挖掘机、用于挖掘机的控制装置和控制挖掘机的方法

申请号 CN201310240151.X 申请日 2013-06-18 公开(公告)号 CN103510555A 公开(公告)日 2014-01-15
申请人 卡特彼勒特林布尔控制技术有限责任公司; 发明人 H·J·卡彭特; R·P·皮库托斯基; M·尼科尔斯;
摘要 挖掘机、用于挖掘机的控制装置和控制挖掘机的方法。所述挖掘机具有用于移动挖掘机部件的多个 液压缸 ,以便在工作场地利用挖掘机铲斗或其它挖掘机工具完成挖掘,所述控制装置包括:多个液压控制 阀 ,所述液压 控制阀 中的每一个均与液压缸中的相应一个相连,用于控制施加到液压缸中的相应一个的液压 流体 压 力 ;和多个手动致动的操纵杆阀,用于将液压流体压力供应至相应的液压控制阀,以控制液压缸的运动。所述控制装置包括用于感测一个或多个挖掘机部件的 位置 的 传感器 部件。
权利要求

1.一种挖掘机,所述挖掘机具有:挖掘机底架,所述挖掘机底架枢转地安装在挖掘机底盘上;吊杆,所述吊杆枢转地安装在所述挖掘机底架上;铲斗柄,所述铲斗柄枢转地安装在所述吊杆上;挖掘机工具,所述挖掘机工具枢转地安装在所述铲斗柄上;第一液压装置,所述第一液压装置用于使所述工具相对于所述铲斗柄运动;第一液压控制,所述第一液压控制阀用于控制施加到所述第一液压装置的液压流体;第二液压装置,所述第二液压装置用于使所述铲斗柄相对于所述吊杆运动;第二液压控制阀,所述第二液压控制阀用于控制施加至所述第二液压装置的液压流体;第三液压装置,所述第三液压装置用于使所述吊杆相对于所述挖掘机底架运动;第三液压控制阀,所述第三液压控制阀用于控制施加到所述第三液压装置的液压流体;第四液压装置,所述第四液压装置用于使所述底架相对于所述底盘旋转;第四液压控制阀,所述第四液压控制阀用于控制施加到所述第四液压装置的液压流体;和手动致动的操纵杆阀,所述操纵杆阀用于将液压流体压供应到所述第一、第二、第三和第四液压控制阀,以分别控制所述第一、第二、第三和第四液压装置的运动,所述挖掘机还包括:
用于感测位置的多个传感器
存储器,所述存储器贮存工作场地在正被挖掘的地点处的期望高度;
处理器,所述处理器响应所述传感器和所述存储器,用于确定所述工具的位置,用于比较所述工具的位置和所述工作场地的期望高度,并且用于在所述工具接近所述期望高度时提供运动减速信号
歧管,所述歧管将来自所述手动致动的操纵杆阀的液压流体压力提供给所述第一、第二、第三和第四液压控制阀,以致动所述第一、第二、第三和第四液压控制阀,并且用于在所述工具接近所述期望高度时,响应来自所述处理器的所述运动减速信号,将来自所述手动致动的操纵杆阀的所述液压流体压力的一部分以抵制所述第一、第二、第三和第四液压控制阀的致动的方式提供至所述第一、第二、第三和第四液压控制阀,由此抵制所述工具在所述期望高度下方的运动。
2.根据权利要求1所述的挖掘机,其中,所述歧管包括:
第一运动减速阀,所述第一运动减速阀响应所述运动减速信号,用于转移来自所述手动致动的操纵杆阀的所述液压流体压力的一部分,以抵制所述第一液压控制阀的致动;
第二运动减速阀,所述第二运动减速阀响应所述运动减速信号,用于转移来自所述手动致动的操纵杆阀的所述液压流体压力的一部分,以抵制所述第二液压控制阀的致动;
第三运动减速阀,所述第三运动减速阀响应所述运动减速信号,用于转移来自所述手动致动的操纵杆阀的所述液压流体压力的一部分,以抵制所述第三液压控制阀的致动;和第四运动减速阀,所述第四运动减速阀响应所述运动减速信号,用于转移来自所述手动致动的操纵杆阀的所述液压流体压力的一部分,以抵制所述第四液压控制阀的致动。
3.根据权利要求2所述的挖掘机,其中,所述第一、第二、第三和第四运动减速阀中的每一个均包括电致动的定比减压阀。
4.根据权利要求3所述的挖掘机,其中,当所述工具接近所述期望高度时,所述第一、第二、第三和第四运动减速阀转移来自所述手动致动的操纵杆阀的所述液压流体压力的一部分,使得所述液压装置的运动减速。
