一种轮式挖机及其高低换档保护系统和方法
阅读说明：本技术 一种轮式挖机及其高低换档保护系统和方法 (Wheel excavator and high-low gear shift protection system and method thereof ) 是由 陈卿雁 廖德峰 曾锋 陈益明 陈新敏 于 2021-01-19 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种轮式挖机及其高低换档保护系统和方法,轮式挖机高低换档保护系统包括控制器及与其电连接的仪表盘、翘板开关、压力传感器、发动机ECU和多组联体电磁阀组件,仪表盘具有高速按扭、低速按钮、驻车状态指示灯和档位指示图标,翘板开关用于产生驻车信号,压力传感器用于检测轮式挖机的换挡气缸的气压,多组联体电磁阀组件用于根据控制器的指令动作,以实现相应气路的导通控制,控制器与发动机ECU通过CAN总线连接,用于根据驻车信号和气压的大小来确定是否能够进行高低速换挡。本发明结构简单实用,成本低廉,司机易懂,操作简便。(The invention relates to a wheel excavator and a high-low gear shift protection system and method thereof, wherein the wheel excavator high-low gear shift protection system comprises a controller, and an instrument panel, a rocker switch, a pressure sensor, an engine ECU and a plurality of groups of conjoined electromagnetic valve assemblies which are electrically connected with the controller, the instrument panel is provided with a high-speed button, a low-speed button, a parking state indicator light and a gear indication icon, the rocker switch is used for generating a parking signal, the pressure sensor is used for detecting the air pressure of a gear shift cylinder of the wheel excavator, the plurality of groups of conjoined electromagnetic valve assemblies are used for acting according to the instruction of the controller so as to realize the conduction control of corresponding air passages, and the controller is connected with the engine ECU through a CAN bus and is used for determining whether high-low gear shift CAN be carried out according. The invention has simple and practical structure, low cost, easy understanding for drivers and simple and convenient operation.)
技术领域
本发明涉及轮式挖机，具体地涉及一种轮式挖机及其高低换档保护系统和方法。
背景技术
工程机械轮式挖掘机行走系统的变速箱、前后桥，目前采用比较多的是：德国的“采埃孚(ZF)”桥箱，美国的“德纳”和意大利的“康迈尔”，其费用昂贵，生产成本太高。近几年来国内桥箱生产厂家纷纷自主研发变速箱(分动箱)、前后桥，一来可降低生产成本，二来提倡自主创新，三可减少开发周期和受限于技术壁垒的障碍。毕竟，轮式挖掘机在停止挖掘工作状态所花的工作时间，比起在马路上行走所花的工作时间来得短。再者，轮式挖掘机的最高行驶速度在35km范围内，分动箱只有高速档和低速档两个档位，就能满足工作挖掘状态与机动性的要求。
