包括可精密调节操作模式的工程机械 【技术领域】
本发明涉及一种包括各种操作模式的自推进式工程机械，例如推土机或工业用拖拉机，更具体地说，涉及一种能在各种操作模式下按照操作类型或操作条件的变化而使操作机的操作速度和工程机械的行驶速度升高至一个所需的速度范围(超出操作模式范围)的工程机械。
背景技术
目前已知有用于建筑或土木工程的各种工程机械。此类工程机械包括一安装在一行驶体上的回转体，该回转体可以围绕一垂直轴线旋转，并具有例如主吊杆、辅助吊杆(stick boom)和铲斗。在该工程机械中，从由发动机驱动的变排量泵输送而来的压力油是通过多个换向阀来切换的，从而有选择地将压力油供给至一主吊杆液压缸、一辅助吊杆液压缸、一铲斗液压缸、一旋转电动机和一运行电动机的各致动器，以便驱动各操作机或让工程机械行驶。
日本专利公开号2863599揭示了具有这种操作机的工程机械的例子。在该专利文献中所揭示的液压操作机包括一用于设定发动机转速的加速杆、一用于检测加速杆之操作量以根据该操作量输出一发动机转速指令信号的转速指令发送器、用于升高或降低发动机转速的发动机转速设定装置、用于升高或降低一变排量泵地泵送流速的流速调节装置、一用于设定泵的排放侧最大操作压力的减压阀、以及一用于设定被引入操作机致动器的压力油的最大压力的减压设定装置。
另外，除了能在正常操作过程中提供致动器所需的操作能量和操作速度的组合之外，这种液压操作机还包括操作模式选择装置，其中预先储存了各种操作模式，例如用于在高速下操作致动器的操作模式、用于进行精密操作的操作模式等，以便能作自由的选择。
如果一操作者按照要进行的操作类型或操作条件，利用操作模式选择装置选择一所需的操作模式，那么该操作模式选择装置可对预先储存的各操作模式的发动机的最高发动机转速、泵的最大输送流速、需引入操作机之致动器的压力油的最大压力中的至少一个进行选择，并将选定的数值作为一操作模式指令信号输出至一控制器。
所述控制器从操作模式选择装置接收一操作指令信号，从转速指令发送器接收一发动机转速指令，将操作模式指令信号和发动机转速指令信号中较低的一个选定为最大的发动机转速，将一指令信号输出至发动机转速设定装置。同时，根据操作模式指令信号，将一指令信号输出至泵的流速调节装置，并将一指令信号输出至减压阀和减压设定装置。
在此方式下，是将指令信号输出至流速调节装置和发动机转速设定装置，因而使根据控制器的指令信号操作的致动器的操作速度不致过高或过低，藉以控制变排量泵的油输送量。同时，将一指令信号输出至减压阀和减压设定装置，因而使致动器的操作能量不致过高或过低，藉以控制流入致动器的压力油的压力。
按照这种传统的液压操作机，可以借助转速设定装置、流速调节装置、减压设定装置等来自动限制流入致动器的压力油的流速和最大压力。因此，在前述专利公开文献中描述到，可以获得最适合于选定操作模式之操作类型和操作条件的操作机的操作速度和操作力。
另外，在上述专利公开文献中描述到，由于还能避免对某一特定操作模式而言非必要的最大发动机转速，因而可以借助该机器顺畅而方便地进行各种操作，于是误操作的概率就相当低，机器不会进入驱动状态，而这种驱动状态对其它目的是有害的或者会缩短机器的寿命。这样会导致非常安静的作业，对于熟练的或非熟练的操作人员而言都有效。
在上述专利公开文献中所揭示的液压操作机中，预先假设了很多对应于各种驱动和操作条件的合适的操作模式，这些操作条件被储存在操作模式选择装置中。然而，当操作类型或操作条件改变并且操作环境改变时，这些操作模式是由操作者紧接在操作开始之前通过他或她的感觉或判断来选择的。例如，在各种变化条件下(包括天气的变化、操作范围的变化、是否存在障碍物等)，设定的操作模式的响应并不总是能满足进行操作的实际条件。
另外，控制器只能对发动机、变排量泵、减压阀等一律输出一个与设定操作模式相一致的指令信号。如果一旦设定了一个特定的操作模式，即使所执行的操作或操作条件改变，也不可能改变该操作模式下的操作机的设定操作速度或设定操作压力。因此，即使预先设定的操作模式不适合于实际操作条件，或者即使预先设定的操作模式不是一个与操作者的技能相对应的模式，也要被迫在该操作模式范围内进行操作，这很容易降低操作效率。
【发明内容】