5.根据权利要求3所述的挖掘机,其中,所述液压流体压力的由所述运动减速阀转移的所述部分随着所述工具接近所述期望高度而增加。
6.一种用于挖掘机的控制装置,所述挖掘机具有:多个液压缸,所述液压缸用于使挖掘机部件运动,使得在工作场地处利用挖掘机工具完成操作;多个液压控制阀,所述液压控制阀中的每一个均与所述液压缸中的相应一个相连,用于控制施加至所述液压缸中的相应一个的液压流体压力;和多个手动致动的操纵杆阀,所述操纵杆阀用于将液压流体压力供应至相应的液压控制阀,以控制所述液压缸的运动,所述控制装置包括:
传感器部件,所述传感器部件用于感测一个或多个挖掘机部件的位置,使得能够确定所述挖掘机工具在工作场地处的高度;
存储器,所述存储器贮存工作场地的期望高度;
处理器,所述处理器响应所述传感器部件和所述存储器,用于确定所述挖掘机工具的高度,用于比较所述挖掘机工具的高度与所述工作场地的期望高度,并且用于在所述挖掘机工具接近所述期望高度时提供运动减速信号;和
歧管,所述歧管将来自所述手动致动的操纵杆阀的液压流体压力提供给所述多个液压控制阀,以致动所述液压控制阀,并且用于在所述工具接近所述期望高度时,响应来自所述处理器的所述运动减速信号,将来自所述手动致动的操纵杆阀的液压流体压力的一部分以抵制所述液压控制阀的致动的方式提供给所述液压控制阀,由此抵制但不阻止所述工具在所述期望高度的下方运动。
7.根据权利要求6所述的用于挖掘机的控制装置,其中,所述歧管包括多个运动减速阀,所述运动减速阀响应所述运动减速信号,用于转移来自所述手动致动的操纵杆阀的液压流体压力的一部分,以抵制所述多个液压控制阀的致动。
8.根据权利要求7所述的用于挖掘机的控制装置,其中,所述多个运动减速阀中的每一个均能够包括电致动的比例阀
9.根据权利要求8所述的用于挖掘机的控制装置,其中,当所述工具接近期望高度时,所述多个运动减速阀转移来自所述手动致动的操纵杆阀的液压流体压力的一部分,使得所述液压缸的运动减速但不停止。
10.根据权利要求8所述的用于挖掘机的控制装置,其中,所述液压流体压力的由所述运动减速阀转移的部分通过限制所述工具接近所述期望高度的速度实施控制。
11.一种用于挖掘机的控制装置,所述挖掘机具有:多个液压缸,所述液压缸用于使挖掘机部件运动,使得在工作场地处利用挖掘机工具完成操作;多个液压控制阀,所述液压控制阀中的每一个均与所述液压缸中的相应一个相连,用于控制施加至所述液压缸中的所述相应一个的液压流体流;和多个操作者接口阀,所述操作者接口阀用于将液压流体压力供应至相应的液压控制阀,以控制所述液压缸的运动,所述控制装置包括:
传感器部件,所述传感器部件用于感测一个或多个挖掘机部件的位置,使得能够确定所述挖掘机工具在工作场地处的高度;
存储器,所述存储器贮存工作场地的期望高度;
处理器,所述处理器响应所述传感器部件和所述存储器,用于确定所述挖掘机工具的高度,用于比较所述挖掘机工具的高度与所述工作场地的期望高度,并且用于在所述挖掘机工具接近所述期望高度时提供运动减速信号;和
歧管,所述歧管将来自所述操作者接口阀的液压流体压力提供给所述多个液压控制阀,以致动所述液压控制阀,并且用于在所述工具接近所述期望高度时,响应来自所述处理器的所述运动减速信号,将来自所述操作者接口阀的所述液压流体压力的一部分以抵制所述液压控制阀的致动的方式提供给所述液压控制阀,由此抵制但不阻止所述工具在所述期望高度的下方运动。
12.根据权利要求11所述的用于挖掘机的控制装置,其中,所述歧管包括多个运动减速阀,所述运动减速阀响应所述运动减速信号,用于响应所述运动减速信号转移来自所述手动致动的操纵杆阀的液压流体压力的一部分,以抵制所述多个液压控制阀的致动。
13.根据权利要求12所述的用于挖掘机的控制装置,其中,所述多个运动减速阀中的每一个均包括电致动的比例阀。
14.根据权利要求13所述的用于挖掘机的控制装置,其中,当所述工具接近所述期望高度时,所述多个运动减速阀转移来自所述手动致动的操纵杆阀的液压流体压力的一部分,使得所述液压缸的运动减速但不停止。
