一种挖掘机控制方法及挖掘机与流程

    技术2025-06-20  28


    本发明涉及工程机械,尤其涉及一种挖掘机在斜面上行走的挖掘机控制方法及挖掘机。


    背景技术:

    1、挖掘机在各种施工工况下存在需要在斜面行走的工况,但涉及到斜面角度较大的工况时,挖掘机会出现动力不足爬不上斜面的情况,而且在斜面角度较大时挖掘机通常也存在倾覆的风险,给施工及施工人员带来极大不便。现有技术方案一般采用改造挖掘机或工程机械本体,通过增加相应的辅助爬坡机构来实现斜面爬坡,增加了挖掘机本体结构复杂性的同时增加了设备制造成本,需要驾驶员驾驶挖掘机控制操作,在爬坡时存在安全风险。

    2、中国专利申请cn109941363a林业机械,通过在其行走架上安装行进辅助装置,包括至少两套并列的推进装置,每套推进装置包括:导向臂、滑动臂、推进油缸、举升油缸;导向臂的铰接端与行走架铰接;滑动臂设置在导向臂上且仅能沿导向臂长度方向滑动,滑动臂从导向臂自由端伸出且伸出端具有向下延伸的犄角;推进油缸两端分别与导向臂和滑动臂连接,其伸缩推动滑动臂相对导向臂滑动;举升油缸连接在行走架与导向臂之间推动导向臂绕其铰接端上下摆动。此方案通过增加辅助装置来保证在坡度陡峭的场地转场,需要改变挖掘机本体结构,增加设备成本。

    3、中国专利申请cn111441414a一种利于提高爬坡适应性能的挖掘机及爬坡方法,公开了一种利于提高爬坡适应性能的挖掘机,包括稳定主板,所述稳定主板的顶部固定连接有驾驶室,所述驾驶室的右侧固定连接有发动机舱,所述发动机舱的右侧固定连接有配重块,所述稳定主板的底部通过连接块转动连接有悬挂架,所述悬挂架的一侧转动连接有驱动轮,所述悬挂架的另一侧转动连接有导向轮,通过驱动轮、履带、配重块和配重框的联合设置,使得挖掘机在上坡时,挖掘机能够通过配重块和配重框联合下压挖掘机,挖掘机与坡面土层的充分结合,提高了挖掘机的抓地力,同时提高了挖掘机爬坡时的可靠性和稳定性,方便工作人员操控。此方案通过驱动轮、履带、配重块和配重框的联合设置使得挖掘机在上坡时联合下压挖掘机,通过改变挖掘机原有硬件结构实现挖掘机爬坡时的可靠性和稳定性,成本增加,未充分利用挖掘机原有的工作装置。

    4、中国专利申请cn117989186a一种挖掘机助推行走液压系统及挖掘机,通过在原液压系统增加助推行走马达、模式切换阀组、流量分配控制阀组增加爬坡模式时辅助爬坡和驻坡动力。此方案通过增加助推行走马达提高挖掘机在坡道上的性能,仍需要增加辅助设备,不涉及对原挖掘机工作装置的控制。

    5、综合上述分析,现有技术均通过在挖掘机本体上增加辅助爬坡装置来实现大角度斜面爬坡,导致挖掘机本身的结构变复杂,增加设备成本,且需要驾驶员在挖掘机内现场操作,存在安全隐患。因此,亟需一种结构简单,成本低,安全性高的挖掘机控制方法及挖掘机,在不额外增加辅助装置的情况下实现大角度斜面爬坡。


    技术实现思路

    1、本发明的目的在于克服上述不足,提供一种挖掘机控制方法及挖掘机,将挖掘机本体的铲斗、履带、辅助支腿等部件进行协同控制,即仅依靠挖掘机本体各部件的动作协同配合,来提高挖掘机的爬坡能力,在不增加辅助装置的情况下实现斜面大角度爬坡,不改变挖掘机原有结构,成本低,同时可远距离遥控操作,安全性好。

