技术领域

本发明涉及一种挖掘机控制装置， 尤其是一种挖掘机油门控制装置及 控制方法。

背景技术

挖掘机， 又称挖掘机械， 是用铲斗挖掘高于或低于承机面的物料， 并 装入运输车辆或卸至堆料场的土方机械。 挖掘的物料主要是土壤、 煤、 泥 沙以及经过预松后的土壤和岩石。广泛应用于 工程建设和矿山开发等行业， 随着近年挖掘机的快速发展， 使之成为工程建设中最主要的工程机械机型 之一， 其中履带式挖掘机由于其对地形的适应性较好 ， 成为最常见的挖掘 机机型。

公知的履带式挖掘机由于其恶劣的作业环境以 及剧烈多变的作业负 荷， 对其合理使用与控制提出了极高的要求。

现有的履带式液压挖掘机油门马达控制系统大 多为专用设备， 对供货 厂家的依赖较大， 存在较大的采购风险， 且供货周期较长， 维修也很困难， 加之油门控制精度不高， 严重制约了挖掘机行业的发展。 在挖掘机油门马 达的控制方面， 由于不同机型， 油门马达安装位置不同， 使得油门拉线的 长度和弯曲角度也不相同， 从而油门马达具有不同的负载， 所以， 要针对 不同的挖掘机机型进行调试， 马达控制器自适应性差， 增加了产品零件的 维护和更换成本。

发明内容

针对现有挖掘机油门控制系统中存在的上述问 题， 本发明提供一种挖 掘机油门控制装置及控制方法。

本发明解决技术问题所采用的技术方案为：

一种挖掘机油门控制装置， 包括发动机喷油泵和油门设定部件，其中， 还包括控制器和步进电机， 所述油门设定部件与所述控制器连接， 所述步 进电机通过一传动结构与所述发动机喷油泵机 械连接， 所述步进电机与所 述控制器电性连接；

所述控制器接收所述油门设定部件发出的油门 设定信号并转换成步进 电机的驱动信号输出至所述步进电机, 所述步进电机通过所述传动结构驱 动所述发动机喷油泵工作。

上述挖掘机油门控制装置， 其中, 所述步进电机为高速双向四拍步进 电机。

上述挖掘机油门控制装置， 其中, 所述传动结构与所述发动机喷油泵 的连接方式为拉线。

上述挖掘机油门控制装置， 其中, 所述传动结构包括减速部件， 所述 减速部件的减速比为 1 : 44。

上述挖掘机油门控制装置， 其中, 所述控制器包括细分驱动器， 所述 细分驱动器工作与 1/16细分状态。

上述挖掘机油门控制装置， 其中, 所述步进电机通过输出端上的齿轮 与所述传动结构连接， 所述齿轮齿数为 50齿。

一种挖掘机油门控制方法， 包括通过传动结构与发动机喷油泵连接的 步进电机， 其中， 具体包括如下步骤：

步骤 a、 设定一递增或者递减的离散频点序列； 述步进电机的运转频率于所述频点序列中的每 个频点稳定运转后再向所述 频点序列中的下一个频点变化。

上述挖掘机油门控制方法， 其中， 所述频点序列递增时所述频点序列 中的第一个频点为所述步进电机的启动频率， 所述频点序列中的最后一个 频点为所述步进电机的最高频率。

上述挖掘机油门控制方法， 其中， 所述频点序列递减时所述频点序列 中的第一个频点为所述步进电机的最高频率， 所述频点序列中的最后一个 频点为所述步进电机的启动频率。

本发明的有益效果是：

发动机油门控制精准度高， 提高了产品的通用性， 降低了产品零件的 维护和更换成本。 附图说明

图 1是本发明一种挖掘机油门控制装置的结构示� �图；

图 2是本发明一种挖掘机油门控制方法的流程图� �

图 3是本发明一种挖掘机油门控制方法的步进电� �升速曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步 说明， 但不作为本发明 的限定。

