CN103615025B - 一种装载机铲装作业的控制方法及装载机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种装载机的铲装作业的控制方法和装载机，为解决现有装载机在铲装物料时效率低缺点，本发明提供一种装载机铲装作业控制方法，在铲斗插入物料掘进作业时，通过控制装载机动臂油缸驱动油路中的液压油的流向使得铲斗在竖直方向上按预设振动频率与幅度上下平移振动。该装载机是在动臂油缸的驱动油路上设置改变液压油流向的电磁阀。本发明通过当铲斗插入到铲装物料中时使铲斗按预设频率和振幅作平移振动，从而使铲斗底面在掘进过程中与被掘物料形成一定的间隙，从而减少掘进时物料与铲斗的摩擦阻力，同时振动还可以打断被掘物料的连续性，减少铲斗内物料与铲斗内壁的摩擦阻力，实现掘进过程的连续作业，提高装载作业效率及降低能耗。

Description

一种装载机铲装作业的控制方法及装载机

技术领域

本发明涉及一种装载机，尤其涉及一种装载机铲装作业的控制方法及装载机。

背景技术

装载机在铲掘作业中通常的作业方式是操作者将发动机油门踩到最大，通过轮胎与地面产生的牵引力，驱使整机带动铲斗插入料堆，但是随着铲斗插入物料中的深度的增加，铲斗与物料的接触面越来越大，从而铲斗与物料的摩擦力也同步增大，直到料堆阻力与牵引力相等，机器被迫停下，但这时装载机的铲斗中尚未装满物料。为了使铲斗装满物料，操作者在这时通过操作手柄，使动臂稍微抬升，机器再次向前插入料堆，如此往复两到三次，直到铲斗装满物料，完成铲掘进给过程。在这个进给过程中，由于铲斗与物料在一次进给中始终接触，铲斗内物料连续，随着铲掘进度越来越深，铲斗与物料的接触面越来越大，从而铲斗与物料的摩擦力也同步增大，增加了机器作业所需的功率；另外当铲掘阻力大于装载机的牵引力时，机器被迫停止前进，由于装载机大多采用变矩器来进行发动机动力的传递，由变矩器的工作特性可知，当机器在前进过程中停止时，变矩器的传动效率为零，这时发动机发出的功率全部在变矩器中转变为热量，既浪费能量，降低作业效率，又使变矩器的工况变劣，缩短变矩油的寿命，增加机器的散热负担。同时需要操作者在铲装作业中操作手柄使动臂抬升，这就增加了操作者的劳动强度。

发明内容

本发明的目的在于针对现有装载机在铲装物料时效率低缺点而提供一种铲装效率高的装载机铲装作业控制方法和与该方法对应的装载机。

本发明的技术方案是这样实现的：提供一种装载机铲装作业的控制方法，在铲装作业时，通过控制装载机动臂油缸油路中的液压油的流向使得动臂带动其前端的铲斗在竖直方向上按预设振动频率与幅度上下平移振动。在本发明中，当铲斗插入到铲装物料中进行铲装作业时通过使铲斗按预设频率和振幅作平移振动，从而使铲斗底面在掘进过程中与被掘物料形成一定的间隙，从而减少掘进时物料与铲斗的摩擦阻力，同时振动还可以打断被掘物料的连续性，减少铲斗内物料与铲斗内壁的摩擦阻力，实现掘进过程的连续作业，提高装载作业效率及降低能耗。

在上述发明中，还包括在铲装作业时设定或调节铲斗在竖直方向上上下振动的振动频率或振动幅度的步骤。通过调节铲斗振动的频率和幅度，实现在铲装不同属性的物料、铲斗插入物料中不同的深度具有对应的振动频率和振动幅度。

