裝載機(jī)工作裝置電液比例控制系統(tǒng)
| 由徐工集團(tuán)和吉林工業(yè)大學(xué)共同承擔(dān)的國家“863”計劃“ZL50G機(jī)器人化裝載機(jī)”項目日前通過了由國家科技部組織的驗收。該項目的主要技術(shù)成果“工作裝置電液比例控制系統(tǒng)”采用了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的脈寬調(diào)制電液比例控制模塊，通過計算機(jī)控制技術(shù)實現(xiàn)了裝載機(jī)工作裝置的電液比例控制，極大地改善了裝載機(jī)的控制性能，減輕了操作者的勞動強(qiáng)度，具有國際先進(jìn)水平。 1 工作裝置控制系統(tǒng)的要求 裝載機(jī)工作裝置是利用液壓系統(tǒng)控制動臂和鏟斗液壓缸的伸縮并通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)實現(xiàn)鏟掘、裝載等作業(yè)，其中液壓系統(tǒng)的設(shè)計是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵。一個好的液壓系統(tǒng)必須滿足以下要求：工作安全可靠，操作靈活、操作力小，運行平穩(wěn)。 裝載機(jī)工作裝置液壓控制系統(tǒng)的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個階段：由操縱桿手動直接控制換向閥閥芯，到由手動先導(dǎo)比例減壓閥液控主換向閥，之后發(fā)展為目前先進(jìn)的計算機(jī)控制下的電液比例控制技術(shù)，其控制性能及自動化程度逐步提高。 2 主要功能及技術(shù)參數(shù) 本系統(tǒng)主要是通過操作控制手柄產(chǎn)生數(shù)字式電信號，控制電液比例先導(dǎo)閥的輸出壓力，從而控制主換向閥閥芯的位置，實現(xiàn)控制工作液壓缸的工作速度。由于計算機(jī)控制模塊能夠?qū)崿F(xiàn)工作裝置的電子定位，并具有記憶、自動回位及自動放平的邏輯控制功能，使裝載機(jī)具有一定的“智能機(jī)器人”的特性，從而減輕了操作者的體力勞動，提高了整機(jī)作業(yè)時的可靠性和操縱性。 主要控制過程如圖1所示。 主要技術(shù)參數(shù)： 控制手柄轉(zhuǎn)角(。) ±30 控制手柄操縱力(N) ＜3 控制手柄輸出脈沖頻率(kHz) 控制手柄輸出脈沖占空比(％) 10～90 控制模塊輸出脈沖占空比(％) 20～80 系統(tǒng)壓力(MPa) 16 先導(dǎo)控制系統(tǒng)壓力(MPa) 3．o 先導(dǎo)控制系統(tǒng)輸入流量(Lmin) 30 控制系統(tǒng)電壓(V) DC 24 電液比例先導(dǎo)閥******電流(mA) 800 3 系統(tǒng)的組成及工作原理 3.1 系統(tǒng)組成 工作裝置電液比例控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成如圖2所示，液壓系統(tǒng)見圖3。 系統(tǒng)的主要組成元件有：電控操作手柄、計算機(jī)控制模塊、電液比例先導(dǎo)閥、主換向閥、液壓泵和工作液壓缸等。 3.2 液壓系統(tǒng)工作原理 工作裝置電液比例控制系統(tǒng)由兩個液壓泵供油，主泵為CBAa2100，用于控制動臂和鏟斗液壓缸的運動；先導(dǎo)泵為CBAa0016，用于控制電液比例先導(dǎo)閥，進(jìn)而控制主換向閥芯的位移，以便控制動臂和鏟斗液壓缸的工作速度。先導(dǎo)泵的油液首先通過減壓閥減至先導(dǎo)控制系統(tǒng)所需的控制壓力，然后進(jìn)入控制油路安全鎖定閥。安全鎖定閥是為了防止誤操作而設(shè)置的，它是一個二位二通電磁換向閥，當(dāng)操作者將控制開關(guān)置于“關(guān)閉”位置時，電磁鐵處于斷電狀態(tài)，此時對操作手柄的任何操作都不會使工作裝置動作。