15.根据权利要求13所述的用于挖掘机的控制装置,其中,所述液压流体压力的由所述运动减速阀转移的部分随着所述工具接近所述期望高度而增加。
16.一种控制挖掘机的方法,所述挖掘机包括:多个液压缸,所述液压缸用于使挖掘机部件运动,使得在工作场地处利用挖掘机工具完成操作;多个液压控制阀,所述多个液压控制阀中的每一个均与所述液压缸中的相应一个相连,用于控制施加至所述液压缸中的所述相应一个的液压流体流;和多个手动致动的操纵杆阀,所述操纵杆阀用于将液压流体压力供应至相应的液压控制阀,以控制所述液压缸的运动,所述方法包括:
感测一个或多个挖掘机部件的位置,使得能够确定所述挖掘机工具在工作场地处的高度;
确定所述挖掘机工具的高度;
比较所述挖掘机工具的高度与所述工作场地的期望高度;
当所述挖掘机工具接近所述期望高度时,供应运动减速信号;
将来自所述手动致动的操纵杆阀的液压流体压力提供至所述多个液压控制阀,以致动所述液压控制阀;和
当所述工具接近所述期望高度时,响应所述运动减速信号,向所述液压控制阀以抵制所述液压控制阀的致动的方式提供来自所述手动致动的操纵杆阀的所述液压流体压力的一部分,从而抵制但不阻止所述工具在所述期望高度的下方运动。
17.根据权利要求16所述的方法,其中,随着所述工具接近所述期望高度,以抵制所述液压控制阀的致动的方式提供的来自所述手动致动的操纵杆阀的所述液压流体压力的所述部分增加。
18.根据权利要求17所述的方法,其中,随着所述工具接近所述期望高度,以抵制所述液压控制阀的致动的方式提供的来自所述手动致动的操纵杆阀的所述液压流体压力的所述部分线性增加。
19.根据权利要求18所述的方法,其中,当所述工具接近所述期望高度时,转移来自所述手动致动的操纵杆阀的所述液压流体压力的一部分,使得所述液压缸的运动减速但不必停止。
20.根据权利要求18所述的用于挖掘机的控制装置,其中,随着所述工具接近所述期望高度,所述液压流体压力的由所述运动减速阀转移的部分基本保持不变。

说明书全文

挖掘机、用于挖掘机的控制装置和控制挖掘机的方法

[0001] 相关领域的交叉引用
[0002] 无
[0003] 关于联邦资助研究或开发的声明
[0004] 不适用

背景技术

[0005] 本发明涉及一种用于挖掘机的控制装置,在所述挖掘机中,操作者手动致动的操纵杆以将液压流体供应到液压控制阀。然后,液压控制阀又将液压流体供应至液压缸或者达,以移动各种挖掘机部件。在典型的挖掘机中,吊杆从挖掘机底架延伸并且枢转连接到铲斗柄。铲斗柄枢转地连接到挖掘机铲斗或者其它挖掘机工具。挖掘机底架典型地通过液压马达在挖掘机底盘上枢转。液压缸使吊杆相对于底架枢转,使铲斗柄相对于吊杆枢转,并且使铲斗或者其它挖掘机工具相对于铲斗柄枢转。另一种常见的挖掘机构造包括第二吊杆部件,所述第二吊杆部件允许吊杆弯曲。这通常称为可变度吊杆或者VA吊杆,并且允许室内工作或者在具有建筑接近限制(clearance restriction)的区域(例如在电线下方)中工作。
[0006] 这种挖掘机的操作者操作操纵控制杆,所述操纵控制杆致动操纵杆阀,以利用挖掘机铲斗进行挖掘。挖掘机驾驶室中的显示装置可以辅助操作者进行这种操作,所述显示装置显示出挖掘机铲斗的当前高度和工作场地的期望高度。多种传感器已经用于确定铲斗的高度,所述多种传感器包括激光传感器,所述激光传感器感测由定位成与挖掘机相距一定距离的激光发射器提供的参考激光束。GPS接收器还已经用于确定挖掘机高度。由于激光接收器和GPS接收器通常不直接安装在挖掘机铲斗上,所以这些接收器通常已经用于确定挖掘机上的参考点的位置,然后来自其它传感器(例如角编码器和倾斜计)的输出已经用于确定铲斗相对于该参考点的位置。工作场地的期望轮廓的图通常贮存在与挖掘机控制装置相连的存储器中,以便能够为操作者提供表示到达期望高度所需的额外的挖掘量的连续显示。
