專利名稱：銑刨機單、雙手柄可切換轉向的控制方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明主要涉及到大型行走機械轉向系統(tǒng)的電液驅動和控制領域，特指一種銑刨機單、雙手柄可切換轉向的控制方法和裝置。
背景技術：
現(xiàn)有技術中，公知的四輪或履帶轉向的大中型銑刨機的轉向驅動和控制系統(tǒng)主要采用以下兩個方案方案一前、后輪或履帶轉向相互獨立的開環(huán)控制方案。采用兩個轉向控制元件(兩個手柄或一個方向盤、一個手柄)分別控制前、后輪或履帶轉向，操作者可以根據(jù)轉向工況任意調(diào)節(jié)前、后轉向輪或履帶偏轉的方向、速度和角度。這種轉向方案機動靈活、對轉向工況具有極高的適用性。但同時又存在諸多不足，如1、轉向質(zhì)量與操作者的熟練程度息息相關，操作者需用較長時間來掌握機器的轉向性能。
2、在四輪或履帶同時轉向(原地轉向或蟹行)時，前、后輪或履帶轉向工況的差異會造成轉向阻力矩的差異，進一步產(chǎn)生轉向速度的差異。這種差異不但會造成實際轉向軌跡偏離操作者的意圖，而且對于原地轉向來說，會加大轉向半徑，增加機器轉向過程中產(chǎn)生的側滑和側移，進而造成輪胎(履帶橡膠板)的過早磨損；對于蟹行來說，會在蟹行過程中產(chǎn)生機身的回轉，影響銑刨定位的準確性，增加調(diào)整時間，降低生產(chǎn)率。
3、四輪或履帶同時轉向(原地轉向或蟹行)時，操作者需用兩只手控制轉向控制元件而無法同時顧及其它控制如行走速度的調(diào)整，影響整機的安全性能。
方案二采用閉環(huán)控制的單手柄或方向盤的控制方案。只一個轉向控制元件，但在轉向機構中安裝了轉向反饋元件如轉角傳感器和轉向模式的選擇開關。轉向控制元件直接控制前、后輪或履帶轉向中的一個，如前輪或履帶轉向。控制器通過轉向反饋元件實時檢測前、后輪或履帶偏轉角度的偏差后輸出電信號控制后輪或履帶轉向使之消除此偏差。轉向模式的選擇開關則是選擇前、后輪或履帶的偏轉方向是相同還是相反，相同則為蟹行，相反則為原地轉向。與方案一相比，這種轉向方案無疑具有以下優(yōu)點1、對操作者的熟練程度依賴不高，操作者在短時間內(nèi)即可掌握機器的轉向性能。
2、四輪或履帶轉向時轉向速度一致，偏轉角度相同，因此具有理想的轉向軌跡原地轉向時，轉彎半徑小，機器在轉向過程中產(chǎn)生的側滑和側移小，輪胎(履帶橡膠板)的磨損小。蟹行過程中機身無回轉，銑刨定位準確。
3、操作者可以用另一只手控制行走手柄等其它的控制元件，安全性大大提高。
但此種轉向方案因為前、后輪或履帶的偏轉速度和角度相同，對于前、后輪或履帶轉向工況相差懸殊的場合，又限制了整機的靈活性，增加調(diào)整時間，影響生產(chǎn)效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題在于針對現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提供一種集合了單、雙手柄兩種控制方式的優(yōu)點，且操作更加簡便、使操作人員更加容易上手，能使整機具有極高的靈活性、定位準確性、安全性和操作適應性的銑刨機單、雙手柄可切換轉向的控制方法和裝置。
