一种推土机松土器控制系统的制作方法

本实用新型涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种推土机松土器控制系统。

背景技术：

推土机松土器一般应用于土石方和山地等复杂恶劣的工程施工环境，以松动、剥离施工场地的土壤和岩石，此作业方式的负荷通常较大。

由于近年来国家对炸药等爆炸物的限制，开矿、岩层剥离等作业越来越多地使用大马力推土机的松土器，而且现场工况复杂且长时间处于重复性作业，导致对操作人员的技术水平和精力提出了比较高的要求。目前，现有技术中常用的松土器绝大部分是通过滑阀或先导式多路阀控制其动作的，完全依赖操作人员的手动操作，没有实现智能化，因此存在操作人员劳动强度大，作业效率低，误操作容易导致松土器损坏的缺点。

有鉴于此，亟待针对推土机松土器开发一种控制系统，以解决目前传统松土器存在的上述缺点。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种推土机松土器控制系统，以解决传统松土器因未实现智能化而导致的操作人员劳动强度大，作业效率低以及误操作容易导致松土器损坏等问题。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种推土机松土器控制系统，包括

松土器手柄；

松土器控制器，其与松土器手柄电连接，用于接收松土器手柄发送的操作 指令；

传感器组件，其与松土器控制器电连接，用于检测松土器的位置、压力、车体速度和车身倾斜角度，并向松土器控制器发送检测结果；

驱动组件，其分别与松土器控制器和松土器相连接，用于接收松土器控制器发送的命令并按命令驱动松土器工作。

作为上述推土机松土器控制系统的一种优选方案，还包括自动控制开关，自动控制开关与松土器控制器电连接，用于切换控制系统的手动模式和自动模式，以快速完成手动模式与自动模式的切换。

作为上述推土机松土器控制系统的一种优选方案，驱动组件包括：

升降油缸，与松土器液压连接，并与松土器控制器电连接；

倾斜油缸，与松土器液压连接，并与松土器控制器电连接。

作为上述推土机松土器控制系统的一种优选方案，传感器组件包括：

油缸位置传感器，包括升降油缸传感器和倾斜油缸传感器，升降油缸传感器设置于升降油缸上，可以检测液压油缸伸缩距离，倾斜油缸传感器设置于倾斜油缸上，可以检测液压油缸倾斜角度；

车身倾角传感器，设置于车体重心处，用于采集车身相对于水平面的倾斜角度，松土器控制器可通过检测车身倾斜角度来判断是否需要进行松土器倾斜动作的调整；

测速雷达，设置于车体上，用于采集车体实际速度，方便与车体实际速度进行比对，以用于判断是否需要改变松土深度；

液压阀压力传感器，包括升降阀压力传感器和倾斜阀压力传感器，升降阀压力传感器设置于升降油缸的工作阀油路上，倾斜阀压力传感器设置于倾斜油缸的工作阀油路上，压力传感器实时采集松土器的负载压力和油缸的工作压力， 结合压力传感器采集的松土器压力信号来实时判断松土器的负载状态。

作为上述推土机松土器控制系统的一种优选方案，推土器手柄的挡位包括后退一挡、后退二挡和后退三挡以及前进一挡、前进二挡和前进三挡。

作为上述推土机松土器控制系统的一种优选方案，松土器控制器通过CAN总线与整车控制器电连接，用于进行数据交换。

作为上述推土机松土器控制系统的一种优选方案，松土器控制系统具有自动提升所述松土器和故障报警的功能。

作为上述推土机松土器控制系统的一种优选方案，手动模式下，松土器手柄包括前、后、左和右四种手柄运动状态，且分别用于控制松土器下降、提升、内倾和外倾。

作为上述推土机松土器控制系统的一种优选方案，自动模式下，松土器手柄包括前后两种手柄运动状态，且分别用于控制松土器的下降倾斜和提升倾斜。

作为上述推土机松土器控制系统的一种优选方案，自动模式下，松土器手柄的手动输入信号为最高优先级。

本实用新型的有益效果：

本实用新型通过提供一种推土机松土器控制系统，利用松土器手柄和传感器组件给松土器控制器下达操作指令，松土器控制器控制驱动组件驱动松土器工作的方式，解决了传统松土器因未实现智能化而导致的操作人员劳动强度大，作业效率低以及误操作容易导致松土器损坏等问题；采用液压阀压力传感器用来检测和判断松土器升降油缸和调角油缸的压力状态特征；采用油缸位置传感器可以检测液压油缸伸缩距离和倾斜角度；采用车身倾角传感器，松土器控制器可通过检测车身倾斜角度来判断是否需要进行松土器倾斜动作的调整；采用测速雷达，用于采集车体实际速度，方便与车体实际速度进行比对，以用于判 断是否需要改变松土深度；采用升降油缸和倾斜油缸，可用于调整松土器的入土深度和入土角度。

