專利名稱：一種用于工程機械中鏟刀的智能提升方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明主要涉及到工程機械領域，特指一種工程機械中鏟刀的智能提升方法及裝置。
背景技術：
帶鏟刀的工程機械的作業(yè)工況復雜，鏟刀在土壤中遇到土堆、石塊、其他隱形硬物 使負載產(chǎn)生突變，產(chǎn)生沖擊很大，往往會導致發(fā)動機掉速，甚至熄火，影響作業(yè)效率。機器制 造商往往提高發(fā)動機功率的利用率，緩解負載突變帶來的影響。但發(fā)動機功率是一定的，當 負載較大時，上述方案是無法實施的。最有效的辦法是提升鏟刀到合適的高度，減小負載。一、操作手根據(jù)經(jīng)驗手動提升鏟刀，但是手動的反應慢，鏟刀的提升量不好控制， 操作者勞動強度大，效率低。二、浮動鏟刀，提升油缸的有桿腔和無桿腔油道接油箱，依靠鏟刀自身重力貼在地 面上工作；或者油道通過蓄能器、壓力閥通到油箱，形成不同壓載力的浮動技術；只能應用 于特殊的工況。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題就在于針對現(xiàn)有技術存在的技術問題，本發(fā)明提供一 種結構簡單緊湊、成本低廉、原理簡單、可靠性好、可實時調(diào)整負載、提高作業(yè)效率、降低操 作者勞動強度的用于工程機械中鏟刀的智能提升方法及裝置。為解決上述技術問題，本發(fā)明采用以下技術方案 一種用于工程機械中鏟刀的智能提升方法，其特征在于步驟為
①判斷當前的工作模式如果為手動模式，鏟刀的工作完全由操作手柄完成；如果為 自動模式，則轉向步驟②；
②將車輪當前轉速的換算車速與機器當前實際的對地車速進行比較如果機器當前實 際的對地車速小于車輪當前轉速的換算車速，判定車輪發(fā)生滑轉，進入步驟③；否則，進入 步驟④；
③輸出提升鏟刀的指令，直到車輪的滑轉結束或鏟刀提升到極限；
④檢測鏟刀負載當鏟刀當前負載所對應的功率大于發(fā)動機能提供給鏟刀的最大功率 或設定負載所對應的功率時，判定鏟刀為超載狀態(tài)，輸出提升鏟刀的指令，直到功率匹配或 鏟刀提升到極限；否則，對鏟刀提升的控制結束。作為本發(fā)明的進一步改進
當執(zhí)行步驟③或④時，先計算鏟刀的提升量得到提升預期量，在鏟刀的提升過程中，實 時檢測鏟刀所處的高度，當高度大于或等于提升預期量時，對鏟刀提升的控制結束。本發(fā)明進一步提供一種用于工程機械中鏟刀的智能提升裝置，包括鏟刀提升模 塊、控制模塊、用來檢測實時鏟刀負載狀況的負載檢測模塊、對地速度檢測模塊以及車輪轉 速檢測模塊，所述鏟刀提升模塊包括用來驅(qū)動鏟刀升降的驅(qū)動件以及用來實時檢測鏟刀升降位移的驅(qū)動位移檢測件，所述對地速度檢測模塊、車輪轉速檢測模塊、驅(qū)動位移檢測件以 及負載檢測模塊與控制模塊的輸入端相連，所述控制模塊根據(jù)車輪的當前轉速、機器的當 前對地車速以及鏟刀的當前負載狀況輸出控制信號至驅(qū)動件。所述驅(qū)動件為液壓驅(qū)動油缸，所述驅(qū)動位移檢測件為油缸活塞位移傳感器。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于本發(fā)明用于工程機械中鏟刀的智能提升方 法及裝置，結構簡單緊湊、成本低廉、原理簡單、可靠性好，可根據(jù)機器的運行狀態(tài)判斷是否 提升鏟刀，并確定鏟刀的提升量，從而改善作業(yè)負載與發(fā)動機的匹配，降低操作者的勞動強 度，提高機器作業(yè)效率。
圖1是本發(fā)明方法的流程示意圖； 圖2是本發(fā)明裝置的框架原理示意圖3是本發(fā)明中鏟刀提升模塊的原理示意圖； 圖4是本發(fā)明具體實施例中鏟刀提升模塊的結構示意圖； 圖5是本發(fā)明具體實施例應用時角位油缸的受力示意圖。
具體實施例方式以下將結合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。如圖1所示，本發(fā)明用于工程機械中鏟刀的智能提升方法，其步驟為
①判斷當前的工作模式如果為手動模式，鏟刀的工作完全由操作手柄完成；如果為 自動模式，則轉向步驟②；
