CN111775648B - 矿用自卸车半主动油气悬挂控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

矿用自卸车半主动油气悬挂控制系统，包括控制器，控制器的输入端连接有称重传感器、转向油缸位移传感器、车速传感器、货箱位置传感器和制动压力传感器，控制器的输出端通过电磁换向阀Ⅰ和电磁换向阀Ⅱ连接有两组阻尼控制系统，阻尼控制系统包括阻尼控制油缸、多态阻尼装置和悬挂油缸。本发明的矿用自卸车半主动油气悬挂控制系统及控制方法，车载控制器根据车辆载重、转向、制动等来自各种传感器的行走状况和载荷状况改变用于半主动油气悬挂的电磁阀的信号，将油气悬挂的阻尼设置为较软、中等、较硬三个等级之一，以确保舒适的驾驶环境，并提高车辆行驶的稳定性。

Description

矿用自卸车半主动油气悬挂控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及工程机械电液控制技术领域，具体是矿用自卸车半主动油气悬挂控制系统及控制方法。

背景技术

矿用自卸车是指在露天矿山或大型土建工地等专用道路上，为完成岩石土方剥离与矿石运输任务而使用的，作短距离运输的一种专用载重车辆。广泛应用于各类露天矿山、水电工程、铁路和公路建设工程及大型建筑工程中。由于矿用自卸车载重量大，矿区路况条件差，不适合使用传统的板簧或橡胶垫减震，为了提高车辆减震的可靠性及舒适性，矿用自卸车均采用油气混合悬挂油缸作为车辆的减震装置。

油气悬挂分别连接矿用自卸车车架和车桥，通过油气悬挂来缓和车辆行驶时产生的冲击。油气悬挂是以惰性气体-氮气，作为弹性元件，在气体和油气悬挂活塞中间以油液作为中间介质，起着传力的作用、衰减震动和润滑作用。油气悬挂中的气压决定悬挂的刚度，因为气体是可压缩的，所以油气悬挂刚度具有非线性、渐增减的特点，即其刚度是随着载荷变化的，载荷越大，刚度就越大，因此特别适合载重量变化大的矿用自卸车。油气悬挂的减震主要是通过油液流过阻尼孔和单向阀产生的阻尼来实现，阻尼孔和单向阀开设在油气悬挂的活塞杆上，一经加工完毕就是定值，也即油气悬挂的阻尼是定值，这是目前市面上油气悬挂的方案，由于阻尼固定因此油气悬挂无法主动根据车辆运行状况调整油气悬挂油缸的阻尼，也就是传统意义上的被动悬挂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种结构简单、效果良好的矿用自卸车半主动油气悬挂控制系统及控制方法。

本发明是以如下技术方案实现的：矿用自卸车半主动油气悬挂控制系统，包括控制器，所述控制器的输入端连接有称重传感器、转向油缸位移传感器、车速传感器、货箱位置传感器和制动压力传感器，所述控制器的输出端通过电磁换向阀Ⅰ和电磁换向阀Ⅱ连接有两组阻尼控制系统，两组阻尼控制系统分别设置在车辆的左右侧，所述阻尼控制系统包括阻尼控制油缸、多态阻尼装置和悬挂油缸，所述阻尼控制油缸水平方向上设有左右两个油腔，每个油腔内均设有活塞杆。

其进一步是：所述电磁换向阀Ⅰ和电磁换向阀Ⅱ为两位四通电磁换向阀。

所述电磁换向阀Ⅰ和电磁换向阀Ⅱ分别控制两个阻尼控制油缸的左侧油腔和右侧油腔。

所述阻尼控制油缸内设有活塞杆Ⅰ和活塞杆Ⅱ，所述活塞杆Ⅰ的两侧分别设有进油口A和进油口B，所述活塞杆Ⅱ的两侧分别设有进油口C和进油口D。

一种如权利要求1所述的矿用自卸车半主动油气悬挂控制系统的使用方法，所述阻尼控制油缸内设有活塞杆Ⅰ、活塞杆Ⅱ、进油口A、进油口B、进油口C和进油口D，还包括如下步骤：