附图说明

现将仅通过示例的方式，参考所附附图对本实用新型的实施方式进行描述，其中

图1是本实用新型具体实施方式提供的推土机松土器控制系统的原理图；

图2是本实用新型具体实施方式提供的推土机松土器松土往复工作的流程图；

图3是本实用新型具体实施方式提供的松土器松土作业过程的示意图；

图4是本实用新型具体实施方式提供的松土器的操作指令与时间的关系示意图。

图中标记如下：

A、B、C、D、E、F，松土器的不同状态

1、松土器控制器；

21、松土器手柄；22、自动控制开关；

3、传感器组件；31、油缸位置传感器；311、升降油缸传感器；312、倾斜油缸传感器；32、车身倾角传感器；33、测速雷达；34、液压阀压力传感器；341、升降阀压力传感器；342、倾斜阀压力传感器；

4、驱动组件；41、升降油缸；42、倾斜油缸；

5、整车控制器；51、CAN总线。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

如图1所示，本实施方式提供了一种推土机松土器控制系统，其包括松土 器手柄21；松土器控制器1，其与松土器手柄21电连接，用于接收松土器手柄21发送的操作指令；传感器组件3，其与松土器控制器1电连接，用于检测松土器的位置、压力、车体速度和车身倾斜角度，并向松土器控制器1发送检测结果；驱动组件4，其分别与松土器控制器1和松土器相连接，用于接收松土器控制器1发送的命令并按命令驱动松土器工作。本实用新型利用松土器手柄21和传感器组件3给松土器控制器1下达操作指令，松土器控制器1控制驱动组件4驱动松土器工作的方式，解决了传统松土器因未实现智能化而导致的操作人员劳动强度大，作业效率低以及误操作容易导致松土器损坏等问题。

具体地，驱动组件4包括：升降油缸41，与松土器液压连接，并与松土器控制器1电连接；倾斜油缸42，与松土器液压连接，并与松土器控制器1电连接，该驱动组件4的驱动信号类型是PWM比例调节型，连接至松土器控制器1的PWM输出端，主要用于调整松土器的入土深度和入土角度。传感器组件3包括：油缸位置传感器31，包括升降油缸传感器311和倾斜油缸传感器312，升降油缸传感器311设置于升降油缸41上，可以检测液压油缸伸缩距离，倾斜油缸传感器312设置于倾斜油缸42上，可以检测液压油缸倾斜角度，当油缸的运动方向和控制器要求的方向不一致时，松土器控制器1进行报警；车身倾角传感器32，设置于车体重心处，车身倾角传感器32是一种双轴双冗余的倾角传感器，用来判断车辆在空间的倾斜角度，包括车头与车尾的倾斜状态、车身左侧与车身右侧的倾斜状态，松土器控制器1可通过检测车身倾斜角度来判断是否需要进行松土器倾斜动作的调整；测速雷达33，设置于车体上，用于采集车体实际速度，方便与车体实际速度进行比对，用于判断是否需要改变松土深度；液压阀压力传感器34，包括升降阀压力传感器341和倾斜阀压力传感器342，升降阀压力传感器341设置于升降油缸41的工作阀油路上，倾斜阀压力传感器 342设置于倾斜油缸42的工作阀油路上，压力传感器实时采集松土器的负载压力和油缸的工作压力，结合压力传感器采集的松土器压力信号来实时判断松土器的负载状态。松土器控制器1通过CAN总线51与整车控制器5电连接，用于进行数据交换，并且CAN总线51终端电阻为120Ω。推土机松土器控制系统还包括自动控制开关22，自动控制开关22与松土器控制器1电连接，用于切换控制系统的手动模式和自动模式，以快速完成手动模式与自动模式的切换。手动模式下，松土器控制器1通过接收松土器手柄21的指令控制电磁阀的动作，进而控制松土器升降油缸41、倾斜油缸42的运动，实现对松土器升降和倾斜动作的控制；自动控制开关用来启动或者停止自动控制推土机松土器控制系统，当切换至自动模式时，松土器控制器1会将自动控制的状态通过CAN总线51发送至整车控制器5中，进而在显示仪表中进行显示，以直观的告诉操作人员目前的状态。

