一种挖掘机辅助功能控制系统及挖掘机的制作方法

本发明涉及工程机械及其控制系统领域，尤其涉及一种挖掘机辅助功能控制系统及使用该控制系统的挖掘机。

背景技术：

目前挖掘机的应用越来越广泛，挖掘机不仅仅应用于土方挖掘作业，还辅助应用于破碎、吊装、夯土、抓木、植木等各类工况中。由于挖掘机辅助功能是在本体液压系统中拓展开的功能，往往和整体液压系统匹配不佳，导致使用者无法正常操控，影响设备的正常工作。

特别是正流量系统液压挖掘机，与挖掘有关的基本动作是通过液压系统的节流优先等方式实现协调工作，在正流量系统挖掘机应用辅助功能时，由于辅助功能和挖掘机液压系统的不匹配，导致辅助功能和常规功能复合动作时不协调，影响挖掘机辅助功能的正常使用。尤其是外来的属具种类越来越多，比如带回转功能的液压剪、偏摆式铲斗、旋转抓斗等，这些属具都是以嵌入式方式接入现有的正流量系统中，当常规执行机构和辅助执行机构同时要做动作时，就会出现流量分配不恰当的情况，造成属具动作不协调问题的出现，给操作者带来极大的不便。比如：挖掘机装配带回转功能的液压剪，当同时操作挖掘机动臂(大臂)提升和液压剪回转功能时，由于动臂提升负载压力远远大于液压剪回转负载压力，引起正流量系统流量分配不均，即大部分液压油流向负载压力小的液压剪，导致液压件回转速度过快，而动臂提升很慢，引起复合操作动作不协调。为了解决这个问题，市面上出现了一种解决方法：即对原有的多路阀(流量分配阀)和系统做改变，以此来应对主、辅功能的不协调问题，但此种解决方法增加了整个控制系统的繁复性，且成本巨大，不适合绝大多数使用者。

有鉴于此，亟待一种新的技术方案来解决上述技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提供一种挖掘机辅助功能控制系统，其在不改变原有正流量系统的前提下，实现了常规执行机构和辅助执行机构的复合操作更加协调的目的。

本发明的目的之二在于提供一种使用上述控制系统的挖掘机，能确保挖掘机常规执行机构和辅助执行机构的复合操作更协调，且不需要改变原有的正流量系统，开发难度低、简单易行。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术手段：

一种挖掘机辅助功能控制系统，包括常规执行机构和辅助执行机构、控制器、液压泵、第一压力检测机构、第二压力检测机构、比例电磁阀及节流器，所述第一压力检测机构和第二压力检测机构用于分别检测常规执行机构和辅助执行机构的压力值，并分别将所述压力值发送给所述控制器，所述控制器根据接收到的压力值并按照设定的程序控制液压泵的输出功率；所述液压泵连接所述常规执行机构，用于给常规执行机构提供流量；所述辅助执行机构连接所述常规执行机构，用于从常规执行机构处分配流量，所述节流器连接在所述常规执行机构与辅助执行机构之间，节流器用于根据所述比例电磁阀的压力信号而控制流向辅助执行机构的流量大小。

作为进一步的改进，所述常规执行机构包括铲斗、斗杆或动臂；所述辅助执行机构包括带回转功能的液压剪、偏摆式铲斗、破碎锤或旋转抓斗。

作为进一步的改进，所述挖掘机辅助功能控制系统还包括辅助操作机构，所述辅助操作机构与控制器连接，所述控制器用于对辅助操作机构的输入信号进行放大后发送给所述比例电磁阀。

