СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РАБОЧЕЙ МАШИНОЙ
METHOD OF CONTROLLING WORKING MECHANISM

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу управления рабочей машиной, которая содержит гидравлическую систему для управления рабочими функциями, включая подъем и наклон рабочего орудия.
Уровень техники
Изобретение будет описано ниже в отношении рабочего транспортного средства, представляющего собой колесный погрузчик. Это предпочтительный вариант применения, однако он никоим образом не ограничивает область применения изобретения. Изобретение может также применяться и для других типов рабочих машин (самоходных погрузочно-разгрузочных машин), таких как экскаватор-погрузчик, экскаватор или сельскохозяйственная машина, такая как трактор.
Колесный погрузчик может использоваться для различных видов работ, таких как подъем и транспортировка породы и гравия, перемещение поддонов и бревен. В каждой из таких работ используется различное рабочее оборудование, включая навесные орудия, такие как ковш, вильчатый захват и захватный рычаг. Более конкретно, оборудование содержит блок грузовой стрелы или стрелу, которая установлена на раме колесного погрузчика с возможностью поворота. Между рамой и блоком грузовой стрелы расположены два гидравлических цилиндра для подъема и опускания грузовой стрелы. Навесное орудие установлено на блоке грузовой стрелы с возможностью поворота. Между навесным орудием и блоком грузовой стрелы установлен дополнительный гидравлический цилиндр для осуществления наклона орудия.
Гидравлическая система содержит насос, предназначенный для подачи гидравлической жидкости под давлением в гидравлические цилиндры по гидравлической сети, в которой имеются клапаны управления.
Обычно гидравлическая система представляет собой систему с измерением нагрузки (регулируемый гидропривод). В одной из таких известных систем с измерением нагрузки определяется максимально возможное давление подачи. После этого максимальное давление подачи ограничивается насосом или клапаном. Кроме того, гидравлическая система рассчитывается, исходя из заранее заданной, самой высокой величины давления. В известных гидравлических системах колесных погрузчиков подъемная мощность может быть недостаточной, когда ковш, находящийся в опущенном положении, упирается в груду материала, для того чтобы захватить из нее часть материала. Для решения этой проблемы может использоваться гидравлический цилиндр увеличенных размеров, для обеспечения работы которого требуется более мощный насос. В результате, стоимость системы увеличивается, также увеличиваются потери в процессе работы, и для установки системы требуется больше места.
Раскрытие изобретения
Первой целью изобретения является обеспечение способа управления рабочей машиной, который экономичным образом обеспечивает повышение эффективности работы, особенно в отношении больших нагрузок, возникающих при заборе материала из слежавшейся груды, предпочтительно без снижения срока службы или с его увеличением.
Указанная цель достигается с помощью способа по п.1 формулы изобретения. Соответственно, указанная цель достигается путем определения максимального давления гидравлической жидкости для выполнения определенной задачи отдельно по меньшей мере для одной из рабочих функций и подачи гидравлической жидкости под давлением, которое не превышает определенного таким образом максимального давления, для выполнения указанной рабочей функции. При этом может быть получена переменная величина максимального давления, которая определяется усилием, необходимым для выполнения функции.
Необходимое максимальное давление подаваемой гидравлической жидкости будет отличаться в зависимости от преобладающего рабочего режима, то есть от используемых функций, от положения цилиндра, типа рабочего орудия, типа работы и т.п.
В соответствии с предпочтительным вариантом способ включает определение максимального давления гидравлической жидкости отдельно для рабочей функции в соответствии с преобладающим рабочим режимом. Например, для функции подъема временно может обеспечиваться более высокое давление, когда ковш в нижнем положении наталкивается на груду материала при заборе части этого материала. Соответственно, в подъемный цилиндр необходимо подавать высокое давление, когда он втягивается (проникновение в груду материала), и пониженное давление, когда он выдвигается, что целесообразно с точки зрения нагрузки, поскольку цилиндры наиболее чувствительны к нагрузке в выдвинутом положении.
