專利名稱：挖掘機工作裝置過載保護系統(tǒng)及方法及挖掘機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大型機械防干擾技術(shù)，尤其涉及ー種挖掘機工作裝置過載保護系統(tǒng)及方法及挖掘機。
背景技術(shù)：
目前，工程機械行業(yè)競爭日趨激烈，挖掘機逐步實現(xiàn)數(shù)字化和智能化控制，同時對挖掘機的質(zhì)量要求也是愈來愈高。然而隨著社會的不斷進步與發(fā)展，挖掘機所面對的工作環(huán)境也日趨惡劣和復(fù)雜，隨著能源的日趨緊張與稀少，對挖掘機的油耗也提出了更高要求。為適應(yīng)社會發(fā)展需要，以及應(yīng)對市場競爭需要，挖掘機都在向智能、重載、多エ況方向發(fā)展， 這就對挖掘機的品質(zhì)、壽命及適應(yīng)性提出更高的要求。當(dāng)挖掘機從事高負(fù)荷工作時，挖掘機的發(fā)動機處于高燃料消耗狀態(tài)，而主要零部件也處于極度磨損狀態(tài)，這對挖掘機的使用壽命及挖掘機的品質(zhì)造成極大的創(chuàng)傷。當(dāng)挖掘機的工作負(fù)載超出挖掘機允許負(fù)載時，故障就發(fā)生了，比如油耗攀升，動臂、鏟斗、斗桿及斗齒斷裂，液壓密封圈沖破等。不過，挖掘機在從事過載挖掘工作時，有經(jīng)驗的操作手是可以憑借經(jīng)驗感知到負(fù)載超過挖掘機允許負(fù)載，操作手可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)挖掘機工作輸出避免異常故障出現(xiàn)。但這樣的要求對操作手來說過高，而且僅憑經(jīng)驗判斷會因人而異，不能有效地保護挖掘機。挖掘機在過負(fù)載工作狀態(tài)下，可能會對挖掘機造成最直觀的不利現(xiàn)象或故障如下動臂、斗桿、鏟斗等斷裂或變形；由于輸出動カ無法完成繼續(xù)挖掘或推動工作，發(fā)動機處于做無用功狀態(tài)，燃油被白白浪費掉；關(guān)鍵液壓件密封圈因負(fù)載過大造成磨損或被沖破，而造成內(nèi)泄等故障；挖掘機在過負(fù)載工作狀態(tài)下，造成不利的間接損害有壽命降低、加大備件更換率、品質(zhì)降低等?？梢?，為延長挖掘機使用壽命，降低磨損，減少備件更換率，提高挖掘機的品質(zhì)，除了綜合的優(yōu)化設(shè)計、完善的エ藝要求、良好的操作習(xí)慣以及合理選擇作業(yè)負(fù)載和作業(yè)環(huán)境夕卜，挖掘機還必須要有一套過載保護機制，避免挖掘機從事超出自身允許負(fù)荷的工作。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)提供一種挖掘機工作裝置過載保護系統(tǒng)及方法及挖掘機，通過挖掘機工作負(fù)荷過載保護自動控制及對過載時的挖掘機轉(zhuǎn)速控制，避免挖掘機工作裝置變形、斷裂等嚴(yán)重故障發(fā)生，提高了工作裝置使用壽命，從而延長了挖掘機的使用壽命，提升了挖掘機工作效率，一定程度上降低了操作技能要求。具體是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的
一種挖掘機工作裝置過載保護系統(tǒng)，其中，包括控制器和若干應(yīng)カ傳感器，所述控制器與所述若干應(yīng)カ傳感器依次連接，還包括發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制裝置和報警裝置，所述控制器分別與所述發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制裝置、所述報警裝置連接，所述若干應(yīng)カ傳感器分別安裝在挖掘機的多個工作部位上，所述挖掘機的多個工作部位包括鏟斗、斗桿和動臂；還包括與所述控制器連接的工作輸出切斷裝置。優(yōu)選的，所述應(yīng)カ傳感器為感應(yīng)墊片。