作为进一步的改进，所述辅助操作机构包括操作按钮或操作手柄。

作为进一步的改进，所述控制器为基于lms控制程序的控制器。

作为进一步的改进，当所述第一压力检测机构检测到的压力值大于第二压力检测机构检测到的压力值时，所述控制器控制液压泵降低输出功率。

作为进一步的改进，所述控制器根据所述第一压力检测机构检测到的压力值与第二压力检测机构检测到的压力值的比值来控制液压泵降低输出功率的量。

作为进一步的改进，所述辅助执行机构还包括辅助机构阀芯，所述比例电磁阀用于控制辅助机构阀芯的开口大小，所述辅助机构阀芯的开口与比例电磁阀的压力信号呈正向关系。

作为进一步的改进，所述节流器的阀芯开口与所述辅助功能的阀芯开口在呈反向关系。

一种挖掘机，包括上述的挖掘机辅助功能控制系统。

相比于现有技术，本发明带来如下有益效果：

本发明通过两个压力检测装置分别对挖掘机常规执行机构和辅助执行机构的工作压力进行检测，控制器根据接收的压力来判定并计算挖掘机常规执行机构和辅助执行机构的操作优先顺序，并通过对节流器和液压泵二者的控制，来匹配辅助执行机构和常规执行机构之间的流量分配，实现挖掘机常规执行机构和辅助执行结构之间的协调，达到挖掘机辅助功能正常工作的目的。

另，本发明是在不改变现有正流量系统的前提下开发的用于确保常规执行机构和辅助执行机构复合操作协调性的控制系统，具有开发难度低的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明一较佳实施例的控制原理图；

图2示出了本发明的节流器的工作参数变化曲线图；

图3示出了本发明另一较佳实施例的控制原理图；

图4示出了本发明实施例中泵输出流量与压力比的变化曲线图。

主要元件符号说明：

1-液压泵；2-辅助操作机构；4-比例电磁阀；5-节流器；6-常规执行机构；7-辅助执行机构；8-控制器。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例一

请参阅图1至图3，本发明一较佳实施例揭示一种挖掘机辅助功能控制系统，包括常规执行机构6和辅助执行机构7、控制器8、液压泵1、第一压力检测机构、第二压力检测机构、比例电磁阀4及节流器5，所述第一压力检测机构和第二压力检测机构用于分别检测常规执行机构6和辅助执行机构7的压力值，并分别将所述压力值发送给所述控制器8，所述控制器8根据接收到的压力值并按照设定的程序控制液压泵1的输出功率；所述液压泵1连接所述常规执行机构6，用于给常规执行机构6提供流量；所述辅助执行机构7连接所述常规执行机构6，用于从常规执行机构6处分配流量，所述节流器5连接在所述常规执行机构6与辅助执行机构7之间，节流器5用于根据所述比例电磁阀4的压力信号而控制流向辅助执行机构7的流量大小。

具体在本实例中，所述控制器8为基于lms(linguisticsmodelsystem)控制程序的控制器8，可以理解的是，本发明并不限定控制器8为lms控制器8，其它能够实现上述控制功能的控制器8均可。

具体在本实施例中，所述辅助执行机构7还包括辅助机构阀芯，所述比例电磁阀4用于控制辅助机构阀芯的开口大小，所述辅助机构阀芯的开口与比例电磁阀4的压力信号呈正向关系。更优的，所述节流器5的阀芯开口与所述辅助功能的阀芯开口在呈反向关系(如图2所示)。

具体在本实施例中，所述常规执行机构6为动臂，所述辅助执行机构7为带回转功能的液压剪，更具体的，所述动臂要执行的动作为抬升动作，所述辅助执行机构7要执行的动作为回转动作，从而共同完成一复合操作：将液压剪抬升到某一高度，同时旋转某一个角度，以便对准需要剪裁的物品。此种情况下，所述第一压力检测机构和第二压力检测机构分别检测动臂和液压剪的工作压力，并分别将检测的工作压力值反馈给控制器8；执行机构的工作压力跟它本身的质量、负载及工作内容相关，一般来说，常规执行机构6的工作压力要大于辅助执行机构7的工作压力。在正流量系统中，液压油倾向流向负载压力小的执行机构，因此，在第一压力检测机构测得的工作压力值大于第二压力检测机构测得的工作压力值的情况下，比如动臂的工作压力值为12mpa，液压剪回转的工作压力值为3mpa，而液压泵1输出液压油总流量一定。将造成液压剪回转功能与动臂获得的液压油流量分配比例不均，当液压剪回转开始工作时，液压泵1的液压油绝大部分将流向液压剪，而只有少部分液压油流向动臂，这就造成了液压剪回转动力充沛，而动臂的动力不足，带来的后果是：液压剪将迅速完成回转动作，但动臂却迟迟不能抬升到需要的位置，从而造成了两者动作的不协调。

