[发明专利]一种实现铲斗瞬时挖掘转角和挖掘力的优化控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及挖掘机控制技术领域，尤其涉及一种实现铲斗瞬时挖掘转角和挖掘力的优化控制系统及方法。 

背景技术

液压挖掘机是一种目前广泛应用的工程机械，通过液压控制系统实现动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸的行程变化，操纵动臂、斗杆铲斗运动，完成工作装置的挖掘、卸载动作。工作装置前端的斗杆、铲斗、连杆、摇杆组成的四连杆机构形成传力比，将直接影响挖掘力，以上四部件一般都为长度固定的焊接/铸造件，当它们的结构确定后，挖掘力及铲斗的转角完全由铲斗油缸的压力及行程控制。比如，中国专利CN 201785784U提供了一种挖掘机三铰点连杆机构，其包括具有三个铰点的连杆，连杆的三个铰点分别与左/右摇臂、铲斗油缸和铲斗相连，该方案是将铲斗油缸和摇臂分开用铰接在连杆上。此外，由于挖掘机按不同吨位划分机型，各机型为满足各自的挖掘力及挖掘范围目标，需要设计、制造结构相同、尺寸差异的连杆，由此造成了连杆机构的重复开发和同类型零部件的分类生产和管理。 

使用现有的固定焊接/铸造结构的连杆，铲斗的转角一般在180°左右，当对挖高有要求时，希望铲斗仰角较大，在其他部件不变的情况下，连杆长度减小，但这样一来铲斗的俯角必然相应减小，会对铲斗的挖掘满载率产生不利影响，并且，产生最大挖掘力时的铲斗瞬时转角相对抬高，不利于转斗挖掘时的土壤切削。 

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种实现铲斗瞬时挖掘转角和挖掘力的优化控制系统及方法，一方面在保证在实现铲斗转角增大的基础上不影响挖掘力，并且能够实时微调铲斗转角和挖掘力的关系；另一方面，利用油缸的长度可变性，满足相近吨位挖掘机连杆尺寸的差异要求，实现连杆机构在一定程度上的通用性。 

本发明的目的是通过下述技术方案实现的： 

一种实现铲斗瞬时挖掘转角和挖掘力的优化控制系统，包括连杆油缸、激光定位仪、动臂油缸行程位移传感器、斗杆油缸行程位移传感器、铲斗油缸行程位移传感器、连杆油缸行程位移传感器、动臂油缸压力传感器、斗杆油缸压力传感器、铲斗油缸压力传感器、连杆油缸压力传感器，可编程控制器以及控制连杆油缸油量的电液比例阀，所述动臂油缸行程位移传感器、所述斗杆油缸行程位移传感器、所述铲斗油缸行程位移传感器、所述连杆油缸行程位移传感器、所述动臂油缸压力传感器、所述斗杆油缸压力传感器、所述铲斗油缸压力传感器和所述连杆油缸压力传感器的信号输出端分别与所述可编程控制器连接，所述可编程控制器的输出端与所述电液比例阀连接；

所述激光定位仪安装在驾驶室前端，所述动臂油缸行程位移传感器安装在动臂油缸上，所述斗杆油缸行程位移传感器安装在斗杆油缸上，所述铲斗油缸行程位移传感器安装在铲斗油缸上，所述连杆油缸行程位移传感器安装在连杆油缸上；所述动臂油缸压力传感器安装在动臂油缸液压回路中，所述斗杆油缸压力传感器安装在斗杆油缸液压回路中，所述铲斗油缸压力传感器安装在铲斗油缸液压回路中，所述连杆油缸压力传感器安装在连杆油缸液压回路中；所述可编程控制器与挖掘机ECU集成；所述可编程控制器包括电液控制模块。

进一步地，所述连杆油缸包括油缸，所述油缸两端分别与一连接板固接，与所述油缸平行且位于所述两块连接板之间还设有若干张紧弹簧。 

进一步地，所述若干张紧弹簧为两根，分置于所述油缸两侧。 

进一步地，在所述两块连接板上不朝向所述油缸的方向分别设有套筒，连杆油缸通过所述套筒与外部器件连接。 

进一步地，所述电液控制模块包括相互连接，比例放大器、信号转换器，所述比例放大器与所述电液比例阀连接，所述信号转换器与所述连杆油缸位移传感器连接。 

本发明的目的同时还通过下述技术方案来实现： 

一种如上述任意一项优化控制系统的控制方法，其包括下列步骤：

S1、驾驶员根据工况在稳定状态下开始挖掘作业，各个传感器采样记录下当前时刻动臂、斗杆、铲斗、连杆油缸的行程、压力信号、挖掘对象相对位置信号和连杆油缸电液控制比例阀控制信号；

S2、将步骤S1采集到的样本储存至可编程控制器，作为输入量，经过程序寻优迭代，得到满足要求的电液控制模块所需参数；

S3、将步骤S2计算结果作为电液控制模块输入量，经过功率放大器和电液比例阀，将电信号转化为压力信号，控制连杆油缸的供油量，从而控制连杆油缸的行程，经过程序换算，输出为下一瞬时铲斗的转角及挖掘力理论最优值所对应的铲斗相对位置；