Step1：控制器实时监测称重传感器、转向油缸位移传感器、车速传感器、货箱位置传感器、制动压力传感器的状态参数，根据上述传感器的参数变化向电磁换向阀Ⅰ和电磁换向阀Ⅱ发出控制信号；

Step2：阻尼控制油缸根据四个油口的液压油流向变化，阻尼控制油缸实现长、中、短三档不同的伸出行程；

Step3：多态阻尼装置根据阻尼控制油缸的活塞杆伸出状态改变阻尼孔大小，分别为无阻尼孔、中阻尼孔和大阻尼孔；

Step4：悬挂油缸根据阻尼孔大小的不同，改变阻尼大小，三挡阻尼分别为较软、中等和较硬。

在Step2中，当油口A和油口C进油，油口B和油口D出油，此时活塞杆Ⅰ、活塞杆Ⅱ同时伸出，活塞杆Ⅰ和活塞杆Ⅱ完全伸出，此时阻尼控制油缸伸出行程最长，多态阻尼装置受阻尼控制油缸的牵引作用将多态阻尼装置内的阻尼孔完全关闭，悬挂油缸此时阻尼为较硬；

当油口A进油,油口B回油，油口C回油，油口D进油，此时活塞杆Ⅰ处于伸出状态，活塞杆Ⅱ处于缩回状态，由于活塞杆Ⅰ的阻挡，活塞杆Ⅱ不能完全缩回，此时阻尼控制油缸伸出行程中等，多态阻尼装置受阻尼控制油缸的牵引作用将多态阻尼装置内的阻尼孔调整为中阻尼孔，悬挂油缸此时阻尼为中等；

当油口A回油，油口B进油，油口C回油，油口D进油，此时活塞杆Ⅰ和活塞杆Ⅱ同时缩回，由于此时活塞杆Ⅱ缩回不受活塞杆Ⅰ的限制作用可以完全缩回，所以此时阻尼控制油缸伸出行程最短，多态阻尼装置受阻尼控制油缸的牵引作用将多态阻尼装置内的阻尼孔调整为大阻尼孔，悬挂油缸7此时阻尼为较软。

本发明具有以下优点：本发明的矿用自卸车半主动油气悬挂控制系统及控制方法，车载控制器根据车辆载重、转向、制动等来自各种传感器的行走状况和载荷状况改变用于半主动油气悬挂的电磁阀的信号，将油气悬挂的阻尼设置为较软、中等、较硬三个等级之一，以确保舒适的驾驶环境，并提高车辆行驶的稳定性。由于悬挂阻尼的改变是发生在车辆状态改变之后，比如载重变化、车速变化、举升状态等，所以称之为半主动悬挂。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的阻尼控制油缸的结构示意图；

图中：1、控制器，2、电磁换向阀Ⅰ，3、电磁换向阀Ⅱ，4、阻尼控制油缸Ⅰ，5、阻尼控制油缸Ⅱ，6、多态阻尼装置Ⅰ， 7、悬挂油缸Ⅰ，8、悬挂油缸Ⅱ，9、多态阻尼装置Ⅱ，10、称重传感器，11、转向油缸位移传感器，12、车速传感器，13、货箱位置传感器，14、活塞杆Ⅰ，15、活塞杆Ⅱ，16、进油口A，17、进油口B，18、进油口C，19、进油口D，20、制动压力传感器。

