带有自动沉陷和支臂深度控制的挖沟机的制作方法

专利名称：带有自动沉陷和支臂深度控制的挖沟机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在用于在挖掘期间在地上位置和地下位置之间控制挖掘器具的
系统和方法。挖掘器具连接到具有马达的挖掘机械。挖掘器具的位置和位置变化速率通过 使用的操作者可改变关系在马达速度和载荷乘数之间调节。挖掘器具的位置和位置变化速 率通过使用的操作者可改变关系进一步在附件驱动速度和附件乘数之间调节。计算机控制 挖掘器具的位置和速率，挖掘器具以所述速率在一般垂直方向移动，同时在地上位置和地
下位置之间挖掘土地。 传感器感知挖掘器具挖掘土地时指示马达性能和挖掘器具性能的性能参数。计算 机响应被感知的性能参数修正挖掘器具的致动，以当挖掘器具在地上位置和地下位置之间 移动马达受到载荷变化时保持马达在目标输出水平。而且，计算机响应被感知的性能参数 修正挖掘器具的致动，以当挖掘器具在地上位置和地下位置之间移动马达受到载荷变化时 保持挖掘器具驱动速度在目标输出水平。计算机响应被感知的性能参数，马达和挖掘载荷 的变化可以通过操作者设定修正马达速度和载荷乘数之间的关系而调整，并且进而通过操 作者设定修正附件驱动速度和附件乘数之间的关系而调整。 根据本发明的某个实施方式，履带挖沟机械包括枢转地安装到挖沟机械并且支撑 环状挖掘链的支臂。在挖掘期间，连接到挖掘机械和支臂的缸在地上位置和地下位置之间 移动支臂。臂位置传感器感知缸和/或支臂的位置并且产生信号连通这点到计算机。期望 的挖掘深度通过操作者设定而设置并且连通到计算机。响应于来自计算机或者其它控制装 置的控制信号的可控制阀调整缸的位置以修正支臂移动的速度。计算机和/或控制装置连 接到马达和可控制阀，控制可控制阀以修正支臂运动速度，为了保持马达在目标输出水平 而支臂在挖掘期间在地上位置和地下位置之间移动。计算机和/或控制装置连接到附件驱 动和可控制阀，控制可控制阀以修正支臂运动速度，为了保持附件驱动速度在目标速度而 支臂在挖掘期间在地上位置和地下位置之间移动。计算机和/或控制装置连接到支臂位置 传感器驱动和可控制阀，控制可控制阀以修正支臂位置，为了在挖掘期间获得和保持期望 的控制深度。


图1示出履带挖沟机的右视图，该挖沟机包括可操作地安装在附件支臂上的开沟机链挖沟附件； 图2示出履带挖沟机的概略的顶视图，该挖沟机包括又履带驱动装置、左履带驱 动装置和附件驱动装置； 图3示出具有履带挖沟机的右视图，摆动轮挖沟附件联接刀该挖沟机上。 图4示出现有技术履带挖沟机控制台的完整平面图，该面板结合了附件速度控
制、引擎油门、附件支臂控制以及显示器。 图5示出履带挖沟机控制台的完整透视图，该面板结合了负荷控制旋钮、引擎油 门、附件速度控制、手动支臂控制、自动挖掘激活开关，以及具有多个菜单导航和选择按钮 的显示器。 图6示出图5的控制台的完整的平面图； 图7示出图1的履带挖沟机的左视图，示出在完成进刀操作之前在地面以上构型 中的附件支臂； 图8示出图1的履带挖沟机的左视图，示出该附件支臂从地面以上构型转变到地 面以下构型； 图9示出图1的履带挖沟机的左视图，示出在完成进刀操作时，该附件支臂在地面 以下构型中。 图IO示出支臂致动器在縮回构型中的左视图，其可操作地连接到支臂位置传感 器。
图11示出图10的支臂致动器和支臂位置传感器在伸出构型中的左视图；
图12示出用于控制履带挖沟机支臂的进刀操作的计算机网络的框图，该网络使 用负荷控制旋钮、自动挖掘激活开关、手动支臂控制、支臂位置传感器，以及带有菜单导航 和选择按钮的显示器； 图12A是框图，示出与在图12中的计算机网络中使用的多个操作者设定有关的变 量的范例列表； 图12B是框图，示出与在图12的计算机网络中使用和计算的多个计算值有关的变 量的范例列表； 图12C是框图，示出与在图12的计算机网络中使用的多个预置设定有关的变量的 范例列表； 图12D是框图，示出与图12的计算机网络中使用的多个校准值有关的变量的范例 列表； 图13示出在特定设定下的负荷乘数对引擎速度的曲线图，并且示出具有上边界 和下边界的可修改的负荷乘数/引擎速度比例区； 图14示出图13的可修改的比例区和曲线图，其中通过顺时针转动负荷控制旋钮 已经提高了所述区的位置； 图15示出图13的可修改的比例区和曲线图，其中通过逆时针转动负荷控制旋钮 已经降低了所述区的位置； 图16示出在特定设定下的负荷乘数对附件驱动装置速度的曲线图，并且示出具 有上边界和下边界的可修改的附件乘数/附件速度比例区； 图17为示意图，示出可控阀从计算机网络接受信号并且利用从支臂位置传感器来的反馈而调节支臂致动器的移动和位置的实施例； 图18示出在给定的当前输入参数下，用于计算图13到15的负荷乘数/引擎速度 比例区的控制过程； 图19示出在给定的当前输入参数下，用于计算图13到15的负荷乘数的控制过 程； 图20示出在给定的当前输入参数下，用于计算图16的附件乘数的控制过程；