    2、本发明的目的是这样实现的:

    3、一种挖掘机控制方法,通过车身角度传感器采集坡度倾角数据,根据坡度倾角确定采取相应的控制方法实现斜面爬坡,具体包含以下步骤:

    4、步骤s101 :采集车身传感器坡度倾角

    5、程序控制器采集车身角度传感器发出的坡度倾角数据。

    6、步骤s102 :满足助推爬坡角度判断

    7、程序控制器对车身角度传感器发出的坡度倾角数据进行分析判断,如果坡度倾角满足助推爬坡角度,则进入步骤s103,如果坡度倾角不满足助推爬坡角度,则进入步骤s106。

    8、步骤s103 :发送助推自动爬坡命令

    9、程序控制器判断满足助推爬坡角度后,发送给遥控装置,遥控装置接收到后发送助推自动爬坡命令,程序控制器执行步骤s104。

    10、步骤s104:助推自动控制履带爬坡

    11、接收到遥控装置发送的助推自动爬坡命令后,执行辅助支腿入土,铲斗入土,进入助推起始点;然后抬起支腿,工作装置助推爬坡,同时履带以匹配速度向上行进;停止工作装置助推动作和履带行走,放下支腿。在未收到停止助推爬坡命令前,重复执行上述动作,持续助推爬坡。

    12、步骤s105:助推停止爬坡

    13、当爬坡到预定位置,遥控装置发送停止爬坡信号,接收到遥控装置发送的停止爬坡信号后,程序控制器执行助推停止爬坡。

    14、步骤s106 :发送非助推自动爬坡命令

    15、程序控制器判断不满足助推爬坡角度后,发送信号给遥控装置,遥控装置接收到后发送非助推自动爬坡命令,程序控制器执行步骤s107。

    16、步骤s107:非助推自动控制履带爬坡

    17、接收到遥控装置发送的非助推自动爬坡命令后,程序控制器执行非助推自动控制履带装置运动爬坡动作。

    18、步骤s108: 爬坡到预定位置判断

    19、程序控制器判断是否接收到遥控装置发送的爬坡到预定位置的信号,如果接收到爬坡到预定位置的信号,执行步骤s109,否则继续执行步骤s107。

    20、步骤s109:非助推停止爬坡

    21、接收到遥控装置发送的爬坡到预定位置信号后,程序控制器执行非助推停止爬坡。

    22、进一步的,所述步骤s104助推自动控制履带爬坡包含以下步骤:

