專利名稱：控制挖掘機動臂上升速度的控制系統及一種挖掘機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種控制系統，具體地說，是涉及控制挖掘機動臂上升速度的控
制系統，本實用新型還涉及包含該控制系統的挖掘機。
背景技術：
目前，挖掘機廣泛應用于土石方施工工程，在挖掘機工作過程中，通過操縱操作 手柄驅動挖掘機動臂工作，熟練的操作者能夠精確地操作操作手柄而平穩地操作挖掘 機動臂，使得能夠減輕對致動器的沖擊，相反，在操作方面具有較少經驗的不熟練操作 者不能細微地操作操作手柄，而是易于突然地操作操縱桿，使得由于突然地操作而使動 臂及其上的工作裝置因慣性而引起沖擊，從而降低工作效率。針對這一情況，申請號為 "200710170072. 0"，名稱為"用于減輕對挖掘機轉臂的沖擊的設備和控制該設備的方法"的 中國發明專利申請，其公開的控制系統在控制器判斷出動臂油缸突然停止時，調節主控制 閥的閥芯的切換量，對供給動臂油缸小腔室的操作壓力進行主動調節，從而使由于對動臂 油缸的沖擊在動臂中產生的振動降到最小，并能提高工作效率。 然而，通常情況下，挖掘機動臂在上升過程時，由于挖掘機操作者追求高效率生產 而操作動作過快，或操作動作不熟練，將使得動臂快速到達上升極限位置，龐大的動能來不 及釋放，造成挖掘機整機水平方向來回震蕩數次，這種無效益的震蕩不利于提高生產效率， 并且在工況較復雜的工地，存在極大的安全隱患。上述專利申請中涉及的控制系統及方法 雖然能解決動臂油缸突然停止而產生的振動，卻不能很好地解決挖掘機動臂快速上升至極 限位置引起挖掘機整機水平方向來回震蕩的問題。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題提供一種控制挖掘機動臂上升速度的控制系統， 以解決挖掘機動臂快速上升至極限位置引起挖掘機整機水平方向來回震蕩的問題，從而提 高挖掘機工作效率，并改善生產的安全性。 為了實現上述目的，本實用新型首先提供一種控制挖掘機動臂上升速度的控制系
統，所述動臂鉸接在一動臂座上，所述控制系統包括發動機、第一液壓泵、第二液壓泵、動臂
油缸、主控制閥及操作手柄，所述發動機與所述第一液壓泵連接，所述主控制閥安裝在所述
第一液壓泵與所述動臂油缸之間，所述操作手柄操縱所述第二液壓泵供給所述主控制閥的
閥芯的壓力，所述控制系統還包括 —控制器； 第一液壓泵壓力檢測裝置，用于檢測第一液壓泵的壓力、并向所述控制器供給一 壓力信號； 發動機轉速檢測裝置，用于檢測所述發動機的轉速、并向所述控制器供給一轉速 信號； 手柄檢測裝置，用于檢測所述操作手柄的操縱量、并向所述控制器供給一手柄操縱量信號；以及 動臂位置檢測裝置，用于檢測所述動臂上升位置、并向所述控制器供給一動臂位 置信號； 所述動臂上設置一極限位置檢測區，所述控制器根據所述動臂位置信號，判斷所 述動臂是否上升至極限位置檢測區，并根據所述壓力信號、所述轉速信號、所述手柄操縱量 信號，計算、輸出一控制信號至所述第一液壓泵，以調節所述第一液壓泵的輸出功率。 上述的控制系統，其中，所述動臂位置檢測裝置設置于所述動臂座上，并對應所述 極限位置檢測區。 上述的控制系統，其中，所述極限位置檢測區設置于13角為3° 6°的區域內，
P角為動臂實際位置與動臂上升極限位置之間的夾角。 上述的控制系統，其中，所述動臂位置檢測裝置為一接近開關。 進一步地，本實用新型還提供包括上述控制系統的挖掘機，所述挖掘機包括動臂
和控制所述動臂上升速度的控制系統，所述動臂鉸接在一動臂座上，所述控制系統包括發
動機、第一液壓泵、第二液壓泵、動臂油缸、主控制閥、操作手柄及控制器，所述發動機與所
述第一液壓泵連接，所述主控制閥安裝在所述第一液壓泵與所述動臂油缸之間，所述操作
手柄操縱所述第二液壓泵供給所述主控制閥的閥芯的壓力，所述控制系統還包括 第一液壓泵壓力檢測裝置，用于檢測第一液壓泵的壓力、并向所述控制器供給一
