一种液压行走系统行走直线性自动检测和纠偏控制方法

技术领域

本发明属于液压行走设备领域，涉及一种液压行走系统行走直线性自动检测和纠偏控制方法。

背景技术

旋挖钻机由于重心较高，行走路况多为高低不平的坑洼路面，致使重心变化，左右履带负载多变，主机遇到坑洼、路面倾斜等路况左右履带负载不同时常导致跑偏，为降低行走跑偏量，电气工程师需做大量测试标定合适的主泵电流以提高直线行走性能，操作复杂，费时费力。

旋挖转机行走跑偏会严重影响其工作效率，而且会产生钻机上下板车侧翻的风险，旋挖转机长期跑偏会造成啃带、履带磨损等问题，同时会大大增加机手的操作难度，进而导致机手操作体验下降。

发明内容

为了解决目前工程机械直线行走的检测和纠偏系统及方法存在人工成本高、控制精度差、操作性能低等许多问题，尤其是存在没有实现自动化检测和纠偏的技术缺口的问题，本发明提供本发明采用的技术方案是：

一种液压行走系统行走直线性自动检测和纠偏控制方法，包括以下步骤：

获取液压行走系统前进模式或后退模式下两个液压马达的压力信号；

对获取的两个液压马达的压力信号，分别计算得到两个液压马达的单向阀的压力损失，基于两个液压马达的单向阀的压力损失，分别得到两个液压马达的流量Q

基于两个液压马达的流量Q

进一步地：所述获取液压行走系统前进模式或后退模式下两个液压马达的压力信号包括：

前进模式下，获取第一液压马达右侧单向阀前方压力信号、第一液压马达右侧单向阀前后方压力信号及第二液压马达右侧单向阀前方压力信号、第二液压马达右侧单向阀后方压力信号；

后退模式下，获取第一液压马达左侧单向阀前方压力信号、第一液压马达左侧单向阀后方压力信号及第二液压马达左侧单向阀前方压力信号、第二液压马达左侧单向阀后方压力信号。

进一步地：所述基于两个液压马达的流量Q

当Q

当Q

进一步地：所述液压马达的流量基于下列公式得到：

其中：Q为流量；α为流量系数；A为横截面积；ΔP为压力差；ρ为流体密度。

进一步地：所述PID控制方法采用的传递函数为：

其中：K

一种液压行走系统行走直线性自动检测和纠偏控制装置：包括：

信号获取模块：用于获取液压行走系统前进模式或后退模式下两个液压马达的压力信号；

信号处理模块：用于对获取的两个液压马达的压力信号，分别计算得到两个液压马达的单向阀的压力损失，基于两个液压马达的单向阀的压力损失，分别得到两个液压马达的流量Q

PID控制模块：用于基于两个液压马达的流量Q

本发明提供的一种液压行走系统行走直线性自动检测和纠偏控制方法，对液压行走系统中的两液压马达流量进行随时检测并重新调整两马达流量一致，从而大大节省人工成本，实现工程机械直线行走的自动化检测和纠偏，进而能降低钻机上下板车侧翻的风险，提高机手操作体验感，减轻旋挖钻机长期跑偏造成的啃带、履带磨损等问题，提高履带使用寿命，缩短维修保养周期。本发明的有效益处是：

1)提高旋挖钻机行走直线性，降低钻机上下板车侧翻的风险，提高机手操作体验感。

2)减轻旋挖钻机长期跑偏造成的啃带、履带磨损等问题，提高履带使用寿命，缩短维修保养周期。

3)替代手动纠偏的工作。

4)该直线行走控制方法同样适应于其它工程机械。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明工程机械系统原理图；

图2是本发明方法流程图；

图3是本发明装置的具体组成及工作原理图；

图4是本发明PID控制模块控制逻辑原理图；

图5是本发明工程机械直线行走系统中平衡阀油口标注图；

图6是本发明主泵流量控制逻辑原理图。

附图标记：1、第一主泵，2、第二主泵，3、第一换向阀，4、第二换向阀，5、第一制动阀，6、第二制动阀，7、第一平衡阀，8、第二平衡阀，9、第一卸荷阀，10、第二卸荷阀，11、第一液压马达，12、第二液压马达，13、第一压力传感器、14、第二压力传感器，15第三压力传感器，16、第四压力传感器，17、第五压力传感器，18、第六压力传感器，19、第七压力传感器，20、第八压力传感器，21、信号获取模块，22、数据处理模块，23、第一制动缸，24、第二制动缸，25、PID控制模块。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1，该工程机械直线行走系统，包括第一主泵1、第二主泵2、第一换向阀3、第二换向阀4、第一制动阀5、第二制动阀6、第一平衡阀7、第二平衡阀8、第一卸荷阀9、第二卸荷阀10、第一液压马达11、第二液压马达12、第一压力传感器13、第二压力传感器14、第三压力传感器15、第四压力传感器16、第五压力传感器17、第六压力传感器18、第七压力传感器19、第八压力传感器20、第一制动缸23、第二制动缸24和控制器；