具体地，升降油缸传感器311用来检测升降油缸41伸出缩回的长度，以此可以判断松土器提升、下降的动作。在水平位置时，松土器进行水平无倾斜放置，此时的油缸位移可以标定为初始状态，当升降油缸传感器311检测的升降油缸41位移缩短时，可以判断正在进行松土器提升动作；同理，当升降油缸传感器311检测的升降油缸41位移伸长时，可以判断正在进行松土器下降入土动作。不同的位移可以检测判断出松土器入土下降的深度，倾斜油缸传感器312也是通过调整倾斜角度来判断松土器翅尖入土时的角度来增加切入力。

具体地，车身倾角传感器32接入至松土器控制器1的输入部分，松土器控制器1接收到车身倾角传感器32的倾斜信号后，根据信号判断松土作业时车身的倾斜状态，从而判断是否需要进行松土器倾斜动作的调整。具体过程为：可以设定倾斜调整的车身倾斜角度阈值，当车身倾角传感器32采集的车身倾斜角 度小于设定的控制阈值时，不作调整；当前进方向采集的车身倾斜角度大于设定的阈值时，即车头方向低于车尾方向时，此时松土器的入土深度将变小，有可能导致无效松土的情况，此时驱动组件4控制松土器进行角度和深度调整，松土器下降深度变长，以获得较好的切入深度，倾斜角度向内侧调整，以获得较好的切入力，经过调整后的车头方向和车尾方向倾斜角度小于阈值时，恢复至松土器初始入土状态。同理，当车头方向高于车尾方向时，此时松土器的入土深度将变大，有可能导致松土器过深而无法松动出现打滑的情况，此时自动输出控制松土器进行角度和深度调整，松土器下降深度变短，以获得较小的切入深度，倾斜角度向外侧调整，以获得较好的切入力，当车头方向和车尾方向倾斜角度小于阈值时，恢复至松土器初始入土状态。同理，当左右方向的车身倾斜角度大于设定的阈值时，松土器的效率也会变得低下，此时为了获得良好的切入深度和切入力，也可以通过驱动组件4控制松土器进行角度和深度调整，松土器下降深度变长，以获得较好的切入深度，松土器倾斜角度向内侧调整，以获得较好的切入力，当车身左侧和车身右侧方向倾斜角度小于阈值时，恢复至松土器初始入土状态。

具体地，液压阀压力传感器34包括升降阀压力传感器341和倾斜阀压力传感器342，升降阀压力传感器341设置于升降油缸41的工作阀油路上，倾斜阀压力传感器342设置于倾斜油缸42的工作阀油路上，主要用来检测升降油缸41和倾斜油缸42的工作压力，以此可以判断松土器工作油缸的负载部分。当检测到两侧油缸油路的压力增加超过标定的压力阈值时，则可以判断松土器正在下降进行切土作业；同理，当检测到两侧油缸油路的压力减小至小于标定的压力阈值时，则可以判断松土器正在提升进行卸荷作业。

如图2所示，本实用新型具体实施方式提供的推土机松土器松土往复工作 的具体控制方法为：推土机位于初始线，当推土机启动并处于控制状态时，松土器油缸检测到空挡信号，自动收起松土器至原始状态，当松土器手柄21由空挡切换至前进档位时，松土器下降和调角动作至设定的状态，入土并松土，并且根据压力信号实时调整入土深度；推土机位于终点线，松土器手柄21切换至后退档位时，松土器控制器1结合压力传感信号便可检测出车辆处于后退空负载状态，从而驱动组件4控制升降油缸41执行提升动作，直到松土器控制器1检测到推土机的后退状态动作停止。由于推土机松土作业是周期往复式作业的，从起始位置开始松土，至作业面终点停止后，再倒退至起始位置。本实用新型根据作业特点，首先第一遍可以采取自学习的方法，获得作业面的工况特点，获知需要入土的角度和深度，学习完成后，切换至自动控制模式后，操作人员只需要注意推土机前方视野即可，后方松土器自动根据学习所获得的数据进行调整，这样既可以不必依赖于操作人员的经验，最大程度发挥松土器的效率，有效地提高整车工作效率，又可以降低操作人员的劳动强度和燃油消耗，提升推土机松土器的可操作性和智能化控制水平。

