用于小回转半径挖掘机的减震装置及其控制方法.pdf

提供一种用于小回转半径(SSR)挖掘机的减震装置及其控制方法，当挖掘机的悬臂通过控制杆的操纵上升到其最大高度时，即使不控制主控制阀，该减震装置也可通过仅控制液压泵供给悬臂液压缸的排出流率，减轻悬臂液压缸上产生的震动。该用于SSR挖掘机的减震装置包括：第一和第二液压泵，控制杆，与第一液压泵相连的悬臂液压缸，用于控制悬臂液压缸启动、停止和方向变化的主控制阀，悬臂上升操纵量检测装置，液压泵流量计算装置，用于使从第一和第二液压泵排出的液压流体汇合在一起的悬臂汇合装置，用于检测悬臂的减速区域的悬臂减速区域检测装置，以及用于控制第一和第二液压泵的排出流率的流量控制器。

1.  一种用于小回转半径挖掘机的减震装置，包括：
与发动机相连的第一和第二液压泵；
控制杆，其用于输出与操作者的操纵量对应的操纵信号；
与第一液压泵相连的悬臂液压缸；
主控制阀，其安装在第一液压泵与所述悬臂液压缸之间的流路中，用于在移位过程中控制所述悬臂液压缸的启动、停止和方向变化；
悬臂上升操纵量检测装置，其用于根据所述控制杆的操纵量检测悬臂上升信号压力；
液压泵流量计算装置，其用于根据所检测到的悬臂上升操纵量，计算第一和第二液压泵所需的流率；
悬臂汇合装置，其用于在通过所述控制杆进行悬臂上升操纵的过程中，根据所述液压泵流量计算装置计算出的流率使从第一和第二液压泵排出的液压流体汇合在一起，并将汇合的液压流体供给所述悬臂液压缸；
悬臂减速区域检测装置，如果在悬臂旋转区域中悬臂的旋转角超过预置旋转角，该悬臂减速区域检测装置用于检测所述悬臂液压缸需要减速的悬臂减速区域；以及
流量控制器，如果所述悬臂减速区域检测装置的检测结果是所述悬臂旋转超过所述预置旋转角从而需要悬臂液压缸减速，则该流量控制器根据来自控制单元的控制信号控制第一和第二液压泵的排出流率，从而使所述悬臂液压缸减速。

2.  如权利要求1所述的减震装置，其中所述悬臂减速区域检测装置包括非接触式接近开关。

3.  一种控制用于小回转半径挖掘机的减震装置的方法，其中该减震装置包括：发动机，第一和第二液压泵，发动机速度设定装置，与第一液压泵相连的悬臂液压缸，用于控制供给悬臂液压缸的液压流体的主控制阀，用于输出与其操纵量对应的信号压力的控制杆，用于控制第一和第二液压泵的排出流率的流量控制器，用于使从第一和第二液压泵排出的液压流体汇合在一起的悬臂汇合装置，用于检测悬臂上升信号压力的悬臂上升操纵量检测装置，用于预测悬臂上升速度的悬臂上升速度计算装置，用于判断悬臂是否减速的悬臂减速判断装置，以及减速流量计算装置，所述方法包括：
根据所述控制杆的操纵量检测悬臂上升信号压力；
根据所述发动机速度设定装置和所述悬臂上升操纵量检测装置的输出信号，预测悬臂上升速度；
检测在悬臂旋转区域中悬臂的旋转角超过预置旋转角且所述悬臂液压缸需要减速的悬臂减速区域；
如果所述悬臂的旋转角超过所述预置旋转角，计算第一和第二液压泵的排出流率，以便在不向所述挖掘机施加震动的情况下使所述悬臂液压缸减速；
如果从所述悬臂减速判断装置产生输出信号，则限制第一和第二液压泵的排出流率，以使所述悬臂上升速度计算装置的输出值从所述悬臂减速判断装置产生输出信号的时间点开始就不会超过所述减速流量计算装置的输出值；以及
根据所限制的第一和第二液压泵排出流率确定是否使第二液压泵的液压流体汇合。

4.  如权利要求3所述的方法，其中所述减速流量计算装置包括：
第一模式，其用于从所述悬臂减速区域的初始时间到一特定时间减少供给所述悬臂液压缸的液压流体，并在该特定时间后均衡地保持供给所述悬臂液压缸的液压流体；以及
第二模式，其用于从所述悬臂减速区域的特定部分至所述悬臂液压缸的行程结束，均衡地保持比第一模式的流率更高的流率；
其中所述减速流量计算装置根据所述悬臂减速判断装置的输出信号选择性地输出第一和第二模式其中之一。