在上述发明中，还包括自动识别装载机是否处于铲装作业状态的铲装识别步骤，铲装识别步骤包括通过传感器测量转斗油缸和/或动臂油缸内压力值和测量铲斗的位置，将转斗油缸和/或动臂油缸内压力值和铲斗的位置输入至控制器并与控制器内对应的预设值进行比较，当铲斗所处位置处于预设位置范围内且转斗油缸和/或动臂油缸内压力值处于预设压力范围内时定义为铲装作业状态。测量转斗油缸中的压力用于判断装载机是否处于铲装状态的一个参数，铲斗在插入料堆时铲斗上所受到的阻力会通过转斗连杆、转斗摇臂等会在转斗油缸上有所反应，造成转斗油缸大腔或小腔内的压力在铲斗插入料堆前后有所不同，因此测量转斗油缸中的压力可用于判断装载机是否处于铲装状态的一个参数。同理动臂油缸内的压力在铲斗插入料堆前后也具有明显的变化，插入料堆后动臂油缸大腔内的压力会明显大于铲斗插入料堆前的动臂油缸大腔内的压力，因此动臂油缸内的压力也可以作为判断装载机是否处于铲装状态的一个参数。因此可通过测量转斗油缸和动臂油缸中的一个或两个的压力值作为装载机是否处于铲装作业状态判断的一个参数。通过定义与自动识别机器是否处于铲装作业状态而自动控制铲斗的振动，从而降低操作者的劳动强度，提高效率。

在上述发明中，测量铲斗的位置包括测量动臂绕动臂与车架铰接销轴所转动的角度和测量铲斗绕铲斗转动销轴所转动的角度确定铲斗的收斗位置。通过测量动臂绕动臂与车架铰接销轴所转动的角度可推算出铲斗在竖直方向上所在的位置，通过位置传感器直接测量出铲斗绕铲斗转动销轴转动的角度或通过测量转斗油缸活塞杆伸出的长度、或转斗连杆转动的角度而推算出铲斗绕铲斗转动销轴转动的角度，铲斗收斗到一定位置可以认为铲装作业结束，铲斗抬升到一定高度时也可以认为铲装作业结束。

本发明实现其发明目的的另一个技术方案是构造一种装载机，包括铲斗和与铲斗铰接的铲斗位置控制装置，铲斗位置控制装置包括动臂、与动臂连接的动臂油缸、通过连杆与铲斗连接的转斗油缸，动臂油缸和转斗油缸分别通过驱动油路与装载机的液压系统连接；另外还包括电磁阀和电子控制装置，电磁阀设置在动臂油缸的驱动油路上电子控制装置驱动电磁阀动作使动臂油缸驱动油路中的液压油的流向发生变化使得动臂前端的铲斗随动臂按照设定的频率和振幅上下振动。

在上述发明中，电子控制装置包括用于检测转斗油缸和/或动臂油缸中压力的压力传感器、用于检测铲斗位置的位置测量器件、与电磁阀连接的控制器，控制器接受压力传感器与位置测量器件的检测信号并判断铲斗是否处于铲装作业状态，在处于铲装作业状态时向电磁阀发出使得动臂前端的铲斗随动臂按照设定的频率和振幅上下振动的控制信号。通过电子控制装置实现铲斗的自动振动，无需人工操作而降低操作者的劳动强度。

在上述发明中，位置测量器件是安装在动臂与装载机车架铰接点处用于检测动臂转动角度的角度传感器，和用于检测铲斗转动角度的位置传感器。通过测量动臂转过的角度，从而可计算出铲斗在竖直方向上的位置，通过位置传感器直接测量出铲斗绕铲斗转动销轴转动的角度或通过测量转斗油缸活塞杆伸出的长度、或转斗摇臂转动的角度而推算出铲斗绕铲斗转动销轴转动的角度，从而判断装载机是否处于铲装作业状态。