图21示出在给定的当前输入参数下，用于计算算得的支臂下电流的控制过程；
图22示出在给定的当前输入参数下，用于计算初步的支臂下电流和初步的支部 上电流的控制过程； 图23示出在给定的当前输入参数下，用于计算自动沉陷下电流和自动沉陷上电 流的控制过程；禾口 图24示出在给定的当前输入参数下，用于计算支臂下电流和支臂上电流的控制 过程。
具体实施例方式
本发明指向一种用于在地面以上位置37和地面以下位置39之间挖掘时控制挖掘 机器的挖掘工具51的系统和方法。 现在参考图7到9，示出履带挖沟机挖掘机器30，其包括枢转安装到履带挖沟机30 的牵引机部分45的支臂47。牵引机部分45包括右履带驱动装置34、左履带驱动装置32以 及引擎36。支臂47，其上可操作地安装了环形掘地链50，通过履带挖沟机30的牵引机部分 45和安装到支臂47的液压缸43的致动在地面以上位置37和地面以下位置39之间移动。 液压缸43包括机械联接到支臂47上的可延伸轴53。同样由联接件409联接到液压缸43 的是支臂位置传感器408，如图10和11所示，其向计算机网络182提供支臂位置信号410。 如图17所示，响应于由计算机网络182产生的支臂下阀控制信号414和支臂上阀控制信号 415，可控阀41调节液压流体到液压缸43的流动，如下面将更详细地描述的那样。
在示例构型中，计算机网络182包括符合由爱荷华州Ames的Sauer-Danfoss公司 制定的PLUS+lTM标准的多个控制器和其他部件。示例控制器模块包括MC050-010控制器模 块、MC050-020控制器模块、1X024-010输入模块以及0X024-010输出模块，所有这些模块爱 荷华州Ames的Sauer-Danfoss公司均有出售。在示例构型中，各种参数储存在非易失性存 储器中而软件代码保持在EPROM中。 如图7到图9和图12所示，支臂47是附件46的主框架和部件，附件46还包括附 件驱动马达48，优选从附件驱动泵49获得动力。速度传感器186优选联接到附件驱动马达 48并且产生附件驱动速度信号324。附件驱动泵49，其从引擎36获得动力，优选调节到附 件驱动马达48的液压油流动，后者接着给附件46提供动力。如图12所示，附件驱动泵49 优选响应由附件驱动泵信号322传达的指示，该信号由计算机网络182决定。可选择的，附 件控制可以作用在附件马达48上。可以在并行静液压回路中一起使用一个或更多附件驱 动泵49。 在本发明的特定实施例中，附件驱动马达48的致动受到速度传感器186的监控。 由传感器186产生的输出信号324被传达到计算机网络182。在本发明的特定实施例中，在
7附件驱动马达48和附件驱动泵49之间产生的可操作地液压被压力传感器监控并且由附件 静液压驱动压力信号323传达到计算机网络182。 在优选实施例中，附件46被联接到履带挖沟机30的牵引机部分45的后部。在本 领域中已经知道多种附件46，每一种专门用于完成指定类型的挖掘操作。图l示出一种使 用掘地链50的附件46，而图3示出摆动轮60附件46。其他附件，例如由爱荷华州Pella 的Vermeer Manufacturing Company制造的TERRAIN LEVELER ,在本领域中也是已知的。 本发明适于此处以及其他地方描述的各种附件46。 依照图7到图9中示出的实施例，履带挖沟机30被初始被定位在期望的挖掘位 置，其支臂47升高到地面以上位置37。典型的挖掘工作涉及两个挖掘操作。第一操作，叫 做进刀操作，涉及切割或以其他方式移除在地面水平(在图8中示出)和地面以下挖掘水 平，如图9中深度d所示，之间的泥土。对于图7到9中示出的那种履带挖沟机30，典型的 沟深d的范围在大约两英尺到20英尺之间。在完成进刀操作以后，支臂47穿入大地到期 望的挖掘深度d，可选择启动第二挖掘操作，叫做挖沟操作。典型的挖沟步骤包括保持支臂 47在该挖掘深度d以及推进牵引机45由此履带挖沟机30的附件46在期望的方向上，由此 从初始的进刀位置到沟位置的期望末端切割出沟来。 当液压动力被施加到附件46和履带驱动装置32和34同时履带挖沟机30处于地 面以下位置39时，产生挖沟操作。当液压动力被施加到附件46以及在支臂47的降低方向 上(看图17)施加到支臂缸43时，产生进刀挖掘。挖沟和进刀可以同时发生，导致沟的深 度d增大。在挖沟挖掘、进刀挖掘或两者的组合的过程中，液压动力引起在附件46的主动 部分，即掘地链50或摆动轮60，的移动。可选安装到附件46的主动部分的是由适当硬度的 材料，例如硬质合金齿或切割工具，形成的挖掘工具。