为此，本实施例通过以下两条途径来改变上述状况：

第一条途径：通过比例电磁阀4和节流器5来调节，具体的，当液压剪回转需要工作时，控制器8发出电信号给所述比例电磁阀4，所述比例电池阀将该电信号转变为压力信号，从而控制辅助执行机构7阀芯的开合，比例电池阀对辅助执行机构7阀芯的开合控制为正向关系，即比例电磁阀4的压力信号越大，其阀芯的张开得越大；同时，比例电磁阀4还对节流器5进行控制：具体在本实施例中，比例电磁阀4对节流阀的控制为反向关系，即比例电磁阀4的压力信号越大，则节流器5的阀芯开口越小，从而在液压剪的启动过程中，随着控制液压剪回转功能的阀芯张得越开，反而从动臂处获得的液压油越少的结果。因此，在正流量系统的控制下，原本将工作压力为3mpa压力的辅助执行机构7，由于节流器5节流的作用下，最终获得的流量大幅降低，而此时动臂获得流量显著提升，从而使得两者流量分配均匀，复合工作协调；然而，在动臂工作压力>液压剪回转工作压力时，仅有该步骤还无法达到本发明目的，即动臂和液压剪回转的协调性仍不能达到最佳状态时，需要第二条途径来作一定的辅助；

第二条途径：当第一压力检测机构和第二压力检测机构将测得的压力信号发送给控制器8之后，所述控制器8内预设的程序将对两个压力值进行比较，取差值或者取二者的比值之后，再对液压泵1的输出流量进行调节控制。具体的，控制器8根据所述差值或比值来控制液压泵1降低输出输出流量，具体降低的量根据图4的线性曲线进行变化。例如，原泵的输出总流量为100l/min,将液压泵1的总输出流量降低到60l/min时，动臂和液压剪回转获得的流量同步降低；最终的效果是，动臂和液压剪刀的工作速度降低，使得操作手容易操作。

在实际操作过程中，上述两条途径不分先后，同时进行。

需要说明的是，本发明的常规执行机构6不限于动臂，常见的执行机构如铲斗和斗杆，这些执行挖掘机的主要动作的机构都可以是本发明所述的常规执行机构6；本发明的辅助执行机构7不限定于本实施例的带回转功能的液压剪，还可以是偏摆式铲斗、破碎锤或旋转抓斗。

具体在本实施例中，所述挖掘机辅助功能控制系统还包括辅助操作机构2，所述辅助操作机构2与控制器8连接，所述控制器8用于对辅助操作机构2的输入信号进行放大后发送给所述比例电磁阀4。更具体的，所述辅助操作机构2可以是操作按钮或操作手柄。

综上，相比于现有技术，本实施例带来如下有益效果：

本发明通过两个压力检测装置分别对挖掘机常规执行机构6和辅助执行机构7的工作压力进行检测，控制器8根据接收的压力来判定并计算挖掘机常规执行机构6和辅助执行机构7的操作优先顺序，并通过对节流器5和液压泵1二者的控制，来匹配辅助执行机构7和常规执行机构6之间的流量分配，实现挖掘机常规执行机构6和辅助执行结构之间的协调，达到挖掘机辅助功能正常工作的目的。

实施例二

请参阅图1至图3，本发明另一个较佳实施例揭示一种挖掘机，包括上述的挖掘机辅助功能控制系统。

所述挖掘机辅助功能控制系统是在不改变现有正流量系统的前提下开发的用于确保常规执行机构6和辅助执行机构7复合操作协调性的控制系统，其目的是为了解决现有正流量系统中常规执行机构6和辅助执行机构7在复合操作时存在的流量分配不均，从而带来动作不协调的问题。

