装载机自动铲装系统、控制方法与流程

本发明涉及一种装载机，更具体地说，涉及一种装载机自动铲装系统、控制方法。

背景技术：

随着装载机技术和智能化技术的发展，装载机产品已越来越趋于智能化发展，例如有些装载机需要具备自动铲装功能。自动铲装是装载机铲斗插入料堆后，装载机的控制系统按照装料控制参数输出收斗电流和动臂举升电流，使装料系统进行协同动作的收斗动作和动臂举升动作，从而完成物料的入斗装料步骤。因此装料控制参数是装载机进行自动铲装不可缺少的数据。

现有的装载机装料控制参数主要有两种方式设定。第一种设定方式是生产制造装载机时就将一组或对应不同物料的多组装料控制参数固化存储在装载机的控制器中，进行自动铲装时，控制器调用该装料控制参数或者根据被铲装物料的属性从多组装料控制参数中选取对应的装料控制参数进行自动铲装控制。这种预先设置装料控制参数的方式难以应对装载机实际工况的复杂性。

另一种装料控制参数由操作者录制，也即在进行自动铲装之前，由操作者手动控制装载机的装料系统完成一次手动控制铲装作业，控制器依据操作手柄的控制信号输出对应的收斗电流和动臂举升电流，使装料系统进行协同动作的收斗动作和动臂举升动作，从而完成物料的入斗装料步骤，同时装载机的控制器定时记录动臂提升阀和收斗阀的动臂举升电流和收斗电流数据并存储在控制器内，完成装料控制参数的录制，也即录制铲装动作。自动铲装时，控制器按照录制的动臂举升电流和收斗电流数据输出动臂举升电流和收斗电流数据完成自动铲装装料，依照事先录制的装料控制参数输出动臂举升电流和收斗电流实现装料入斗的过程为回放录制的铲装动作。利用此功能来降低司机的操作强度，提高铲装效率。要实现此功能，这就需要一种有效的录制及回放方法进行控制，现有技术通过简单的定时记录动臂提升阀和收斗阀的输出电流，相同的通过定时输出相应的动臂提升阀和收斗阀电流来实现动作回放。简单的按时间进行记录和回放电流的方案，存在数据回放完后收斗不到头或动臂提升不到录制停止点的高度，对不同的物料适应性较差，且录制操作对司机的操作水平要求也较高，不利于提高录制效率。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对现有装载机自动铲装过程中铲装动作录制与回放存在的问题，而提供一种装载机自动铲装系统、控制方法，使装载机自动铲装动作适应性强，保证铲装效率。

本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种装载机自动铲装系统，包括装料系统、铲装动作录制与回放系统、操控手柄，其特征在于所述铲装动作录制与回放系统包括与装料系统连接的控制器和与控制器连接用于检测铲斗转动角度和动臂举升高度的传感器，操控手柄与所述控制器连接；

将铲斗收斗范围均分成角度相等的若干个角度区间，铲装动作录制触发后，控制器依据操控手柄的控制信号向装料系统输出收斗电流和动臂举升电流并通过传感器测量铲斗收斗角度和动臂举升高度，铲斗每通过一个角度区间记录一次收斗电流、动臂提升电流和通过该角度区间所用时间作为一组铲装动作数据并存储直至收斗结束；

铲装动作回放触发后，控制器通过传感器检测铲斗当前所在角度区间，并从与该角度区间对应的铲装动作数据组开始，控制器依据与当前角度区间对应的铲装动作数据组输出收斗电流、动臂提升电流。

进一步地，上述装载机自动铲装系统中，所述装料系统包括：液压泵、转斗油缸、动臂升降油缸、转斗电磁阀组和动臂升降电磁阀组；

所述液压泵通过所述转斗电磁阀组与所述转斗油缸连接，所述液压泵通过所述动臂升降电磁阀组与所述动臂升降油缸连接；所述控制器通过向转斗电磁阀组输出收斗电流、向动臂升降电磁阀组输出动臂举升电流控制所述转斗电磁阀组和动臂升降电磁阀组实现由收斗动作和动臂举升动作组合成的铲装动作。

进一步地，上述装载机自动铲装系统中，所述控制器按照数据处理模式回放铲装动作；所述数据处理模式是控制器在录制各组铲装动作数据后利用各铲斗在各角度区间所花费时间计算铲斗在各角度区间的平均角度变化量，若后一角度区间相对前一角度区间的平均角度变化量的增量大于预设值时则将前一角度区间的平均角度变化量加上预设值作为后一角度区间的平均角度变化量；铲装动作回放时，控制器周期性地检测铲斗收斗角度并计算铲斗的实时角度变化量，若铲斗的实时角度变化量大于当前角度区间的平均角度变化量则控制器在当前收斗电流的基础上减小一固定值，若铲斗的实时角度变化量小于当前角度区间的平均角度变化量则控制器在当前收斗电流的基础上增加一固定值，若铲斗的实时角度变化量等于当前角度区间的平均角度变化量则控制器则维持当前收斗电流值。