本实用新型还提供了一种使用上述推土机松土器控制系统的控制方法，松土器控制器1根据传感器组件3和松土器手柄21发送的信息，控制驱动组件4驱动松土器执行相应操作。本实用新型利用松土器手柄21和传感器组件3给松土器控制器1下达操作指令，松土器控制器1控制驱动组件4驱动松土器工作的方式，解决了传统松土器因未实现智能化而导致的操作人员劳动强度大，作业效率低以及误操作容易导致松土器损坏等问题。

具体地，推土机处于手动模式时，松土器手柄21包括前、后、左和右四种手柄运动状态，且分别用于控制松土器下降、提升、内倾和外倾；当推土机处于自动模式时，松土器手柄21包括前后两种手柄运动状态，且分别用于控制松 土器的下降倾斜和提升倾斜。

具体地，推土机挡位包括后退一挡、后退二挡和后退三挡以及前进一挡、前进二挡和前进三挡。推土机处于自动模式下，防止误操作造成的损伤，当挡位切换到后退一挡时，松土器控制器1自动控制松土器升降油缸41进行提升动作，将松土器提到最高位置；为防止速度过快导致的冲击和损伤，松土器控制器1对前进三挡进行锁止，即自动操作模式时前进的最高挡位为二挡，前进二挡时加挡操作挡位不变，但减挡操作正常；为应对有可能出现的紧急情况，松土器手柄21的手动信号输入处于最高优先级，即当松土器控制器1根据滑转率或前进、后退挡位切换信号控制松土器进行深度和角度调整时，或松土器进行正常松土、后退时，如果此时松土器手柄21有信号输入，控制器立即执行松土器手柄输入的信号，并根据松土器相关操作指令进行动作；当手柄信号停止输入后，系统立刻将当前的自动操作模式切换成为手动操作模式，即在自动操作模式运行过程中一旦操作手柄，自动操作模式立刻切换成手动操作模式；为应对有可能出现的紧急情况，手、脚油门信号输入处于最高优先级，即当松土器控制器1调整发动机转速时，如果此时发动机手、脚油门有信号输入，松土器控制器1立即执行手、脚油门输入的信号，当信号停止输入后，系统根据松土器松土作业所处阶段及当前油门开度立刻恢复对其控制；为防止车速较快时误操作导致的冲击和损伤，当车辆处于前进三挡或所有后退挡时，按下自动操作模式按钮，松土器不动作，仅当车辆处于前进一挡或二挡时按下自动操作模式按钮，车辆执行操作指令；操作者可以通过显示器进行参数设置，根据泥土、岩石等不同地面工况设置不同的入土角、松土角、最大入土深度等参数，以达到自动操作模式时最佳的作业效果。根据上述推土机松土器控制方法，控制系统具有手动和自动两种操作模式，操作者可以通过自动控制开关22选择切换。 在自动操作模式中，控制器根据松土作业的不同阶段控制松土器的升降高度和入土角度、松土角度，并根据阶段的不同需要调整发动机转速。在松土作业过程中，松土器控制器1还实时检测车辆实际速度和理论速度，并根据滑转率和实际车速控制松土器的松土深度；进一步为了应对有可能出现的紧急情况，定义了松土器手柄信号、发动机手脚油门信号优先的原则，确保车辆、人员安全；系统还可以通过显示器进行参数设置，根据泥土、岩石等不同地面工况设置不同的入土角、松土角、最大入土深度等参数，以达到自动操作模式时最佳的作业效果；通过自动操作模式的应用可以降低操作人员劳动强度，提升松土器作业效率和智能化程度，降低误操作造成的松土器损坏。

如图3所示，本实用新型具体实施方式提供的松土器松土作业过程的示意图。具体地，推土机处于自动模式下，推土机松土器控制方法包括：

当车辆从后退挡手动切换到前进一挡或前进二挡，或在松土器处于提升状态且车辆前进行驶的过程中按下自动控制开关22，此时松土器处于状态A；

松土器控制器1发出指令将发动机转速下调至最低怠速防止松土器下降速度过快导致冲击，并控制松土器升降油缸41将松土器下落至地面，为了防止松土器未完成下落地面而车辆已经前进，在后退挡向前进挡切换3秒后变速箱才开始动作，此时松土器处于状态B；