所述挖掘机辅助功能控制系统包括常规执行机构6和辅助执行机构7、控制器8、液压泵1、第一压力检测机构、第二压力检测机构、比例电磁阀4及节流器5，所述第一压力检测机构和第二压力检测机构用于分别检测常规执行机构6和辅助执行机构7的压力值，并分别将所述压力值发送给所述控制器8，所述控制器8根据接收到的压力值并按照设定的程序控制液压泵1的输出功率；所述液压泵1连接所述常规执行机构6，用于给常规执行机构6提供流量；所述辅助执行机构7连接所述常规执行机构6，用于从常规执行机构6处分配流量，所述节流器5连接在所述常规执行机构6与辅助执行机构7之间，节流器5用于根据所述比例电磁阀4的压力信号而控制流向辅助执行机构7的流量大小。

本实施例的优选方案与实施例一一致，此处不再赘述。

本实施例的工作原理为：

当第一压力检测机构测得的工作压力值为12mpa，第二压力检测机构测得的工作压力值为3mpa。此时，辅助执行机构7即将分配到泵输出的绝大部分流量，而常规执行机构6即将分配到较小的流量。此种情况将带来复合操作不协调的问题，因此，需要以下两个方面来调节：

第一、通过比例电磁阀4和节流器5来调节，具体的，当辅助执行机构7需要工作时，控制器8发出电信号给所述比例电磁阀4，所述比例电池阀将该电信号转变为压力信号，从而控制辅助执行机构7阀芯的开合，比例电池阀对辅助执行机构7阀芯的开合控制为正向关系，即比例电磁阀4的压力信号越大，其阀芯张开得越大；同时，比例电磁阀4还对节流器5进行控制：具体的，比例电磁阀4对节流阀的控制为反向关系，即比例电磁阀4的压力信号越大，则节流器5的阀芯开口越小，从而在辅助执行机构7的启动过程中，随着辅助执行机构7的阀芯张得越开，反而从常规执行机构6处获得的液压油越少的结果。在正流量系统中，液压油倾向流向负载压力小的执行机构，因此，在节流器5节流作用下，原本将要获得3mpa压力的辅助执行机构7，最终将得到较少的泵的流量输入；然而，仅有该步骤还无法达到本发明目的，因为正常情况下，辅助执行机构7的工作压力可能始终小于常规执行机构6的压力，所以需要第二条途径来进一步调节；

第二条途径：当第一压力检测机构和第二压力检测机构将测得的压力信号发送给控制器8之后，所述控制器8内预设的程序将对两个压力值进行比较，取差值或者取二者的比值之后，再对液压泵1的输出功率进行调节控制。具体的，控制器8根据所述差值或比值来控制液压泵1降低输出功率，具体降低的量取决于所述差值或比值的大小。例如，将液压泵1的输出流量降低到相当于提供60l/min的总流量(从100l/min降到60l/min)，最终同步实现降低分配到辅助执行机构7上和常规执行机构6的流量的目的；最终的效果是，辅助执行机构7缓慢回转，而常规执行机构6也能缓慢运动，两者动作基本能保持一致协调性，使得操作手容易操控。

在实际操作过程中，上述两条途径不分先后，同时进行。

综上，相比于现有技术，本实施例带来如下有益效果：

本发明通过两个压力检测装置分别对挖掘机常规执行机构6和辅助执行机构7的工作压力进行检测，控制器8根据接收的压力来判定并计算挖掘机常规执行机构6和辅助执行机构7的操作优先顺序，并通过对节流器5和液压泵1二者的控制，来匹配辅助执行机构7和常规执行机构6之间的流量分配，实现挖掘机常规执行机构6和辅助执行结构之间的协调，达到挖掘机辅助功能正常工作的目的。

另，本发明是在不改变现有正流量系统的前提下开发的用于确保常规执行机构6和辅助执行机构7复合操作协调性的控制系统，具有开发难度低的优点。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。