優(yōu)選的，所述工作輸出切斷裝置為先導(dǎo)壓カ輸出切斷電磁閥。一種挖掘機工作裝置過載保護方法，其中，包括下列步驟
通過安裝于挖掘機鏟斗、斗桿和動臂上的各個應(yīng)カ傳感器測量各個工作裝置在工作中實時應(yīng)カ值τ ；
控制器通過讀取各工作裝置實時應(yīng)カ值τ，并從寄存器中讀取各工作裝置允許應(yīng)カ值￡，經(jīng)過分析計算及比較，若各工作裝置的實時應(yīng)カ值τ大于允許應(yīng)カ值￡，控制器通過報警裝置輸出報警信息，并通過發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制裝置將發(fā)動機轉(zhuǎn)速由工作狀態(tài)降低至怠速狀態(tài)，同時關(guān)閉過載工作裝置在過載工作方向的先導(dǎo)壓カ輸出，禁止操作手繼續(xù)在過載エ作方向上的操作；
當(dāng)負(fù)荷降低，各工作裝置實時應(yīng)カ值τ恢復(fù)至對應(yīng)工作裝置允許應(yīng)カ￡以下時，控制器清除報警輸出，取消先導(dǎo)輸出限制，撤消對發(fā)動機轉(zhuǎn)速的控制恢復(fù)至限制前的轉(zhuǎn)速狀態(tài)。優(yōu)選的，所述應(yīng)カ傳感器為感應(yīng)墊片。優(yōu)選的，通過工作輸出切斷裝置實現(xiàn)關(guān)閉過載工作裝置在過載工作方向的先導(dǎo)壓カ輸出。本技術(shù)方案還涉及一種挖掘機，其中，包括如上述任意一項所述的工作裝置過載保護系統(tǒng)。與已有技術(shù)相比，上述技術(shù)方案的有益效果或優(yōu)點體現(xiàn)在
O通過挖掘機工作負(fù)荷過載保護自動控制，減小了挖掘機工作裝置(斗桿、動臂、鏟斗)過度磨損，避免挖掘機工作裝置變形、斷裂等嚴(yán)重故障發(fā)生；
2)降低了挖掘機工作裝置(斗桿、動臂、鏟斗)及液壓密封圈的損耗，降低了備品更換率，提高了工作裝置使用壽命，從而延長了挖掘機的使用壽命；
3)通過對過載時的挖掘機轉(zhuǎn)速控制，避免了發(fā)動機多余無用功的產(chǎn)生，進而降低挖掘機油耗，提升了挖掘機工作效率，達到節(jié)能減排、緑色環(huán)保的目的；
4)采用過載保護自動控制，提高了挖掘機的智能化水平，一定程度上降低了操作技能要求。


圖I是依據(jù)本發(fā)明一具體實施例的，挖掘機工作裝置過載保護系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意框 圖2是依據(jù)本發(fā)明一具體實施例的，挖掘機工作裝置過載保護方法的流程示意框圖。
具體實施例方式下面結(jié)合原理圖和具體操作實施例對本發(fā)明作進ー步說明。如圖I所示，本發(fā)明的實施例包括控制器和若干應(yīng)カ傳感器，控制器與若干應(yīng)カ傳感器依次連接，還包括發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制裝置和報警裝置，控制器分別與發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制裝置、報警裝置連接，若干應(yīng)カ傳感器分別安裝在挖掘機的多個工作部位上，挖掘機的多個工作部位包括鏟斗、斗桿和動臂；還包括與控制器連接的工作輸出切斷裝置。應(yīng)カ傳感器是依靠擠壓材料變形造成截面積和長度變化，電阻值變化，從而輸出不同的電壓值以測得壓應(yīng)カ大小。在本實施例中，應(yīng)カ傳感器優(yōu)選感應(yīng)墊片來實現(xiàn)，比如鋁、箔電子感應(yīng)墊片等。各個應(yīng)カ傳感器分別安裝在挖掘機的動臂上、斗桿上和鏟斗上。優(yōu)選地，工作輸出切斷裝置為先導(dǎo)壓カ輸出切斷電磁閥。在本實施例中，先導(dǎo)壓カ輸出切斷電磁閥可以為多個，并且設(shè)置在挖掘機的主機平臺上。