為了解決上述問題，本發(fā)明提出的解決方案為一種銑刨機單、雙手柄可切換轉向的控制方法，其特征在于首先在操作系統(tǒng)中設置兩個轉向手柄以及原地轉向模式與蟹行模式兩個轉向模式的選擇開關，并在前、后轉向機構中設置兩個轉向反饋裝置；當采用兩個轉向手柄控制銑刨機轉向時，兩個轉向手柄利用其自帶的電位計將需要改變的轉向方向信息和速度信息發(fā)送給控制器，控制器則通過與其相連的兩個電磁比例換向閥分別控制前、后轉向油缸實現(xiàn)前、后輪或履帶同時轉向，其中前、后輪或履帶轉向方向相同即為蟹行，轉向方向相反即為原地轉向，前、后輪或履帶轉向速度之間相互獨立，互不影響；當采用其中一個控制手柄控制銑刨機轉向時，首先選擇所需要的蟹行或原地轉向的模式開關，然后操作這個控制手柄利用其自帶的電位計將需要改變的轉向方向信息和速度信息發(fā)送給控制器，控制器則通過與其相連的電磁比例換向閥控制前、后轉向油缸實現(xiàn)前、后輪同時轉向，并通過轉向反饋裝置和控制器實現(xiàn)閉環(huán)控制，使前、后輪轉向協(xié)調(diào)一致。
一種銑刨機單、雙手柄可切換轉向的控制裝置，其特征在于它包括第一電磁比例換向閥、第二電磁比例換向閥、前轉向油缸、后轉向油缸、前轉向轉角傳感器、后轉向轉角傳感器、控制器、前轉向手柄、后轉向手柄、原地轉向模式開關以及蟹行模式開關，第一電磁比例換向閥和第二電磁比例換向閥的控制端口分別與控制器，第一電磁比例換向閥和第二電磁比例換向閥的輸出端口分別與前轉向油缸和后轉向油缸相連，位于銑刨機前、后輪的轉向機構中的前轉向轉角傳感器和后轉向轉角傳感器與控制器的輸入端口相連，前轉向手柄、后轉向手柄、原地轉向模式開關和蟹行模式開關分別與控制器的輸入端口相連，第一電磁比例換向閥和第二電磁比例換向閥通過過濾器與液壓泵相連。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于1、本發(fā)明銑刨機單、雙手柄可切換轉向的控制方法和裝置能夠實現(xiàn)前、后輪或履帶相互獨立的轉向功能采用兩個轉向手柄分別控制前、后輪或履帶偏轉，根據(jù)轉向工況任意調(diào)整前、后轉向輪或履帶偏轉的方向、速度和角度，機動靈活，對轉向工況具有極高的適用性；2、本發(fā)明銑刨機單、雙手柄可切換轉向的控制方法和裝置能夠實現(xiàn)單手柄閉環(huán)控制的轉向功能采用一個借助于控制器和轉角傳感器，通過一個手柄即可實現(xiàn)原地轉向和蟹行，并且具有理想的轉向軌跡原地轉向時，轉彎半徑小，機器在轉向過程中產(chǎn)塵的側滑和側移小，輪胎(履帶橡膠板)的磨損小。蟹行過程中機身無回轉，銑刨定位準確；在轉向的同時，操作者可以用另一只手控制行走手柄等其它的控制元件，安全性大大提高；3、本發(fā)明銑刨機單、雙手柄可切換轉向的控制方法和裝置能夠在單、雙手柄轉向方式間輕松切換，這不但提高了整機的轉向性能，并且提高了操作性，操作者更加易上手。


圖1是本發(fā)明銑刨機單、雙手柄可切換轉向的控制裝置的結構原理示意圖；圖2是本發(fā)明銑刨機單、雙手柄可切換轉向的控制裝置電氣原理示意圖；圖3是本發(fā)明具體實施例中控制器的接口電路示意圖。
圖例說明1、第一電磁比例換向閥 2、第二電磁比例換向閥3.前轉向油缸 4、前轉向轉角傳感器5、控制器 6、后轉向油缸7、后轉向轉角傳感器 8、前轉向手柄9、后轉向手柄 10、原地轉向模式開關11、蟹行模式開關 12、過濾器13、液壓泵具體實施方式
以下將結合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。