所述控制器对应软件装置即为液压行走系统行走直线性自动检测和纠偏控制装置；所述液压行走系统行走直线性自动检测和纠偏控制装置包括信号获取模块21、数据处理模块22、和25、PID控制模块。

图1是本发明工程机械系统原理图；所述程机械直线行走系统具体的连接方式可分为左右两侧描述，左侧的第一换向阀3一端连接第一主泵11出油口，第一换向阀3另一端接回油箱，第一换向阀3另两端分别与第一液压马达11进出油口连接，第一制动阀5两主油口分别与第一液压马达11进出油口连接，第一制动阀5控制油口与第一制动缸23连接，第一平衡阀7的a、b油口与第一液压马达11的一侧油口连接，d、e油口与第一液压马达11的另一侧油口连接，c油口与第一液压马达11两侧油口连接，且a与b、b与c、c与d、d与e油口间均安装单向阀，a与b间单向阀前后安装第一压力传感器13和第二压力传感器14，d与e间单向阀前后安装第三压力传感器15和第四压力传感器16，第一卸荷阀9外部油口分别与第一液压马达11进出油口连接，内部油口接回油箱，第一液压马达11外侧安装减速器，第一压力传感器13、第二压力传感器14，第三压力传感器15，第四压力传感器16采集第一液压马达11的压力信号，并将信号输入信号获取模块21。

前进模式下：所述第三压力传感器15和所述第四压力传感器16采集第一液压马达压力信号；所述第七压力传感器19和所述第八压力传感器20采集第二液压马达压力信号；

所述第三压力传感器15和所述第四压力传感器16分别位于所述第一液压马达11的右侧单向阀前方和后方；

所述第七压力传感器19和所述第八压力传感器20分别位于所述第二液压马达12的右侧单向阀前方和后方；

前进后退模式下：所述第一压力传感器13和所述第二压力传感器14采集第一液压马达11的压力信号；所述第五压力传感器17和所述第六压力传感器18采集第二液压马达12的压力信号；

所述第一压力传感器13和所述第二压力传感器14分别位于所述第一液压马达11的左侧单向阀前方和后方；

所述第五压力传感器17和所述第六压力传感器18分别位于所述第二液压马达12的左侧单向阀前方和后方；

右侧的第二换向阀4一端连接第二主泵2出油口，另一端接回油箱，另两端分别与第二液压马达12进出油口连接，第二制动阀6两主油口分别与第二液压马达12进出油口连接，第二制动阀6控制油口与第二制动缸24连接，第二平衡阀8的a、b油口与第二液压马达12的一侧油口连接，d、e油口与第二液压马达12的另一侧油口连接，c油口与第二液压马达12两侧油口连接，且a与b、b与c、c与d、d与e油口间均安装单向阀，a与b间单向阀前后安装第五压力传感器17和第六压力传感器18，d与e间单向阀前后安装第七压力传感器19和第八压力传感器20，第二卸荷阀10外部油口分别与第二液压马达12进出油口连接，内部油口接回油箱，第二液压马达12外侧安装减速器，第五压力传感器17、第六压力传感器18、第七压力传感器19、第八压力传感器20采集第二液压马达12的压力信号，并将信号输入信号获取模块21。

最后，信号获取模块21与数据处理模块22相连接，数据处理模块22与PID控制器模块相连接，PID控制模块25与第二主泵2的控制电磁阀相连接，第二主泵2的控制电磁阀可控制第二主泵2的斜盘倾角。

