阅读说明：本技术 一种绿化综合养护车工作臂的碰撞缓冲控制机构及方法 (Collision buffer control mechanism and method for working arm of greening comprehensive maintenance vehicle ) 是由 姜亚峰 顾清亚 岳慧斌 陈辰 陈昌泉 邓晓飞 施俊 徐震 曹雪娟 于 2020-04-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种绿化综合养护车工作臂的碰撞缓冲控制机构及方法,旋转架上通过回转轴装配有工作臂,在工作臂的端部设有机具,回转轴底部与拉杆总成连接,驱动油缸的活塞杆与拉杆总成联动；该碰撞缓冲机构由液压控制装置进行控制,其回路上包括限速阻尼管接头一、限速阻尼管接头二、蓄能器一、蓄能器二、平衡阀一、平衡阀二、单向阀一、单向阀二、驱动油缸和比例阀。该碰撞缓冲机构的结构简单,可在意外碰到障碍物后做出溃退避让,给操作人员留出反应时间,以便操作人员及时做出合理的应对机制,保证设备不损伤或损伤降到最低,避免酿成严重的作业事故。(The invention discloses a collision buffer control mechanism and a method for a working arm of a greening comprehensive maintenance vehicle, wherein the working arm is assembled on a rotating frame through a rotating shaft, a machine tool is arranged at the end part of the working arm, the bottom of the rotating shaft is connected with a pull rod assembly, and a piston rod of a driving oil cylinder is linked with the pull rod assembly; the collision buffer mechanism is controlled by a hydraulic control device, and a loop of the collision buffer mechanism comprises a speed-limiting damping pipe joint I, a speed-limiting damping pipe joint II, an energy accumulator I, an energy accumulator II, a balance valve I, a balance valve II, a one-way valve I, a one-way valve II, a driving oil cylinder and a proportional valve. This collision buffer gear's simple structure can make after the barrier is touch to accident and break back and dodge, reserves reaction time for operating personnel to operating personnel in time makes reasonable reply mechanism, guarantees that equipment does not harm or damage and falls to minimumly, avoids brewage serious operation accident.)

一种绿化综合养护车工作臂的碰撞缓冲控制机构及方法

技术领域

本发明属于公路绿化养护及园林绿化领域，具体涉及一种绿化综合养护车工作臂的碰撞缓冲控制机构及方法。

背景技术

目前公路两侧绿化带修剪主要是依靠人工手持式绿化修剪机或者其他半液压绿篱修剪设备来完成，该类型设备震动强，噪音大，效率低，且存在不安全因素。同时，随着全国公路网高标准的快速建设，通车里程的增加，繁重的公路绿化养护的任务迫切需要高标准，更加机械智能化的设备来完成。

绿化综合养护车也叫做绿化修剪车，是针对高速公路中间绿篱，边坡，一、二级公路绿化修剪等而专业设计和生产的一款专用养护车，主要用于市政绿化，高速路段上的绿化修剪。公路绿化养护不仅涉及到环境的美观，空气净化，还影响驾驶员视觉，可减轻驾驶员疲劳，可吸附车辆排放的废气及烟尘，对夜间行车防炫目也至关重要，在保证行车安全等方面都发挥了重要的作用。

绿化综合养护车的工作臂端部的机具在作业过程中，可能会因为操作人员的操作视觉盲区与地面砖块、石头及大的树枝等发生刚性碰撞，经受力传导使得工作臂受到较大的冲击，在没有缓冲设计的情况下，轻则仅损伤工作臂，重则会酿成事故。

为了对突发受力进行缓冲以解决刚性碰撞带来的负面问题，现有技术中通常有两种解决途径；一种是利用传感器来感知障碍物，之后通过自动化控制程序迅速采取避让动作；另一种是在碰到障碍物后，进行被动缓冲式柔性退让。

第一种解决途径要求设置灵敏的传感器机构，并配合成熟的作业大数据的支持，通过编制的最佳算法以得到最优的避让路径，该方法的自动化水平较高，对传感器的精度以及耐恶劣工况的性能要求也较高，并且对电气化元器件的可靠性要求也很高，在操作过程中不容许有失误。