本發(fā)明的實施例主要以各工作裝置(動臂、斗桿、鏟斗)工作時的應(yīng)力τ為依據(jù)，經(jīng)過同各工作裝置允許應(yīng)カ￡進行比較，判斷出是否過載，再根據(jù)結(jié)果做出各工作方向上的先導(dǎo)壓カ切斷、報警信息輸出及降低發(fā)動機轉(zhuǎn)速P至怠速狀態(tài)等，從而達到挖掘機工作裝置過載保護自動調(diào)節(jié)的目的。操作時，首先將各個應(yīng)カ傳感器安裝于鏟斗、斗桿、動臂等挖掘機相應(yīng)工作裝置主板上，用來測量各工作裝置在工作中所承受的應(yīng)力τ。然后，車載控制器通過讀取各工作裝置實時應(yīng)カ值τ，并從寄存器中讀取各工作裝置允許應(yīng)カ值￡，挖掘機工作裝置(動臂、斗桿、伊斗等)的允許應(yīng)カ值￡通過設(shè)計計算機輔助工程(Computer Aided Engineering,CAE)分析、疲勞強度試驗等測算出，工程設(shè)計中的CAE指用計算機輔助求解分析復(fù)雜工程和產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能，以及優(yōu)化結(jié)構(gòu)性能等，而CAE軟件可作靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析，動態(tài)分析； 研究線性、非線性問題；分析結(jié)構(gòu)(固體)、流體、電磁等。接著，通過控制器的分析計算及比較，若各工作裝置應(yīng)カ值大于允許應(yīng)カ值，車載控制器即輸出報警信息，并自動將發(fā)動機轉(zhuǎn)速由工作狀態(tài)時的P降低至怠速狀態(tài)，同時關(guān)閉過載工作裝置在過載工作方向的先導(dǎo)壓カ輸出，禁止操作手繼續(xù)在過載工作方向上的操作。此處的各工作裝置在工作中所承受的應(yīng)力和允許應(yīng)カ值也可分別用彈性形變和允許彈性形變來替換，應(yīng)カ大小與彈性形變之間存在正相關(guān)的關(guān)系。通過上述方案，參看圖I和圖2所示，當(dāng)挖掘機工作的過載狀態(tài)下，挖掘機即自動進入怠速狀態(tài)，并立即關(guān)閉該工作方向的先導(dǎo)壓カ輸出，同時通過報警裝置報警顯示輸出，提示操作手進行負(fù)荷卸載。此時，挖掘機操作手無法繼續(xù)該工作方向操作，只能按照提示進行反向負(fù)荷下載操作。當(dāng)負(fù)荷降低，各工作裝置(動臂、斗桿、鏟斗等)應(yīng)カτ恢復(fù)至對應(yīng)工作裝置允許應(yīng)力￡以下吋，車載控制器即清除報警輸出，通過工作輸出切斷裝置取消先導(dǎo)輸出限制，并通過發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制裝置撤消對發(fā)動機轉(zhuǎn)速的控制恢復(fù)至限制前的轉(zhuǎn)速P狀態(tài)。本發(fā)明的實施例還公開了ー種包括上述工作裝置過載保護系統(tǒng)的挖掘機，本領(lǐng)域技術(shù)人員可通過公知常識掌握本挖掘機中除上述工作裝置過載保護系統(tǒng)以外的其他部分的結(jié)構(gòu)，在此不予贅述。本發(fā)明的實施例通過對挖掘機各工作裝置(斗桿、動臂、鏟斗等)工作應(yīng)カ的測量及允許應(yīng)カ的設(shè)定，從而達到自動調(diào)節(jié)控制的目的；并且通過挖掘機各工作裝置過載保護控制，自動降低挖掘機在無用功輸出時轉(zhuǎn)速，提高了挖掘機工作效率，降低了燃油消耗，達到節(jié)能減排目的。以上對本發(fā)明的具體實施例進行了詳細描述，但本發(fā)明并不限制于以上描述的具體實施例，其只是作為范例。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，任何等同修改和替代也都在本發(fā)明的范疇之中。