提供到履带驱动装置32和34及/或 支臂缸43的液压动力移动附件46的主动部分，该主动部分驱动附件46的地下部分到未挖 掘的泥土内。附件46的主动部分和安装到其上的工具接合并打碎泥土，并且将它从挖掘的 区域带走。 当被致动的掘地链50和支臂47从地面以上位置37移动经过不同的泥土到挖掘 深度d时，在具有变化的地球物理特性的上泥土中完成进刀操作在挖掘难度上的产生伴随 的变化。另外，进刀或挖沟通过在相邻层中具有明显地球物理变化的泥土，会导致出现残桩 以及移动那些较硬的被柔软的相邻层不良支撑的层。被移动的较硬层会堵塞到切割工具 内，并导致掘地链50和附件46驱动装置停转。 通过提升支臂47直到堵塞被清除，控制系统自动回应附件46的驱动装置的停转， 不需要操作者介入。之后，支臂47被再次降低，重新开始进刀及/或挖沟挖掘。
不需要操作者介入，当在地面以上和地面以下位置之间挖掘泥土时控制系统和方 法修改挖掘工具51的致动，以便响应于在挖掘操作过程中引擎负荷的变化而保持引擎36 在目标操作水平向挖掘工具51提供动力。同样的，控制系统和方法同时修改挖掘工具51 的致动以便在挖掘过程中保持附件46驱动装置在目标速度。 不需要操作者介入，控制系统和方法获得，并在此后保持期望的挖掘深度d。在一 个实施例中，由操作者选择期望的支臂(支臂缸)位置432。计算机网络182将期望的支 臂位置432与由支臂位置传感器408传达的支臂位置信号410比较。在期望的位置432和 支臂位置信号410之间的差异导致送出校正性支臂阀下信号414或者校正性支臂阀上信号415到可控阀41。这致使支臂47移动到更靠近期望位置432的位置。该过程反复重复直 到到达期望位置432。之后，反复重复该过程以保持该期望位置432，可以向该系统引入适 应扰动。 在本发明的优选实施例中，控制系统使用各种信号和设定以完成其不同目的和功 能。对于本公开的目的，这些控制系统变量可以大致分成七个主要的种类。这些种类可以 彼此交迭并被引入以构成本公开。可以用其他方法分类本发明的这些和其他元素，下面的 分类方法不应被解释为对本发明的限制。 在特定实施例中，如图12所示，许多信号和设定中的特定的一些391、392、393和 394储存在计算机网络182内的非易失性存储器中。其他信号和设定可以由来自控制杆或 旋钮的输出值，或例如引擎36这样的部件发出的数字信号表示。 第一种类控制系统信号和设定包括一组预置设定393，这些设定在制造控制系统 时被预置。这些预置设定393的例子示出在图12C中。这些包括单位为转/每分钟(RPM) 的最大引擎工作速度304、单位为RPM的比例区的宽度305，以及请求最大阀开口的饱和阀 命令信号的值416。本发明的其他实施例可以允许让这些值中的一些或所有在其他时间被 设定及/或重新设定。 第二种类信号和设定包括在校准过程中得到的一组校准值394。这些校准值的例 子在图12D中示出。其包括对可控阀41的阈值支臂下输出信号值402。确定该值的校准方 法仅仅是增大支部下阀控制信号414到可控阀41，直到支臂液压缸43的活塞杆移动。启动 移动的控制信号414的值然后被记录为阈值支臂下值402并被储存在计算机网络182中。 在本发明的特定实施例中，可控阀41可以被预校准或者可以不需要校准。
第三种类信号和设定包括一组操作者设定391，其由操作者基于特殊场合而设定， 通常是通过访问在操作者的控制台52上的控制装置(看图5和6)。在图12A中示出这些 操作者设定391的例子。额外的例子包括引擎油门206设定、附件速度控制设定98、自动 沉陷激活设定185，以及负荷控制信号308，其以百分比为单位。负荷控制信号308优选由 负荷控制旋钮380产生，当该旋钮被完全逆时针旋转时该旋钮产生0%的信号，当被完全顺 时针旋转时产生100%信号，当在这两个极端之间时产生成标度的值。操作者显示器100 和软件菜单导航和选择按钮102提供访问使得能够观看和编辑各种控制系统菜单设定。可 选地，显示器100可以是触摸屏及/或被计算机鼠标导航。在优选实施例中，可经由显示器 100编辑的这些设定包括单位为RPM的负荷限制控制设定303、单位为百分比的支臂落下速 度限制器值406、单位为百分比的期望支臂(或支臂缸)位置432、附件驱动装置速度比例 区下边界462，以及附件驱动装置速度比例区上边界463。各种其他的附件控制可选择位于 操作者的控制台52上。特定的操作者和特定的挖沟和进刀技术可以在连续的基础上使用 一个或更多这些技术。在特定实施例中，这些设定中的一些可以在控制系统的制造过程中 被预置，并且可以无法被操作者修改。 第四种类信号和设定包括在更频繁或连续的基础上由操作者调节的那些设定，通 常是通过访问在操作者的控制台52上的控制装置(看图5和6)。这样的一个例子包括手 动支臂控制开关183，用于手动地操作支臂47的位置。 第五种类信号和设定包括那些表示测得的挖沟机30的物理或环境状况及/或挖 沟机30对控制系统和环境的反应的信号。例子包括由引擎速度传感器208产生的单位为RPM的引擎速度信号312、由附件驱动装置速度传感器186产生的单位为RPM的附件驱动装 置速度肆虐好324、附件液压静力驱动压力323、单位为百分比的支臂(支臂缸)位置信号， 以及各种系统和环境温度。 第六种类信号和设定包括被控制系统计算机网络182校准用于由控制系统进一
