，并控制出油流量和回油流量，在出油状态下，工作油口14与进油油路11连通，在回油状态下，工作油口14与回油油路12连通；姿态倾角仪设置于动臂机构上，用于向域控制器30反馈动臂机构的姿态信息；接收模块用于接收外部遥控手柄发出的控制指令，并将其传输给域控制器30；域控制器30用于控制比例电磁换向阀20，还用于收集工程车辆的信息，以实现所述动臂机构的非视距远程控制。

该工程车辆先导液压系统线控化改造装置的工作过程为：远端操作人员通过遥控手柄向接收模块发送控制指令，接收模块收到控制指令后，将控制指令的位移信号传递给域控制器30，域控制器30根据工程车辆的信息，如位置信息、行程数据和动臂机构的姿态信息等，对比例电磁换向阀20进行比例控制，从而改变工作油口14处的出油量和回油量，从而达到控制动臂机构的运动的效果。当工作油口14向动臂机构方向出油时，液压油从液压油源依次经过进油油路11和比例电磁换向阀20到达工作油口14；当工作油口14回油时，液压油依次经过比例电磁换向阀20和回油油路12而回到液压油源。

该工程车辆先导液压系统线控化改造装置采用接收模块接收控制指令，采用域控制器30控制比例电磁换向阀20，进而控制工作油口14的出油量和回油量，从而控制工程车辆的动臂机构，实现了工程车辆的线控化改造，使得操作人员能够从危险的操作现场撤离而进行远端操作，在提高安全性的同时又保证了工程效率。

在现有技术中，常规工程车辆的动臂机构的运动是通过先导操纵阀实现的，对常规工程车辆做线控化改造，即是利用本实用新型提供的线控化改造装置将先导操纵阀进行替换，通常先导操纵阀的液压压力在3.5Mpa以内，改造后的液压压力，理论上保持与原压力相同，但在实际的运行测试中发现，改造后的油路会存在油路建压慢、油压不均衡、以及油压失稳的现象。

为解决上述问题，在一种实施例中，该工程车辆先导液压系统线控化改造装置还包括先导油源阀50，进油油路11通过先导油源阀50与液压油源连通，先导油源阀50用于向油路提供预定压力的液压油，也用于切断液压油的供应。切断液压油的供应能够起到安全阀的作用。

在实际的运行测试中还发现，油路改造过程中所造成的或原车油路所存在的管路污染问题，会导致液压油变质、变脏，润滑系数会降低，进而带来阻塞比例电磁换向阀20的问题。

为解决上述问题，在一种实施例中，该工程车辆先导液压系统线控化改造装置还包括回油过滤器60，回油油路12通过回油过滤器60与液压油源连通，回油过滤器60用于过滤液压油中的污染物。

结合采用上述两种实施例，可以极大地提高油路块10的鲁棒性，降低故障率。

在一种实施例中，比例电磁换向阀20和工作油口14均设置为多个，每个比例电磁换向阀20控制一个工作油口14。

在常规工程车辆中，动臂机构通常包括动臂以及连接在动臂末端的转斗，动臂用于带动转斗上升、下降或者浮动，转斗用于进行收料及卸料。此时，先导操纵阀为叠加式两片阀，由动臂操作联和转斗操纵联组成，动臂操作联由动臂操纵手柄控制，转斗操纵联由转斗操纵手柄控制。动臂操纵联中包含有两组计量滑阀组及一组顺序滑阀组，分别用于实现动臂的提升、下降及浮动三个动作；转动操纵联中包含有两组计量滑阀组，分别用于实现转斗的收料及卸料两个动作。在各计量滑阀内，滑阀阀芯的位移与操纵手柄的操纵角度位移量成比例关系。操纵手柄的操纵角度越大，工作装置的动作速度也就越快。