实施方式

如图1至图2所示的矿用自卸车半主动油气悬挂控制系统，包括控制器1，所述控制器1的输入端连接有称重传感器10、转向油缸位移传感器11、车速传感器12、货箱位置传感器13和制动压力传感器20，所述控制器1的输出端通过电磁换向阀Ⅰ2和电磁换向阀Ⅱ3连接有两组阻尼控制系统，两组阻尼控制系统分别设置在车辆的左右侧，所述阻尼控制系统包括阻尼控制油缸、多态阻尼装置和悬挂油缸，所述阻尼控制油缸水平方向上设有左右两个油腔，每个油腔内均设有活塞杆。本发明的矿用自卸车半主动油气悬挂控制系统，由控制器连接输入检测装置和输出控制装置，输入检测装置包括称重传感器、转向油缸位移传感器、车速传感器、货箱位置传感器和制动压力传感器，称重传感器用于监测车辆装载货物的重量，转向油缸位移传感器用于监测车辆的轮胎转向状态，车速传感器用于监测车辆的运行速度，货箱位置传感器用于监测货箱的举升状态，制动压力传感器用于监测车辆的制动操作；输出控制装置包括电磁换向阀、阻尼控制油缸、多态阻尼装置和悬挂油缸，其中阻尼控制油缸、多态阻尼装置和悬挂油缸组成的阻尼控制系统分别安装在车辆左侧和车辆右侧，左侧和右侧的各元件始终保持同步动作，即两侧的悬挂油缸Ⅰ7和悬挂油缸Ⅱ8的阻尼变化始终保持同步；其中多态阻尼装置根据阻尼控制油缸的活塞杆伸出状态改变阻尼孔大小从而改变悬挂油缸的阻尼，阻尼控制油缸可以实现三档不同的伸出行程，根据阻尼控制油缸伸出行程的变化，多态阻尼装置改变阻尼孔大小，多态阻尼装置共分为三档：无阻尼孔、中阻尼孔、大阻尼孔，与之相对应的，悬挂油缸阻尼分别为：较软、中等、较硬。

如图1至图2所示的矿用自卸车半主动油气悬挂控制系统，所述电磁换向阀Ⅰ2和电磁换向阀Ⅱ3为两位四通电磁换向阀。所述电磁换向阀Ⅰ2和电磁换向阀Ⅱ3分别控制两个阻尼控制油缸的左侧油腔和右侧油腔。所述阻尼控制油缸内设有活塞杆Ⅰ14和活塞杆Ⅱ15，所述活塞杆Ⅰ14的两侧分别设有进油口A16和进油口B17，所述活塞杆Ⅱ15的两侧分别设有进油口C18和进油口D19。本发明的电磁换向阀Ⅰ2和电磁换向阀Ⅱ3为两位四通电磁换向阀，同时具有左右两个油腔的阻尼控制油缸由电磁换向阀Ⅰ2和电磁换向阀Ⅱ3控制四个进油口的进出油情况，阻尼控制油缸Ⅰ4和阻尼控制油缸Ⅱ5的左侧油腔的进油口A16和进油口B17与电磁换向阀Ⅰ2连接，阻尼控制油缸Ⅰ4和阻尼控制油缸Ⅱ5的右侧油腔进油口C18和进油口D19与电磁换向阀Ⅱ3连接，通过控制进油口A16、进油口B17、进油口C18和进油口D19的进出油方向，可实现活塞杆Ⅰ14和活塞杆Ⅱ15的三种状态，即活塞杆Ⅰ14伸和活塞杆Ⅱ15伸、活塞杆Ⅰ14伸和活塞杆Ⅱ15缩、活塞杆Ⅰ14缩和活塞杆Ⅱ15缩，由于多态阻尼装置Ⅰ6和多态阻尼装置Ⅱ9的阻尼孔大小由活塞杆Ⅰ14和活塞杆Ⅱ15控制，因此多态阻尼装置具有无阻尼孔、中阻尼孔、大阻尼孔三种状态，与之相对应的，悬挂油缸Ⅰ7和悬挂油缸Ⅱ8阻尼分别为：较软、中等、较硬。

