挖掘机械的控制系统及挖掘机械的制作方法

本实用新型涉及工程机械技术领域，特别涉及一种挖掘机械的控制系统及挖掘机械。

背景技术：

挖掘机械是利用铲斗挖掘高于或低于承机面的物料，并装入运输车辆或卸至堆料场的土方机械。目前常规的挖掘机械的结构主要包括动力装置、工作装置、回转机构、操纵机构、传动机构、行走机构以及其他辅助设备等。工作装置作为直接执行挖掘任务的关键机构，是主要的受力部件。目前相关技术中将传感器设置于工作装置上以用于分析挖掘机在处于典型工况下时的载荷谱进行测试分析，还没有实现对工作装置的实时载荷分析以防止工作装置在实际工作中过载工作。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种挖掘机械的控制系统及挖掘机械，以防止挖掘机械的铲斗在作业过程中过载工作。

本实用新型第一方面提供一种挖掘机械的控制系统，用于对挖掘机械的铲斗动作进行实时控制，包括：

载荷监测系统，用于对铲斗的驱动组件的受力进行实时测量从而获取驱动组件的实际受力数据；和

控制器，用于接收实际受力数据并根据实际受力数据向为驱动组件提供动力的发动机发送控制指令。

在一些实施例中，载荷监测系统包括：

测量部件，设置于驱动组件上以用于实时测量驱动组件的实际受力数据；

处理装置，用于接收测量部件所测得的实际受力数据并将实际受力数据进行处理并发送至控制器。

在一些实施例中，测量部件包括应变片组。

在一些实施例中，载荷监测系统还包括保护装置，保护装置覆盖于测量部件上以保护测量部件。

在一些实施例中，驱动组件包括铲斗液压油缸、摇杆和连杆，测量部件设置于铲斗液压油缸、摇杆和连杆中的至少一个上。

在一些实施例中，处理装置包括数据采集器，数据采集器用于采集和/或存储测量部件所测得的实际受力数据。

在一些实施例中，处理装置还包括用于为数据采集器供电的供电装置，供电装置包括可充电电池，可充电电池具有摆锤充电模式。

在一些实施例中，处理装置还包括数据处理器，数据处理器用于接收数据采集器的实际受力数据且将实际受力数据转换为CAN信号并将CAN信号传输至控制器。

在一些实施例中，挖掘机械还包括用于为驱动组件提供动力的发动机，控制器根据CAN信号向发动机发送控制指令；和/或，控制器根据CAN信号向数据采集器发送控制指令。

在一些实施例中，控制系统还包括与控制器耦合设置的显示器，显示器用于实时显示载荷数据以实时提醒。

本实用新型第二方面提供一种挖掘机械，包括如本实用新型第一方面任一项提供的挖掘机械的控制系统，挖掘机械为挖掘机或挖掘装载机。

基于本实用新型提供的挖掘机械的控制系统及挖掘机械，其中，挖掘机械的控制系统包括载荷监测系统和控制器。载荷监测系统用于对铲斗的驱动组件的受力进行实时测量从而获取驱动组件的实际受力数据。控制器用于接收实际受力数据并根据实际受力数据向为驱动组件提供动力的发动机发送控制指令。本实用新型的挖掘机械的控制系统通过设置载荷监测系统实现对铲斗的载荷进行实时监控，并设置与载荷监测系统耦合的控制器从而实现对铲斗动作进行实时控制进而有效防止挖掘机械过载工作。防止挖掘机械过载工作有助于改善挖掘机械的工作装置过载开裂的问题，提高工作装置及整机的疲劳寿命。

通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例的挖掘机械的控制系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的工作装置的部分结构示意图；

图3为图2中的连杆的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

如图1所示，本实用新型实施例的挖掘机械的控制系统用于对挖掘机械的铲斗动作进行实时控制。本实用新型实施例的挖掘机械的控制系统包括：

载荷监测系统，用于对铲斗的驱动组件的受力进行实时测量从而获取驱动组件的实际受力数据；和

控制器，用于接收实际受力数据并根据实际受力数据向为所述驱动组件提供动力的发动机发送控制指令。

本实用新型实施例的挖掘机械的控制系统通过设置载荷监测系统实现对铲斗的载荷进行实时监控，并设置与载荷监测系统耦合的控制器从而实现对铲斗动作进行实时控制进而有效防止挖掘机械过载工作。防止挖掘机械过载工作有助于改善挖掘机械的工作装置过载开裂的问题，提高工作装置及整机的疲劳寿命。

本实用新型实施例的挖掘机械可以为挖掘机、挖掘装载机等具有铲斗的其他挖掘机械。

下面以挖掘机的控制系统及控制方法为例并根据图1至图3进行具体说明。

如图2所示，挖掘机包括工作装置以及用于为工作装置提供动力的发动机。工作装置包括铲斗液压油缸7、摇杆6、连杆1以及铲斗5。在本实施例中，驱动组件包括发动机、铲斗液压油缸7、摇杆6以及连杆1。

本实用新型实施例的挖掘机的控制系统包括载荷监测系统和控制器。载荷监测系统用于对铲斗的驱动组件的受力进行实时测量从而获取驱动组件的实际受力数据。控制器用于与载荷监测系统耦合设置以接收实际受力数据并根据实际受力数据向发动机发送控制指令。

在一个实施例中，如图1所示，载荷监测系统包括测量部件和处理装置。测量部件设置于驱动组件上以用于实时测量驱动组件的实际受力数据。处理装置用于接收测量部件所测得的实际受力数据并将实际受力数据进行处理并发送至控制器。