壓力信號； 發動機轉速檢測裝置，用于檢測所述發動機的轉速、并向所述控制器供給一轉速 信號； 手柄檢測裝置，用于檢測所述操作手柄的操縱量、并向所述控制器供給一手柄操 縱量信號；以及 動臂位置檢測裝置，用于檢測所述動臂上升位置、并向所述控制器供給一動臂位 置信號； 所述動臂上設置一極限位置檢測區，所述控制器根據所述動臂位置信號，判斷所 述動臂是否上升至極限位置檢測區，并根據所述壓力信號、所述轉速信號、所述手柄操縱量 信號，計算、輸出一控制信號至所述第一液壓泵，以調節所述第一液壓泵的輸出功率。 上述的挖掘機，其中，所述動臂位置檢測裝置設置于所述動臂座上，并對應所述極 限位置檢測區。 上述的挖掘機，其中，所述極限位置檢測區設置于13角為3° 6°的區域內，13
角為動臂實際位置與動臂上升極限位置之間的夾角。 上述的挖掘機，其中，所述動臂位置檢測裝置為一接近開關。 本實用新型的有益功效在于，挖掘機采用上述的控制系統后，控制器根據第一液 壓泵壓力檢測裝置、發動機轉速檢測裝置、手柄檢測裝置、動臂位置檢測裝置反饋來的信 號，在動臂上升至極限位置檢測區時，及時調整第一液壓泵的輸出功率，降低動臂油缸的伸 縮速度，直至動作終端(即，動臂帶動的工作裝置)速度為零，以有效的實現緩沖功能，從而 增加動臂油缸的使用壽命，提高整機的可靠性；挖掘機在復雜工況的工地施工時，還能夠有 效降低事故率，并提高施工作業效率；并且本實用新型的控制系統結構簡單，控制方法實現 方便。和具體實施例對本實用新型進行詳細描述，但不作為對本實用新型 的限定。
圖1為本實用新型的動臂安裝示意圖； 圖2為本實用新型的控制挖掘機動臂上升速度的方法的流程圖； 圖3為本實用新型的控制系統的結構框圖。 其中，附圖標記1動臂2動臂座30控制系統31發動機32第一液壓泵33第二液壓泵34動臂油缸35主控制閥36操作手柄37控制器38第一液壓泵壓力檢測裝置39發動機轉速檢測裝置310手柄檢測裝置311動臂位置檢測裝置
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型技術方案進行詳細的描述，以更進一步 了解本實用新型的目的、方案及功效，但并非作為本實用新型所附權利要求保護范圍的限制。 如圖1本實用新型的動臂安裝示意圖及圖2本實用新型的控制挖掘機動臂上升速
度的方法的流程圖所示，并結合參閱圖3本實用新型的控制系統的結構框圖，本實用新型
的挖掘機與現有技術的挖掘機機構相同，其動臂1鉸接在動臂座2上，動臂1在動臂油缸34
作用下運動，其中動臂油缸34的動作由發動機31、第一液壓泵32、操作手柄36結合主控制
閥35控制，本實用新型的控制挖掘機動臂上升速度的方法包括如下步驟 S10、在動臂1上設置一極限位置檢測區的步驟，極限位置檢測區設置于13角為
3° 6°的區域內，13角為動臂實際位置與動臂上升極限位置之間的夾角。 S20、設置檢測裝置步驟，以方便對動臂位置S、第一液壓泵壓力P，發動機轉速V及
手柄操縱量Ps的信號采集，該步驟包括設置第一液壓泵壓力檢測裝置38步驟、設置發動機
轉速檢測裝置39步驟、設置手柄檢測裝置310步驟、以及設置動臂位置檢測裝置311步驟，
其中第一液壓泵壓力檢測裝置38、發動機轉速檢測裝置39、手柄檢測裝置310和動臂位置
檢測裝置311都可以是傳感器，動臂位置檢測裝置311最好是接近開關，在設置位置上，第
一液壓泵壓力檢測裝置38、發動機轉速檢測裝置39、手柄檢測裝置310沒有嚴格要求，只
要能檢測到各自對應的裝置的信號即可，但是，動臂位置檢測裝置311要求設置在動臂座2
上，并對應極限位置檢測區。 S30、信號采集步驟，并將采集到的各種信號輸入至控制器37中。 S40、根據上述信號采集步驟采集來的動臂位置信號S，控制器37判定動臂是否上
升至極限位置檢測區，若不是，執行步驟S50，若是，執行步驟S60。