本發(fā)明的一種銑刨機單、雙手柄可切換轉向的控制方法，操作系統(tǒng)設有兩個轉向手柄和原地轉向模式與蟹行模式兩個轉向模式的選擇開關，并在前、后轉向機構中設置兩個轉向反饋裝置；四輪或履帶同時轉向既可以由兩個轉向手柄操縱，也可以由一個轉向手柄操縱，并且兩種轉向方式可通過操縱面板上的轉向模式開關進行切換；當采用兩個轉向手柄控制銑刨機轉向時，兩個轉向手柄利用其自帶的電位計將需要改變的轉向方向信息和速度信息發(fā)送給控制器5，控制器5則通過與其相連的兩個電磁比例換向閥分別控制前轉向油缸3和后轉向油缸6實現(xiàn)前、后輪或履帶同時轉向，其中前、后輪或履帶轉向方向相同即為蟹行，轉向方向相反即為原地轉向，前、后輪或履帶轉向速度之間相互獨立，互不影響；當采用其中一個控制手柄控制銑刨機轉向時，首先選擇所需要的蟹行或原地轉向的模式開關，然后操作這個控制手柄利用其自帶的電位計將需要改變的轉向方向信息和速度信息發(fā)送給控制器5，控制器5則通過與其相連的電磁比例換向閥控制前轉向油缸3和后轉向油缸6實現(xiàn)前、后輪同時轉向，通過轉角傳感器和控制器5實現(xiàn)閉環(huán)控制，使前、后輪轉向協(xié)調(diào)一致。
如圖1所示，本發(fā)明的銑刨機單、雙手柄可切換轉向的控制裝置包括第一電磁比例換向閥1、第二電磁比例換向閥2、前轉向油缸3、后轉向油缸6、前轉向轉角傳感器4、后轉向轉角傳感器7、控制器5、前轉向手柄8、后轉向手柄9、原地轉向模式開關10以及蟹行模式開關11，第一電磁比例換向閥1和第二電磁比例換向閥2的控制端口分別與控制器5的輸出端口相連，第一電磁比例換向閥1和第二電磁比例換向閥2的輸出端口分別與前轉向油缸3和后轉向油缸6相連，位于銑刨機前、后輪的轉向機構中的前轉向轉角傳感器4和后轉向轉角傳感器7與控制器5的輸入端相連，前轉向手柄8、后轉向手柄9、原地轉向模式開關10和蟹行模式開關11分別與控制器5的輸入端相連，第一電磁比例換向閥1和第二電磁比例換向閥2通過過濾器12與液壓泵13相連。其中第一電磁比例換向閥1和第二電磁比例換向閥2為O型中位機能，液壓泵13為恒壓變量泵，前轉向手柄8和后轉向手柄9除帶一個電位計輸出信號外還帶兩個開關輸出信號。銑刨機前轉向油缸3和后轉向油缸6的安裝方式相同均采用兩個轉向油缸連接車架和左、右兩側的輪胎或履帶的轉向機構相連，兩側轉向機構之間采用剛性拉桿相連。前轉向轉角傳感器4和后轉向轉角傳感器7安裝在前、后輪或履帶的轉向機構中。液壓泵13的B口到第一電磁比例換向閥1和第二電磁比例換向閥2的P口之間裝有壓力過濾器12用于液壓系統(tǒng)的清潔過濾。第一電磁比例換向閥1的A1、B1油口接兩前轉向油缸3，第二電磁比例換向閥2的A2、B2油口接兩后轉向油缸4。而兩前轉向油缸3或兩后轉向油缸4之間管路按照桿腔接缸腔，缸腔借桿腔的方式進行連接。前轉向手柄8、后轉向手柄9、原地轉向模式開關10、蟹行模式開關11安裝在操縱面板上。在較佳的實施例中，本發(fā)明的銑刨機單、雙手柄可切換轉向的控制裝置采用的控制器5為Rexroth公司的RC6-9，負責對整個系統(tǒng)進行控制和管理。