在上述发明中，电子控制装置还包括输入装置，该输入装置用于向控制器发送信号使得控制器向电磁阀发送使得铲斗按对应振动频率和振动幅度振动的控制信号，操作员在进行铲装作业时，根据待铲装的物料属性，通过输入装置发送信号，在控制器内选择对应的预设振动频率和振动幅度，使得控制器向电磁阀发送对应的控制信号。

在本发明中，控制电磁阀动作的电子控制装置还可以是由控制器和输入装置组成，控制器用于向电磁阀发出控制信号使电磁阀按设定频率和幅度动作，输入装置与控制器连接，用于向控制器输入信号使控制器选择对应的控制信号向电磁阀发送。通过该电子控制装置可实现铲斗振动的手动控制，即在铲斗插入待铲装物料中，由操作员根据待产物料的属性通过输入装置向控制器输入对应的信号，控制器根据输入装置输入的信号确定其向电磁阀发送的控制信号，控制器发送的控制信号使得电磁阀按照预设的频率和幅度动作，电磁阀的动作使得动臂油缸驱动油路中液压油的流向发生变换，从而使得动臂油缸活塞杆按照预设的频率和幅度伸缩，最终实现动臂绕其后端的铰接销轴上下摆动而带动动臂前端的铲斗按照预设的频率和幅度上下振动。在铲装作业结束时，再通过输入装置发送停止信号，控制器停止发送信号，停止铲斗的振动。

本发明与现有技术相比具有的有益效果：本发明铲斗处于掘进工况时，通过控制动臂油缸，使动臂带动铲斗按一定频率和幅度作上下振动，从而使铲斗在掘进过程中与被掘物料形成一定的间隙，从而减少掘进时物料与铲斗的摩擦阻力，同时振动还可以打断被掘物料的连续性，减少铲斗内物料与铲斗内壁的摩擦阻力，实现掘进过程的连续作业，提高装载作业效率及降低能耗。

附图说明

图1是装载机的整机结构示意图；

图2是装载机动臂液压驱动及电气控制结构示意图；

图3是铲斗在掘进作业过程的运动示意图；

图4是本发明中装载机动臂液压驱动及电气控制的另外一种结构示意图。

图中零部件名称及序号：

铲斗1、转斗连杆2、动臂3、动臂油缸4、转斗油缸5、电磁阀6、控制器7、压力传感器8、动臂转动角度传感器9、铲斗转动销轴10、输入装置11、铲斗转动角度传感器12、转斗摇臂13、箱型连接部件14。

具体实施方式

下面结合附图说明具体实施方案。

实施例1

如图1所示，装载机包括铲斗1、转斗连杆2、转斗摇臂13、动臂3、动臂油缸4、转斗油缸5，两动臂在其中前部通过箱型连接部件14固定连接，动臂3的前端与铲斗通过铲斗转动销轴10铰接，动臂3的后端通过动臂转动销轴与车架铰接，动臂油缸4的一端与动臂铰接，另一端与车架铰接；转斗油缸5的一端与车架铰接，另外一端通过转斗摇臂13连接，转斗摇臂13的中部与箱型连接部件14铰接，转斗摇臂13的另外一端通过转斗连杆2驱动铲斗1绕铲斗与动臂铰接销轴转动。动臂油缸4的伸缩可以使得动臂绕其后端的动臂转动销轴上下摆动，从而使得其前端也即与铲斗铰接的端头带动铲斗在竖直方向上作上下移动，转斗油缸5的伸缩可通过转斗摇臂13、转斗连杆2推动铲斗1绕铲斗转动销轴10上下摆动。

动臂油缸4和转斗油缸5分别通过各自的驱动油路与装载机的液压系统相连，其中在动臂油缸4的驱动油路上设置有电磁阀6，电磁阀6可在电子控制装置的控制之下按照一定的频率和幅度改变动臂油缸4的驱动油路中液压油的流向实现动臂油缸按照相应频率和幅度伸缩，从而实现铲斗1上下振动。动臂油缸4的长度变化量的值决定铲斗振动的幅值。