众所周知，车辆行驶的高速档和低速档所输出的扭矩大小不同，如果车辆在行驶当中进行操作挂档，由于传动箱自身结构的原因(不是无级变速和装有同步器的传动箱)，很容易造成打齿、挂不上档位或齿轮箱崩齿开裂等质量事故，不但影响机器设备的正常使用，而且维修更换时间长。
为此，中国发明专利申请CN103953726A公开了一种分动箱高低档切换保护装置、方法及工程机械车辆，其通过增加车速控制器和速度输出继电器来实现对高低档切换进行限制，但该技术方案需要对原有控制电路进行改造，工作量大，同时增加了成本。
发明内容
本发明旨在提供一种成本低廉、操作简便的轮式挖机及其高低换档保护系统和方法，以解决上述技术问题。为此，本发明采用的具体技术方案如下：
根据本发明的一方面，提供了一种轮式挖机高低换档保护系统，其包括控制器及与其电连接的仪表盘、翘板开关、压力传感器、发动机ECU和多组联体电磁阀组件，所述仪表盘具有高速按扭、低速按钮、驻车状态指示灯、档位指示图标以及气压显示图标：所述高速按扭和低速按钮用于切换高速档位和低速档位，所述驻车状态指示灯用于显示轮式挖机是否处于驻车状态，所述档位指示图标用于显示所述轮式挖机处于高速档位或低速档位，所述气压显示图标用于显示所述轮式挖机的换挡气缸的气压大小，所述翘板开关用于产生驻车信号，所述压力传感器用于检测所述换挡气缸的气压，所述多组联体电磁阀组件用于根据所述控制器的指令动作，以实现相应气路的导通控制，所述控制器与所述发动机ECU通过CAN总线连接，用于根据所述驻车信号和所述气压的大小来确定是否能够进行高低速换挡。
进一步地，所述档位指示图标采用卡通动物，其中，高速档位用兔子表示，低速档位用乌龟表示。
进一步地，所述驻车信号为高电平时，所述驻车状态指示灯亮，表示轮式挖机处于驻车状态；以及所述驻车信号为低电平时，所述驻车状态指示灯不亮，表示轮式挖机处于非驻车状态。
进一步地，所述控制器检测到所述驻车信号为高电平且所述气压大于0.5Mpa时，才允许进行高低速换挡。
进一步地，所述多组联体电磁阀组件一端与气源连接，另一端经由中央回转接头与换挡气缸连接。
进一步地，所述压力传感器安装在所述中央回转接头与所述换挡气缸之间的气管上。
进一步地，所述多组连体电磁阀组件包括驻车电磁阀、低速档电磁阀和高速档电磁阀。
进一步地，所述高速按扭和所述低速按钮为同一换挡按钮。
进一步地，所述控制器为PLC，并且与所述仪表盘集成在一起。
根据本发明的另一方面，还提供了一种轮式挖机，其具有如上所述的轮式挖机高低换档保护系统。
根据本发明的又一方面，还提供了一种轮式挖机高低换档保护方法，包括：
获取轮式挖机的翘板开关产生的驻车信号和换挡气缸的气压，根据所述驻车信号和所述气压的大小来确定是否能够进行高低速换挡。
进一步地，根据所述驻车信号和所述气压的大小来确定是否能够进行高低速换挡具体为：当所述驻车信号为高电平且所述气压大于0.5Mpa时，才允许进行高低速换挡。
本发明采用上述技术方案，具有的有益效果是：本发明结构简单实用，成本低廉，司机易懂，操作简便。
附图说明
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
图1是本发明的轮式挖机高低换档保护系统的电气控制原理图；
图2是本发明的轮式挖机高低换档保护系统的气动管路控制原理图；
图3是本发明的轮式挖机高低换档保护系统的仪表盘的局部示意图。
附图标记列表：
1、前桥及轮胎总成；2、后桥及轮胎总成；3、分动箱总成；3.1、驻车鼓刹；3.2、换档气缸；4、行走马达；5、中央回转接头；6、多组联体电磁阀组件；6.1、高速档电磁阀；6.2、低速档电磁阀；6.3、驻车电磁阀；7、干燥器；8、压缩机；9、储气罐；10、快速放气阀；11、电源；12、发动机ECU；13、仪表盘及控制器；13.1、高速按钮；13.2低速按钮；14、翘板开关。
具体实施方式