如圖2和圖3所示，前轉向手柄8的兩個開關量輸出信號端口S1分別與控制器U5的開關輸入端口10和11相連，其電位計輸出信號端口S1-R1與控制器5的電位計輸入端口8相連。后轉向手柄9的兩個開關量輸出信號端口S2分別與控制器5的開關輸入端口23和61相連，其電位計輸出信號端口S2-R2與控制器5的電位計輸入端口20相連。原地轉向模式開關10輸出信號端口S3與控制器5的開關輸入端口12相連。蟹行模式開關11的輸出端口S4與控制器5的開關輸出端口60相連。控制器PWM輸出端口31、30分別與第一比例電磁換向閥1的兩控制端口Y1、Y2相連用來控制前輪的左右轉向?？刂破鱌WM輸出端口4、16分別與第一比例電磁換向閥2的兩控制端口Y3、Y4相連用來控制后輪的前后轉向。
當原地轉向模式開關10、蟹行模式開關11均未被選中時，前轉向手柄8控制前輪或履帶轉向，后轉向手柄9控制后輪或履帶轉向，此時即為前、后輪或履帶轉向相互獨立的開環(huán)控制系統(tǒng)。操作者可以根據(jù)轉向工況的需要選擇偏轉的方向、速度和角度。下面以前輪或履帶轉向為例說明其轉向過程當操作者需要前輪或履帶左轉向時，扳動前轉向手柄8向左偏轉，前轉向手柄8同時給控制器5一個開關信號和一個0~2.5V的電壓信號開關信號設定了手柄的不靈敏區(qū)，而電壓信號的大小正比于手柄的角位移?？刂破?將此電壓信號轉化為電流信號對第一電磁比例換向閥1的Y1端比例電磁鐵進行控制，進而對液壓泵13到轉向油缸3中的流量進行控制，轉向油缸3驅動轉向機構進行偏轉。松開前轉向手柄8后前轉向手柄8回到中位，輪胎或履帶的偏轉角度不再變化。因此，通過搬動前轉向手柄8的偏轉角度即可控制前輪或履帶的轉向速度。前輪或履帶右轉向的情況與左轉向的情況類似，只不過操作者需向右扳動前轉向手柄8，控制器5的輸入電壓為2.5~5V，控制器5控制第一電磁比例換向閥1的Y2端比例電磁鐵。由于本發(fā)明采用恒壓變量泵作為油源，轉向速度取決于第一電磁比例換向閥1的開度和負載與液壓泵13設定壓力之差，前、后輪或履帶的轉向速度之間互相沒有影響，也不受其它執(zhí)行機構是否動作的影響。
當原地轉向模式開關10或蟹行模式開關11中被選擇后，轉向方式即成為單手柄閉環(huán)控制轉向方式。此時，前轉向手柄8對前輪或履帶轉向控制與前、后轉向相互獨立的開環(huán)控制系統(tǒng)相同，而后輪或履帶轉向則通過前轉向轉角傳感器4、后轉向轉角傳感器7與控制器5構成閉環(huán)系統(tǒng)進行控制，后轉向手柄9對第二電磁比例換向閥2的控制功能被控制器5屏蔽。下面就以原地轉向為例說明其轉向過程，按下原地轉向模式開關10，當原地轉向模式被選擇后，扳動前轉向手柄8，前輪或履帶進行轉向，前轉向轉角傳感器4實時地將前輪或履帶的偏轉方向和角度進行檢測并將其轉化為0~5V電壓信號(0~2.5V為左轉向，2.5~5V為右轉向，電壓信號的大小正比于偏轉角度)輸入到控制器5，根據(jù)此信號控制器5控制第二電磁比例換向閥2使后輪或履帶按照與前輪或履帶相反的方向進行偏轉。控制器5按30ms的掃描周期不斷的比較前、后輪或履帶轉向角度的偏差，同時輸出電流信號控制第二電磁比例換向閥2驅動后輪或履帶轉向來消除此偏差，從而使前、后輪或履帶轉向協(xié)調(diào)一致。蟹行與原地轉向開關類似，只不過需選擇蟹行模式開關11，前、后輪或履帶轉向按照相同的方向進行偏轉。
綜上所述，本發(fā)明既可利用雙轉向手柄實現(xiàn)前、后輪或履帶轉向相互獨立的開環(huán)控制系統(tǒng)，也可利用單轉向手柄實現(xiàn)閉環(huán)控制轉向方式，兩種轉向方式之間可以輕松切換。因此，本發(fā)明集兩種傳統(tǒng)轉向驅動和控制方式的優(yōu)點于一身，同時避免了兩種轉向方式的不足。操作者根據(jù)實際工況的需要以及操作習慣選擇轉向方式。使整機的轉向靈活性、銑刨定位的準確性、安全性和整機的生產(chǎn)率均得到了提高。