步使用的一组校准值392。这些校准值392的例子在图12B中示出。其包括负荷乘数317、
负荷乘数/引擎速度比例区的上边界311、附件乘数417、算得的支臂下电流442、初步支臂
下电流44、初步支臂上电流445、自动沉陷下电流446以及自动沉陷上电流447。 第七种类信号和设定包括那些由控制系统得到的用于系统参数控制的信号。这些
信号的例子包括支臂下阀控制信号414、支臂上阀控制信号415以及附件驱动泵信号322。 上面描述的控制系统输入信号和设定可以由操作者对不连续的物理开关设定
(例如自动沉陷激活设定185)的选择、操作者对连续物理控制设定(例如期望的支臂位置
432)的选择，或者操作者经由操作者显示器100和菜单按钮102(例如负荷限制控制设定
303)对不连续或连续的设定的选择而产生。访问和改变如上所述的这些设定的方法可以重
构在实际和虚拟控制系统接入点之间，其不偏离本发明的真正的精神。 现在参考附图以便于更深入的讨论，尤其是参考图到24，其示出与履带挖沟机30
一起使用的自动沉陷和支臂深度控制系统。 如上所述，图5和6示出具有多个实际和虚拟接入点的操作者的控制台52的实施 例，其允许操作者自动地或手动地控制与进刀和支臂深度控制有关的各种功能。
图7到9示出当支臂47移动通过其运动范围时，支臂47、牵引机45和支臂致动液 压缸43的运动学布局和连接的实施例。图10和11进一步示出支臂致动液压缸43具有縮 回长度R和伸出长度R+E。在优选实施例中，支臂缸位置传感器408被联接件409联接到液 压缸43从而活塞杆53的任何伸出或縮回将产生相应的传感器408的伸出和縮回。在优选 实施例中，传感器408时霍尔效应传感器，其产生与传感器408的延伸成标度的电信号。
图12示出各种信号被计算机网络发送和接收以及它们连接到履带挖沟机30的各 种部件的一个实施例。另外，在各种部件之间，示出几个机械和液压连接。
图13到15示出可修改的比例区330，其中在引擎速度312和负荷乘数317之间的 关系是成标度的。通过使用负荷控制旋钮380提高331或降低332，操作者可以选择并随 后修改比例区330的位置。如图14所述，负荷控制旋钮380的顺时针移动提高比例区330 的331位置。相反的，如图15所示，负荷控制旋钮380的逆时针移动降低332位置。负荷 控制旋钮380的指定位置可以根据操作者的偏爱及/或当前挖沟/进刀环境而设定。比例 区330和负荷乘数317，如图13到15中所示以及在图18和19中算出，描绘了线性标度关 系。在本发明的另一实施例中，可以使用其他非线性函数关系，可以包括其他项例如积分和 导数项。 图16示出可修改的比例区460，其中附件驱动装置速度324和附件乘数417之间 的关系是成标度的。操作者可以选择并随后修改比例区460的上边界463的位置，或者通 过提高467或者通过降低468。同样地，操作者可能选择并随后修改比例区460的下边界 462的位置，或者通过提高465或通过降低466。通过使用在操作者控制台52上的操作者 显示器100和软件菜单导航和选择按钮102，对边界463和462提高467和465和降低468 和466可以被完成。比例区460和附件乘数417，如图16所示以及如图20中计算，描绘了
10线性的标度关系。在本发明的其他实施例中，可以使用其他非线性功能关系，可以包括其他 元件例如阻尼。 图17是简化的示意图，示出在计算机网络182、可控阀41、支臂液压缸43、支臂缸 位置传感器408、液压供应泵55以及液压箱57。如上面所述，计算机网络182将由支臂缸 位置信号410表示的实际的支臂缸43的位置与期望的支臂缸位置432比较(看图12)。如 果希望伸出支臂缸43，如图18到24中所算出的支臂下阀控制信号414，被发送到可控阀 41，将线轴变换到左面并使供应泵55的压力沿液压管路59被送到缸43。这一动作又使活 塞杆53延伸并使液压流体返回而沿液压管路61被送到箱57。如果希望縮回支臂缸43的 位置，如图18到24中所计算的支臂上阀控制信号415，被发送到可控阀41，将线轴变化到 右面并使供应泵55的压力被沿液压管路61送到缸43。