[0007] 挖掘机操作者的技能和经验差别很大,技能最好的操作者能够比技能较差更快地挖掘到最终均夷面(grade level)。先前提供挖掘机控制装置的尝试在操作者控制挖掘机中的一个或多个构件的同时使系统主动控制挖掘机中的其它构件。操作者难以与比操作者慢的自动系统协调运动,并且实际上,结果是不如操作者不使用自动控制时挖掘有效。为了挖掘到期望的轮廓或者线,需要操作者协调且不断变化地调整多种构件,以保持切割刃与期望的路径相切。经验欠缺的挖掘机操作者难以适当地同时协调多个构件的动作,并且在工作场地的某些区域中可能会挖掘地太深,从而需要稍后将填埋材料回填到工作场地的那些区域中。应当理解的是,将填埋材料回填到工作场地的低洼区域比较耗费时间。而且,在一些情况下有必要压实填埋材料,从而增加了挖掘操作成本。需要能够提高机器操作效率的挖掘机控制装置和方法。

发明内容

[0008] 挖掘机具有:挖掘机底架,所述挖掘机底架枢转地安装在挖掘机底盘上;吊杆,所述吊杆枢转地安装在挖掘机底架上;铲斗柄,所述铲斗柄枢转地安装在吊杆上;和枢转地安装在铲斗柄上的挖掘机工具,例如挖掘机铲斗。挖掘机还具有:第一液压装置,所述第一液压装置用于使铲斗相对于铲斗柄运动;第一液压控制阀,所述第一液压控制阀用于控制施加到第一液压装置的液压流体;和第二液压装置,所述第二液压装置用于使铲斗柄相对于吊杆运动;第二液压控制阀,所述第二液压控制阀用于控制施加至第二液压装置的液压流体;第三液压装置,所述第三液压装置用于使吊杆相对于挖掘机底架运动;第三液压控制阀,所述第三液压控制阀用于控制施加到第三液压装置的液压流体;第四液压装置,所述第四液压装置用于使底架相对于底盘旋转;和第四液压控制阀,所述第四液压控制阀用于控制施加到第四液压装置的液压流体。另外,挖掘机具有手动致动的操纵杆阀,用于将液压流体压力供应到第一、第二、第三和第四液压控制阀,以分别控制第一、第二、第三和第四液压装置的运动。挖掘机包括:用于感测位置的多个传感器;存储器,所述存储器贮存工作场地在挖掘地点处的期望高度;和处理器,所述处理器响应传感器和存储器,用于确定铲斗的位置。处理器比较铲斗位置与工作场地的期望高度,并且当铲斗接近期望高度时供给运动减速信号歧管向第一、第二、第三和第四液压控制阀提供来自手动致动的操纵杆阀的液压流体压力,以致动第一、第二、第三和第四液压控制阀。当铲斗接近需要高度时,响应来自处理器的运动减速信号,歧管还向第一、第二、第三和第四液压控制阀提供来自手动致动的操纵杆阀的液压流体压力的一部分,以抵制第一、第二、第三和第四液压控制阀的致动。通过这种布置方案,阻止铲斗在期望高度下方运动。
[0009] 歧管可以包括:第一运动减速阀,所述第一运动减速阀响应运动减速信号,用于从手动致动的操纵杆阀转移液压流体压力的一部分,以抵制第一液压控制阀的致动;第二运动减速阀,所述第二运动减速阀响应运动致动信号,用于从手动制动的操纵杆阀转移液压流体压力的一部分,以抵制第二液压控制阀的致动;第三运动减速阀,所述第三运动减速阀响应运动减速信号,用于从从手动制动的操纵杆阀转移液压流体压力的一部分,以抵制第三液压控制阀的致动;和第四运动减速阀,所述第四运动减速阀响应运动减速信号,用于从手动制动的操纵杆阀转移液压流体压力的一部分,以抵制第四液压控制阀的致动。第一、第二、第三和第四运动减速阀每个都可以电致动的比例阀。施加用于减速运动的压力部分由施加到电气阀的电流大小确定,并且能够通过设定处理器中的最大电流限值来限制所述压力部分。
[0010] 当铲斗接近期望高度时,第一、第二、第三和第四运动减速阀可以转移从手动致动的操纵杆阀可以获得的最大液压流体压力的一部分,使得液压装置的运动减速,但不必停止。随着铲斗接近期望高度,由传感器数据的评估确定,运动减速阀转移的液压流体压力的那部分可以增加或者减小。