还包括如下步骤：

Step1：控制器1实时监测称重传感器10、转向油缸位移传感器11、车速传感器12、货箱位置传感器13、制动压力传感器20的状态参数，根据上述传感器的参数变化向电磁换向阀Ⅰ2和电磁换向阀Ⅱ3发出控制信号；

Step2：阻尼控制油缸根据四个油口的液压油流向变化，阻尼控制油缸实现长、中、短三档不同的伸出行程；

Step3：多态阻尼装置根据阻尼控制油缸的活塞杆伸出状态改变阻尼孔大小，分别为无阻尼孔、中阻尼孔和大阻尼孔；

Step4：悬挂油缸根据阻尼孔大小的不同，改变阻尼大小，三挡阻尼分别为较软、中等和较硬。

在Step2中，当油口A16和油口C18进油，油口B17和油口D19出油，此时活塞杆Ⅰ14、活塞杆Ⅱ15同时伸出，活塞杆Ⅰ14和活塞杆Ⅱ15完全伸出，此时阻尼控制油缸伸出行程最长，多态阻尼装置受阻尼控制油缸的牵引作用将多态阻尼装置内的阻尼孔完全关闭，悬挂油缸此时阻尼为较硬；

当油口A16进油,油口B17回油，油口C18回油，油口D19进油，此时活塞杆Ⅰ14处于伸出状态，活塞杆Ⅱ15处于缩回状态，由于活塞杆Ⅰ14的阻挡，活塞杆Ⅱ15不能完全缩回，此时阻尼控制油缸伸出行程中等，多态阻尼装置受阻尼控制油缸的牵引作用将多态阻尼装置内的阻尼孔调整为中阻尼孔，悬挂油缸此时阻尼为中等；

当油口A16回油，油口B17进油，油口C18回油，油口D19进油，此时活塞杆Ⅰ14和活塞杆Ⅱ15同时缩回，由于此时活塞杆Ⅱ15缩回不受活塞杆Ⅰ14的限制作用可以完全缩回，所以此时阻尼控制油缸伸出行程最短，多态阻尼装置受阻尼控制油缸的牵引作用将多态阻尼装置内的阻尼孔调整为大阻尼孔，悬挂油缸7此时阻尼为较软。

控制形式主要有如下几种：

1、区分空载与装载：当矿用自卸车由空载变为装载，油气悬挂阻尼由较软变为中等，即油气悬挂的阻尼孔由大变小，防止装载时车辆震动严重。

2.区分转向与非转向：当矿用自卸车快速转向时，油气悬挂根据车辆装载状态调整阻尼。当车辆空载时，油气悬挂阻尼保持较软，即阻尼孔保持较大；当车辆装载时，油气悬挂阻尼由中等变为较硬，即阻尼孔由小变为完全关闭，防止车辆快速转向时产生严重侧倾。

3.区分匀速行驶与制动工况：当矿用自卸车施加制动时，油气悬挂根据车辆装载状态调整阻尼。当车辆空载时油气悬挂阻尼由较软变为中等，即阻尼孔由大变为小；当车辆装载时油气悬挂由中等变为较硬，即阻尼孔由小变为完全关闭。

4.区分货箱举升与静止在车架上：当矿用自卸车进行举升操作时，油气悬挂根据车辆装载状态调整阻尼。当车辆空载举升时，油气悬挂阻尼由较软变为较硬，即阻尼孔由大变为完全关闭；当车辆装载装载举升时，油气悬挂阻尼由中等变为较硬，即阻尼孔由小变为完全关闭。

5.区分高速与低速：当车辆空载时，油气悬挂阻尼始终保持在较软，与车速无关；当车辆装载时，如果车速达到设定数值则油气悬挂阻尼由中等变为较硬，即阻尼孔由较小变为关闭。