第二种控制途径采用的是被动柔性模糊控制，工作臂在碰到障碍物后，可以以适当的速度溃退避让，但是柔性控制的刚度不能太软，否则在正常行驶过程中就会发生工作臂的摇摆晃动，柔性控制的刚度也不能太硬，否则在碰到障碍物后，仍然不能实现避让，导致机械被撞坏。纯机械弹簧式避让结构是一种较为常见的缓冲避让设计，此类设计的结构简单，但是在稳定性上还有待进一步提高。

综合比较来说，采用一种更为合理有效且平稳性更高的被动缓冲式柔性退让控制机制对解决绿化综合养护车在工作过程中的意外碰撞问题极有必要。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的不足，提供一种绿化综合养护车工作臂的碰撞缓冲控制机构及方法，机构设置简单，可及时给作业人员提供缓冲反应时间，最终实现可控的避让操作。

本发明的主要技术方案为：一种绿化综合养护车工作臂的碰撞缓冲控制机构，旋转架上通过回转轴装配有工作臂，在工作臂的端部设有机具，回转轴底部与拉杆总成连接，在旋转架上设有驱动油缸，驱动油缸的活塞杆与拉杆总成联动；该碰撞缓冲机构由液压控制装置进行控制，所述液压控制装置包括限速阻尼管接头一、限速阻尼管接头二、蓄能器一、蓄能器二、平衡阀一、平衡阀二、单向阀一、单向阀二、驱动油缸和比例阀，限速阻尼管接头一和限速阻尼管接头二分别设在驱动油缸的进、回油管路上，蓄能器一和蓄能器二分别设在驱动油缸的大、小油腔对应的两支油路上。

进一步地，比例阀的阀块运动由车载控制器进行控制。

上述绿化综合养护车工作臂的碰撞缓冲控制机构的控制方法为：

当机具遇到障碍物，受到的阻力经工作臂后通过拉杆总成作用在驱动油缸的活塞杆上，当机具受到的阻挡力大于蓄能器的设定值，使蓄能器一充油，驱动油缸的活塞杆缩回，此时蓄能器二放油，工作臂向远离障碍物的方向摆动，此时，作业司机发现后得以有反应时间做出包括紧急停车、后退、抬高工作臂或侧移工作臂在内的紧急处理方案，以实现可控的避障操作；

移走障碍物或经过调整工作臂的位置成功越过障碍物后，作用在驱动油缸的活塞杆上的力消失，蓄能器一放油，推动驱动油缸的活塞杆伸出，活塞杆推动拉杆总成，拉杆总成带动工作臂在蓄能器的作用下，复位到之前的位置。

本发明的有益效果：

1. 本发明公开的一种绿化综合养护车工作臂的碰撞缓冲机构的结构简单，可在意外碰到障碍物后做出溃退避让，给操作人员留出反应时间，以便操作人员及时做出合理的应对机制，保证设备不损伤或损伤降至最低，避免酿成严重的作业事故；

2. 相对于传感避障的方式而言，本发明公开的碰撞缓冲机构及其控制方法无需较高的自动化控制水平，对器件的性能要求也不高，更加容易实现，相应地制备和维护成本都较低，可显著减小企业经济负担；

3. 本发明主要利用蓄能器吸收冲击，相对于纯机械弹簧式避让结构而言具有更为平稳的性能表现。

附图说明

图1为一种绿化综合养护车工作臂的碰撞缓冲机构的结构示意图；

图2为一种绿化综合养护车工作臂的碰撞缓冲机构的液压控制装置的液压原理图；

图3为图1的局部仰视示意图；

其中，1-旋转架，2-回转轴，3-工作臂，4-驱动油缸，5-机具，6-拉杆总成，7-液压控制装置；

71-限速阻尼管接头一，72-限速阻尼管接头二，73-蓄能器一，74-蓄能器二，75-平衡阀一，76-平衡阀二，77-单向阀一，78-单向阀二，79-比例阀。

具体实施方式

以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。

绿化综合养护车在正常作业时会因操作人员存在视野盲区的问题而碰到障碍物产生刚性碰撞，为了能对障碍物进行有效的溃退避让，减小机械设备的损伤并避免更为严重的安全事故的发生，本实施方式中提供一种绿化综合养护车工作臂的碰撞缓冲机构，由于主要改进点在于工作臂碰撞缓冲功能的实现，所以现有绿化综合养护车上具备的二类底盘等基础结构在此未作具体描述，但附图中有相应示出，所以不应因此限制其功能实现。