电磁阀6与用于控制电磁阀的电子控制装置相连接，电子控制装置包括用于检测转斗油缸5中压力的压力传感器8、安装在动臂与装载机车架铰接点处用于检测动臂转动角度的动臂转动角度传感器9、安装在转斗摇臂13与箱型连接部件14铰接点处的铲斗转动角度传感器12、与电磁阀6连接的控制器7、与控制器7连接的输入装置11，动臂转动角度传感器9通过测量动臂3绕其与车架铰接销轴转动的角度而可推算出铲斗1在竖直方向上的位置，通过铲斗转动角度传感器12测量转斗摇臂13转动的角度而推算出铲斗转动的角度进而确定铲斗收斗位置，通过压力传感器8检测转斗油缸5内的压力，通过该压力可推定铲斗所受到的阻力。控制器7接受压力传感器8与铲斗在竖直方向上的位置信号和收斗位置信号并判断装载机是否处于铲装作业状态。输入装置11可以向控制器7发送多种不同的输入信号，控制器根据输入装置11输入的不同输入信号而选择向电磁阀6发送的控制信号，使得铲斗实现对应频率和幅度振动。

在本实施例中，首先在控制器7内设定用于判定装载机是否处于铲装作业状态的预设参数值范围，即在控制器内设定一个转斗油缸压力范围值和铲斗位置范围值，当压力传感器8和动臂转动角度传感器9和铲斗转动角度传感器12所传回的检测信号经计算位于对应的预设参数值范围内，则认为装载机处于铲装作业中。在本实施例中，操作员首先根据待铲装的物料，通过输入装置11向控制器发送信号，确定控制器即将向电磁阀发送的控制信号。控制器7处理压力传感器8和动臂转动角度传感器9和铲斗转动角度传感器12所发送来的信号，以判断装载机是否处于铲装作业，当判断装载机处于铲装作业状态时，控制器7向电磁阀6发送控制信号，电磁阀6动作使得动臂油缸4的活塞杆伸缩，动臂绕其与车架的铰接点而按照设定的频率和幅度进行上下摆动，位于动臂前端的铲斗也随之按照设定的频率和幅度上下振动。

本发明在铲斗插入到铲装物料中进行铲装作业时通过使铲斗按预设频率和振幅上下振动，在铲斗底面和被掘物料之间形成一定的间隙，从而减少掘进时物料与铲斗的摩擦阻力，同时振动还可以打断被掘物料的连续性，减少铲斗内物料与铲斗内壁的摩擦阻力，实现掘进过程的连续作业，提高装载作业效率及降低能耗。当判断装载机不处于铲装作业状态时，控制器停止发送控制信号，铲斗停止振动。

在本实施例中，铲斗1收斗位置还可以通过安装在铲斗与动臂铰接处的角度传感器直接测量铲斗绕铲斗转动销轴10所转动角度，确定收斗的位置，或通过位移传感器测量转斗油缸活塞杆伸出的长度而推算出铲斗绕铲斗转动销轴10所转动角度，进而确定铲斗的收斗情况，将其与铲斗竖直方向上的位置、动臂油缸内的压力等三个参数确定装载机是否处于铲装作业。

实施例2

与实施例1中的技术方案相比，本实施例中的技术方案的不同点在于控制电磁阀的电子控制装置以及对电磁阀的控制。如图4所示，电子控制装置是由控制器7和输入装置11组成，控制器7用于向电磁阀6发出控制信号使电磁阀6按设定频率和幅度动作，输入装置11与控制器7连接，用于向控制器输入信号使控制器选择对应的控制信号向电磁阀发送，输入装置可以是多个相关联的按钮开关或者是旋钮开关，每一个按钮开关或每一个旋钮开关的旋钮位置与控制器向电磁阀发送的一种信号、与铲斗振动的一种频率和振幅相对应。通过该电子控制控制装置可实现铲斗振动的手动控制，即在铲斗插入待铲装物料中，由操作员通过输入装置向控制器输入对应的信号，控制器根据输入装置输入的信号确定其向电磁阀发送的控制信号，控制器发送的控制信号使得电磁阀按照预设的频率和幅度动作，电磁阀的动作使得动臂油缸驱动油路中液压油的流向发生变换，从而使得动臂油缸活塞杆按照预设的频率和幅度伸缩，最终实现动臂绕其后端的铰接销轴上下摆动而带动动臂前端的铲斗按照预设的频率和幅度上下振动。在铲装作业结束时，再通过输入装置发送停止信号，控制器停止发送信号，停止铲斗的振动。