②將車輪當前轉速的換算車速與機器當前實際的對地車速進行比較如果機器當前實 際的對地車速小于車輪當前轉速的換算車速，判定車輪發(fā)生滑轉，進入步驟③；否則，進入 步驟④；
③輸出提升鏟刀的指令，直到車輪的滑轉結束或鏟刀提升到極限；
④檢測鏟刀負載當鏟刀當前負載所對應的功率大于發(fā)動機能提供給鏟刀的最大功率 或設定負載所對應的功率時，判定鏟刀為超載狀態(tài)，輸出提升鏟刀的指令，直到功率匹配或 鏟刀提升到極限；否則，對鏟刀提升的控制結束。當執(zhí)行步驟③或④時，先計算鏟刀的提升量得到提升預期量，在鏟刀的提升過程 中，實時檢測鏟刀所處的高度，當高度大于或等于提升預期量時，對鏟刀提升的控制結束。發(fā)動機在不同的油門位置下，雖然都可以工作在最大功率點，但是有些最大功率 點抗過載能力很差，容易熄火，所以每一個最大功率點都留有一定的過載余量。附件功率是 指發(fā)動機散熱風扇、進排氣管、發(fā)電機、壓縮機等附件消耗的功率和，行駛功率可用滾動摩 擦力與車速計算得到。上述發(fā)動機能提供給鏟刀的最大功率，是指留有過載余量的最大功 率減去附件功率和行駛功率的差值。如圖2、圖3和圖4所示，本發(fā)明用于工程機械中鏟刀的智能提升裝置，包括鏟刀提 升模塊、控制模塊、用來檢測實時鏟刀負載狀況的負載檢測模塊、對地速度檢測模塊以及車 輪轉速檢測模塊，鏟刀提升模塊包括用來驅(qū)動鏟刀升降的驅(qū)動件以及用來實時檢測鏟刀升 降位移的驅(qū)動位移檢測件，對地速度檢測模塊、車輪轉速檢測模塊、驅(qū)動位移檢測件以及負載檢測模塊與控制模塊的輸入端相連，控制模塊根據(jù)車輪的當前轉速、機器的當前對地車 速以及鏟刀的當前負載狀況輸出控制信號至驅(qū)動件。本實施例中，在機器上安裝測量輪胎轉速和機器對地速度的傳感器，通過比較車 輪轉速的換算車速和機器當前對地的實際速度，控制器判斷輪胎是否打滑。當車輪和地 面附著系數(shù)較低時，車輪會發(fā)生滑轉，控制模塊不再比較鏟刀和發(fā)動機的功率，直接輸出指 令，自動提升鏟刀。本實施例中，鏟刀上安裝負載感應器，用于采集負載信號，計算鏟刀所承受的力。 負載感應器安裝在鏟刀支撐上。發(fā)動機的轉速-功率特性曲線存儲在控制器中，控制器按 此曲線匹配鏟刀的負載；當鏟刀的負載大于發(fā)動機當前轉速下能提供給鏟刀最大功率時， 控制器輸出指令，裝置自動提升鏟刀，減小負載。本實施例中，在操作臺上設計了一個鏟刀自動提升和手動提升轉換開關，操作者 可通過此開關來選擇鏟刀提升的模式。此發(fā)明的內(nèi)容就是鏟刀自動提升模式。本實施例中，驅(qū)動件為液壓驅(qū)動油缸3(參見圖4)，液壓驅(qū)動油缸3的控制油路通 過電磁閥來控制，驅(qū)動位移檢測件為油缸活塞位移傳感器。油缸活塞位移傳感器用來檢測 提升油缸活塞桿動作的程度，安裝方式可分為外置和內(nèi)置式。參見圖3，電磁閥包括并聯(lián)的 手動多路閥和電磁閥，可實現(xiàn)自動、手動切換。上述過程中，控制模塊的控制信號輸出到電 磁閥上，實現(xiàn)鏟刀提升；同時控制模塊實時檢測液壓驅(qū)動油缸的位移，閉環(huán)控制油缸提升電 磁閥動作，使鏟刀提升位移達到期望值。參見圖4，在具體實施例中，負載檢測模塊包括鏟刀支架1、角位油缸2、油缸活塞 位移傳感器(圖中未示)、油壓傳感器4以及拉壓傳感器5，鏟刀上的負載完全作用在角位油 缸2、鏟刀支架1的左右支撐上。其中，油壓傳感器4安裝在角位油缸2的無桿腔，可以計 算活塞桿所承受的壓力Fl=PXA,沿活塞桿軸向方向；油缸活塞位移傳感器兩端分別與角 位油缸2上的鉸接處相連，檢測油缸活塞桿的實時長度L ；隨著角位油缸2的活塞桿長度變 化，F(xiàn)l在水平方向的分力會發(fā)生變化，但變化遵循簡化的三角函數(shù)關系，如圖5。拉壓傳感 器5安裝在鏟刀支架1上，鏟刀受力會通過拉壓傳感器5傳遞到鏟刀支架1上，方向水平； 控制模塊計算得到力F2、F3。即水平方向受力F= KXf (L，F(xiàn)l)+F2+F3，式中K為常量，由 Li、L2、初始角等決定，可通過實驗獲得。進一步，負載檢測的傳感器也可采用拉力計鏈接在鏟刀支架1的某個部位，達到 實測鏟刀的負載。進一步，作為鏟刀提升油缸的液壓驅(qū)動油缸3可采用單個油缸，也采用兩個甚至 多個油缸來完成。采用多個提升油缸方案時，各個油缸可單獨動作，也可協(xié)同動作，通過控 制模塊對多油缸分別控制，完成如偏載，找平，避讓等功能；