當(dāng)將控制開關(guān)置于“開啟”位置時，控制油液進(jìn)入電液比例先導(dǎo)閥，通過操作手柄控制電液比例先導(dǎo)閥完成工作裝置的動作。 3.2.1 動臂上升 拉動操作手柄向后移動，此時手柄的位置傳感器輸出的電信號進(jìn)入電液比例先導(dǎo)減壓閥的比例電磁鐵，先導(dǎo)減壓閥輸出的壓力信號與輸入電信號成比例，即手柄的角度越大，輸出的電信號越大。電液比例先導(dǎo)減壓閥的輸出壓力越大，控制主換向閥閥芯的位移越大，主換向閥通過的流量越大，動臂上升的速度越快。當(dāng)操作手柄拉至極限位置時，手柄中的限位電磁鐵通電，手柄在極限位置被吸合，動臂以******的速度上升，當(dāng)升至動臂上位限位開關(guān)所限定的位置時，計算機(jī)控制模塊控制操作手柄限位電磁鐵斷電，手柄自動恢復(fù)到中位，動臂就可保持在所限定的位置上。在動臂上升的過程中，若需要動臂在某一位置停止，則需將操作手柄退回到中位。 3.2.2 動臂下降 操縱手柄向前移動，此時操作手柄中位置傳感器發(fā)出與動臂上升時相反的控制信號，控制動臂下降的比例電磁鐵工作，電液比例減壓閥輸出相應(yīng)的控制壓力，控制主換向閥閥芯向下運動，動臂下降。當(dāng)操作手柄推至極限位置時，手柄中的限位電磁鐵通電，手柄在極限位置被吸合，動臂以******的速度下降。當(dāng)動臂下降到限位傳感器所限定的位置時，計算機(jī)控制模塊控制手柄電磁鐵斷電，手柄恢復(fù)到中位，此時動臂在限定位置停止。在這個過程中若需要在任何位置停止，需將手柄拉回中位。 3.2.3 動臂浮動 將手柄推至動臂浮動工作工況，此時手柄位置傳感器向控制器發(fā)出浮動工作信號，控制器將電液比例先導(dǎo)減壓閥置于******壓力輸出狀態(tài)，輸出的壓力控制先導(dǎo)閥組中的二位三通閥位于下位工況。主閥中的液控單向閥處于反向?qū)ür。動臂液壓缸的上下腔通過單向閥導(dǎo)通，此時的動臂處于浮動工作工況。當(dāng)浮動工作停止時將手柄拉至中位，浮動工作結(jié)束。 3.2.4 鏟斗裝載 向后拉動鏟斗控制手柄，手柄中位置傳感器輸出電信號通過控制模塊控制電液比例先導(dǎo)閥輸出與之成正比的電信號，從而控制主換向閥中的鏟斗控制閥，使鏟斗液壓缸運動，完成裝載動作。當(dāng)手柄拉至******位置時，手柄中限位電磁鐵通電，手柄在極限位置時被吸合，鏟斗以******速度向上翻轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)至******位置時，限位傳感器發(fā)出信號，計算機(jī)控制模塊控制手柄限位電磁鐵斷電，手柄自動恢復(fù)到中位，此時鏟斗在極限位置停止。同樣，駕駛員也可以通過手動控制手柄回到中位，使鏟斗停留在任意一個位置上。 3.2.5鏟斗卸載 反方向拉動鏟斗控制手柄，其控制過程如上所述。 3.3 電控系統(tǒng)工作原理 3.3.1 控制手柄 工作裝置控制手柄是系統(tǒng)中的輸入信號，隨著手柄位置的變化，輸出相應(yīng)的電信號，由計算機(jī)控制模塊將信號放大并驅(qū)動相應(yīng)的比例電磁鐵，從而控制電液比例減壓閥輸出相應(yīng)的控制壓力，控制主換向閥閥芯的位移。 3.3.2 計算機(jī)控制模塊 計算機(jī)控制模塊的主要功能是：接收、控制手柄輸入的電信號，用于控制動臂及鏟斗的動作s接收動臂及鏟斗限位輸入信號，用于設(shè)定動臂和鏟斗的理想位置；控制工作裝置鎖定電磁鐵及手柄極限位置電磁鐵；與中央電控模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換用以診斷工作裝置控制系統(tǒng)的故障。電控系統(tǒng)的控制關(guān)系 工作裝置電控系統(tǒng)由工作裝置操作手柄的位置傳感器、動臂位置傳感器、控制開關(guān)、行程開關(guān)、鎖定電磁鐵、電液先導(dǎo)閥比例電磁鐵及工作裝置控制器組成?？刂破魍ㄟ^電纜接收與輸出信號，并通過通信線路與監(jiān)控系統(tǒng)和行走駕駛系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)。 