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1和2所示，轮式挖机的电气一体化控制系统主要由以下几个系统构成：电气控制系统、气动管路控制系统和机器行驶系统。其中，电气控制系统主要由控制器及仪表盘13、翘板开关14、发动机ECU 12、电源开关、熔断器和电源11等组成。控制器及仪表盘13作为电气控制系统的核心，用于完成各种控制操作和显示。在所示实施例中，控制器及仪表盘13的控制器为PLC，并且控制器和仪表盘形成一体。控制器及仪表盘13可包括指示灯、显示屏和各种功能按扭(例如，高速按钮13.1和低速按钮13.2等)。指示灯和显示屏可以用于显示轮式挖机的各种状态信息(例如，车速、档位、气压、油压、驻车状态等等)，如图3所示。为了便于司机理解操作，控制器及仪表盘13中的档位指示图标采用卡通动物，具体地，高速档位用兔子表示，低速档位用乌龟表示，如图3所示。油压显示图标用于显示轮式挖机的换挡气缸3.2的气压，可以采用刻度等方式显示。。高速按钮13.1和低速按钮13.2用于切换高速档位和低速档位。优选地，高速按钮13.1和低速按钮13.2集成为同一切换按扭。即通过一个切换按钮，可以实现高速档位和低速档位的切换，方便设计。翘板开关14用于产生驻车信号。即，当驻车踏板踩下，轮式挖机停下来时，翘板开关14产生高电平的驻车信号，此时，控制器及仪表盘13中的驻车状态指示灯(也称为停车指示灯)“P”(如图3所示)被点亮，而在车辆行驶时，翘板开关14产生低电平的驻车信号，此时控制器及仪表盘13中的停车指示灯“P”熄灭(不亮)。发动机ECU 12通过CAN总线与控制器及仪表盘13通讯连接，以将轮式挖机信息(例如，车速等)发送至控制器及仪表盘13。也就是说，控制器及仪表盘13可以根据发动机ECU12的车速信号来确定轮式挖机是否处于驻车状态。
气动管路控制系统主要由压缩机8、干燥器7、储气罐9、多组联体电磁阀组件6、压力传感器、快放阀10、中央回转接头5、气动管路及管接头等组成。压缩机8、干燥器7和储气罐9构成分动箱总成3(包括驻车鼓刹3.1和换挡气缸3.2等)的气源。多组联体电磁阀组件6可包括高速档电磁阀6.1、低速档电磁阀6.2和驻车电磁阀6.3，其分别通过相应管路连接至中央回转接头5的相应输入接口(即，高速接口、低速接口和驻车接口)。中央回转接头5的相应输出接口分别通过相应管路连接至驻车鼓刹3.1和换挡气缸3.2。快放阀10安装在驻车鼓刹3.1与中央回转接头5的输出接头之间的管路上。换挡气缸3.2与中央回转接头5之间的管路上还安装有压力传感器，用于测量换挡气缸3.2的气压。压力传感器的检测信号传输至控制器及仪表盘13并显示在仪表盘的气压显示图标上，参见图3，参见图3。当气压小于0.5Mpa时，换档气缸的推力不足，无法推动分动箱的换挡拨叉。
机器行驶系统主要由前桥及轮胎总成1、后桥及轮胎总成2、分动箱总成3和行走马达4等组成。从图1和2中可见，本发明的轮式挖机的驻车制动、高低速挂挡由气动系统来控制，分动箱传递行走扭矩与车速控制由行走马达4液压控制。因此，其整机开发成本会比全液压行走系统的轮挖整机成本来得低。
本发明的轮式挖机高低换档保护系统由上述各系统中的相关部件组成。具体地，轮式挖机高低换档保护系统可包括控制器及仪表盘3、翘板开关14、压力传感器、驻车鼓刹3.1、换挡气缸3.2、多组联体电磁阀组件6和发动机ECU 12等。控制器可以根据驻车信号和气压的大小来确定是否能够进行高低速换挡，具体地，当驻车信号为高电平(即，轮式挖机处于驻车状态)且气压大于0.5Mpa时，才允许进行高低速换挡，否则换挡操作无效，保持原档位输出。当司机在进行换挡操作时，如果上述条件不满足，会在仪表盘3上进行相应提示信息，提醒驾驶员。通过该轮式挖机高低换档保护系统，可以确保分动箱不会因换档而打齿、甚至齿轮崩齿等质量事故产生。
基于上述轮式挖机高低换档保护系统，相应的轮式挖机高低换档保护方法包括：获取轮式挖机的翘板开关14产生的驻车信号和换挡气缸3.2(通过压力传感器)的气压，根据所述驻车信号和所述气压的大小来确定是否能够进行高低速换挡,具体地，当所述驻车信号为高电平且所述气压大于0.5Mpa时，才允许进行高低速换挡，否则换挡操作无效，保持原档位输出。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
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