该碰撞缓冲机构具体包括设在二类底盘上的滑动架和连接在滑动架上的旋转架，旋转架1上通过回转轴2装配有工作臂3，工作臂3为该领域常用的三级折叠臂，主要由推杆油缸实现相关功能，在工作臂3的端部设有机具5，回转轴2底部与拉杆总成6连接，在旋转架1上设有驱动油缸4，驱动油缸4的活塞杆与拉杆总成6联动；该碰撞缓冲机构由液压控制装置7进行控制。

所述液压控制装置主要包括限速阻尼管接头一71、限速阻尼管接头二72、蓄能器一73、蓄能器二74、平衡阀一75、平衡阀二76、单向阀一77、单向阀二78、驱动油缸4和比例阀79，限速阻尼管接头一71和限速阻尼管接头二72分别设在驱动油缸4的进、回油管路上，蓄能器一73和蓄能器二74分别设在驱动油缸4的大、小油腔对应的两支油路上。

比例阀79的阀块运动由车载控制器进行控制。

正常情况下，需要工作臂3进行逆时针转动时，车载控制器控制比例阀79的阀块移动到左位，液压油从P口进入，经过A口从单向阀一77进入，再经过限速阻尼管接头一71到驱动油缸4大腔推动活塞杆伸出，带动拉杆总成6使工作臂3逆时针旋转，回油从小腔经过限速阻尼管接头二72和平衡阀二76后从B口及T口回液压油箱。

正常情况下，需要工作臂3进行顺时针转动时，车载控制器控制比例阀79的阀块移动到右位，液压油从P口进入，经过B口从单向阀二78进入，再经过限速阻尼管接头二72到驱动油缸4小腔推动活塞杆缩回，带动拉杆总成6使工作臂3顺时针旋转，回油从大腔经过限速阻尼管接头一71和平衡阀一75后从A口及T口回液压油箱。

本实施方式中，平衡阀一75、平衡阀二76、单向阀一77和单向阀二78组成一个液压锁，当机具5正常作业时位置固定，此时比例阀79处于中位，平衡阀一75、平衡阀二76、单向阀一77和单向阀二78组成一个液压锁起用，使限速阻尼管接头一71、限速阻尼管接头二72、蓄能器一73、蓄能器二74和驱动油缸4组成一个封闭油路，此封闭油路的最大压力值由两个平衡阀设置，当超过设定的最大压力值时，会从平衡阀内部泄油，从比例阀79的中位T口流回液压油箱，进而防止液压管路爆裂，起到安全保护作用。

限速阻尼管接头一71和限速阻尼管接头二72的作用是通过接头上开孔的大小来调节进油量，使驱动油缸4达到平稳运行的目的。

蓄能器一73和蓄能器二74组合成一个气液弹簧一样的结构保持工作臂3处于相对固定的工作位置。此处由蓄能器一73和蓄能器二74组成的气液弹簧结构的弹性力由蓄能器一73和蓄能器二74来预设定，因为蓄能器一73和蓄能器二74分别连接驱动油缸4的大腔和小腔，所以蓄能器一73和蓄能器二74的压力设定可不同。

上述绿化综合养护车工作臂的碰撞缓冲控制机构的具体控制方法为：

当机具5遇到障碍物，受到的阻力经工作臂3后通过拉杆总成6作用在驱动油缸4的活塞杆上，当机具5受到的阻挡力大于蓄能器的设定值，使蓄能器一73充油，驱动油缸4的活塞杆缩回，此时蓄能器二74放油，工作臂3向远离障碍物的方向摆动，此时，作业司机发现后得以有反应时间做出包括紧急停车、后退、抬高工作臂或侧移工作臂在内的紧急处理方案，以实现可控的避障操作；

移走障碍物或经过调整工作臂的位置成功越过障碍物后，作用在驱动油缸4的活塞杆上的力消失，蓄能器一73放油，推动驱动油缸4的活塞杆伸出，活塞杆推动拉杆总成6，拉杆总成6带动工作臂3在蓄能器的作用下，复位到之前的位置。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。但是以上所述仅为本发明的具体实施例，本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式均应涵盖在本发明的专利范围之中。