5.  如权利要求3所述的方法，其中所述悬臂减速判断装置分别判断下列两种情况：所述悬臂减速区域检测装置的输出信号的状态被转变为“开”状态之后开始悬臂上升操作的情况；以及所述悬臂减速区域检测装置的输出信号的状态在悬臂上升操作过程中被转变为“开”状态的情况，并且根据判断的情况分别输出相应的检测信号。

6.  如权利要求3所述的方法，其中第一和第二液压泵的排出流率被限制的方式为第二液压泵的排出流率首先被减少，接着第一液压泵的排出流率被减少。

7.  如权利要求3所述的方法，其中所述悬臂汇合装置输出控制信号，以便在第二液压泵的排出流率达到其最小值时，中断汇合液压流体。

用于小回转半径挖掘机的减震装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种用于小回转半径挖掘机的减震装置及其控制方法，当挖掘机的悬臂通过控制杆的操纵上升到其最大高度时，该减震装置可以通过控制液压泵供给悬臂液压缸的流率减轻悬臂液压缸上产生的震动，并由此确保挖掘机的稳定性。
背景技术
通常，回转挖掘机被分为标准回转挖掘机和小回转半径(SSR)挖掘机。
在标准回转挖掘机中，如果上回转结构相对下驱动结构具有向前/向后方向的姿态(即，如果作业设备具有朝向下驱动结构的行进方向的姿态)，上回转结构的后端部分向外部突出，以便比下驱动结构的前/后部分(即沿行进方向的端部)更长。如果上回转结构相对下驱动结构具有朝向水平方向的姿态(即，如果作业设备具有与下驱动结构的行进方向相垂直方向的姿态)，上回转结构的后端部分向外部突出，以便比下驱动结构的左/右部分(即沿与行进方向相垂直方向的端部)更长。
因此，由于上回转结构的后端部分到其回转中心的距离较长，且上回转结构的后部分的转矩变大，因此上回转结构的前部分的由作业设备的挖掘力产生的转矩难以使挖掘机翻倒。因此，挖掘机能提供较大的挖掘力，并由此提高可使用性。
如图1所示，在小回转半径挖掘机中，如果上回转结构2相对下驱动结构1具有向前/向后方向的姿态，上回转结构2的后端部分被包括在下驱动结构1的前/后部分内。如果上回转结构2相对下驱动结构1具有朝向水平方向的姿态，上回转结构2的后端部分被包括在下驱动结构1的左/右部分内。
在附图中，未解释的附图标记A表示例如悬臂、前臂、或铲斗等由液压缸驱动的作业设备，B表示安装在上回转结构2上的驾驶室。
因此，由于上回转结构2的后端部分被包括在下驱动结构1的前/后部分和左/右部分内，该后端部分不会干扰下驱动结构1附近的障碍物，从而在回转操作过程中确保稳定性，并且操作者的回转操作变得极好。即使在下驱动结构1附近存在障碍物，上回转结构2也能执行回转操作，这有利于在窄空间中作业。
在这种情况下，术语“前/后部分”和“左/右部分”指的是基于驾驶室中操作者的方向或侧部。
为了减小作业设备的回转半径，回转挖掘机设置有悬臂液压缸，其具有的长度比标准型挖掘机的长度大很多，以扩大悬臂的最大角度。如果悬臂液压缸到达行程终点，并且在悬臂液压缸被驱动使得悬臂上升到其最大高度时悬臂液压缸被突然停止，则在悬臂液压缸接触缓冲柱塞时有震动产生，并且相应部件的耐疲劳度降低从而缩短其使用寿命。此外，由于悬臂液压缸与相应位置悬臂的形状的原因，设备的稳定性由于悬臂液压缸的这种突然停止而降低。
为了防止悬臂在上升到其最大高度时产生震动，用于检测悬臂液压缸旋转角的接近传感器可被安装在悬臂液压缸的特定位置，并且单独的驱动设备可用于控制主控制阀，以使主控制阀根据接近传感器的检测信号控制供给悬臂液压缸的液压流体。但是，在这种情况下，液压回路的结构由于相应部件的增加而复杂，从而增加制造成本。
发明内容
因此，本发明是为解决现有技术中出现的上述问题而做出的，本发明的目的在于提供一种用于小回转半径挖掘机的减震装置及其控制方法，当挖掘机的悬臂通过控制杆的操纵上升到其最大高度时，即使不控制主控制阀，该减震装置也可通过仅控制液压泵供给悬臂液压缸的排出流率，来确保挖掘机的稳定性并简化液压回路的结构。