В соответствии с одним из вариантов способ включает непрерывное определение наличия условия, заключающегося в том, что максимальное давление, необходимое для выполнения рабочей функции, ниже базового уровня максимального давления, и снижение уровня максимального давления до этого необходимого уровня, находящегося ниже базового уровня, если необходим только нижний максимальный уровень. В этом случае во многих рабочих режимах может поддерживаться минимально возможный уровень давления и, соответственно, может быть обеспечен длительный срок службы.
По одному из вариантов способ включает измерение (регистрацию) по меньшей мере одного рабочего параметра и определение максимального давления гидравлической жидкости отдельно для рабочей функции в соответствии с измеренной величиной рабочего параметра. Под рабочим параметром понимается параметр, который является показателем положения цилиндра, типа рабочего орудия, типа выполняемой работы и т.п. В соответствии с одним из вариантов система является адаптивно регулируемой. Блок управления может определять, как колесный погрузчик используется в течение некоторого интервала времени, путем измерения рабочих параметров и принимать решения в отношении типа выполняемой работы и/или типа используемого рабочего орудия. Затем на основании такой информации блок управления может выбрать максимальное давление. В качестве альтернативы или дополнительно максимальное давление определяется в соответствии с сигналом, поступающим из органа управления оператором, такого как рукоятка, кнопка или другой орган управления в кабине.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом способ включает определение максимального давления гидравлической жидкости для выполнения некоторой задачи с использованием рабочего орудия отдельно, по меньшей мере, для двух рабочих функций и подачу гидравлической жидкости под давлением, которое не превышает определенного таким образом максимального давления, для выполнения каждой из рабочих функций. Эти рабочие функции включают, например, подъем и наклон рабочего орудия. Способ предпочтительно включает также подачу гидравлической жидкости под давлением, которое не превышает определенного таким образом максимального давления, одновременно для выполнения каждой из указанных рабочих функций.
Гидравлическая система предпочтительно представляет собой систему с измерением нагрузки (регулируемый гидропривод). Это означает, что насос измеряет давление (сигнал измерения нагрузки) в задействованных гидравлических цилиндрах в процессе работы системы. Сигнал давления вырабатывается датчиками давления, которые функционально соединены с гидравлическими цилиндрами. После этого насос устанавливает давление, которое на определенное число бар превышает давление в цилиндрах. Это приводит к притоку масла в гидравлические цилиндры, степень которого зависит от степени открытия задействованного клапана управления. В соответствии с предпочтительным вариантом сигнал измерения нагрузки ограничивается в зависимости от вышеуказанных параметров. Только в том случае, когда имеет место совместное использование функций, клапаны могут ограничивать максимальное давление, как указано выше, если для выполнения некоторой функции требуется более высокое давление. Достоинство ограничения с использованием прежде всего электрического сигнала измерения нагрузки заключается в снижении потерь, поскольку давление управления, например, для функции подъема снижается, если одновременно выполняемая функция подъема прерывается.
Другие предпочтительные варианты осуществления изобретения и их достоинства станут понятными из формулы изобретения и нижеприведенного описания.
Краткое описание чертежей
Изобретение описывается ниже более подробно со ссылками на варианты его осуществления, представленные на прилагаемых чертежах, на которых показано:
на фиг.1 - вид сбоку колесного погрузчика;
на фиг.2 - один из вариантов системы для колесного погрузчика в соответствии с изобретением;
на фиг.3 - блок-схема осуществления управления системой, показанной на фиг.2.
Осуществление изобретения
На фиг.1 приведен вид сбоку колесного погрузчика 101. Колесный погрузчик 101 имеет переднюю часть 102 и заднюю часть 103, каждая из которых содержит раму, и две ведущие оси 112, 113. В задней части 103 погрузчика находится кабина 114 водителя-оператора. Части 102, 103 погрузчика соединены между собой с возможностью поворота относительно друг друга вокруг вертикальной оси с помощью двух исполнительных механизмов в форме гидравлических цилиндров 104, 105, которые присоединены к частям 102, 103. Соответственно, гидравлические цилиндры 104, 105 расположены с обеих сторон центральной линии в продольном направлении погрузчика для управления направлением движения или поворотом погрузчика 101.