这一动作又使活塞杆53縮回并使 液压流体被沿液压管路59送到箱57。如果不希望支臂缸43的位置有改变，则没有信号被 送到可控阀41，而线轴保持在中心，阻挡液压管路59和61。这样，使活塞杆53保持固定。 本发明的其他实施例可以替代使用其他阀门装置，该阀门装置具有不同的细节当产生类似 的结果。 图18到24描述本发明的在流程图情况下的实施例，该流程图计算和操纵各种控 制系统变量以在自动模式和手动模式下控制支臂47的位置。可以预见，能设计在各种变量 之间产生等价关系的其他算法。 图18示出计算和储存比例区330的上边界311和下边界310的方法。对于该方 法的输入在步骤602到608中被取回并且包括在步骤602中的最大引擎工作速度304、在步 骤604中的比例区305的宽度、在步骤606中的负荷限制控制设定303，以及在步骤608中 的负荷控制设定308。如步骤610中所示计算下边界310，并储存它，而在步骤612中计算 上边界311，并储存。然后重复该计算循环。 图19示出计算和储存负荷乘数317的方法。对于该方法的输入在步骤620到626 中被取回，并包括在步骤620中的实际的引擎速度312、在步骤622中的比例区330的下边 界310和在步骤624中的比例区330的上边界311 ，以及在步骤626中的比例区的宽度305。 引擎速度312在步骤628中测试，如果发现它小于或等于下边界310，则在步骤630中负荷 乘数317被设定为0%并被储存。如果步骤628的结果是"否"，则在步骤632中测试引擎 速的312。如果发现引擎速度312在上边界311和下边界310之间，则如步骤634所示计 算负荷乘数317并将其储存。如果步骤632的结果是"否"，则在步骤636中测试引擎速的 312。如果发现引擎速度312大于或等于上边界311，则在步骤638中将负荷乘数317设定 到100%并将其储存。如果步骤636的结果是"否"，在步骤640中产生超范围出错。当负 荷乘数317被储存以后或者在步骤640以后，重复该计算循环。 图20示出附件乘数417被计算和储存的方法。对于该方法的输入在步骤660到 664中被取回，并包括在步骤660中的附件驱动装置速度324、在步骤662中的附件速度比 例区460的下边界462以及在步骤664中的附件速度比例区460的上边界463。附件驱动 装置速度在步骤668中测试，如果发现它小于或等于下边界462，则在步骤670中将附件乘 数417设定为0%并储存。如果步骤668的结果是"否"，则在步骤672中测试附件驱动装置 速的324。如果发现附件驱动装置速的324在上边界463和下边界462之间，则如步骤674 所示计算附件乘数417并将其储存。如果步骤672的结果是"否"，则在步骤676中测试附
11件驱动装置速的324。如果法向附件驱动装置速的324大于或等地于上边界463，则在步骤678中将附件乘数417设定为100%并储存。如果步骤676的结果是"否"，则在步骤680中产生超范围出错。当储存了附件乘数417以后或者在步骤680以后，重复该计算循环。
在本发明的某些实施例中的特征涉及图13到15中示出并在图18和19中计算的负荷乘数317和相关的操作者可修改的比例区330。负荷乘数317提供引擎36反馈到控制系统，并被用于计算算得的支臂下电流442，如图21所示。另外，在本发明的某些实施例中的特征涉及在图16中示出并在图20中计算的附件乘数417以及相关的操作者可修改的比例区460。附件乘数417提供附件驱动速度324反馈到控制系统，并还被用于计算算得的支臂下电流442，如图21所示。如图22所示如果满足特定测试的话，算得的支臂下电流442被进一步用作初步支臂下电流444。如图23所示如果满足特定测试的话，该初步支臂下电流44被进一步用作自动沉陷下电流446。如图24所示，如果满足特定测试的话，该自动沉陷下电流446被进一步用作支臂下电流414并被送到可控阀41。 负荷乘数317和比例区330提供的好处是，基于引擎负荷连续调整算得的支臂下电流442。这允许引擎36连续在高的输出水平上工作，因而履带挖沟机30获得高的生产水平。换句话说，如果履带挖沟机30遇到了致密的土壤使得在进刀操作期间引擎速度312被拉下来，则负荷乘数317被减小，这也导致算得的支臂下电流442的减小。在算得的支臂下电流442还变成支臂下电流414的情况中(如前面的段落所述)，可控阀41降低支臂47沉陷的比率，因而收回在引擎36上的一些负荷并使得引擎速度312可以增大。相反，如果遇到了松软的土壤使得引擎速度312增大，则负荷乘数317被增大。这对应地导致支臂47沉陷的比率的增大。这一动作增大了在引擎36上的负荷并降低引擎速度312。通过对控制系统变量的正确调整，引擎速度312可以被保持在高输出的区域，为此目的可以连续和自动地调整支臂47沉陷的比率。 