图2是本发明方法流程图；

一种液压行走系统行走直线性自动检测和纠偏控制方法，包括以下步骤：

获取液压行走系统前进模式或后退模式下两个液压马达的压力信号；

对获取的两个液压马达的压力信号，分别计算得到两个液压马达的单向阀的压力损失，基于两个液压马达的单向阀的压力损失，分别得到两个液压马达的流量Q

基于两个液压马达的流量Q

图3是本发明装置的具体组成及工作原理图；

一种液压行走系统行走直线性自动检测和纠偏控制装置：包括：

信号获取模块：用于获取液压行走系统前进模式或后退模式下两个液压马达的压力信号；

信号处理模块：用于对获取的两个液压马达的压力信号，分别计算得到两个液压马达的单向阀的压力损失，基于两个液压马达的单向阀的压力损失，分别得到两个液压马达的流量Q

PID控制模块：用于基于两个液压马达的流量Q

图4是本发明PID控制模块控制逻辑原理图。

该装置中信号获取模块21有实时识别压力传感器输出信号功能，可以实现多组压力数据的定时间隔采集，而且可以消除因传感器压力波动带来的影响。

该装置中数据处理模块22可以实现多组压力数据的同时记录和运算，并能对第一压力传感器13、第二压力传感器14、第三压力传感器15、第四压力传感器16、第五压力传感器17、第六压力传感器18、第七压力传感器19、第八压力传感器20的压力值作差得压损，而且可以通过压损以及给定的计算逻辑计算出两液压马达的流量，具体的计算逻辑如下：

1)通过收到的压力信号计算第一液压马达11、第二液压马达12达后单向阀压力损失，计算出第一液压马达11的压力损失为ΔP

2)通过流量压差计算公式得到第一、二液压马达的流量Q

如图4，该电液系统中PID控制模块25包括比例环节、积分环节、微分环节，其主要作用是使偏差产生时，PID控制模块25立即产生控制作用，使被控量朝着减小偏差的方向变化。

所述的工程机械行走直线性检测及纠偏方法，主要是利用液压马达后单向阀的压力损失ΔP来判断两液压马达流量Q

(1)车辆前进模式时：第三压力传感器15、第四压力传感器16采集压力信号P

ΔP

所述第二液压马达12的压力损失为：

ΔP

接着通过流量压差计算公式：

其中：Q为流量；α为流量系数；A为横截面积；ΔP为压力差；ρ为流体密度。

分别得到第一液压马达11、第二液压马达12的流量Q

a)如果Q

b)如果Q

其中：K

1)K

2)K

3)K

该传递函数可使Q

(2)车辆后退模式时，第一压力传感器13、第二压力传感器14采集压力信号P

ΔP

所述第二液压马达12的压力损失为：

ΔP

接着通过流量压差计算公式(3)，得到第一液压马达11、第二液压马达12，的流量Q

图5是本发明工程机械直线行走系统中平衡阀油口标注图；

图6是本发明主泵流量控制逻辑原理图；

所述工程机械行走直线性检测及纠偏系统主要应用在以下两种工况：

1)前进模式时，第一换向阀3和第二换向阀4得电处于左位，此时油液一路进入第一制动阀5、第二制动阀6，第一制动阀5和第二制动阀6随后打开，油液进入第一制动缸23和第二制动缸24，第一制动缸23和第二制动缸24解锁，使得第一液压马达11、第二液压马达12可以启动，另一路油液流向第一液压马达11、第二液压马达12，流过马达后流入平衡阀e口，此时，第一平衡阀7和第二平衡阀8中的三位三通换向阀b口在油压作用下，阀芯右移处于左位，随后油液可由e口流向c口，最后经过第一换向阀3和第二换向阀4流回油箱完成循环，车辆前进。前进过程中第三压力传感器15，第四压力传感器16、第七压力传感器19、第八压力传感器20将第一液压马达11、第二液压马达12，油口后单向阀的压力P

2)后退模式时，第一换向阀3和第二换向阀4得电处于右位，此时油液一路进入第一制动阀5、第二制动阀6，第一制动阀5和第二制动阀6随后打开，油液进入第一制动缸23和第二制动缸24，第一制动缸23和第二制动缸24解锁，使得第一液压马达11、第二液压马达12可以启动，另一路油液流向一液压马达11、第二液压马达12，流过马达后流入平衡阀a口，此时，第一平衡阀7和第二平衡阀8中中的三位三通换向阀d口在油压作用下，阀芯右移处于左位，随后油液可由a口流向c口，最后经过第一换向阀3和第二换向阀4流回油箱完成循环，车辆后退。后退过程中第一压力传感器13、第二压力传感器14、第三压力传感器15、第四压力传感器16，将第一液压马达11、第二液压马达12油口后单向阀的压力损失P

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。