进一步地，上述装载机自动铲装系统中，还包括与控制器连接的铲装动作回放模式选择器，所述控制器依据铲装动作回放模式选择器的输出按照数据处理模式回放铲装动作或原始数据模式回放铲装动作；所述原始数据模式是控制器在铲斗收斗的各角度区间内按照所记录的铲装动作数据中的收斗电流值和动臂举升电流值输出收斗电流和动臂举升电流。

本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种装载机自动铲装控制方法，其特征在于包括铲装动作录制步骤和铲装动作回放步骤；

在铲装动作录制步骤中，将铲斗收斗范围均分成角度相等的若干个角度区间，铲装动作录制触发后，控制器依据操控手柄的控制信号向装料系统输出收斗电流和动臂举升电流并通过传感器测量铲斗收斗角度和动臂举升高度，铲斗每通过一个角度区间记录一次收斗电流、动臂提升电流和通过该角度区间所用时间作为一组铲装动作数据并存储直至收斗结束；

装载机自动铲装触发后的铲装动作回放步骤，控制器通过传感器检测铲斗当前所在角度区间，并从与该角度区间对应的铲装动作数据组开始，控制器依据与当前角度区间对应的铲装动作数据组输出收斗电流、动臂提升电流。

进一步地，上述装载机自动铲装控制方法中，所述控制器通过向转斗电磁阀组输出收斗电流、向动臂升降电磁阀组输出动臂举升电流控制所述转斗电磁阀组和动臂升降电磁阀组实现收斗动作和动臂举升动作。

进一步地，上述装载机自动铲装控制方法中，控制器按照数据处理模式回放铲装动作；数据处理模式是控制器在录制各组铲装收斗数据后利用各铲斗在各角度区间所花费时间计算铲斗在各角度区间的平均角度变化量，若后一角度区间相对前一角度区间的平均角度变化量的增量大于预设值时则将前一角度区间的平均角度变化量加上预设值作为后一角度区间的平均角度变化量；铲装动作回放时，控制器周期性地检测铲斗收斗角度并计算铲斗的实时角度变化量，若铲斗的实时角度变化量大于当前角度区间的平均角度变化量则控制器在当前收斗电流的基础上减小一固定值，若铲斗的实时角度变化量小于当前角度区间的平均角度变化量则控制器在当前收斗电流的基础上增加一固定值，若铲斗的实时角度变化量等于当前角度区间的平均角度变化量则控制器则维持当前收斗电流值。

进一步地，上述装载机自动铲装控制方法中，通过与控制器连接的铲装动作回放模式选择器选择铲装动作回放模式，所述控制器依据铲装动作回放模式选择器的输出按照数据处理模式回放铲装动作或原始数据模式回放铲装动作；所述原始数据模式是控制器在铲斗收斗的各角度区间内按照所记录的铲装动作数据中的收斗电流值和动臂举升电流值输出收斗电流和动臂举升电流。

进一步地，上述装载机自动铲装控制方法中，在每个角度区间内控制器输出收斗电流的时间大于所记录的角度区间的铲装收斗数据中所用时间时控制器输出的收斗电流在前一周期输出的收斗电流基础上以固定步长增加。

进一步地，上述装载机自动铲装控制方法中，在铲装动作录制步骤中，在每个角度区间还记录动臂的举升高度；在铲装动作回放步骤中,控制器通过传感器检测动臂高度，在每个角度区间内若动臂高度等于或大于该角度区间的铲装动作数据中动臂高度时所述控制器停止输出的动臂举升电流；若铲装动作回放步骤结束后动臂高度低于最后一组铲装动作数据中动臂高度时控制器输出固定值动臂举升电流直至动臂达到最后一组铲装动作数据中动臂高度。

本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：能够有效地录制铲装过程的动作数据，并通过回放铲装过程的动作数据进行自动铲装，通过选择录制的铲装动作数据经过处理后进行回放，对铲装动作进行优化，减小铲斗运动造成的冲击，降低铲装录制的技术门槛，有益于提高铲装效率，降低司机的操作强度，完成的铲装动作适应性强，有益于提高录制及铲装效率。

附图说明

图1是本发明实施例中的铲装动作录制数据的电流曲线示例。

图2是本发明实施例中的采用原数据回放模式的电流曲线示例。

图中零部件名称及序号：

收斗电流曲线1、动臂举升电流曲线2。

具体实施方式

下面结合附图说明具体实施方案。

本实施例中的装载机自动铲装系统，包括装料系统、铲装动作录制与回放系统、操控手柄，铲装动作录制与回放系统包括与装料系统连接的控制器和与控制器连接用于检测铲斗转动角度和动臂举升高度的传感器，操控手柄与所述控制器连接。装料系统包括液压泵、转斗油缸、动臂升降油缸、转斗电磁阀组和动臂升降电磁阀组；液压泵通过转斗电磁阀组与转斗油缸连接，液压泵通过动臂升降电磁阀组与动臂升降油缸连接；控制器通过向转斗电磁阀组输出收斗电流、向动臂升降电磁阀组输出动臂举升电流控制转斗电磁阀组和动臂升降电磁阀组实现由收斗动作和动臂举升动作组合成的铲装动作。在非自动铲装工况下，操作者通过操纵操控手柄进行铲装作业，控制器根据操控手柄的操作信号而输出相应的收斗电流和动臂举升电流，使转斗油缸和动臂油缸进行相应的伸缩而实现相应的铲装动作。