附件乘数417和比例区460提供的好处是，基于附件驱动速度324连续调整算得的支臂下电流442。这允许附件驱动速度324连续在接近目标速度的速度下工作。换句话说，如果履带挖沟机30遇到了致密的土壤使得在进刀操作期间附件驱动速度324被来下来，则附件乘数417被减小，这也导致算得的支臂下电流442的减小。在算得的支臂下电流442还变成支臂下电流414的情况中(如前面两段所述)，可控阀41降低支臂47沉陷的比率，因而收回一些附件马达48的负荷并是附件驱动速度324可以增大。相反，如果遇到了松软的土壤使得附件驱动速度324增大，则附件乘数417被增大，这对应地导致支臂47沉陷的比率的增大。这一动作增大在附件马达48上的负荷并且降低附件驱动速度324。通过对控制系统变量的正确调整，附件驱动速度324可以被保持在期望的区域中，为此目的可以连续地和自动地调整支臂47的比率。 通过转动负荷控制旋钮380允许操作者调整比例区330这一措施提供的好处是，让操作者能够将履带挖沟机30调整到给定的环境或期望的表现。使引擎36有不同负荷使用不同的能获得的马力和扭矩，因而允许改变和调整挖沟的结果。同样，允许操作者调整附件速度比例区460这一措施提供的好处是，让操作者能够进一步调整履带挖沟机30。使附件马达48有不同负荷员许改变和调整挖沟的结果。 现在回到图21，示出用于计算和储存算得的支臂下电流442的方法。该方法使用附件乘数417和负荷乘数317以提供反馈，如上所述。对该方法的输入在步骤700到708中取回，包括在步骤700中的最大支臂电流416、在步骤702中的支臂落下速度限制器406、在步骤704中的附件乘数417、在步骤706中的负荷乘数317，以及在步骤708中的支臂阈值电流402。如步骤710中所示，算得的支臂下电流442被计算和储存。然后重复该计算循环。 图22示出计算和储存初步支臂下电流44和初步支臂上电流445的方法。该方法允许控制系统自动地控制支臂位置，目标是达到和保持期望的支臂缸位置432。对该方法的输入在步骤720到726中取回，包括在步骤720中的最大支臂电流416、在步骤722中的算得的支臂下电流442、在步骤724中的期望的支臂缸位置432，以及在步骤726中的实际的支臂缸位置410。在步骤728中测试实际的支臂缸位置410，如果发现其小于期望的支臂缸位置432，则在步骤730中将初步支臂下电流444设定为等于算得的支臂下电流442并储存，并且在步骤732中将初步支臂上电流445设定为等于零并储存。如果步骤728的结果是否，则在步骤734中测试实际的支臂缸位置410，如果发现其等于期望的支臂缸位置432，则在步骤736中将初步支臂下电流444设定为等于零并储存，并且在步骤738将初步支臂上电流445设定为等于零。如果步骤734的结果是否，则在步骤740中测试实际的支臂缸位置410，如果发现其大于期望的支臂缸位置432，则在步骤742中将初步支臂下电流444设定为等于零并储存，并且在步骤744中将初步支臂上电流445设定为等于最大支臂电流416。如果步骤740的结果是否，则在步骤746中产生超范围出错。当初步支臂下电流444和初步支臂上电流445被储存以后或者在步骤746之后，重复该计算循环。该方法也包括和接合本领域中已知的控制系统技术，例如在步骤728、734和740中提供死区。该方法还包括和接合例如P-I-D这样的控制系统技术以达到期望的支臂缸位置432。
图23示出计算和储存自动沉陷下电流446和自动沉陷上电流447的方法。在附件驱动停转并由于停转恢复而重新开始时，该方法允许控制系统自动地中断进刀及/或挖沟过程以及升高支臂47。对该方法的输入在步骤760到766中取回，包括步骤760中的最大支臂电流416、步骤762中的初步支臂下电流444、步骤764中的初步支臂上电流445，以及步骤766中的附件驱动速度324。在步骤768中测试附件驱动速度324，如果发现是零，则在步骤770中将自动沉陷下电流446设定为等于零并储存，并且在步骤772中将自动沉陷上电流447设定为等于最大支臂电流416并储存。如果步骤768的结构是否，则在步骤774中将自动沉陷下电流446设定为等于初步支臂下电流444并储存，并且在步骤776中将自动沉陷上电流447设定为等于初步支臂上电流445并储存。然后重复该计算循环。该方法也可以包括和接合本领域已知的控制系统技术，例如在步骤768中提供死区。