[0011] 用于挖掘机的控制装置,所述挖掘机具有:多个液压缸,用于移动挖掘机部件,以在工作场地处利用挖掘机工具(例如挖掘机铲斗)完成挖掘或其它操作;多个液压控制阀,每个液压控制阀均与液压缸中的相应一个相连,用于控制施加到液压缸的相应一个的液压流体;和多个手动致动的操纵杆阀,用于向相应的液压控制阀供应液压流体压力,以控制液压缸的运动。所述控制装置包括传感器部件,所述传感器部件用于感测一个或多个挖掘机部件的位置,使得可以确定挖掘机铲斗在工作场地处的高度。存储器贮存工作场地的期望高度,并且处理器响应传感器部件和存储器,确定挖掘机铲斗的高度。处理器比较挖掘机铲斗的高度与工作场地的期望高度,并且当挖掘机铲斗接近期望高度时提供运动减速信号。歧管将来自手动致动的操纵杆阀的液压流体压力提供给多个液压控制阀,以致动液压控制阀,并且当铲斗接近期望高度时,响应来自处理器的运动减速信号,将来自手动致动的操纵杆阀的液压流体压力的一部分提供至液压控制阀,以抵制液压控制阀的致动。通过这种部件,抵制但不阻止铲斗在期望高度下方运动。
[0012] 歧管可以包括多个运动减速阀,所述运动减速阀响应运动减速信号,用于从手动致动的操纵杆阀转移液压流体压力的一部分,以抵制(oppose)多个液压控制阀的致动。多个运动减速阀中的每个均可以包括电致动的比例阀。随着铲斗接近期望高度,多个运动减速阀从手动致动的操纵杆阀转移液压流体压力的一部分,使得液压缸的运动减速而不停止,以最优化所产生的液压缸运动和(sum)。液压流体压力的由运动减速阀转移的部分能够随着铲斗接近期望高度而改变,以最优化每个液压缸的速度,使得铲斗不会进入到期望地平面下面。
[0013] 控制挖掘机的方法可以包括感测一个或多个挖掘机部件的位置,使得可以确定挖掘机铲斗在工作场地处的高度;确定挖掘机铲斗的高度;比较挖掘机铲斗的高度与工作场地的期望高度;当挖掘机铲斗接近期望高度时,供应运动减速信号;将液压流体压力从手动致动的操纵杆阀提供至多个液压控制阀,以致动液压控制阀;以及,当铲斗接近期望高度时,响应运动减速信号,向液压控制阀提供来自手动致动的操纵杆阀的一部分液压流体压力,以抵制对液压控制阀的致动,由此抵制而不阻止铲斗在期望高度下方运动,其中所述挖掘机包括:多个液压缸,所述液压缸用于移动挖掘机部件,使得利用挖掘机铲斗或其它挖掘机工具在工作场地处完成挖掘或者其它挖掘机操作;多个液压控制阀,所述多个液压控制阀中的每一个均与液压缸中的相应一个相连,以控制施加至液压缸中的相应的一个的液压流体压力;和多个手动制动的操纵杆阀,所述操纵杆阀用于将液压流体压力供应至相应的液压控制阀,以控制液压缸的运动。
[0014] 抵制液压控制阀的致动提供的来自手动致动的操纵杆阀的液压流体压力的所述一部分可以随着铲斗接近期望高度而增加。抵制液压控制阀的致动提供的来自手动致动的操纵杆阀的液压流体压力的所述一部分可以随着铲斗接近期望高度而线性地增加。当铲斗接近期望高度时,可以从手动致动的操纵杆阀转移最大液压流体压力的一部分(通常小于一半),使得液压缸的运动减速,但不停止。随着铲斗接近期望高度,由运动减速阀转移的那部分液压流体压力还可以基本恒定。附图说明
[0015] 图1是挖掘机的侧视图,其图解了本发明的一个实施例
[0016] 图2是图解了用于图1的挖掘机的控制系统的简图;和
[0017] 图3是更为详细地示出了图2的控制系统中的歧管的简图。

具体实施方式

[0018] 挖掘机通常使用多种传感器,以监测多种机械元件的位置,并且显示这些位置以辅助机械操作者。在一个典型布置方案中,工作场地处的激光发射器射出细激光束,所述细激光束围绕大体竖直轴线快速旋转,以限定激光参考平面。如果激光参考平面是平的,并且如果挖掘机承载检测光束和其相对于挖掘机的位置的激光接收器,则对于挖掘机控制而言能够确定接收器的高度。通过参考挖掘机上的监测挖掘机部件的倾角或者各种挖掘机部件(例如吊杆(boom)和铲斗柄)之间的夹角的其它传感器,能够确定挖掘机铲斗的挖掘齿的高度和由挖掘机铲斗所形成的切口(cut)。如果在整个工作场地上期望的高度不是一致的,则必须知道挖掘机铲斗在三维空间中的位置,以确定铲斗是位于期望工作场地轮廓上方还是下方,并且确定位于上方或者下方的程度。这可以以多种方式中的任意一种来完成,所述方式包括利用安装在挖掘机上的GPS接收器进行三维定位。可替代地,这可以利用追踪挖掘机的运动的精确定位的智能型全站仪(robotic total station)来完成,或者利用发射倾斜的扇状多光束的精确定位的激光发射器以及挖掘机上的检测器来完成。陀螺传感器和磁罗盘传感器也可以应用在系统中,以提高系统的精确度。