因此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下所作出的均等變換和修改，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種挖掘機工作裝置過載保護系統(tǒng)，其特征在于，包括控制器和若干應(yīng)カ傳感器，所述控制器與所述若干應(yīng)カ傳感器依次連接，還包括發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制裝置和報警裝置，所述控制器分別與所述發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制裝置、所述報警裝置連接，所述若干傳感器分別安裝在挖掘機的多個工作部位上，所述挖掘機的多個工作部位包括鏟斗、斗桿和動臂；還包括與所述控制器連接的工作輸出切斷裝置。
2.如權(quán)利要求I所述的挖掘機工作裝置過載保護系統(tǒng)，其特征在于，所述應(yīng)カ傳感器為感應(yīng)墊片。
3.一種挖掘機工作裝置過載保護方法，其特征在于，包括下列步驟 通過安裝于挖掘機鏟斗、斗桿和動臂上的各個應(yīng)カ傳感器測量各個工作裝置在工作中實時應(yīng)カ值τ ； 控制器通過讀取各工作裝置實時應(yīng)カ值τ，并從寄存器中讀取各工作裝置允許應(yīng)カ值￡，經(jīng)過分析計算及比較，若各工作裝置的實時應(yīng)カ值τ大于允許應(yīng)カ值￡，控制器通過報警裝置輸出報警信息，并通過發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制裝置將發(fā)動機轉(zhuǎn)速由工作狀態(tài)降低至怠速狀態(tài)，同時關(guān)閉過載工作裝置在過載工作方向的先導(dǎo)壓カ輸出，禁止操作手繼續(xù)在過載エ作方向上的操作； 當(dāng)負(fù)荷降低，各工作裝置應(yīng)カτ恢復(fù)至對應(yīng)工作裝置允許應(yīng)カ￡以下時，控制器清除報警輸出，取消先導(dǎo)輸出限制，撤消對發(fā)動機轉(zhuǎn)速的控制恢復(fù)至限制前的轉(zhuǎn)速狀態(tài)。
4.如權(quán)利要求3所述的挖掘機工作裝置過載保護方法，其特征在干，所述應(yīng)カ傳感器為感應(yīng)墊片。
5.如權(quán)利要求3所述的挖掘機工作裝置過載保護方法，其特征在干，通過工作輸出切斷裝置實現(xiàn)關(guān)閉過載工作裝置在過載工作方向的先導(dǎo)壓カ輸出。
6.一種挖掘機，其特征在于，包括如權(quán)利要求I至2中任意一項所述的工作裝置過載保護系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種挖掘機工作裝置過載保護系統(tǒng)及方法及挖掘機，涉及大型機械防干擾技術(shù)領(lǐng)域，系統(tǒng)包括控制器和若干應(yīng)力傳感器，所述控制器與所述若干應(yīng)力傳感器依次連接，還包括發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制裝置和報警裝置，所述控制器分別與所述發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制裝置、所述報警裝置連接，本控制主要以各工作裝置工作時的實時應(yīng)力值τ為依據(jù)，經(jīng)過同各工作裝置允許應(yīng)力￡進行比較，判斷出是否過載，再根據(jù)結(jié)果做出各工作方向上的先導(dǎo)壓力切斷、報警信息輸出及降低發(fā)動機轉(zhuǎn)速P至怠速狀態(tài)等，從而達到挖掘機工作裝置過載保護自動調(diào)節(jié)的目的。本發(fā)明提高了工作裝置使用壽命，從而延長了挖掘機的使用壽命，提升了挖掘機工作效率，一定程度上降低了操作技能要求。
文檔編號E02F3/42GK102677736SQ201210190089
公開日2012年9月19日 申請日期2012年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月11日
發(fā)明者張夢龍, 徐兆楊, 梁亞 申請人:上海三一重機有限公司