对应于上述的常规设计，在一种具体的实施例中，比例电磁换向阀20设置为四个，分别为第一比例电磁换向阀21、第二比例电磁换向阀22、第三比例电磁换向阀23和第四比例电磁换向阀24，工作油口14也对应设置为四个，第一比例电磁换向阀21用于控制动臂机构的提升，第二比例电磁换向阀22用于控制动臂机构的下降，第三比例电磁换向阀23用于控制动臂机构的收料，第四比例电磁换向阀24用于控制动臂机构的卸料。可以想见的是，本领域的技术人员还可以根据工程实际的情况，增减比例电磁换向阀20和工作油口14的数量，使动臂机构能够进行更加丰富的运动。

以下对油路块10的具体设计方案做进一步说明。

在一种实施例中，请结合参考图2至图5，进油油路11由油路块10的左侧向内部开盲孔形成，回油油路12由油路块10的右侧向内部开盲孔形成，进油油路11向外开口形成进油口111，回油油路12向外开口形成回油口121，进油口111和回油口121均用于与液压油源连接，进油油路11和回油油路12相互平行设置，进油油路11位于回油油路12的下方。油路块10的顶面又自上而下开设电磁阀安装盲孔13，电磁阀安装盲孔13分别与进油油路11和回油油路12连通，比例电磁换向阀20插设于电磁阀安装盲孔13中，进油油路11和回油油路12之间通过比例电磁换向阀20连通。油路块10位于电磁阀安装盲孔13的外侧开设有螺纹孔，用于固定比例电磁换向阀20。油路块10上海开设有安装孔15，用于将油路块10固定在工程车辆上。

在一种实施例中，进油油路11和回油油路12采用管螺纹G3/8开孔设计，进油口111采用管螺纹G1/4开孔设计，回油口121及工作油口14采用管螺纹G3/8开孔设计。

为实现远程控制和人工控制的切换，在一种实施例中，该工程车辆先导液压系统线控化改造装置还包括电控操作手柄40和切换按钮，域控制器30分别与电控操作手柄40和切换按钮电性连接，切换按钮能够将动臂机构的操作在非视距远程控制状态与人工驾驶控制状态间切换；电控操作手柄40用于在人工驾驶状态下供给驾驶人员操作。

在一种具体的实施例中，域控制器30采用双核架构设计，包括2个MPC5606B芯片，对外接口形式有CAN、RS485、RS232、ADC数模转换及IO。

在这一实施例中，域控制器30用于采集姿态倾角仪信息、车辆状态信息、IO状态信息及遥控手柄的控制信息，其中，车辆状态包括点火状态、转向灯状态、远近光灯状态、驻车状态、挡位状态、雨刷状态、喇叭状态、冷却风扇状态和变速箱动力状态；IO状态信息包括切换按钮的硬件限位状态。

在一种更加具体的实施例中，电控操作手柄40包括双轴霍尔传感器，通信接口采用RS485形式，通信协议采用Modbus-RTU。

在一种更加具体的实施例中，姿态倾角仪的通信接口采用RS485形式，通信协议采用Modbus-ASCII。

在一种更加具体的实施例中，域控制器30通过PWM对比例电磁换向阀20进行控制。

在一种结合了上述几种实施例的优选实施方案中，该工程车辆先导液压系统线控化改造装置的原理框图如图8所示。此时，该线控化改造装置的操控原理为：

当接管按钮处于释放状态时，该工程车辆先导液压系统线控化改造装置处于非视距远程驾驶控制状态；远端操作人员的遥控手柄发出的控制指令模拟手柄左/右/前/后运动方式，接收模块会把控制的位移行程信号通过CAN通信方式，与域控制器30建立通信，域控制器30根据被控对象(工程车辆)的位置及行程数据，选择PWM通道及调节占空比的比例，对比例电磁换向阀20进行比例控制，从而控制工作油口14的液压油的出油量和回油量，以实现对动臂机构的动作及运动速度进行调节的目的；

当接管按钮处于按压状态时，该工程车辆先导液压系统线控化改造装置处于人工驾驶控制状态；电控操作手柄40进行左/右/前/后运动时，会把控制的位移行程信号通过RS485通信方式，与域控制器30建立通信，域控制器30根据被控对象的位置及行程数据，选择PWM通道及调节占空比的比例，对比例电磁换向阀20进行比例控制，从而控制工作油口14的液压油的出油量和回油量，以实现对动臂机构的动作及运动速度进行调节的目的；