如图 1所示， 本发明一种挖掘机油门控制装置， 包括发动机喷油泵和 油门设定部件， 其中， 还包括控制器和步进电机， 油门设定部件与控制器 连接， 步进电机通过一传动结构与发动机喷油泵机械 连接， 步进电机与控 制器电性连接；

控制器接收油门设定部件发出的油门设定信号 并转换成步进电机的驱 动信号输出至步进电机， 步进电机通过传动结构驱动发动机喷油泵工作 。

于此基础上， 进一步的， 步进电机为高速双向四拍步进电机， 传动结 构包括减速部件， 减速部件的减速比为 1 : 44, 步进电机通过输出端上的 齿轮与所述传动结构连接，齿轮齿数为 50齿，进而可以得出整步驱动时步 进电机的步距角为 1.8度， 通过减速部件的减速后进而得到单位脉沖的输 出轴旋转角度为 0.04度， 使得发动机油门精度得到保证。

进一步的， 控制器中包括细分驱动器， 细分驱动器工作与 1/16细分状 态， 使得低频震荡得到改善， 还可以通过阻尼方法进一步改善步进电机的 震荡。

进一步的， 传动结构与发动机喷油泵的连接方式为拉线， 拉线式连接 使得本发明的油门控制装置可以配合大多数挖 掘机发动机的喷油泵。 不同 机型的履带式液压挖掘机， 油门马达安装的位置是不同的， 使得油门拉线 的长度和弯曲角度也各不相同， 从而油门马达具有不同的负载， 因此要做 到控制方案具有较强的通用性， 系统就必须有自适应功能， 即针对不同的 负载产生不同的起动频率， 在有负载的情况下， 起动频率过高， 电机不能 正常起动， 可能发生失步或堵转。 本发明利用高速步进电机内部的位置传 感器， 在高速步进电机起动的过程中， 控制器先产生某频率若干个的输出 信号，再根据高速步进电机实际的旋转位置， 做起动频率的自适应调整（输 出高速步进电机驱动信号）， 形成闭环控制。

入图 2所示， 本发明一种挖掘机油门控制方法， 包括通过传动结构与 发动机喷油泵连接的步进电机， 其中， 具体包括如下步骤：

步骤 a、 设定一递增或者递减的离散频点序列； 其中， 频点序列递增 时频点序列中的第一个频点为步进电机的启动 频率， 频点序列中的最后一 个频点为步进电机的最高频率； 频点序列递减时频点序列中的第一个频点 为步进电机的最高频率， 频点序列中的最后一个频点为步进电机的启动 频 率。

步骤 b、 控制器发出驱动信号使步进电机以频点序列依 次改变运转频 率， 且使步进电机的运转频率于所述频点序列中的 每个频点稳定运转后再 向频点序列中的下一个频点变化。

要使挖掘机换档后发动机迅速达到指定转速， 必须要有加 /减速起动过 程， 但在加 /减速过程中脉沖信号变化太快， 步进电机由于惯性将跟随不上 电信号变化， 这时会产生堵转和失步现象。 因此， 本发明设计了步进电机 自动加减速控制方法， 克服了采用软件延时或硬件定时的缺点。 采用离散 自适应逐步逼近的控制算法。 一般来说加速和减速过程规律相同， 以下以 加速为例进行说明， 加速过程由起动频率和升速曲线组成。 在实际的调试 过程中， 以指数曲线的方式实现加速比较困难， 采用离散自适应逐步逼近 的控制算法可以获得较理想的升降速曲线。 如图 3所示， 步进电机以 "起 动频率" 起动， 按指数形式的频率加速， 在每个频率点上实现自适应逐步 逼近调整（根据高速步进电机实际的旋转位置 ),到达指定频率稳定运动后， 再改变下一频率（有最高频率限制）， 直到达到目标值为止。

以上所述仅为本发明较佳的实施例， 并非因此限制本发明的申请专利 范围， 所以凡运用本发明说明书及图示内容所作出的 等效结构变化， 均包 含在本发明的保护范围内。