Claims (8)

1.一种装载机铲装作业的控制方法，其特征在于：包括自动识别装载机是否处于铲装作业状态的铲装识别步骤，所述铲装识别步骤包括通过传感器测量转斗油缸和/或动臂油缸内压力值和测量铲斗的位置，将转斗油缸和/或动臂油缸内压力值和铲斗的位置发送至控制器并与控制器内对应的预设值进行比较，当铲斗所处位置处于预设位置范围内且所述转斗油缸和/或动臂油缸内压力值处于预设压力范围内时定义为铲装作业状态；在铲装作业时，通过控制装载机动臂油缸驱动油路中的液压油的流向使得动臂带动其前端的铲斗在竖直方向上按预设振动频率与幅度上下平移振动。

2.根据权利要求1所述的装载机铲装作业的控制方法，其特征在于还包括在铲装作业时设定或调节铲斗在竖直方向上上下振动的振动频率的步骤。

3.根据权利要求1所述的装载机铲装作业的控制方法，其特征在于还包括在铲装作业时设定或调节铲斗在竖直方向上上下振动的振动幅度的步骤。

4.根据权利要求1所述的装载机铲装作业控制方法，其特征在于测量铲斗的位置包括测量动臂绕动臂与车架铰接销轴所转动的角度确定铲斗在竖直方向的位置和测量铲斗绕铲斗转动销轴所转动的角度确定铲斗的收斗位置。

5.一种装载机，包括铲斗和与铲斗铰接的铲斗位置控制装置，所述铲斗位置控制装置包括动臂、与动臂连接的动臂油缸、通过连杆与铲斗连接的转斗油缸，所述动臂油缸和转斗油缸分别通过驱动油路与装载机的液压系统连接；其特征在于还包括电磁阀和电子控制装置，所述电磁阀设置在动臂油缸的驱动油路上，所述电子控制装置包括用于检测转斗油缸和/或动臂油缸中压力的压力传感器、用于检测铲斗位置的位置测量器件、与电磁阀连接的控制器，所述控制器接受压力传感器与位置测量器件的检测信号并判断是否处于铲装作业状态，在处于铲装作业状态时控制器向电磁阀发出按设定频率和幅度动作的控制信号；所述电子控制装置驱动电磁阀动作使动臂油缸驱动油路中的液压油的流向发生变化使得动臂前端的铲斗随动臂按照设定的频率和振幅上下振动。

6.根据权利要求5所述的装载机，其特征在于所述位置测量器件包括安装在动臂与装载机车架铰接点处用于检测动臂转动角度的角度传感器和用于检测铲斗绕铲斗与动臂铰接销轴转动角度的位置传感器。

7.根据权利要求5所述的装载机，其特征在于所述电子控制装置还包括输入装置，所述输入装置用于向控制器发送信号使得控制器向所述电磁阀发送使得铲斗按对应振动频率和振动幅度振动的控制信号。

8.根据权利要求5所述的装载机，其特征在于所述电子控制装置包括用于向电磁阀发出控制信号使电磁阀按设定频率和幅度动作的控制器、和与控制器连接的输入装置，所述输入装置用于向控制器输入信号使控制器选择对应的控制信号向电磁阀发送。