3.3.2.1 輸入信號 (a)動臂指令位置傳感器：安裝在動臂操作手柄上，它發(fā)出的電信號代表了手柄的位置?？刂破鲗⑿盘柦忉尀閯颖圻\動方向和速度的指令信號。 (b)鏟斗指令位置傳感器：安裝在鏟斗操作手柄上，它發(fā)出的電信號代表了手柄的位置?？刂破鲗⑿盘柦忉尀殓P斗運動方向和速度的指令信號。 (c)工作裝置安全鎖定開關(guān)：是一個兩位開關(guān)，兩個位置分別代表工作裝置處于鎖定和解鎖狀態(tài)，由駕駛員選擇。當(dāng)開關(guān)置于鎖定位置時，操作手柄和液壓閥不起作用。 (d)鏟斗定位開關(guān)：指示預(yù)先設(shè)定的鏟斗鏟掘角度。 (e)動臂定位設(shè)置開關(guān)：是一個自動復(fù)位的開關(guān)，當(dāng)動臂位置傳感器連續(xù)測量動臂的位置時，利用此開關(guān)可以將動臂上限位置設(shè)定在動臂中位以上的任何位置，也可以把動臂的下限位置設(shè)定在動臂中位以下的任何位置，這兩個位置在自動定位控制時使用。 (f)動臂浮動指令開關(guān)：發(fā)出動臂浮動指令信號，該信號與動臂操作手柄向前******位置有聯(lián)鎖邏輯。 3.3.2.2輸出信號 (a)控制鏟斗裝載電液比例電磁鐵：控制鏟斗向后翻轉(zhuǎn)。 (b)控制鏟斗卸載電液比例電磁鐵：控制鏟斗向前翻轉(zhuǎn)。 (c)控制動臂上升電液比例電磁鐵：控制動臂上升。 (d)控制動臂下降電液比例電磁鐵：控制動臂下降。 (e)動臂手柄前位鎖定電磁鐵：當(dāng)動臂操作手柄向前推至******位置時，該電磁線圈通過電流，產(chǎn)生電磁力使手柄保持向前******位置。此時動臂連續(xù)下降，當(dāng)達(dá)到預(yù)先設(shè)置的下限位置時，該信號自動切斷，手柄自動返回中位。 (f)動臂手柄后位鎖定電磁鐵：當(dāng)動臂操作手柄向后拉至******位置時，該電磁線圈通過電流，產(chǎn)生電磁力使手柄保持向后******位置。此時動臂連續(xù)上升，當(dāng)達(dá)到預(yù)先設(shè)置的上限位置時，該信號自動切斷，手柄自動返回中位。 (g)鏟斗手柄后位鎖定電磁鐵：當(dāng)鏟斗操作手柄向后拉至******位置時，該電磁線圈通過電流，產(chǎn)生電磁力使手柄保持向后******位置。此時鏟斗連續(xù)向后翻轉(zhuǎn)，當(dāng)達(dá)到預(yù)先設(shè)置的鏟掘角時，該信號自動切斷，手柄自動返回中位。 3.3.2.3輸入和輸出數(shù)據(jù) 通過數(shù)據(jù)通信線路，工作裝置控制系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)和傳動操縱系統(tǒng)交換信息。 (a)工作裝置控制系統(tǒng)接收的信息有：發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速；傳動系統(tǒng)啟動開關(guān)的位置；來自監(jiān)控系統(tǒng)的狀態(tài)信息、校準(zhǔn)信息及其它代碼。 (b)工作裝置控制系統(tǒng)向監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送的信息有：工作裝置校準(zhǔn)信息；故障診斷代碼信息。發(fā)送的信息將在監(jiān)控器上顯示出來。 4 使用效果評價 應(yīng)用上述研究成果研制的ZL50G裝載機(jī)經(jīng)有關(guān)檢測機(jī)構(gòu)檢測，性能完全達(dá)到國家“863”項目計劃任務(wù)書的要求，樣機(jī)在國家重點工程進(jìn)行的l000h工業(yè)性考核過程中，工作平穩(wěn)、可靠，控制系統(tǒng)控制靈敏、抗干擾性強(qiáng)、操作輕便、自動化程度高，技術(shù)水平達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進(jìn)水平。 |