64/5頁 S50、根據上述信號采集步驟采集來的轉速信號V和手柄操縱量信號Ps，控制器37 計算并輸出第一液壓泵的泵功率控制值，該泵功率控制值PW^ = f (V，PS) = 1^XV+K2XPs， 同時返回執行步驟S40。 S60、根據上述信號采集步驟采集來的轉速信號V和手柄操縱量信號Ps，控制器37 計算出第一液壓泵的一基本泵功率值PW^二f(V，P》二I^XV+I^XPs ;同時根據上述信號采 集步驟采集來的壓力信號P和手柄操縱量信號Ps，控制器37計算出第一液壓泵的一修正泵 功率值PWA2 = f (p， ps) = K3 X P+K4 X Ps，然后，控制器37根據所述基本泵功率值PW^與所述 修正泵功率值PWA2計算并輸出第一液壓泵的泵功率控制值PWA3， PWA3 = f (V， Ps)-KXf (P， Ps) -I^XV+I^XPs-KX (K3XP+K4XPS)，其中，K G (0， 1)，最好標定為0. 6，KnK2，K3，K4 G (0， l)，上述的K" K2， K3， 1(4在實際使用過程中，可以相等，也可以不等，作為本實用新型的最佳 實施例，Ki = K2 = K3 = K4 = 0.4。 上述方法中，在所述步驟S60后還具有一判斷動臂是否上升至極限位置步驟S70， 若是，執行結束步驟S80，若不是，返回執行步驟S60。 為了能實現上述方法，本實用新型提供的控制系統如圖3所示，控制系統30包括 發動機31、第一液壓泵32、第二液壓泵33、動臂油缸34、主控制閥35及操作手柄36，發動機 31與第一液壓泵32連接，主控制閥35安裝在第一液壓泵32與動臂油缸34之間，操作手柄 36操縱第二液壓泵33供給主控制閥35的閥芯的壓力，控制系統30還包括控制器37、第一 液壓泵壓力檢測裝置38、發動機轉速檢測裝置39、手柄檢測裝置310和動臂位置檢測裝置 311，其中，第一液壓泵壓力檢測裝置38用于檢測第一液壓泵32的壓力、并向控制器37供 給一壓力信號P，發動機轉速檢測裝置39用于檢測發動機31的轉速并向控制器37供給一 轉速信號V，手柄檢測裝置310用于檢測操作手柄36的操縱量、并向控制器37供給一手柄 操縱量信號Ps，動臂位置檢測裝置311用于檢測動臂1的上升位置、并向控制器37供給一 動臂位置信號S ; 動臂1上設置一極限位置檢測區，極限位置檢測區設置于13角為3° 6°的區 域內，P角為動臂實際位置與動臂上升極限位置之間的夾角。動臂位置檢測裝置311設置 在動臂座2上，并對應極限位置檢測區，其最好為一接近開關。 控制器37根據動臂位置信號S，判斷動臂1是否上升至極限位置檢測區，并根據壓 力信號P、轉速信號V、手柄操縱量信號Ps，計算、輸出一控制信號至第一液壓泵32，以調節 第一液壓泵32的輸出功率。 動臂位置信號S較佳地為一角度信號，當動臂位于水平位置(圖中的x軸位置) 時，S二O度，當動臂處于豎直位置(圖中的y軸位置)時，S二90。，當S+P =90°時，動 臂1即上升至極限位置檢測區。 操作者采用上述方法操作挖掘機上升時，在動臂上升至極限位置檢測區時，控制 系統及時調整第一液壓泵的輸出功率，降低動臂油缸的伸縮速度，直至動作終端(即，動臂 帶動的工作裝置)速度為零，以有效的實現緩沖功能，從而增加動臂油缸的使用壽命，提高 整機的可靠性；挖掘機在復雜工況的工地施工時，還能夠有效降低事故率，并提高施工作業 效率；并且本實用新型的控制系統結構簡單，控制方法實現方便。 當然，本實用新型還可有其它多種實施例，在不背離本實用新型精神及其實質的 情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本實用新型作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本實用新型所附的權利要求的保護范圍'
