[發明專利]挖掘機、用于挖掘機的控制裝置和控制挖掘機的方法

有效

• 申請號: 201310240151.X
• 申請日: 2013-06-18
• 公開（公告）號: CN103510555B
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發明（設計）人: H·J·卡彭特;R·P·皮庫托斯基;M·尼科爾斯
• 申請（專利權）人: 卡特彼勒特林布爾控制技術有限責任公司
• 主分類號: E02F3/28
• 分類號: E02F3/28;E02F3/43;E02F9/22
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所11038
• 代理人: 張濤

相關領域的交叉引用

無

關于聯邦資助研究或開發的聲明

不適用

背景技術

本發明涉及一種用于挖掘機的控制裝置，在所述挖掘機中，操作者手動致動的操縱桿閥以將液壓流體供應到液壓控制閥。然后，液壓控制閥又將液壓流體供應至液壓缸或者馬達，以移動各種挖掘機部件。在典型的挖掘機中，吊桿從挖掘機底架延伸并且樞轉連接到鏟斗柄。鏟斗柄樞轉地連接到挖掘機鏟斗或者其它挖掘機工具。挖掘機底架典型地通過液壓馬達在挖掘機底盤上樞轉。液壓缸使吊桿相對于底架樞轉，使鏟斗柄相對于吊桿樞轉，并且使鏟斗或者其它挖掘機工具相對于鏟斗柄樞轉。另一種常見的挖掘機構造包括第二吊桿部件，所述第二吊桿部件允許吊桿彎曲。這通常稱為可變角度吊桿或者VA吊桿，并且允許室內工作或者在具有建筑接近限制（clearance restriction）的區域（例如在電力線下方）中工作。

這種挖掘機的操作者操作操縱控制桿，所述操縱控制桿致動操縱桿閥，以利用挖掘機鏟斗進行挖掘。挖掘機駕駛室中的顯示裝置可以輔助操作者進行這種操作，所述顯示裝置顯示出挖掘機鏟斗的當前高度和工作場地的期望高度。多種傳感器已經用于確定鏟斗的高度，所述多種傳感器包括激光傳感器，所述激光傳感器感測由定位成與挖掘機相距一定距離的激光發射器提供的參考激光束。GPS接收器還已經用于確定挖掘機高度。由于激光接收器和GPS接收器通常不直接安裝在挖掘機鏟斗上，所以這些接收器通常已經用于確定挖掘機上的參考點的位置，然后來自其它傳感器（例如角編碼器和傾斜計）的輸出已經用于確定鏟斗相對于該參考點的位置。工作場地的期望輪廓的圖通常貯存在與挖掘機控制裝置相連的存儲器中，以便能夠為操作者提供表示到達期望高度所需的額外的挖掘量的連續顯示。

挖掘機操作者的技能和經驗差別很大，技能最好的操作者能夠比技能較差更快地挖掘到最終均夷面（grade level）。先前提供挖掘機控制裝置的嘗試在操作者控制挖掘機中的一個或多個構件的同時使系統主動控制挖掘機中的其它構件。操作者難以與比操作者慢的自動系統協調運動，并且實際上，結果是不如操作者不使用自動控制時挖掘有效。為了挖掘到期望的輪廓或者線，需要操作者協調且不斷變化地調整多種構件，以保持切割刃與期望的路徑相切。經驗欠缺的挖掘機操作者難以適當地同時協調多個構件的動作，并且在工作場地的某些區域中可能會挖掘地太深，從而需要稍后將填埋材料回填到工作場地的那些區域中。應當理解的是，將填埋材料回填到工作場地的低洼區域比較耗費時間。而且，在一些情況下有必要壓實填埋材料，從而增加了挖掘操作成本。需要能夠提高機器操作效率的挖掘機控制裝置和方法。

發明內容

挖掘機具有：挖掘機底架，所述挖掘機底架樞轉地安裝在挖掘機底盤上；吊桿，所述吊桿樞轉地安裝在挖掘機底架上；鏟斗柄，所述鏟斗柄樞轉地安裝在吊桿上；和樞轉地安裝在鏟斗柄上的挖掘機工具，例如挖掘機鏟斗。挖掘機還具有：第一液壓裝置，所述第一液壓裝置用于使鏟斗相對于鏟斗柄運動；第一液壓控制閥，所述第一液壓控制閥用于控制施加到第一液壓裝置的液壓流體；和第二液壓裝置，所述第二液壓裝置用于使鏟斗柄相對于吊桿運動；第二液壓控制閥，所述第二液壓控制閥用于控制施加至第二液壓裝置的液壓流體；第三液壓裝置，所述第三液壓裝置用于使吊桿相對于挖掘機底架運動；第三液壓控制閥，所述第三液壓控制閥用于控制施加到第三液壓裝置的液壓流體；第四液壓裝置，所述第四液壓裝置用于使底架相對于底盤旋轉；和第四液壓控制閥，所述第四液壓控制閥用于控制施加到第四液壓裝置的液壓流體。另外，挖掘機具有手動致動的操縱桿閥，用于將液壓流體壓力供應到第一、第二、第三和第四液壓控制閥，以分別控制第一、第二、第三和第四液壓裝置的運動。挖掘機包括：用于感測位置的多個傳感器；存儲器，所述存儲器貯存工作場地在挖掘地點處的期望高度；和處理器，所述處理器響應傳感器和存儲器，用于確定鏟斗的位置。處理器比較鏟斗位置與工作場地的期望高度，并且當鏟斗接近期望高度時供給運動減速信號。歧管向第一、第二、第三和第四液壓控制閥提供來自手動致動的操縱桿閥的液壓流體壓力，以致動第一、第二、第三和第四液壓控制閥。當鏟斗接近需要高度時，響應來自處理器的運動減速信號，歧管還向第一、第二、第三和第四液壓控制閥提供來自手動致動的操縱桿閥的液壓流體壓力的一部分，以抵制第一、第二、第三和第四液壓控制閥的致動。通過這種布置方案，阻止鏟斗在期望高度下方運動。