图24示出计算和储存支臂下电流414和支臂上电流415的方法。该方法允许激活自动沉陷和自动的支臂深度控制。当操作者启动手动支臂控制183和在停动后重新开始时，该方法还允许控制系统中断自动沉陷和自动的支臂深度控制功能。此外，该方法允许使用手动支臂控制183功能而禁用自动沉陷和自动的支臂深度控制功能。对该方法的输入在步骤800到808中取回，包括步骤800中的最大支臂电流416、步骤802中的自动沉陷激活开关位置1S5、步骤804中的手动支臂控制开关位置1S3、步骤806中的自动沉陷下电流446，以及步骤808中的自动沉陷上电流447。在步骤810中测试手动支臂控制开关位置183，如果发现它是在"上"，则在步骤812中将支臂下电流414设定为等于零并储存，并且在步骤814中将支臂上电流415设定为最大支臂电流416并储存。如果步骤810的结果是否，则在步骤816中测试手动支臂控制开关位置183，如果发现它是在"下"，则在步骤818中将支臂下电流414设定为等于最大支臂电流416并储存，并且在步骤820中将支臂上电流415设定为等于零并储存。如果步骤816的结果是否，则在步骤822中测试手动支臂控制开关位置183，如果发现它是在"关"，则在步骤824中测试自动沉陷激活开关位置185，如果发现它是在"开"，则在步骤826中将支臂下电流414设定为等于自动沉陷下电流446并储存，并且在步骤828中将支臂上电流415设定为等于自动沉陷上电流447并储存。如果步骤824的结果是否，则在步骤830中测试自动沉陷激活开关位置185，如果发现它是"关"，则在步骤832中将支臂下电流414设定为等于零并储存，并且在步骤834中将支臂上电流415设定为等于零。如果步骤830的结果是否，则在步骤838中产生超范围出错。如果步骤832的结果是否，则在步骤838中产生超范围出错。当支臂下电流414和支臂上电流415被储存以后或者在步骤836或838之后，重复该计算循环。 在本说明书中公开的计算机网络182可包括一个或更多计算设备。这些计算设备可以物理分布在履带挖沟机30对面，可以被结合在履带挖沟机30的特定部件中，例如发动机36。控制系统可以具有结合到计算机网络182中的计算设备。这些计算设备可以以各种名字已知的设备，包括控制器、计算机。这些计算设备可以是数字的或模拟的，并且可以由软件编程。 在某些情况中，当讨论特定变量，例如RPM时，上述公开参考特定体系的单位。可以预见，在这些情况中的每一种情况中，可以使用替代体系的单位。还可以预见，当希望的时候可以使用单位体系的变换，例如期望的以百分比为单位的支臂缸位置可以被变换成期望的以度为单位的支臂位置。 在上面段落和附图中用特定信号类型和单位描述了某些信号，例如负荷控制信号308描述为具有0%到100%的范围而可控阀信号414和415被描述为使用毫安(mA)电流单位。可以用各种其他信号类型和单位来代替上面描述的这些，而不偏离本发明的真正精神，例如负荷控制信号308可以被脉宽调制(P丽)信号代替。同样，这些信号也可以在控制系统自身内被从一种信号类型变换成另一种信号类型，例如，开始可控阀信号414和415在计算机网络182作为数字信号出现并被变换成毫伏(mV)信号。这些变换可以发生在不同地点，包括在产生该信号的装置内、在信号变换器内、在控制器内，及/或在计算机网络182内。 上面的说明讲述了本发明的具有各种反馈控制回路的实施例。在本领域中已知有许多种回路控制。包括在这些技术里面的是各种误差计算方法、增益校正、斜升、延迟、数值平均、滞后、标度-积分-微分，以及其他数学回路控制技术。可以预见，这些方法中的某些可以和上面描述的实施例结合并实施。 上面的说面讲述了本发明的一些实施例，这些实施例接受来自引擎36的反馈以及附件驱动速度324以用于控制支臂47移动的速度。本发明的其他实施例接受来自其他参数的反馈，例如附件驱动压力323，其也用于该目的。 在本领域中已知电子和机械致动器。此外，引擎可以向电子及/或机械致动器提供动力，该致动器可以操作性连接到支臂上。可以预见，上述致动器可以替代上面的说明中的液压缸43、可控阀41和供应泵55。当前公开的控制系统可以被改装以控制上述致动器。
上面的说明、示例以及数据为本发明的组成的制造和使用提供了完整的描述。由
14于可以不偏离本发明的精神和范围做出本发明的许多实施例，本发明的权力归于后面所附的权利要求。
权利要求
一种用于控制致动器沉陷挖掘附件的控制系统，所述挖掘附件由具有驱动速度的附件驱动装置提供动力，所述控制系统包括控制器，其产生致动器输出信号用于改变所述致动器的沉陷速度，所述控制器限定驱动速度的区，在所述区内所述致动器输出信号的幅度随着驱动速度的增大而增大并且随着驱动速度的减小而减小。
2. 根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述附件驱动装置是静液压驱动装置。
3. 根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，用户界面允许操作者手动改变驱动 速度的所述区。