權利要求一種控制挖掘機動臂上升速度的控制系統，所述動臂鉸接在一動臂座上，所述控制系統包括發動機、第一液壓泵、第二液壓泵、動臂油缸、主控制閥及操作手柄，所述發動機與所述第一液壓泵連接，所述主控制閥安裝在所述第一液壓泵與所述動臂油缸之間，所述操作手柄操縱所述第二液壓泵供給所述主控制閥的閥芯的壓力，其特征在于，所述控制系統還包括一控制器；第一液壓泵壓力檢測裝置，用于檢測第一液壓泵的壓力、并向所述控制器供給一壓力信號；發動機轉速檢測裝置，用于檢測所述發動機的轉速、并向所述控制器供給一轉速信號；手柄檢測裝置，用于檢測所述操作手柄的操縱量、并向所述控制器供給一手柄操縱量信號；以及動臂位置檢測裝置，用于檢測所述動臂上升位置、并向所述控制器供給一動臂位置信號；所述動臂上設置一極限位置檢測區，所述控制器根據所述動臂位置信號，判斷所述動臂是否上升至極限位置檢測區，并根據所述壓力信號、所述轉速信號、所述手柄操縱量信號，計算、輸出一控制信號至所述第一液壓泵，以調節所述第一液壓泵的輸出功率。
2. 根據權利要求1所述的控制系統，其特征在于，所述動臂位置檢測裝置設置于所述 動臂座上，并對應所述極限位置檢測區。
3. 根據權利要求1或2所述的控制系統，其特征在于，所述極限位置檢測區設置于13 角為3° 6°的區域內，13角為動臂實際位置與動臂上升極限位置之間的夾角。
4. 根據權利要求1或2所述的控制系統，其特征在于，所述動臂位置檢測裝置為一接近 開關。
5. —種挖掘機，包括動臂和控制所述動臂上升速度的控制系統，所述動臂鉸接在一動 臂座上，所述控制系統包括發動機、第一液壓泵、第二液壓泵、動臂油缸、主控制閥、操作手 柄及控制器，所述發動機與所述第一液壓泵連接，所述主控制閥安裝在所述第一液壓泵與 所述動臂油缸之間，所述操作手柄操縱所述第二液壓泵供給所述主控制閥的閥芯的壓力， 其特征在于，所述控制系統還包括第一液壓泵壓力檢測裝置，用于檢測第一液壓泵的壓力、并向所述控制器供給一壓力 信號；發動機轉速檢測裝置，用于檢測所述發動機的轉速、并向所述控制器供給一轉速信號；手柄檢測裝置，用于檢測所述操作手柄的操縱量、并向所述控制器供給一手柄操縱量 信號；以及動臂位置檢測裝置，用于檢測所述動臂上升位置、并向所述控制器供給一動臂位置信號；所述動臂上設置一極限位置檢測區，所述控制器根據所述動臂位置信號，判斷所述動 臂是否上升至極限位置檢測區，并根據所述壓力信號、所述轉速信號、所述手柄操縱量信 號，計算、輸出一控制信號至所述第一液壓泵，以調節所述第一液壓泵的輸出功率。
6. 根據權利要求5所述的挖掘機，其特征在于，所述動臂位置檢測裝置設置于所述動 臂座上，并對應所述極限位置檢測區。
7. 根據權利要求6所述的挖掘機，其特征在于，所述極限位置檢測區設置于13角為 3° 6°的區域內，13角為動臂實際位置與動臂上升極限位置之間的夾角。
8. 根據權利要求5或6所述的所述的挖掘機，其特征在于，所述動臂位置檢測裝置為一 接近開關。
專利摘要本實用新型公開了控制挖掘機動臂上升速度的控制系統以及包含該控制系統的挖掘機，控制系統包括發動機、第一液壓泵、第二液壓泵、動臂油缸、主控制閥、操作手柄、一控制器及多個檢測裝置，動臂上設置一極限位置檢測區，控制器根據多個檢測裝置反饋來的信號，判斷動臂是否上升至極限位置檢測區，并計算、輸出一控制信號至第一液壓泵，及時調整第一液壓泵的輸出功率，降低動臂油缸的伸縮速度，直至動作終端速度為零，以有效的實現緩沖功能，從而增加動臂油缸的使用壽命，提高整機的可靠性。本實用新型的挖掘機在復雜工況的工地施工時，還能夠有效降低事故率，并提高施工作業效率；并且本實用新型控制系統結構簡單，控制方法實現方便。
文檔編號E02F3/43GK201459784SQ20092010995
公開日2010年5月12日 申請日期2009年7月8日 優先權日2009年7月8日
發明者李靖, 王可峰, 蔡文遠, 陳明 申請人:北汽福田汽車股份有限公司