Колесный погрузчик 101 снабжен механизмом 111 для погрузки/разгрузки объектов или материала. Механизм 111 содержит блок 106 грузовой стрелы и навесное рабочее орудие 107 в форме ковша, который установлен на блоке грузовой стрелы. Как показано на фиг.1, ковш 107 заполнен материалом 116. Первый конец блока грузовой стрелы 106 присоединен к передней части 102 погрузчика с возможностью поворота для обеспечения подъема ковша. Ковш 107 присоединен ко второму концу блока 106 грузовой стрелы с возможностью поворота для изменения наклона ковша.
Блок 106 грузовой стрелы может быть поднят и опущен относительно передней части 102 погрузчика с помощью двух исполнительных механизмов в форме гидравлических цилиндров 108, 109, каждый из которых присоединен одним своим концом к передней части 102 погрузчика и другим концом к блоку 106 грузовой стрелы. Ковш 107 может быть наклонен относительно блока 106 грузовой стрелы с помощью третьего исполнительного механизма (гидравлического цилиндра) ПО, который присоединен одним своим концом к передней части 102 погрузчика и другим концом к ковшу 107 через систему соединительных звеньев и тяг.
Первый вариант системы представлен на фиг.2. Система 201 содержит насос 205, предназначенный для подачи гидравлической жидкости под давлением в гидравлические цилиндры по гидравлической сети. Привод насоса 205 осуществляется от двигателя 206 погрузчика, в качестве которого используется дизельный двигатель. Насос 205 имеет переменный рабочий объем. Предпочтительно используется насос 205 с бесступенчатым регулированием. Система 201 содержит блок 208 клапанов (обозначен штрихпунктирными линиями), содержащий гидравлическую сеть с клапанами управления для управления функциями подъема и наклона ковша.
Два клапана управления, в форме регуляторов расхода 207, 209, расположены в гидравлической сети между насосом 205 и гидравлическими цилиндрами 108, 109 подъема ковша для управления подъемом и опусканием ковша. Первый клапан 207 управления обеспечивает соединение насоса 205 со стороной поршня, а второй клапан 209 управления обеспечивает соединение резервуара 243 со стороной штока поршня. Кроме того, первый клапан 207 управления обеспечивает соединение резервуара 243 со стороной поршня, и, соответственно, второй клапан 209 управления обеспечивает соединение насоса 205 со стороной штока поршня. Такая схема обеспечивает широкие возможности управления. В частности, совершенно необязательно для выполнения функции подсоединять одновременно насос и резервуар.
Система 201 содержит также блок 213 управления (или компьютер), который содержит программное обеспечение для управления функциями погрузчика. Блок управления также называется центральным блоком обработки или электронным управляющим модулем. Блок 213 управления предпочтительно содержит микропроцессор.
Блок 213 управления функционально соединен с органом 211 управления оператором в форме рукоятки управления подъемом. Блок 213 управления обеспечивает прием управляющих сигналов, вырабатываемых рукояткой управления подъемом, и приведение в действие соответствующих клапанов 207, 209 управления (через блок 215 управления клапанами). Блок 213 управления предпочтительно осуществляет более общее управление, а блок 215 управления клапанами осуществляет управление основными функциями блока 208 клапанов. Естественно, блоки 213, 215 управления могут быть объединены в один общий блок. При управлении насосом 205 обеспечивается приток масла к цилиндрам 108, 109, степень которого зависит от степени открытия задействованных клапанов 207, 209.
Орган 219 управления оператором в форме рулевого колеса соединен гидравлически с цилиндрами 104, 105 через клапанный узел в форме полноповоротного устройства 220 для непосредственного управления цилиндрами.
Так же, как и в случае функции подъема ковша, между насосом 205 и цилиндром 110 наклона расположены два клапана 223, 225 управления для управления движением вперед и назад навесного орудия относительно блока грузовой стрелы. Блок 213 управления функционально соединен с органом 227 управления оператором в форме рукоятки управления наклоном. Блок 213 управления обеспечивает прием управляющих сигналов, вырабатываемых рукояткой управления наклоном, и приведение в действие соответствующих клапанов 223, 225 управления.