本实用新型实施例的载荷监测系统通过将测量部件设置于驱动组件上来实时测量驱动组件的实际受力数据从而以该驱动部件的实际受力数据来表征铲斗的实际载荷数据。在一些实施例中，可以通过标定试验、理论计算或仿真的方法获得驱动组件的受力与铲斗的载荷之间的数值关系。

在一些实施例中，驱动组件包括铲斗液压油缸、摇杆和连杆。测量部件设置于铲斗液压油缸、摇杆和连杆中的至少一个上。在至少一个实施例中，测量部件设置于连杆上。由于连杆与铲斗直接连接，因此连杆的受力与铲斗的载荷之间的关系较简单，因此将测量部件直接设置于连杆上可以简化运算量。

在一些实施例中，处理装置包括数据采集器。数据采集器用于采集和/或存储测量部件所测得的实际受力数据。

为了解决数据采集器在长时间工作中的持续供电问题，本实用新型实施例的处理装置还包括用于为数据采集器供电的供电装置。供电装置包括可充电电池，可充电电池具有摆锤充电模式。本实施例的供电装置采用内置摆锤充电模式从而利用工作装置在工作过程中的动能为可充电电池充电，实现节能。

在一些实施例中，处理装置还包括数据处理器，数据处理器用于接收数据采集器的实际受力数据且将实际受力数据转换为CAN信号并将CAN信号传输至控制器。

本实用新型实施例的挖掘机的控制系统通过设置载荷监测系统以及与载荷监测系统耦合的控制器从而实现对铲斗工作进行实时控制以防止铲斗过载工作。而且本实用新型实施例的载荷监测系统包括测量部件、数据采集器以及数据处理器从而形成完整的数据信号采集传输系统，实现了从工作装置到控制器之间的数据信号的传递。

下面对载荷监测系统的具体结构进行详细说明。

图3示出本实施例的连杆的结构。本实施例的连杆1包括纵杆11和横杆12。

本实施例的测量部件包括应变片组2。应变片组2以半桥形式布置于纵杆11的内侧面中心点，用于测量连杆1受拉伸或压缩的力。本实施例的载荷监测系统通过在连杆1上设置应变片组2并根据连杆的受力与挖掘载荷之间的数值关系来得出挖掘载荷。由于连杆1与铲斗直接连接，因此连杆1的受力与挖掘载荷之间的数值关系更简单。

为了防止应变片组2在挖掘机工作过程中发生损害，本实施例的载荷监测系统还包括保护装置3。保护装置3覆盖于应变片组2上以保护应变片组2。

本实施例的数据采集器4固定设置于连杆1的横杆12上。该数据采集器4与应变片组2相连，用于采集并存储实际受力数据同时将实际受力数据发送至数据处理器。而且数据采集器4接受数据处理器的控制信号控制，数据采集器4通过导线与应变片组2相连以采集应变片组2的应变数据并存储于内置存储器中，数据自动以一定时长分组，并采用循环覆盖模式在存储空间不足时自动覆盖最早期数据。应变数据也可以通过数据采集器4上的数据接口将数据导出。

为了解决数据采集器4在长时间工作中的持续供电问题，采用内置摆锤供电模块和可充电电池以利用连杆1在工作过程中的动能为数据采集器4供电。

如图1所示，本实施例的控制系统还包括与控制器耦合设置的显示器。显示器用于实时显示载荷数据以实时提醒。该显示器设置于驾驶室内部，实时提醒挖掘机械操作者。

驱动组件还包括用于为工作装置提供动力的发动机。控制器根据CAN信号向发动机发送控制指令。具体地，当实际载荷数据大于等于载荷数据设定最大值时，发送控制指令降低发动机转速。

控制器根据CAN信号向数据采集器发送控制指令。具体地，当实际载荷数据小于载荷数据设定最小值时，如挖掘机械停机时，发送控制指令使数据采集器处于休眠状态以降低能耗。

本实用新型实施例还提供一种挖掘机械，包括上述实施例的挖掘机械的控制系统。挖掘机械为挖掘机或挖掘装载机。

本实用新型实施例的挖掘机械的控制方法，包括如下步骤：

实时获取挖掘机械的铲斗的实际载荷数据；

根据实际载荷数据发送控制指令。

本实用新型实施例的挖掘机械的控制系统通过实时获取铲斗的载荷，并根据实际载荷数据发送控制指令从而实现对铲斗动作进行实时控制进而有效防止挖掘机械过载工作。防止挖掘机械过载工作有助于解决挖掘机械的工作装置过载开裂的问题，提高工作装置及挖掘机械整机的疲劳寿命。

挖掘机械包括用于为铲斗动作提供动力的发动机，根据实际载荷数据发送控制指令包括当实际载荷数据大于等于载荷数据设定最大值时，发送控制指令降低发动机转速。根据载荷数据，当载荷超过载荷数据设定最大值时，控制器发出指令降低发送机转速起到降低发送机输出功率、防止工作装置过载的作用。

挖掘机械包括载荷监测系统，载荷监测系统包括设置于驱动组件上以用于实时测量驱动组件的实际受力数据的测量部件以及用于采集和/或存储测量部件所测得的实际受力数据的数据采集器，根据实际载荷数据发送控制指令包括当实际载荷数据小于载荷数据设定最小值时，发送控制指令使数据采集器处于休眠状态。当载荷低于设定最小值时，控制器向数据处理器发出休眠指令，数据处理器再将该指令发送至数据采集器使其处于休眠模式，从而降低功耗。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。