控制系统工作过程如下：

A、车辆装载状态变化：控制器1将称重传感器10测量的参数与控制器1内存储的标准值进行比对来判断车辆的装载情况，控制器1与电磁换向阀2、3相连，当控制器1判断出车辆处于空载时，控制器1发出控制信号，使悬挂油缸7、8工作在阻尼较软状态；当控制器1判断出车辆处于装载状态时，控制器1发出控制信号使悬挂油缸7、8工作在阻尼中等状态。

B、车辆转向状态变化：控制器1将转向油缸位移传感器11的参数与控制器1内存储的标准值进行比较判断车辆是否有转向动作，当车辆处于空载状态时，无论车辆转向与否，控制器1会使悬挂油缸7、8始终工作在阻尼较软状态；当车辆装载，且车辆没有转向动作时，控制器1发出控制信号使悬挂油缸7、8工作在阻尼中等状态；当车辆装载，且进行转向动作时，控制器1发出控制信号使悬挂油缸7、8工作在阻尼较硬状态。

C、车辆速度状态变化：控制器1将车速传感器12的参数与控制器1内存储的标准值进行比较，当车辆空载处于空载状态时，无论车速高低，控制器1会使悬挂油缸7、8始终工作在阻尼较软状态；当车辆装载且车速在标准值以下（低速行驶）时，控制器1会使悬挂油缸7、8工作在阻尼中等状态；当车辆装载且车速在标准值以上（高速行驶），控制器1会使悬挂油缸7、8工作在阻尼较硬状态。

D、车辆举升状态变化：控制器1根据货箱位置传感器13的参数判断车辆举升状态，当车辆空载且货箱处于浮动工况时，控制器1使悬挂油缸7、8工作在阻尼较软状态；当车辆空载且货箱处于非浮动工况时，控制器1使悬挂油缸7、8工作在阻尼较硬状态；当车辆装载且货箱处于浮动工况时，控制器1使悬挂油缸7、8工作在阻尼中等状态；车辆装载且货箱处于非浮动工况时，控制器1使悬挂油缸7、8工作在阻尼较硬状态。

E、车辆制动状态变化：控制器1根据制动压力传感器20的参数判断车辆是否实施制动操作，当车辆空载且无制动动作时，控制器1使悬挂油缸7、8工作在阻尼较软状态；当车辆空载且进行制动动作时，控制器1使悬挂油缸7、8工作在阻尼中等状态；当车辆装载且无制动动作时，控制器1使悬挂油缸7、8工作在阻尼中等状态；当车辆装载且进行制动动作时，控制器1使悬挂油缸7、8工作在阻尼较硬状态。

Claims (5)

1.矿用自卸车半主动油气悬挂控制系统，其特征在于：包括控制器（1），所述控制器（1）的输入端连接有称重传感器（10）、转向油缸位移传感器（11）、车速传感器（12）、货箱位置传感器（13）和制动压力传感器（20），所述控制器（1）的输出端通过电磁换向阀Ⅰ（2）和电磁换向阀Ⅱ（3）连接有两组阻尼控制系统，两组阻尼控制系统分别设置在车辆的左右侧，所述阻尼控制系统包括阻尼控制油缸、多态阻尼装置和悬挂油缸，所述阻尼控制油缸水平方向上设有左右两个油腔，每个油腔内均设有活塞杆；

所述阻尼控制油缸内设有活塞杆Ⅰ（14）和活塞杆Ⅱ（15），所述活塞杆Ⅰ（14）的两侧分别设有进油口A（16）和进油口B（17），所述活塞杆Ⅱ（15）的两侧分别设有进油口C（18）和进油口D（19）；

所述阻尼控制油缸外侧的活塞杆Ⅱ（15）与多态阻尼装置连接在一起，所述多态阻尼装置与悬挂油缸的油缸连接在一起；

所述活塞杆Ⅰ（14）和活塞杆Ⅱ（15）完全伸出时，此时阻尼控制油缸伸出行程最长，多态阻尼装置为无阻尼孔状态；

所述活塞杆Ⅰ（14）处于伸出状态，所述活塞杆Ⅱ（15）处于缩回状态时，由于活塞杆Ⅰ（14）的阻挡，活塞杆Ⅱ（15）不能完全缩回，此时阻尼控制油缸伸出行程中等，多态阻尼装置为中阻尼孔状态；