[0019] 图1描绘了包含本发明的实施例的挖掘机10。所述挖掘机包括底架11;枢转在第一枢转接合部14处固定到底架11的吊杆12;在第二枢转接合部18处枢转固定到吊杆12的铲斗柄16;和铲斗20,所述铲斗20在第三枢转接合部22处枢转固定到铲斗柄16。设置有包括第一、第二和第三液压缸24、26和28的第一、第二和第三液压装置,以使吊杆12、铲斗柄16和铲斗20运动。铲斗20包括切削刃30,所述切削刃30可以具有锯齿状的齿,以辅助挖掘。底架11承载操作者驾驶室31。驾驶室31支撑在底盘支架和运输机32上,所述底盘支架和运输机32可以包括履带,所述履带有助于挖掘机10在工作场地上运动。底架11及其承载的部件能够通过第四液压装置(例如液压马达33)围绕大体竖直轴线相对于底盘支架和运输机32旋转,以将铲斗20放置在挖掘所需的精确位置。应当理解的是,尽管本实施例示出为具有整体吊杆,但也适用的是,挖掘机具有可变角度的吊杆。而且,尽管挖掘机示出为具有挖掘机铲斗,但是还可以使用诸如螺旋钻、挖沟装置和压实装置的其它挖掘机工具。
[0020] 在图解的挖掘机中,使用GPS定位系统和磁罗盘35确定关于机器的位置和定向的信息。所述系统还包括激光接收器36,所述激光接收器36接收来自激光发射器38的参考激光束37。通过角编码器39可以确定吊杆12、柄16和铲斗20的相对位置。可替代地,通过参考安装到构件12、16和20的基于重力的倾角计或者与枢转接合部14、18和22相连的其它传感器,或者通过与液压缸24、26和28相连的柱编码器(string encoder),或者通过这些传感器的某些组合,能够提供所述信息。挖掘机10相对于真垂线的定向可以由安装在底架11上的倾角计40确定。倾角计40(图2)在两条轴上操作,并且提供底架11的横摇角和俯仰角。所述系统包括处理器电路50,所述处理器电路50具有相连的存储器52(图2),所述存储器52在挖掘操作期间响应所有传感器34、35、36、39和40,用于确定铲斗20的高度。处理器50还通过参考贮存在存储器52中的限定工作场地的期望地形结构的数据来确定铲斗20的高度和工作场地上的挖掘地点处的期望高度之间的差。
[0021] 参照图2和图3,所述图2和图3图解了用于挖掘机10的控制。如将指出的那样,第一、第二、第三和第四液压装置24、26、28和33分别由第一、第二、第三和第四液压控制阀60、62、64和66控制。控制阀60、62、64和66被弹性偏压至中心位置,并且由先导压力致动,以便以与施加的先导压力相应的水平将液压流施加到任一个输出管路。先导压力通过手动致动的操纵杆阀70、72、74和76分别向液压控制阀60、62、64和66提供,以便分别控制第一、第二、第三和第四液压装置的运动,其中通常每根操纵杆安装有成对的所述操纵杆阀70、72、74和76。
[0022] 如图2所示,多个传感器(包括GPS接收器34、磁罗盘35、激光接收器36、角编码器39和倾角计40)向处理器50提供输出。处理器50还响应存储器52。处理器50确定完成挖掘的铲斗20和齿30的位置。处理器50比较铲斗位置和工作场地的期望高度,并且将数据供应给显示装置78。操作者在驾驶室31中使用控制装置控制挖掘机,所述控制装置包括一对操纵杆,所述操纵杆致动操纵杆阀70、72、74和76。第一操纵杆的前后运动致动阀