为了实现上述和其它目的，提供一种用于小回转半径挖掘机的减震装置，根据本发明该减震装置包括：与发动机相连的第一和第二液压泵；控制杆，其用于输出与操作者的操纵量对应的操纵信号；与第一液压泵相连的悬臂液压缸；主控制阀，其安装在第一液压泵与所述悬臂液压缸之间的流路中，用于在移位过程中控制所述悬臂液压缸的启动、停止和方向变化；悬臂上升操纵量检测装置，其用于根据所述控制杆的操纵量检测悬臂上升信号压力；液压泵流量计算装置，其用于根据所检测到的悬臂上升操纵量，计算第一和第二液压泵所需的流率；悬臂汇合装置，其用于在通过所述控制杆进行悬臂上升操纵的过程中，根据所述液压泵流量计算装置计算出的流率使从第一和第二液压泵排出的液压流体汇合在一起，并将汇合的液压流体供给所述悬臂液压缸；悬臂减速区域检测装置，如果在悬臂旋转区域中悬臂的旋转角超过预置旋转角，该悬臂减速区域检测装置用于检测所述悬臂液压缸需要减速的悬臂减速区域；以及流量控制器，如果所述悬臂减速区域检测装置的检测结果是所述悬臂旋转超过所述预置旋转角从而需要悬臂液压缸减速，则该流量控制器根据来自控制单元的控制信号控制第一和第二液压泵的排出流率，从而使所述悬臂液压缸减速。
所述悬臂减速区域检测装置可包括非接触式接近开关。
在按照本发明的另一方面中，提供一种控制用于SSR小回转半径挖掘机的减震装置的方法，其中该减震装置包括：发动机，第一和第二液压泵，发动机速度设定装置，与所述第一液压泵相连的悬臂液压缸，用于控制供应至给所述悬臂液压缸的液压流体的主控制阀，用于输出与其操纵量对应的信号压力的控制杆，用于控制所述第一和第二液压泵排出流率的流量控制器，用于使从所述第一和第二液压泵排出的液压流体汇合在一起的悬臂汇合装置，用于检测悬臂上升信号压力的悬臂上升操纵量检测装置，用于预测悬臂上升速度的悬臂上升速度计算装置，用于判断悬臂是否减速的悬臂减速判断装置，以及减速流量计算装置，所述方法包括：根据所述控制杆的操纵量检测悬臂上升信号压力；根据所述发动机速度设定装置和所述悬臂上升操纵量检测装置的输出信号，预测悬臂上升速度；检测在悬臂旋转区域中悬臂的旋转角超过预置旋转角且所述悬臂液压缸需要减速的悬臂减速区域；如果所述悬臂的旋转角超过所述预置旋转角，计算第一和第二液压泵的排出流率，以便在不向所述挖掘机施加震动的情况下使所述悬臂液压缸减速；如果从所述悬臂减速判断装置产生输出信号，则限制第一和第二液压泵的排出流率，以使所述悬臂上升速度计算装置的输出值从所述悬臂减速判断装置产生输出信号的时间点开始就不会超过所述减速流量计算装置的输出值；以及根据所限制的第一和第二液压泵排出流率，确定是否使第二液压泵的液压流体汇合。
所述减速流量计算装置可包括：第一模式，其用于从所述悬臂减速区域的初始时间到一特定时间减少供给所述悬臂液压缸的液压流体，并在该特定时间后均衡地保持供给所述悬臂液压缸的液压流体；以及第二模式，其用于从所述悬臂减速区域的特定部分至所述悬臂液压缸的行程结束，均衡地保持比第一模式的流率更高的流率，并根据所述悬臂减速判断装置的输出信号选择性地输出第一和第二模式其中之一。
所述悬臂减速判断装置可分别判断下列两种情况：所述悬臂减速区域检测装置的输出信号的状态被转变为“开”状态之后开始悬臂上升操作的情况；以及所述悬臂减速区域检测装置的输出信号的状态在悬臂上升操作过程中被转变为“开”状态的情况，并且根据判断的情况分别输出相应的检测信号。
所述第一和第二液压泵的排出流率可被限制的方式为第二液压泵的排出流率首先被减少，接着第一液压泵的排出流率被减少。
所述悬臂汇合装置可输出控制信号，以便在第二液压泵的排出流率达到其最小值时，中断汇合液压流体。
附图说明
本发明的上述和其它目的、特征和优点，通过结合附图的以下详细描述将更明显，其中：
图1为常规小回转半径挖掘机的示意图；
图2为图示说明根据本发明实施例的用于SSR挖掘机的减震装置结构的示意图；
图3A和图3B为解释根据本发明实施例的用于SSR挖掘机的减震装置的曲线图；