進一步，鏟刀角位油缸2可是單油缸，也可用雙油缸實現(xiàn)鏟刀兩端的負載分組，分別檢 測，實現(xiàn)更復雜的功能。進一步，可以設置模式開關選擇，進而通過人機交互界面設置，通信方式傳給控制 模塊；也可用如電位計等模擬量輸入的方式設定，低范圍段為手動，中間放范圍段為死區(qū)， 高范圍段為自動。進一步，油缸活塞位移傳感器定量控制每次活塞的提升量，也可通過控制器循環(huán) 檢測負載，以負載為目標閉環(huán)控制，完成鏟刀提升量的實施。
進一步，機器對地速度也可通過機器自由車輪的轉速換算，間接得到。以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例， 凡屬于本發(fā)明思路下的技術方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。應當指出，對于本技術領域的 普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進和潤飾，應視為本發(fā)明的保護 范圍。
權利要求
1.一種用于工程機械中鏟刀的智能提升方法，其特征在于步驟為①判斷當前的工作模式如果為手動模式，鏟刀的工作完全由操作手柄完成；如果為 自動模式，則轉向步驟②；②將車輪當前轉速的換算車速與機器當前實際的對地車速進行比較如果機器當前實 際的對地車速小于車輪當前轉速的換算車速，判定車輪發(fā)生滑轉，進入步驟③；否則，進入 步驟④；③輸出提升鏟刀的指令，直到車輪的滑轉結束或鏟刀提升到極限；④檢測鏟刀負載當鏟刀當前負載所對應的功率大于發(fā)動機能提供給鏟刀的最大功率 或設定負載所對應的功率時，判定鏟刀為超載狀態(tài)，輸出提升鏟刀的指令，直到功率匹配或 鏟刀提升到極限；否則，對鏟刀提升的控制結束。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于工程機械中鏟刀的智能提升方法，其特征在于當執(zhí)行 步驟③或④時，先計算鏟刀的提升量得到提升預期量，在鏟刀的提升過程中，實時檢測鏟刀 所處的高度，當高度大于或等于提升預期量時，對鏟刀提升的控制結束。
3.一種用于工程機械中鏟刀的智能提升裝置，其特征在于包括鏟刀提升模塊、控制 模塊、用來檢測實時鏟刀負載狀況的負載檢測模塊、對地速度檢測模塊以及車輪轉速檢測 模塊，所述鏟刀提升模塊包括用來驅(qū)動鏟刀升降的驅(qū)動件以及用來實時檢測鏟刀升降位移 的驅(qū)動位移檢測件，所述對地速度檢測模塊、車輪轉速檢測模塊、驅(qū)動位移檢測件以及負載 檢測模塊與控制模塊的輸入端相連，所述控制模塊根據(jù)車輪當前轉速、機器的當前對地車 速以及鏟刀的當前負載狀況輸出控制信號至驅(qū)動件。
4.根據(jù)權利要求3所述的用于工程機械中鏟刀的智能提升裝置，其特征在于所述驅(qū) 動件為液壓驅(qū)動油缸，所述驅(qū)動位移檢測件為油缸活塞位移傳感器。
全文摘要
一種用于工程機械中鏟刀的智能提升方法及裝置，該方法的步驟為①判斷當前的工作模式；②將車輪當前轉速的換算車速與機器當前實際的對地車速進行比較如果機器當前實際的對地車速小于車輪當前轉速的換算車速，判定車輪發(fā)生滑轉，進入步驟③；否則，進入步驟④；③輸出提升鏟刀的指令；④檢測鏟刀負載當鏟刀當前負載所對應的功率大于發(fā)動機能提供給鏟刀的最大功率或設定負載所對應的功率時，輸出提升鏟刀的指令。該裝置包括鏟刀提升模塊、控制模塊、用來檢測實時鏟刀負載狀況的負載檢測模塊、對地速度檢測模塊以及車輪轉速檢測模塊。本發(fā)明具有結構簡單緊湊、原理簡單、可靠性好、可實時調(diào)整負載、提高作業(yè)效率、降低操作者勞動強度等優(yōu)點。
文檔編號E02F9/22GK102071715SQ20101061415
公開日2011年5月25日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權日2010年12月30日
發(fā)明者肖峰, 謝金龍, 陳杰培 申請人:三一重工股份有限公司