70,以根据操纵杆的运动方向将液压流体压力施加至管路78或80。这通过歧管81作为先导压力施加至阀60的一侧或另一侧。明显的是,施加至阀60的一侧的先导压力将致使液压流体流入到管路82和84中的一条,而施加至阀60的另一侧的先导压力将致使液压流体流入到管路82和84中的另一条。结果,根据先导压力施加至阀60的哪一侧,能够驱动图
1中示出为液压缸的液压装置24伸出或者收回。此外,施加到液压缸24的液压流的水平,并且因此液压缸24的运动速度,与阀60被致动的程度有关,并且因此与从操纵杆阀70施加到阀60的先导压力的水平有关。在挖掘机的大部分操作期间,将以这种方式致动液压装置24。
[0023] 以类似的方式致动其它液压装置26、28和33中的每一个。第一操纵杆的左右(side to side)运动致动阀72,以根据第一操纵杆的运动方向将液压流体压力施加到管路86或88。这通过歧管81作为先导压力施加到阀62的一侧或另一侧。施加至阀62的一侧的先导压力将致使液压流流入到管路92和94中的一条,而施加至阀62的另一侧的先导压力将致使液压流流入到管路92和94中的另一条。结果,根据先导压力施加至阀62的哪一侧,能够驱动图1中示出为液压缸的液压装置26伸出或者收回。而且,施加到缸体26的液压流的水平,并且因此缸体26的运动速度,与阀62被致动的程度有关,并且因此与从操纵杆阀72施加到阀62的先导压力的水平有关。在挖掘机的大部分操作期间,将以这种方式致动液压装置26。类似地,第二操纵杆的前后运动和第二操纵杆的左右运动分别致动阀74和76,以便将液压流体压力分别施加到管路94或96和98或100。阀74和76通过歧管81将液压压力作为先导压力施加至阀64和66的一侧或另一侧。施加到阀64的一侧的先导压力将致使液压流流入到管路102和104中的一条,而施加到阀64的另一侧的先导压力将致使液压压力施加到管路102和104中的另一条。类似地,施加到阀66的一侧的先导压力将致使将压力被施加到管路106和108中的一条,而施加到阀66的另一侧的先导压力将致使液压压力被施加到管路106和108中的另一条。结果,能够分别驱动液压装置28和33、液压缸和马达沿着任一方向运动。而且,施加到液压缸28和马达33的液压流的水平,并且因此液压缸28和马达33的运动速度,与阀64和66被致动的程度有关,并且因此与从操纵杆阀74和76施加到阀64和66的先导压力的水平有关。在挖掘机的大部分操作期间,将以这种方式致动液压装置28和33。
[0024] 然而,在挖掘机正在挖掘的高度接近工作场地在这个位置的期望高度时,操作模式改变。处理器50响应传感器34、35、36、39和40并且响应存储器52,用于比较铲斗20的位置与工作场地的期望高度,并且用于在铲斗20接近期望高度时运动减速信号(如果管路110、112和114上需要的话)供应到歧管81。如上所述,歧管81从手动致动的操纵杆阀70、72和74将液压流体压力分别供应到第一、第二和第三液压控制阀60、62和64,以致动那些控制阀。当铲斗20接近期望高度时,并且歧管81接收到管路110、112和114中的任意一条或者所有上的运动减速信号时,歧管81还将来自那些手动致动的操纵杆阀的液压流体压力的一部分施加至第一、第二和第三液压控制阀60、62和64中的任意一个或所有,以抵制阀的致动。结果,供应到液压装置24、26和28的液压流体流在一定程度上减小,并且液压装置的运动速度降低。然而,重要的是,液压装置继续沿着由操纵杆阀的操作所确定的方向运动。使液压缸24、26和28的运动减速允许操作者在周围快速地移动挖掘机的铲斗,然后帮助操作者放慢由液压缸移动的适当构件,使得在期望高度附近挖掘时最优化铲斗运动,并且不会由于一个构件的速度相对于其它构件的速度过快而导致过度切削。歧管81的操作不会阻止铲斗运动到位于期望工作场地高度的上方或下方的任意位置,这是因为操作者能够施加的先导压力大于阀81所能够施加的减缓特定信号的先导压力。操作者必须主动地移动操纵杆,使得与没有阀81施加的相反的压力的情况相比,操纵杆的位置显著更远离它们的中心位置。阀系统的由操纵杆76、从管路98和100至绕短管阀(spool)66构成并且控制马达33的部分可以通过EH阀126改变,以便使马达33降速,以防止通过旋转将机器定位在在设计模型中基于各种原因确定但假定是为了在设计范围内在卸载或者定位在校准(alignment)特征期间的安全性或者校准的区域中。此外,由于使装置24、26、28和