图4为图示说明根据本发明实施例的控制用于SSR挖掘机的减震装置的方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述本发明的优选实施例。在说明书中所限定的内容，例如具体的结构和元件，只不过是提供来帮助本领域普通技术人员全面理解本发明的具体细节，因此本发明并不限于此。
如图2、图3A和图3B所示，根据本发明实施例的用于小回转半径挖掘机的减震装置包括：与发动机10相连的第一液压泵11、第二液压泵11a和先导泵12；用于设定发动机10速度的装置(未示出)；控制杆13，其用于输出与操作者的操纵量对应的操纵信号；悬臂液压缸14，其与第一液压泵11和第二液压泵11a相连，以在液压流体对其供应时驱动悬臂15；悬臂汇合装置23，用于在通过控制杆13进行悬臂上升操纵的过程中根据控制杆13的操纵量使从第一液压泵11和第二液压泵11a排出的液压流体汇合在一起，并将汇合的液压流体供应至悬臂液压缸14；主控制阀16，其安装在第一液压泵11与悬臂液压缸14之间的流路中，用于在移位过程中根据来自控制杆13的信号压力控制悬臂液压缸14的启动、停止和方向变化；悬臂上升操纵量检测装置19，其用于根据控制杆13的操纵量检测悬臂上升信号压力；悬臂上升速度计算装置，其用于根据来自发动机速度设定装置和悬臂上升操纵量检测装置19的输出信号预测悬臂上升速度；悬臂减速区域检测装置17，如果在悬臂旋转区域中悬臂15的旋转角超过预置旋转角，该悬臂减速区域检测装置17用于检测其中悬臂液压缸14需要减速的悬臂减速区域；悬臂减速判断装置，用于根据悬臂上升速度计算装置和悬臂减速区域检测装置17的输出信号判断悬臂15是否减速；减速流量计算装置，其根据悬臂减速流量计算装置的输出信号，在不向设备施加震动的情况下计算用于使悬臂液压缸14减速的液压流体的界限；以及流量控制器18和18a，如果悬臂减速区域检测装置17的检测结果是悬臂旋转超过所述预置旋转角，则流量控制器18和18a根据来自控制单元21的控制信号控制第一和第二液压泵11和11a的排出流率，从而使悬臂液压缸14减速。
悬臂减速区域检测装置可包括非接触式接近开关。
在附图中，附图标记“20”和“22”表示比例控制阀，用于根据来自控制单元21的控制信号将先导泵12的先导信号压力供给流量控制器18和18a(其为液压泵的旋转斜盘角度调节工具)。
在下文中，将参照附图详细描述根据本发明实施例的用于SSR挖掘机的减震装置的操作。
如图2所示，如果先导信号压力通过控制杆13的操纵从先导泵12供给主控制阀16的右端侧，阀芯朝附图所示的左方向移动。从第一和第二液压泵11和11a排出的液压流体通过主控制阀16被供应至悬臂液压缸14的大腔，从而使悬臂液压缸14伸展。
此时，从悬臂液压缸14的小腔排出的液压流体通过主控制阀16返回液压箱。
如果先导信号压力通过控制杆13的操纵被供给主控制阀16的左端侧，阀芯朝附图所示的右方向移动。从第一和第二液压泵11和11a排出的液压流体通过主控制阀16被供给悬臂液压缸14的小腔，从而使悬臂液压缸14回缩。
此时，从悬臂液压缸14的大腔排出的液压流体通过主控制阀16返回液压箱。
安装在使悬臂液压缸14伸展的先导信号压力供应线路中的悬臂上升操纵量检测装置19(例如压力传感器)检测悬臂上升信号压力，并将检测到的悬臂上升信号压力供应至控制单元21。
控制单元21根据检测到的信号压力计算第一和第二液压泵11和11a所需的流率。控制单元21根据计算出的流率设定第一液压泵11的流率和第二液压泵11a的流率，并且如果第一液压泵11的流率变为最大，该控制单元21开启悬臂汇合装置23，以使第二液压泵11a的流率汇合在一起。
如果悬臂15的旋转角超过悬臂15在旋转区域中的预置旋转角，则悬臂减速区域检测装置17(例如非接触式接近开关)对此进行检测，并将检测到的信号供给控制单元21。
因此，如果判断出悬臂15的旋转角超过预置旋转角，则控制单元21限制计算出的泵流率，以使悬臂液压缸14减速，否则控制单元21将先前计算的泵流率作为控制信号输出。