На выходной трубке 245 насоса расположен клапан 220 приоритета для автоматического обеспечения приоритета, заключающегося в том, что функция управления направлением движения погрузчика обеспечивается в первую очередь относительно функции подъема (и функции наклона).
В системе 201 измеряется нагрузка, для чего в ней используются датчики 229, 231, 233, 235, 237 давления для измерения давления, создаваемого нагрузкой, для каждой из вышеуказанных функций. Для обеспечения функции подъема ковша в системе используются два датчика 229, 231 давления, один из которых находится на трубке, идущей к стороне поршней цилиндров подъема ковша, а другой находится на трубке, идущей к стороне штоков поршней этих цилиндров. Аналогично, для обеспечения функции наклона ковша в системе используются два датчика 235, 237 давления, один из которых находится на трубке, идущей к стороне штока поршня цилиндра наклона ковша, а другой находится на трубке, идущей к стороне поршня этого цилиндра. Для обеспечения функции рулевого управления погрузчика в системе используется датчик 233 давления, установленный на трубке, идущей к цилиндрам 104, 105 рулевого управления. Точнее, датчик 233 давления находится на трубке измерения давления, давление в которой равно давлению на стороне одного цилиндра, когда поворот осуществляется в одну сторону, и давлению на стороне другого цилиндра, когда поворот осуществляется в другую сторону. В нейтральном положении трубка измерения нагрузки соединяется с резервуаром.
В состав системы также входит клапан 241 с электрическим управлением, предназначенный для управления выходным давлением насоса с использованием гидравлического сигнала. Система 201 содержит дополнительный датчик 239 давления для измерения давления, которое является показателем выходного давления насоса. Точнее, датчик 239 давления предназначен для измерения давления в точке после клапана 241 с электрическим управлением. Соответственно, датчик 239 давления измеряет непосредственно давление, создаваемое насосом, когда клапан 241 полностью открыт. В нормальном рабочем режиме датчик 239 давления измеряет давление, регулируемое клапаном 241. Соответственно, блок 213 управления предназначен для приема сигнала от датчика 239 давления насоса, содержащего информацию об уровне давления.
Блок 213 управления принимает электрические сигналы от датчиков 229, 231, 233, 235, 237, 239 давления и вырабатывает электрический сигнал для приведения в действие клапана 241 с электрическим управлением.
Как указывалось, блок 213 управления предназначен для приема сигналов от рукояток 211, 227 управления. Если оператору нужно поднять ковш, он использует рукоятку 211 подъема. Блок управления принимает соответствующий сигнал от рукоятки 211 подъема и устанавливает клапаны 207, 209 управления в такое положение, в котором насос соединен со стороной поршня подъемных цилиндров 108, 109, а сторона штока поршней подъемных цилиндров соединяется при этом с резервуаром 243. Кроме того, блок управления принимает сигналы от датчика 229 давления нагрузки на стороне поршней подъемных цилиндров и от датчика 239 давления на выходной стороне насоса. В соответствии с принятыми сигналами определяется необходимое давление насоса, превышающее измеренное давление нагрузки, и соответствующим образом задействуется клапан 241 с электрическим управлением.
Блок 213 управления предпочтительно обеспечивает согласование степени открытия клапанов 207, 209 управления и давления на выходе насоса 205 для оптимизации режима работы.
Функция наклона ковша обеспечивается аналогично функции подъема. При управлении направлением движения погрузчика датчик 233 давления в подсистеме рулевого управления измеряет давление нагрузки рулевого управления и вырабатывает соответствующий сигнал нагрузки. Блок 213 управления принимает сигнал нагрузки и сигнал от датчика 239 давления на выходе клапана 241 с электрическим управлением. В соответствии с принятыми сигналами определяется необходимое давление насоса, превышающее измеренное давление нагрузки, и задействуется соответствующим образом клапан 241 с электрическим управлением.