松土器控制器1将发动机转速升高到当前的油门开度对应的发动机转速，在发动机增速的过程中松土器控制器1同时控制松土器倾斜油缸42和升降油缸41，控制倾斜油缸42不伸缩以便松土器以最佳的入土角度插入地面，然后再同步伸长倾斜油缸42和升降油缸41，实现在松土器达到最佳松土深度的同时达到最佳的松土角度，此时松土器处于状态C；

松土器控制器1通过车上安装的测速雷达33采集车辆的实际速度V_实，并 与对应挡位的理论速度V_理进行对比，当车辆的滑转率大于等于80％，即 且持续时间大于1分钟时，认为车辆的负载过大导致生产效率过低，此时松土器控制器1控制升降油缸41收缩使松土器提升，减小松土深度至原深度的75％；如果车辆的实际速度大于等于对应挡位的最高速的80％，则认为负载过低导致车速过快，此时松土器控制器1控制升降油缸41伸出使松土器下降，增加松土深度20％，上述调整过程循环执行，直至达到最大或最小松土深度，此时松土器处于状态D；

当车辆达到松土作业场地的一端时，此时手动将车辆切换到后退挡，松土器控制器1控制升降油缸41收缩将松土器提高到最大高度，同时控制倾斜油缸42伸长将松土器调整至最小入土角以使松土器能够顺利从地面拔出，在这一过程中，为了减少前进和后退挡切换对车辆造成的冲击同时便于松土器顺利提升，前进挡向后退挡切换3秒后变速箱才开始动作，此时松土器处于状态E；

当车辆开始后退且松土器提升到最高位置后，松土器控制器1控制松土器倾斜油缸42收缩，以调整松土器到最佳的入土角度，此时松土器处于状态F；

当车辆完成上述一系列动作后，松土器一直处于最高位置静止状态，直至达到下一个松土的起点，开始下一个松土循环。在上述的自动操作模式时，操作者仅需要控制车辆的前进或者后退挡位以及油门开度，即可完成整个松土循环。

如图4所示，本实用新型具体实施方式提供的松土器的操作指令与时间的关系示意图。T1时刻，触发行走操纵前进信号，当松土器控制器1检测到车辆行走装置的状态由空挡变化为前进状态且车辆开始行走时，T2时刻，触发工作装置松土器动作控制信号，松土器控制器1输出PWM信号至升降油缸41和倾 斜油缸42，使松土器的状态由保持变化为下降，下降的深度可以根据液压阀压力传感器34检测到的松土器负载进行控制，与此同时松土器油缸位置传感器31记录油缸伸出的长度M，松土器的高度同步下降，根据负载情况，在接近设置的阈值范围内，松土器下降动作停止，动作至保持动作信号，此时车辆的变矩器与负载进行匹配后，T4时刻，大马力推土机保持一定的固定速度进行行走，松土器的切土深度也已经达到与负载匹配的数值，松土器持续处于保持状态，进行行走松土作业动作，当到达指定的作业位置后，车辆的行走装置的状态由前进变化为空挡时，触发松土器进行提升动作信号，松土器控制器1输出PWM信号至升降油缸41，使松土器的状态由保持变化为提升，与此同时升降油缸41缩回，油缸位置传感器31记录油缸缩回的长度，提升动作结束，松土器回收完毕后，触发大马力推土机行走装置的状态由空挡变为后退，直至后退至上次起始位置后，即为一个作业循环的结束，松土器控制器1在自动控制开关闭合的状态下，将第一个作业循环中松土器油缸位置传感器31的伸出及缩回的距离、液压阀压力传感器34、车身倾角传感器32的值进行记录与存储。

当进行第二个作业循环时，触发行走操纵前进信号，当松土器控制器1检测到行走装置的状态由空挡变化为前进状态且车辆开始行走时，触发工作装置松土器动作控制信号，松土器控制器1输出PWM信号至升降油缸41和倾斜油缸42，使松土器的状态由保持变化为下降，此时松土器控制器1检测到松土器油缸位置传感器31达到M时，即停止PWM信号的输出，伸出距离M的值，是根据松土器控制器1检测到的上一次升降油缸41和液压阀压力传感器34检测到的松土器负载进行标定的。松土器停止下降，松土器与第一次的下降切土的高度和切土的角度相同，推土机继续进行行走松土，直至与第一次停止行走的位置松土器卸土的位置信号一致时，推土机再次停止行走，进行卸荷动作， 行走距离依旧为L，并且推土机同路线平移进行返回至初始线处。

同理，第三、第四……第N个作业循环同上，不在叙述。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。