当电控操作手柄40处于中位或远端遥控手柄发出0数据控制指令时，油路块10内的液压油压力处于静止状态。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种工程车辆先导液压系统线控化改造装置，其特征在于，包括：油路块、比例电磁换向阀、姿态倾角仪、接收模块以及域控制器；

所述油路块内设置有进油油路和回油油路，所述进油油路和所述回油油路分别与液压油源连通；所述油路块上还开设有工作油口，所述工作油口与工程车辆上的动臂机构连接，并通过出油或回油控制所述动臂机构的运动；

所述比例电磁换向阀设置在所述油路块上，用于将所述工作油口在出油状态和回油状态间切换，并控制出油流量和回油流量，在出油状态下，所述工作油口与所述进油油路连通，在回油状态下，所述工作油口与所述回油油路连通；

所述姿态倾角仪设置于所述动臂机构上，用于向所述域控制器反馈所述动臂机构的姿态；

所述接收模块用于接收外部遥控手柄发出的控制指令，并将其传输给所述域控制器；

所述域控制器用于控制所述比例电磁换向阀，还用于收集工程车辆的信息，以实现所述动臂机构的非视距远程控制。

2.根据权利要求1所述的工程车辆先导液压系统线控化改造装置，其特征在于，还包括先导油源阀，所述进油油路通过所述先导油源阀与液压油源连通，所述先导油源阀用于向所述进油油路提供预定压力的液压油，也用于切断液压油的供应。

3.根据权利要求1或2所述的工程车辆先导液压系统线控化改造装置，其特征在于，还包括回油过滤器，所述回油油路通过所述回油过滤器与液压油源连通，所述回油过滤器用于过滤液压油中的污染物。

4.根据权利要求1所述的工程车辆先导液压系统线控化改造装置，其特征在于，所述进油油路和所述回油油路相互平行设置，所述进油油路位于所述回油油路的下方。

5.根据权利要求1所述的工程车辆先导液压系统线控化改造装置，其特征在于，所述比例电磁换向阀和所述工作油口均设置为多个，每个所述比例电磁换向阀控制一个所述工作油口。

6.根据权利要求5所述的工程车辆先导液压系统线控化改造装置，其特征在于，所述比例电磁换向阀设置为四个，分别为第一比例电磁换向阀、第二比例电磁换向阀、第三比例电磁换向阀和第四比例电磁换向阀，所述工作油口也对应设置为四个，所述第一比例电磁换向阀用于控制所述动臂机构的提升，所述第二比例电磁换向阀用于控制所述动臂机构的下降，所述第三比例电磁换向阀用于控制所述动臂机构的收料，所述第四比例电磁换向阀用于控制所述动臂机构的卸料。

7.根据权利要求1所述的工程车辆先导液压系统线控化改造装置，其特征在于，还包括电控操作手柄和切换按钮，所述域控制器分别与所述电控操作手柄和所述切换按钮电性连接，所述切换按钮能够将所述动臂机构的操作在非视距远程控制状态与人工驾驶控制状态间切换；所述电控操作手柄用于在人工驾驶状态下供给驾驶人员操作。

8.根据权利要求7所述的工程车辆先导液压系统线控化改造装置，其特征在于，所述域控制器采用双核架构设计，包括2个MPC5606B芯片，对外接口形式有CAN、RS485、RS232、ADC数模转换及IO。

9.根据权利要求8所述的工程车辆先导液压系统线控化改造装置，其特征在于，所述电控操作手柄包括双轴霍尔传感器，通信接口采用RS485形式，通信协议采用Modbus-RTU。

10.根据权利要求8所述的工程车辆先导液压系统线控化改造装置，其特征在于，所述姿态倾角仪的通信接口采用RS485形式，通信协议采用Modbus-ASCII。

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