控制单元21通过整个流率的比较限制泵的流率。也就是说，汇合侧的流率首先被减少，如果汇合侧的第二液压泵11a的流率最小，则汇合液压流体被悬臂汇合装置23中断。其后，第一液压泵11的流率被减少。
从先导泵12排出的先导信号压力，通过由来自控制单元21的控制信号驱动的比例控制阀20和22被供给流量控制器18和18a。通过控制第一和第二液压泵11和11a的旋转斜盘的倾角，流量控制器18和18a能够控制第一和第二液压泵11和11a的排出流率。
因此，如果悬臂减速区域检测装置17的检测结果是悬臂15的旋转角超过所述预置旋转角，即使不控制主控制阀16，第一和第二液压泵11和11a的供给悬臂液压缸14的排出流率也被减少，以减少供给悬臂液压缸14的液压流体，并由此减少在悬臂液压缸14的行程结束过程中产生的震动。
图4为图示说明根据本发明实施例的控制用于SSR挖掘机的减震装置的方法的流程图。
在步骤S100，在通过用户操纵控制杆13伸展悬臂液压缸14的情况下，悬臂上升信号压力由安装在主控制阀16的先导信号线路中的悬臂上升操纵量检测装置19进行检测，并且所检测到的信号压力被传递至控制单元21。
在步骤S150，计算与检测到的信号压力相对应的第一和第二液压泵11和11a排出流率。
在步骤S200，通过来自发动机速度设定装置和悬臂上升操纵量检测装置19的输出信号预测悬臂上升速度。
在步骤S300，如果悬臂15的旋转角由于悬臂液压缸14的驱动而超过预置旋转角，则由悬臂减速区域检测装置17检测悬臂液压缸14需要减速的悬臂减速区域(如图2中“关”和“开”区域所示)，并且悬臂减速区域检测装置17的输出信号被传递至控制单元21。
在步骤S400，如果根据悬臂减速区域检测装置17的输出信号需要悬臂液压缸14减速，则计算液压流体的界限，以便在不向设备施加震动的情况下使悬臂液压缸14减速。
此时，如图3A所示，从悬臂减速区域的初始时间到特定时间T₁，供应至悬臂液压缸14的液压流体被减少，其后，供应至悬臂液压缸14的液压流体被均衡地保持(在图3A中由“C1”表示)(其被称为“第一模式”)。
如图3B所示，与第一模式的液压流体相比，相对大量的液压流体能够从悬臂减速区域的特定部分至悬臂液压缸14的行程结束(如“开”区域所示)被均衡地保持(由“C2”表示)(其被称为“第二模式”)。
根据悬臂减速判断装置的输出信号，第一和第二模式其中之一被选择性地输出。
此时，在悬臂减速区域检测装置17的输出信号的状态被转变为开状态之后开始悬臂上升操作的情况，以及在悬臂减速区域检测装置17的输出信号的状态在悬臂上升操作过程中被转变为开状态的情况，被分别进行判断，并且根据判断的情况，相应的检测信号被分别输出。
在这种情况下，诸如C1、C2、T₁等参数的优化值可通过试验调整来获得。
在步骤S500，如果从悬臂减速判断装置没有输出信号产生，则实际上输出步骤S150中计算出的液压泵流率。
在从悬臂减速判断装置产生输出信号的情况下，第一和第二液压泵11和11a的排出流率被限制，以便悬臂上升速度计算装置的输出值从产生输出信号的时间点开始就不会超过减速流量计算装置的输出值。
此时，第二液压泵11a的排出流率首先被减少，接着第一液压泵11的排出流率被减少。
在步骤S600，根据受到限制的第一和第二液压泵11和11a排出流率，确定是否将从第二液压泵11a排出的液压流体汇合在一起。在这种情况下，当第二液压泵11a的排出流率达到最小值时，控制信号被输出以中断上述汇合。
如上所述，根据本发明的用于SSR挖掘机的减震装置具有如下优点。
当挖掘机的悬臂通过控制杆的操纵上升到其最大高度时，即使不控制主控制阀，由于悬臂液压缸的驱动是通过控制液压泵供给悬臂液压缸的排出流率被控制的，因此液压回路的结构被简化，而且制造成本降低，并确保挖掘机的稳定性，从而提高可靠性。
尽管出于示例目的对本发明的优选实施例进行了描述，但本领域的技术人员应当理解，在不脱离如所附权利要求书公开的本发明的范围和精神的情况下，可能进行各种修改、增加和替换。