所述活塞杆Ⅰ（14）和活塞杆Ⅱ（15）同时缩回，此时活塞杆Ⅱ（15）缩回不受活塞杆Ⅰ（14）的限制作用可以完全缩回，所以此时阻尼控制油缸伸出行程最短，多态阻尼装置为大阻尼孔状态。

2.如权利要求1所述的矿用自卸车半主动油气悬挂控制系统，其特征在于：所述电磁换向阀Ⅰ（2）和电磁换向阀Ⅱ（3）为两位四通电磁换向阀。

3.如权利要求1所述的矿用自卸车半主动油气悬挂控制系统，其特征在于：所述电磁换向阀Ⅰ（2）和电磁换向阀Ⅱ（3）分别控制两个阻尼控制油缸的左侧油腔和右侧油腔。

4.一种如权利要求1所述的矿用自卸车半主动油气悬挂控制系统的使用方法，其特征在于：所述阻尼控制油缸内设有活塞杆Ⅰ（14）、活塞杆Ⅱ（15）、进油口A（16）、进油口B（17）、进油口C（18）和进油口D（19），还包括如下步骤：

Step1：控制器（1）实时监测称重传感器（10）、转向油缸位移传感器（11）、车速传感器（12）、货箱位置传感器（13）、制动压力传感器（20）的状态参数，根据上述传感器的参数变化向电磁换向阀Ⅰ（2）和电磁换向阀Ⅱ（3）发出控制信号；

Step2：阻尼控制油缸根据四个油口的液压油流向变化，阻尼控制油缸实现长、中、短三档不同的伸出行程；

Step3：多态阻尼装置根据阻尼控制油缸的活塞杆伸出状态改变阻尼孔大小，分别为无阻尼孔、中阻尼孔和大阻尼孔；

Step4：悬挂油缸根据阻尼孔大小的不同，改变阻尼大小，三挡阻尼分别为较软、中等和较硬。

5.如权利要求4所述的矿用自卸车半主动油气悬挂控制系统的使用方法，其特征在于：

在Step2中，当油口A（16）和油口C（18）进油，油口B（17）和油口D（19）出油，此时活塞杆Ⅰ（14）、活塞杆Ⅱ（15）同时伸出，活塞杆Ⅰ（14）和活塞杆Ⅱ（15）完全伸出，此时阻尼控制油缸伸出行程最长，多态阻尼装置受阻尼控制油缸的牵引作用将多态阻尼装置内的阻尼孔完全关闭，悬挂油缸此时阻尼为较硬；

当油口A（16）进油,油口B（17）回油，油口C（18）回油，油口D（19）进油，此时活塞杆Ⅰ（14）处于伸出状态，活塞杆Ⅱ（15）处于缩回状态，由于活塞杆Ⅰ（14）的阻挡，活塞杆Ⅱ（15）不能完全缩回，此时阻尼控制油缸伸出行程中等，多态阻尼装置受阻尼控制油缸的牵引作用将多态阻尼装置内的阻尼孔调整为中阻尼孔，悬挂油缸此时阻尼为中等；

当油口A（16）回油，油口B（17）进油，油口C（18）回油，油口D（19）进油，此时活塞杆Ⅰ（14）和活塞杆Ⅱ（15）同时缩回，由于此时活塞杆Ⅱ（15）缩回不受活塞杆Ⅰ（14）的限制作用可以完全缩回，所以此时阻尼控制油缸伸出行程最短，多态阻尼装置受阻尼控制油缸的牵引作用将多态阻尼装置内的阻尼孔调整为大阻尼孔，悬挂油缸（7）此时阻尼为较软。