Если одновременно задействуется несколько функций, то измеренные давления нагрузки сравниваются и на насос 205 подается сигнал управления, соответствующий самому высокому давлению нагрузки.
Соответственно, клапан 241 с электрическим управлением устроен таким образом, чтобы его можно было бесступенчато переводить регулируемым образом между двумя крайними положениями: первое крайнее положение соответствует минимальному давлению насоса и второе крайнее положение соответствует максимальному давлению.
На трубке 251 между клапаном 241 с электрическим управлением и насосом расположено гидравлическое устройство 253 в форме реверсивного клапана. Реверсивный клапан 253 обеспечивает прием гидравлических сигналов от рулевого управления и от клапана 241 управления насосом. Реверсивный клапан предназначен для управления насосом 205 в соответствии с принятым сигналом, соответствующим наибольшему давлению нагрузки. Соответственно, гидравлическое устройство (реверсивный клапан) 253 выбирает наибольшее давление в выходном сигнале, составленном из двух входных сигналов давления.
В состав системы входит также датчик 255 для измерения положения подъемного цилиндра. Датчик 255 функционально подсоединен к блоку 213 управления. В этом случае блок 213 управления может определять, осуществляется ли подъем или опускание груза.
На фиг.3 иллюстрируется один из вариантов способа управления рабочей машиной 101. Выполнение способа начинается в блоке 302. Выявляется или определяется (см. ниже) преобладающий рабочий режим, и блок управления получает соответствующий сигнал (блок 304). Блок управления определяет максимальное давление гидравлической жидкости для выполнения определенной задачи навесным орудием отдельно по меньшей мере для одной функции в соответствии с режимом работы (блок 306). Далее, блок управления получает подтверждение, что подача гидравлической жидкости осуществляется и давление максимально возможно соответствует заданному максимальному давлению для обеспечения рабочей функции (блок 308). В соответствии с первым вариантом максимальное давление определяется и непрерывно изменяется для рабочей функции в соответствии с потребностью. В свою очередь, для разных рабочих режимов потребности различаются.
В соответствии с первым вариантом рабочего режима измеряется рабочий параметр, который является показателем положения навесного орудия.
Положение навесного орудия определяется его наклоном, то есть ориентацией относительно стрелы (которая может быть определена по положению цилиндра наклона), высотой, то есть ориентацией стрелы по вертикали относительно рамы колесного погрузчика (которая может быть определена по положению подъемного цилиндра), и/или боковым смещением, то есть относительным положением частей 102, 103 колесного погрузчика (которое может быть определено по положению цилиндра рулевого управления).
Более конкретно, положение цилиндра определяется для функции, которой управляет оператор: например, при заборе материала из груды, когда подъем требует повышенного давления, поскольку блок стрелы находится в нижнем положении, в котором сопротивление вытягиванию, действующее на машину, противодействует подъемному усилию. В соответствии с другим вариантом положение цилиндра определяется для другой функции. Например, для функции подъема, когда осуществляется забор материала из груды, легче определить, что выполняется такой забор, если одновременно определяется положение цилиндров подъема и наклона. Далее, в соответствии с другим вариантом зависимость функции подъема при заборе материала может быть также функцией положения цилиндра 104, 105 рулевого управления. Это делается, чтобы избежать подъема в воздух задних колес, которые ударятся о землю, когда нагрузка будет снята. Чем больше угол поворота, тем меньше будет максимальное давление, которое может быть создано для функции подъема. Соответственно, рабочий параметр измеряется для первой рабочей функции и максимальное давление гидравлической жидкости определяется для второй рабочей функции. В соответствии с другим вариантом вместо этого определяется положение части, которая перемещается цилиндрами.
Максимальное давление определяется по одному или по нескольким указанным рабочим параметрам или по их сочетанию. В соответствии со вторым вариантом максимальное давление определяется по кривой максимального давления, представляющей собой функцию указанных параметров, и эта кривая может также иметь различную форму в зависимости от дополнительных рабочих параметров, таких как выполняемая рабочая операция, используемое навесное орудие и положение органа управления оператором (отклонение рукоятки).