33的运动减速是通过从操纵杆阀转移一些液压流体压力而实现的,所以在没有致动操纵杆阀70、72、74和76中的一个或多个的情况下,歧管不会无意地导致控制阀60、62、64或66被致动。
[0025] 歧管81包括多个运动减速阀,每个所述运动减速阀响应来自处理器50的针对管路110、112、114和116的运动减速信号中的一个,以从手动致动的操纵杆阀70、72、74和76转移一部分液压流体压力,以抵制多个液压控制阀60、62、64和66的致动。更具体地,歧管81包括第一运动减速阀120,所述第一运动减速阀120响应针对管路110的运动减速信号,以从手动致动的操纵杆阀70转移一部分液压流体压力,以便抵制第一液压控制阀60的致动。歧管81包括第二运动减速阀122,所述第二运动减速阀122响应针对管路112的运动减速信号,以从手动致动的操纵杆阀72转移一部分液压流体压力,以抵制第二液压控制阀
62的致动。歧管81包括第三运动减速阀124,所述第三运动减速阀124响应针对管路114的运动减速信号,以从手动致动的操纵杆阀74转移一部分液压流体压力,以抵制第三液压控制阀64的致动。最后,歧管81包括第四运动减速阀126,所述第四运动减速阀126响应针对管路116的运动减速信号,以从手动致动的操纵杆阀76转移一部分液压流体压力,以抵制第四液压控制阀66的致动。运动减速阀120、122、124和126中的每一个都包括电致动的比例阀。当铲斗接近期望高度或者对准时,运动减速阀120、122、124和126中的每一个从相关的手动致动的操纵杆阀转移一部分液压流体压力,使得液压装置的运动减速。随着铲斗接近期望高度或者对准,液压流体压力的由运动减速阀120、122、124和126转移的部分可以逐渐增加,从而大致线性地降低装置24、26、28和33的运动速度。可替代地,在铲斗20处于与期望高度相距特定预定距离范围内时,液压装置被减速的程度可以是恒定的。
作为再一个替代方案,针对具体设计,随着铲斗20接近期望高度或者对准,液压装置被减速的程度可以逐步发生变化。
[0026] 参照图3,可以看到的是,与运动减速阀120、122、124和126中的每一个相连的液压管路和阀均相同,因此解释阀120的操作将足以解释所有阀的操作。假设致动操纵杆阀70,使得将压力施加到管路78。换向阀130将被偏压至右侧,并且液压流体压力将通过换向阀132施加到控制阀60的左侧,结果是控制阀60将抵抗定心弹簧偏压力移动到右侧。继而,这将致使液压流体p流入到管路82中。然而,如果关于管路110的信号致动比例阀120,则来自管路78的液压流体压力的一部分将通过换向阀130、通过EH阀120和换向阀134,并且施加到阀60的右侧。这个液压流体压力抵制从而减少但不阻止管路78中的压力对阀
60的致动,从而减小经由管路82施加到液压装置24的流体流。然而,当铲斗20以使得其将不会运动到比工作场地的期望高度更深的的方式运动时,可以终止关于管路110的运动减速信号,结果是不再抵制阀60的致动,并且液压装置24以更高的速度继续运动。
[0027] 可以看到的是,这种布置方案允许操作者控制挖掘机,使得铲斗例如在将铲斗旋转到将装载的泥土倾倒到卡车中的位置时快速运动。当操作者移动铲斗以在期望的最后地平面(grade)处或者附近挖切或者朝向工作场地的对准特征旋转运动时,所述系统仅精细地减缓挖掘操作。这提高了挖掘机的操作速度和效率。
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