    23、步骤s201:设定爬坡辅助支腿入土深度,放下支腿

    24、接收到遥控装置发送的爬坡辅助支腿入土深度后,程序控制器按设定深度控制支腿装置入土。

    25、步骤s202:调整支腿姿态

    26、程序控制器判断车身不安全时,调整支腿姿态,确保车身安全。

    27、步骤s203:车身安全判断

    28、程序控制器对车身安全进行分析判断,如果车身安全,执行步骤s204,如果车身不安全,执行步骤s202。

    29、步骤s204:设定铲斗入土深度,进入助推起始点

    30、接收到遥控装置发送的铲斗入土深度后,程序控制器按设定深度控制铲斗入土,工作装置进入助推起始点。

    31、步骤s205:调整工作装置姿态

    32、程序控制器判断车身不安全时,调整工作装置姿态。

    33、步骤s206:车身安全判断

    34、程序控制器对车身安全进行分析判断,如果车身安全,执行步骤s207,如果车身不安全,执行步骤s205。

    35、步骤s207:抬起支腿

    36、程序控制器判断车身安全时,抬起支腿。

    37、步骤s208:调整支腿姿态

    38、程序控制器判断支腿未抬起时,调整支腿姿态。

    39、步骤s209:支腿抬起判断

    40、程序控制器对支腿是否抬起进行分析判断,如果支腿抬起,执行步骤s210,如果支腿未抬起,执行步骤s208。

    41、步骤s210:工作装置助推爬坡,同时履带以匹配速度向上行进

    42、程序控制器判断支腿抬起时,控制工作装置助推爬坡,同时履带以匹配速度向上行进。

    43、步骤s211:调整工作装置姿态

    44、程序控制器判断工作装置的斗杆外摆姿态未到终端时,继续调整工作装置姿态,进行工作装置助推爬坡,履带行进。

    45、步骤s212:斗杆外摆姿态到终端判断

    46、程序控制器对工作装置的斗杆外摆姿态是否到终端进行分析判断,如果斗杆外摆姿态未到终端,执行步骤s211,如果斗杆外摆姿态到终端,执行步骤s213。

    47、步骤s213:停止助推动作和履带行走,放下支腿

    48、程序控制器判断斗杆外摆姿态到终端时,停止工作装置助推动作和履带行走,放下支腿。

    49、步骤s214:调整支腿姿态

    50、程序控制器判断车身不安全时,调整支腿姿态。

    51、步骤s215:车身安全判断

    52、程序控制器对车身安全进行分析判断,如果车身安全,执行步骤s216,如果车身不安全,执行步骤s214。

    53、步骤s216:工作装置回收到起始位置

    54、程序控制器判断车身安全时,程序控制器将工作装置回收到起始位置。

    55、步骤s217:爬坡到预定位置判断

    56、程序控制器接收遥控装置发送的爬坡到预定位置信号,如果接收到爬坡到预定位置信号,执行s105助推停止爬坡,如果未接收到爬坡到预定位置信号则执行步骤s204。

    57、进一步的,所述步骤s210工作装置助推爬坡,同时履带以匹配速度向上行进,具体包含以下步骤:

    58、步骤s301:支腿抬起

    59、程序控制器判断步骤s209支腿抬起时,采集车身传感器坡度倾角。

    60、步骤s302:采集车身传感器坡度倾角

    61、程序控制器采集车身角度传感器发出的坡度倾角数据。

    62、步骤s303:读取工作装置、履带装置目标助推速度

    63、程序控制器根据采集的车身角度传感器的坡度倾角数据,读取工作装置、履带装置目标助推速度。

    64、步骤s304:工作装置、履带装置工作状态控制

    65、程序控制器读取对应的工作装置、履带装置助推速度目标值后,结合斗杆油缸位移传感器、动臂油缸位移传感器及工作装置的机械结构,通过电流控制模块进行分析计算,控制工作装置的助推爬坡速度,同时履带以匹配速度向上行进。

    66、进一步的,所述步骤s303中的工作装置、履带装置的目标助推速度,由程序控制器内置或由遥控装置设定。

    67、进一步的,所述步骤s304中的电流控制模块包含工作装置姿态调节模块和履带速度调节模块,分别控制斗杆油缸电磁阀、动臂油缸电磁阀、履带左行走电磁阀、履带右行走电磁阀电流信号,进而控制工作装置的助推爬坡速度和履带的行进速度。

    68、进一步的,所述步骤s201、s202、s207、s208、s213和s214中,程序控制器通过控制支腿装置电磁阀电流信号控制支腿动作。

    69、进一步的,所述步骤s204、s205、s210、s211、s213、s216和s217中,程序控制器通过调节斗杆油缸电磁阀、动臂油缸电磁阀的电流信号控制工作装置动作。

    70、一种挖掘机,所述挖掘机采用上述任一种方法进行爬坡,并且包含信号连接的程序控制器和遥控装置;所述程序控制器与挖掘机的车身角度传感器、斗杆油缸位移传感器、动臂油缸位移传感器、支腿装置电磁阀、斗杆油缸电磁阀、动臂油缸电磁阀、履带左行走电磁阀和履带右行走电磁阀分别信号连接。

    71、进一步的,所述程序控制器连接有遥控接收器,所述遥控装置连接有遥控发射器;所述遥控接收器和遥控发射器通过无线信号连接。

    72、与现有技术相比,本发明的有益效果是:

    73、本发明通过挖掘机车身角度传感器反馈的坡度大小来确定采用助推自动控制履带爬坡或非助推自动控制履带爬坡,其中小坡度角度时采取的非助推自动控制履带爬坡仅需履带正常爬坡,而大坡度角度时采取的助推自动控制履带爬坡通过控制挖掘机自身工作装置的协同助推动作,增加挖掘机在大坡度时的爬坡能力,无需额外安装助推装置,不改变挖掘机原有结构,成本低,同时可远距离遥控操作,安全性好。


    技术特征:

    1.一种挖掘机控制方法,其特征在于:通过车身角度传感器采集坡度倾角数据,根据坡度倾角确定采取相应的控制方法实现斜面爬坡,包含以下步骤:

    2.根据权利要求1所述的挖掘机控制方法,其特征在于:所述步骤s104助推自动控制履带爬坡包含以下步骤:

    3.根据权利要求2所述的挖掘机控制方法,其特征在于:所述步骤s210工作装置助推爬坡,同时履带以匹配速度向上行进,具体包含以下步骤:

    4.根据权利要求3所述的挖掘机控制方法,其特征在于:所述步骤s303中的工作装置、履带装置的目标助推速度,由程序控制器(107)内置或由遥控装置(101)设定。

    5.根据权利要求3所述的挖掘机控制方法,其特征在于:所述步骤s304中的电流控制模块包含工作装置姿态调节模块和履带速度调节模块,分别控制斗杆油缸电磁阀(109)、动臂油缸电磁阀(110)、履带左行走电磁阀(111)、履带右行走电磁阀(112)电流信号,进而控制工作装置的助推爬坡速度和履带的行进速度。

    6.根据权利要求2所述的挖掘机控制方法,其特征在于:所述步骤s201、s202、s207、s208、s213和s214中,程序控制器(107)通过控制支腿装置电磁阀(108)电流信号控制支腿动作。

    7.根据权利要求2所述的挖掘机控制方法,其特征在于:所述步骤s204、s205、s210、s211、s213、s216和s217中,程序控制器(107)通过调节斗杆油缸电磁阀(109)、动臂油缸电磁阀(110)的电流信号控制工作装置动作。

    8.一种挖掘机,其特征在于:所述挖掘机采用所述权利要求1至7中的任一种方法进行爬坡,并且包含信号连接的程序控制器(107)和遥控装置(101);所述程序控制器(107)与挖掘机的车身角度传感器(104)、斗杆油缸位移传感器(105)、动臂油缸位移传感器(106)、支腿装置电磁阀(108)、斗杆油缸电磁阀(109)、动臂油缸电磁阀(110)、履带左行走电磁阀(111)和履带右行走电磁阀(112)分别信号连接。

    9.根据权利要求8所述的挖掘机,其特征在于:所述程序控制器(107)连接有遥控接收器(103),所述遥控装置(101)连接有遥控发射器(102);所述遥控接收器(103)和遥控发射器(102)通过无线信号连接。


    技术总结
    本发明涉及一种挖掘机控制方法及挖掘机,根据挖掘机的车身角度传感器采集坡度倾角数据,根据坡度倾角确定采取助推自动控制履带爬坡或非助推自动控制履带爬坡,其中小坡度角度时采取的非助推自动控制履带爬坡仅需履带正常爬坡,而大坡度角度时采取的助推自动控制履带爬坡通过控制挖掘机自身工作装置的协同助推动作,增加挖掘机在大坡度时的爬坡能力,同时可远距离遥控操作,实现挖掘机自动爬坡,保证施工人员安全。本发明利用挖掘机自身工作装置来提高大坡度下的爬坡能力,无需额外安装助推装置,不改变挖掘机原有结构,成本低,安全性好。

    技术研发人员:尹学峰,蔺相伟,邢泽成,李水聪,魏红敏,孙宏斐,刘亚,胡兵
    受保护的技术使用者:徐州徐工挖掘机械有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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