一种基于比例阀的液压挖掘机振动掘削控制系统的制作方法

本发明涉及一种基于比例阀的液压挖掘机振动掘削控制系统，适用于机械领域。

背景技术：

液压挖掘机以其应用广泛、创造价值高而在工程机械中占据着首要地位，是土石方开挖的主要施工机械，在能源、交通、农田水利、城镇建设，以及现代化军事工程等领域发挥着重要的作用。与此同时，挖掘机作业条件比较恶劣，载荷变化大，并且作业过程中的受力情况十分复杂，因此在挖掘过程中要消耗大量的挖掘功率，能量的利用效率比较低。而目前一般通过增大挖掘功率来提高挖掘机的作业能力。随着社会的进步及用户对机械设备高效节能及自动化要求的不断提高，如何探索一种更为有效、合理的方法，使挖掘机在作业过程中达到低能耗、高效率和更大的作业能力，并且具有一定的自适应能力，这对于提高挖掘机的综合性能，探求新的挖掘和节能新方法，提高我国挖掘机的整体技术水平都有着十分重要的战略意义。

技术实现要素：

本发明提出了一种基于比例阀的液压挖掘机振动掘削控制系统，提出了一种用单片机控制比例阀来实现振动挖掘的方法，针对不同性质的土壤。采用不同的振动幅值和振动频率，以达到减小挖掘阻力，降低能量消耗和提高作业效率的目的。

本发明所采用的技术方案是：

所述控制系统的执行元件是液压挖掘机的铲斗油缸，为了方便控制，将原挖掘机的先导减压型控制阀改成电液比例阀，并增加一个三位换向阀2。

所述液压油缸由主控制阀5控制，是原系统的多路阀。比例阀的油压由定量泵供给，比例阀的开度与控制信号成正比，因而主控制阀的开度和油缸的进油量均与控制信号的大小成正比。

所述控制系统选用atmel89c51单片机作为系统控制器，为安全可靠，采用双信号有效启动系统。

所述整个控制系统由传感器、人机接口、单片机控制器及信号发生电路四部分组成。传感器主要用来检测工作油缸的压力，从而判断铲斗齿尖的切削阻力并决定挖掘机是否采取振动减阻挖掘方式；人机接口作为信号的传递设备，完成振动特征参数的存储及修改、采用数据的保存等；信号发生电路主要用来产生所需的振动信号；控制器部分则完成系统所有的数据计算和逻辑运算，并根据操作指令及系统的当前工作模式调用相应的功能模块以完成相应的动作。

所述控制系统硬件上采用自诊断加掉电保护装置，软件上设置程序陷阱，软硬件结合，增强系统的稳定性和抗干扰性。

本发明的有益效果是：该控制系统达到了作业过程中降低挖掘阻力，减低能耗，提高工作效率的目的，这为工程机械的节能和高效作业提供了一条崭新的思路。

附图说明

图1是本发明的液压系统（部分）原理图。

图2是本发明的硬件原理图。

图3是本发明的作业软件流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1，一般来说，实现挖掘机工作装置振动的方法有两类，一是对工作装置的结构进行改造；一是通过系统控制来实现。因为挖掘机结构相对比较成熟，并且如果通过对机构进行改造以产生所需的振动，这就需要对现有的工作机构进行变更及附加振动器，因此这种方法的应用具有较大的局限性。

执行元件是液压挖掘机的铲斗油缸，为了方便控制，将原挖掘机的先导减压型控制阀改成电液比例阀，并增加一个三位换向阀2。液压油缸由主控制阀5控制，是原系统的多路阀。比例阀的油压由定量泵供给，比例阀的开度与控制信号成正比，因而主控制阀的开度和油缸的进油量均与控制信号的大小成正比。述控制系统选用atmel89c51单片机作为系统控制器，为安全可靠，采用双信号有效启动系统。

如图2，系统的工作原理就是通过电液比例阀来控制铲斗油缸以产生所需的振动，我们根据所挖掘土壤的性质特征，选取一定频率和幅值的振动信号加在阶跃信号上，作为电液比例阀的输入信号。要改变挖掘速度，只要改变阶跃信号的幅值即可。另外，为了换向平稳，尽量减少振动对机构的不利影响，可将斜坡加正弦信号作为比例阀的输入信号。

如图3，整个控制系统由传感器、人机接口、单片机控制器及信号发生电路四部分组成。传感器主要用来检测工作油缸的压力，从而判断铲斗齿尖的切削阻力并决定挖掘机是否采取振动减阻挖掘方式；人机接口作为信号的传递设备，完成振动特征参数的存储及修改、采用数据的保存等；信号发生电路主要用来产生所需的振动信号；控制器部分则完成系统所有的数据计算和逻辑运算，并根据操作指令及系统的当前工作模式调用相应的功能模块以完成相应的动作。控制系统硬件上采用自诊断加掉电保护装置，软件上设置程序陷阱，软硬件结合，增强系统的稳定性和抗干扰性。

如图3，因为手动模式下振动挖掘的实现主要靠操作人员操作相关控制开关来完成，因此，作业软件主要完成自动模式下振动减阻的实现。作业软件的主要功能是完成作业过程中油缸压力数据的采集，然后根据油缸压力计算出此刻铲斗所受到的切削阻力，并与切削阻力的阂值进行比较以判断是否应该采取振动减阻形式。如果需要，则根据系统输入的振动频率、幅值及振动信号的类型等信息产生相应的控制信号实现振动挖掘。

技术特征：

技术总结
一种基于比例阀的液压挖掘机振动掘削控制系统，提出了一种用单片机控制比例阀来实现振动挖掘的方法，针对不同性质的土壤。采用不同的振动幅值和振动频率，以达到减小挖掘阻力，降低能量消耗和提高作业效率的目的。该控制系统达到了作业过程中降低挖掘阻力，减低能耗，提高工作效率的目的，这为工程机械的节能和高效作业提供了一条崭新的思路。

技术研发人员：祝凤娟
受保护的技术使用者：祝凤娟
技术研发日：2016.11.22
技术公布日：2018.05.29