權利要求
1.一種銑刨機單、雙手柄可切換轉向的控制方法，其特征在于首先在操作系統(tǒng)中設置兩個轉向手柄以及原地轉向模式與蟹行模式兩個轉向模式的選擇開關，并在前、后轉向機構中設置兩個轉向反饋裝置；當采用兩個轉向手柄控制銑刨機轉向時，兩個轉向手柄利用其自帶的電位計將需要改變的轉向方向信息和速度信息發(fā)送給控制器，控制器則通過與其相連的兩個電磁比例換向閥分別控制前、后轉向油缸實現(xiàn)前、后輪或履帶同時轉向，其中前、后輪或履帶轉向方向相同即為蟹行，轉向方向相反即為原地轉向，前、后輪或履帶轉向速度之間相互獨立，互不影響；當采用其中一個控制手柄控制銑刨機轉向時，首先選擇所需要的蟹行或原地轉向的模式開關，然后操作這個控制手柄利用其自帶的電位計將需要改變的轉向方向信息和速度信息發(fā)送給控制器，控制器則通過與其相連的電磁比例換向閥控制前、后轉向油缸實現(xiàn)前、后輪同時轉向，并通過轉向反饋裝置和控制器實現(xiàn)閉環(huán)控制，使前、后輪轉向協(xié)調(diào)一致。
2.一種銑刨機單、雙手柄可切換轉向的控制裝置，其特征在于它包括第一電磁比例換向閥(1)、第二電磁比例換向閥(2)、前轉向油缸(3)、后轉向油缸(6)、前轉向轉角傳感器(4)、后轉向轉角傳感器(7)、控制器(5)、前轉向手柄(8)、后轉向手柄(9)、原地轉向模式開關(10)以及蟹行模式開關(11)，第一電磁比例換向閥(1)和第二電磁比例換向閥(2)的控制端口分別與控制器(5)相連，第一電磁比例換向閥(1)和第二電磁比例換向閥(2)的輸出端口分別與前轉向油缸(3)和后轉向油缸(6)相連，位于銑刨機前、后輪的轉向機構中的前轉向轉角傳感器(4)和后轉向轉角傳感器(7)與控制器(5)的輸入端口相連，前轉向手柄(8)、后轉向手柄(9)、原地轉向模式開關(10)和蟹行模式開關(11)分別與控制器(5)的輸入端口相連，第一電磁比例換向閥(1)和第二電磁比例換向閥(2)通過過濾器(12)與液壓泵(13)相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種銑刨機單、雙手柄可切換轉向的控制方法和裝置，在操作系統(tǒng)中設置兩個轉向手柄、原地轉向模式和蟹行模式的選擇開關，并在前、后轉向機構中設置兩個轉向反饋裝置；當用兩個轉向手柄控制時，兩個轉向手柄將需改變的信息發(fā)送給控制器，控制器通過電磁比例換向閥分別控制前、后轉向油缸實現(xiàn)前、后輪或履帶同時轉向；當用單個控制手柄控制時，先選擇模式開關，然后操作控制手柄將需改變的信息發(fā)送給控制器，控制器通過與其相連的電磁比例換向閥控制前、后轉向油缸實現(xiàn)前、后輪同時轉向，并通過轉向反饋裝置和控制器實現(xiàn)閉環(huán)控制。本發(fā)明集合了單、雙手柄兩種控制方式的優(yōu)點，使整機具有極高的靈活性、定位準確性、安全性和操作適應性。
文檔編號E01C23/00GK1800494SQ20051013665
公開日2006年7月12日 申請日期2005年12月30日 優(yōu)先權日2005年12月30日
發(fā)明者趙明輝, 冉隆強, 張超, 李酒樺 申請人:三一重工股份有限公司