本实施例中的装载机自动铲装系统可通过录制铲装动作然后回放录制的铲装动作而实现自动铲装作业。其中铲装动作录制步骤具体过程如下。

操作者控制装载机使铲斗插入到料堆后在即将收斗时触发铲装动作录制程序。在控制程序中，将铲斗收斗范围均分成角度相等的若干个角度区间，铲装动作录制触发后，操作者通过操纵操控手柄，使控制器依据操控手柄的控制信号向装料系统输出收斗电流和动臂举升电流，实现装载机的手动铲装。在手动铲装过程中，控制器通过传感器测量铲斗收斗角度和动臂举升高度，铲斗每通过一个角度区间记录一次收斗电流、动臂提升电流和通过该角度区间所用时间以及动臂的高度，作为一组铲装动作数据进行存储直至收斗结束。操作者操纵操控手柄完成铲装动作时控制器所输出的收斗电流曲线1和动臂举升电流曲线2如图1所示。

铲装动作数据采集完毕后，可以先对铲装动作数据进行处理，例如计算铲斗在每一个角度区间内的平均角度变化量，并查找出平均角度变化量相对前一角度区间的平均角度变化量的增量大于某一固定值的铲装动作数据。

在铲装动作录制完毕后，可进行自动铲装作业。自动铲装作业控制过程如下：

操作者操纵装载机前行使铲斗插入到料堆中，当铲斗插入到一定程度后触发铲装动作回放步骤，铲装动作回放可以是由人工手动触发，也可以通过传感装置获取装载机的工作参数后进行逻辑判断自动触发。铲装动作回放触发后，控制器根据传感器检测到铲斗所在的角度和动臂所在的高度，将铲斗当前收斗角度和动臂高度与铲装动作录制开始时铲斗的收斗角度和动臂高度进行比较，若相距甚远，超出预定范围，则认为铲斗没有做好铲装准备，不进行铲装动作回放，反之则进行铲装动作回放。

控制器根据铲装动作回放模式选择器的选择而按照相应的铲装动作回放模式回放铲装动作，实现物料的自动铲装。

铲装动作回放模式选择器可以是与控制器连接的按钮或者旋钮等选择器，控制器依据铲装动作回放模式选择器的输出按照数据处理模式回放铲装动作或原始数据模式回放铲装动作。

原始数据模式铲装动作回放是从铲斗当前所处在的角度区间开始，按照与各个角度区间对应铲装动作数据组中的收斗电流值和动臂举升电流值输出收斗电流和动臂举升电流。若在某一个角度区间输出的收斗电流时间大于该角度区间的铲装动作数据组中所记录的所用时间，则收斗电流以一固定步长增加，直至铲斗收斗角度达到超出该角度区间。若某一个角度区间内，动臂的高度等于或大于该角度区间的铲装动作数据中动臂高度时控制器停止输出的动臂举升电流，直到铲斗收斗角度进入到下一个角度区间。若铲装动作回放步骤结束后动臂高度低于最后一组铲装动作数据中动臂高度时控制器输出固定值的动臂举升电流直至动臂达到最后一组铲装动作数据中动臂高度。

数据处理模式铲装动作回放是先根据铲装动作录制的各组铲装动作数据计算铲斗在各角度区间的平均角度变化量，若后一角度区间相对前一角度区间的平均角度变化量的增量大于预设值时则将前一角度区间的平均角度变化量加上预设值作为后一角度区间的平均角度变化量；铲装动作回放时，控制器周期性地检测铲斗收斗角度并计算铲斗的实时角度变化量，若铲斗的实时角度变化量大于当前角度区间的平均角度变化量则控制器在当前收斗电流的基础上减小一固定值，若铲斗的实时角度变化量小于当前角度区间的平均角度变化量则控制器在当前收斗电流的基础上增加一固定值，若铲斗的实时角度变化量等于当前角度区间的平均角度变化量则控制器则维持当前收斗电流值。若某一个角度区间内，动臂的高度等于或大于该角度区间的铲装动作数据中动臂高度时控制器停止输出的动臂举升电流，直到铲斗收斗角度进入到下一个角度区间。若铲装动作回放步骤结束后动臂高度低于最后一组铲装动作数据中动臂高度时控制器输出固定值的动臂举升电流直至动臂达到最后一组铲装动作数据中动臂高度。铲装动作回放时，在每个角度区间，控制器开始输出的收斗电流和动臂举升电流依据对应角度区间的铲装动作数据中的收斗电流和动臂举升电流的大小输出相应的电流，也可以在铲装动作回放时在第一个角度区间按照第一个角度区间的铲装动作数据中的收斗电流和动臂举升电流的大小输出相应的电流，在其后的各个角度区间，控制器都按照前一角度区间终了时的收斗电流和动臂举升电流作为当前角度区间的收斗电流和动臂举升电流。控制器按照录制铲装动作数据输出收斗电流曲线1和动臂举升电流曲线2如图2所示。