Например, при уборке мусора с помощью ковша необходимо иметь возможность уплотнять мусор опускаемым ковшом, однако подъем при этом в воздух передних колес нежелателен, поскольку они имеют большой вес, и на оператора будут действовать большие нагрузки, когда передние колеса ударятся о землю. При выполнении такой работы максимальное давление опускания ковша может быть установлено на таком уровне, которое немного ниже давления, способного поднять машину.
Что касается типа используемого навесного орудия, то относительно невысокий уровень максимального давления необходим для работы с вилочным захватом для поддонов, поскольку в этом случае выполняется только работа по подъему, что же касается ковша, то в этом случае требуется большее максимальное давление, поскольку требуется разбивать слежавшийся в груде материал.
Что касается реакции на движения рукояток управления, то в системе с измерением нагрузки подача гидравлической жидкости в цилиндры является функцией отклонения рукоятки. Однако отклонение рукоятки может одновременно также регулировать максимальное усилие, то есть максимальное давление растет с увеличением отклонения рукоятки.
Зависимость кривой максимального давления от типа работы, навесного орудия и отклонения рукоятки может быть задано в блоке управления с помощью кнопок на панели управления или любой другой системы, которая осуществляет это в автоматическом режиме.
Главные клапаны 207, 209, 223, 225 для каждой функции используются как для регулирования потока, так и качестве редукторов давления под управлением блока 213 управления. Когда гидравлическая жидкость поступает в цилиндр 108, 109 из насоса 205, блок управления проверяет, что давление не превышает максимального уровня, с использованием датчика 229, 231 давления, измеряющего давление в соответствующем цилиндре. Если давление превышает максимальный уровень, то блок управления закрывает соответствующий клапан. С другой стороны, когда давление падает ниже максимальной величины, клапан снова открывается до положения, заданного оператором (при условии, что отсутствует более приоритетная функция, для которой необходимо другое положение клапана).
Если вышеуказанное сочетается с использованием регулируемого сигнала измерения нагрузки (как указано выше), это может влиять на потребление топлива. Затем блок 213 управления ограничивает максимальное регулируемое давление насоса прежде всего путем ограничения сигнала измеренной нагрузки в соответствии с вышеуказанными параметрами. Только в том случае, когда имеет место совместное использование функций, клапаны могут ограничивать максимальное давление, как указано выше, если для выполнения функции требуется более высокое давление. Достоинство ограничения, прежде всего с использованием электрического сигнала измеренной нагрузки, заключается в том, что снижаются потери, поскольку управляющее давление уменьшается, например, для осуществления функции наклона, когда функция подъема выключается.
Изобретение не должно считаться ограниченным вышеописанными вариантами его осуществления, более того, в пределах объема изобретения, определяемого прилагаемой формулой, могут быть также предложены и другие варианты и их модификации. В частности, предпочтительные варианты могут быть использованы совместно различными путями.
Кроме того, для двух различных рабочих функций могут быть установлены различные фиксированные уровни максимального давления. Затем выбирается максимальное давление, связанное с выполняемой рабочей функцией.
В соответствии с другим вариантом измеряется рабочий параметр, который является показателем нагрузки на рабочую машину. Например, измеряется гидравлическое давление для рабочей функции, а именно давление в одном из гидравлических цилиндров. Кроме того, на основе измеренного рабочего параметра определяется максимальное давление для этой рабочей функции (или другой рабочей функции). Соответственно, максимальное давление для осуществления функции наклона и/или подъема может регулируемым образом повышаться в момент, когда навесное орудие упирается в груду материала и необходимо выбрать часть материала из груды.
В соответствии с одним из вариантов способ управления может также включать сравнение требуемого давления (заданного оператором) с найденным максимальным давлением и подачу давления гидравлической жидкости для осуществления рабочей функции, которое является наименьшим из требуемого давления и найденного максимального давления.
В соответствии с другим вариантом, в котором максимальное давление для рабочей функции непрерывно изменяется, максимальное давление задается заранее в форме нескольких различных уровней, и блок управления выбирает одно из таких заранее заданных максимальных давлений в зависимости от рабочего режима.