4. 根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述附件驱动装置由具有引擎速度 的引擎提供动力，所述控制器限定引擎速度的区，在所述区内所述致动器输出信号的幅度 随引擎速度的增大而增大，随引擎速度的减小而减小。
5. 根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述附件驱动装置是静液压驱动装置。
6. 根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，用户界面允许操作者手动改变引擎 速度的所述区。
7. 根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于，当所述操作者改变引擎速度的所述 区时，引擎速度的所述区的宽度保持不变。
8. 根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述用户界面包括标度盘。
9. 一种用于控制致动器沉陷挖掘附件的控制系统，所述挖掘附件由具有驱动速度的附 件驱动装置提供动力，所述附件驱动装置由具有引擎速度的引擎提供动力，所述控制系统 包括控制器，其产生致动器输出信号用于改变所述致动器的沉陷速度，所述控制器限定引 擎速度的区，在所述区内所述致动器输出信号的幅度随着引擎速度的增大而增大并且随着 引擎速度的减小而减小。
10. 根据权利要求9所述的控制系统，其特征在于，所述附件驱动装置是静液压驱动装置。
11. 根据权利要求9所述的控制系统，其特征在于，用户界面允许操作者手动改变引擎 速度的所述区。
12. 根据权利要求11所述的控制系统，其特征在于，当所述操作者改变引擎速度的所 述区时，引擎速度的所述区的宽度保持不变。
13. 根据权利要求11所述的控制系统，其特征在于，所述用户界面包括标度盘。
14. 一种用于控制致动器升高和降低挖掘附件的控制系统，所述控制系统包括 挖掘附件位置传感器，其发送与实际挖掘附件位置有关的信号到控制器，所述控制器将实际的挖掘附件位置与期望的挖掘附件位置相比较，所述控制器发送致动器输出信号到 所述致动器上以朝向所述期望的挖掘附件位置升高或降低所述挖掘附件； 用户界面，其允许操作者手动改变所述期望的挖掘附件位置。
15. 根据权利要求14所述的控制系统，其特征在于，所述挖掘附件位置传感器是霍尔 效应传感器。
16. 根据权利要求14所述的控制系统，其特征在于，所述挖掘附件位置传感器安装在 所述致动器上。
17. —种用于控制致动器升高和降低挖掘附件的控制系统，所述挖掘附件由具有驱动 速度的附件驱动装置提供动力，所述控制系统包括监控所述驱动速度的控制器，所述控制器产生致动器输出信号用于在所述驱动速度达 到预定速度时升高所述挖掘附件。
18. 根据权利要求17任一所述的控制系统，其特征在于，所述预定速度是零。
19. 根据权利要求17所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括挖掘附件位置 传感器，其发送与实际挖掘附件位置有关的信号到所述控制器，所述控制器将所述实际的 挖掘附件位置与期望的挖掘附件位置相比较，当所述驱动速度高于所述预定速度时所述控 制器发送所述致动器输出信号到所述致动器以朝向所述期望的挖掘附件位置升高或降低 所述挖掘附件，所述控制系统包括用户界面，其允许操作者手动改变所述期望的挖掘附件 位置。
20. 根据权利要求19所述的控制系统，其特征在于，所述预定速度是零。
21. 根据权利要求19所述的控制系统，其特征在于，所述挖掘附件位置传感器是霍尔 效应传感器。
22. 根据权利要求19所述的控制系统，其特征在于，所述挖掘附件位置传感器安装在 所述致动器上。
全文摘要
本发明公开一种用于在地面以上位置和操作者指定的地面以下位置之间挖掘时控制和致动挖掘工具以及用于一旦达到该特定地面以下位置就保持该位置的系统和方法。通过使用操作者可修改的在引擎工作速度和致动器速度之间的关系来调节对挖掘工具的致动。通过使用操作者可修改的在附件驱动速度和致动器速度之间的关系进一步调节对挖掘工具的致动。计算机网络(182)响应于来自操作者的输入和作为挖掘工具穿过土地的进展的来自引擎速度、附件驱动速度以及致动器位置传感器(408)的反馈而控制挖掘工具的致动。这使得当挖掘工具在地面以上位置和地面以下位置之间移动遇到负荷的变化时，系统保持引擎速度和附件驱动速度在期望的输出水平。
文档编号E02F9/20GK101790613SQ200880104740
公开日2010年7月28日 申请日期2008年6月26日 优先权日2007年6月29日
发明者泰·哈特威克 申请人:维米尔制造公司