本发明可以解决上述的传统的问题，本发明的特别的目的在于，提供各种工程机械，它们可以在进行操作时根据一操作机的预先设定的操作模式、按照操作类型和操作条件的变化来提高操作安全性和操作效率，并且使操作机的操作速度或工程机械的运行速度可以精密地调节。
按照本发明的第一方面，提供了一种工程机械，它包括一个或多个操作机的操作模式的模式切换装置，其中该工程机械还包括速度微调装置，该微调装置能通过手动操作将一操作速度和/或一行驶速度精密地调节到超出每个模式所设定的速度范围。
按照本发明，如果一操作者借助模式切换装置来选择一个或多个操作机的各操作模式之一，那么就可以借助一来自于模式切换装置的输出信号来自动地控制驱动机或行驶电动机的致动器。如果操作者在操作机的操作模式初始建立之后进一步地调节速度微调装置，那么当前操作模式下的致动器的操作速度或运行电动机的驱动速度就可以超出当前操作模式的设定速度范围，这是借助于来自速度微调装置的一个输出信号而实现的。这时超出的幅度略大于基本操作模式的设定速度范围，可以通过速度微调装置在超出操作模式设定速度范围的区域内对操作机的作业进行精密的调节。
因此，即使在操作范围改变或存在障碍的情况下，也可以有效地获得一适合于所进行之操作类型、操作条件和操作者技能的最佳起重模式，还可以实现工程机械的更稳定的运行性能和可操作性，使其操作效率显著提高。
较佳的是，一用于一个或多个操作机和一行驶电动机的驱动回路包括流速调节装置，该流速调节装置由一来自于所述速度微调装置的输出信号来操作，该驱动回路内的流速可以被调节。
在本发明中，当需要进一步地调节一个或更多个操作机和行驶电动机的速度(这些速度可以根据操作模式自动地控制)时，设置在操作机的致动器、行驶电动机、旋转电动机等的驱动回路中的流速调节装置可以有选择地由一通过速度微调装置的输出信号来操作，藉以升高或降低供给至致动器的压力油的流速，所述微调装置由操作者操作。这样就可以顺畅地调节一特定的致动器，不会对其它致动器造成影响。
另外较佳的是，流速调节装置包括各种主阀，每个主阀的开放面积可以通过一由流速调节装置发出的信号来调节。
在本发明中，可以通过速度微调装置来精密地调节主阀阀芯的行程，以便升高或降低供给至致动器的压力油的流速，从而改变工程机械和行驶电动机的速度。例如，可根据初始化的操作机的操作模式来设定操作机的操作速度，当需要进一步地降低操作速度时，可以调节速度微调装置，以降低主阀的开放面积，使其小于速度位于选定操作模式范围内时的开放面积，这样就可以降低供给至致动器的压力油的流速，从而使操作机的速度进一步地降低，达到小于选定操作模式的速度下限的程度。
【附图说明】
图1是一控制回路示意图，示出了一具有各种操作模式液压起重挖土机的电气液压系统，这是本发明的一个代表性的实施例；
图2是一平面示意图，示出了一个应用于上述液压挖土机的起重监视面板的例子；
图3是一流程图，示出了一个应用于该液压挖土机的精密调速装置的处理流程；
图4是一特性示意图，示出了该液压挖土机的发动机扭矩和发动机转速之间的关系；以及
图5是一液压回路示意图，示出了应用于该液压挖土机的精密调速装置的另一个实施例。
【具体实施方式】
下面将结合附图来描述本发明的较佳实施例。
图1是一控制回路示意图，示出了一具有各种操作模式液压起重挖土机的电子液压系统，这是本发明的一个代表性的实施例，图2是一平面示意图，示出了一个应用于上述液压挖土机的起重监视面板的例子。下面将以该起重挖土机为例来阐述该实施例，但是本发明并不限于此，本发明还可以应用于各种工程机械，例如推土机和牵引式挖土机(tractor shovel)。
该实施例中的起重挖土机包括一运行体、一安装在该运行体上并可围绕一垂直轴线旋转的回转体、以及一设置在该回转体上的操作机。操作机包括一从回转体的大致中部伸出的主吊杆、一可枢转地支承在主吊杆自由端上以便沿垂直方向摆动的辅助吊杆、一支承在辅助吊杆的末端以便沿垂直方向作摇摆运动的铲斗、以及一用于起重作业的吊钩。
主吊杆围绕主吊杆的基端沿垂直方向起落，这是借助设置在主吊杆和回转体之间的一对主吊杆液压缸来实现的。辅助吊杆以主吊杆的末端为支点沿垂直方向摆动。铲斗以辅助吊杆的末端为支点转动，这是借助安装在铲斗和辅助吊杆之间的一个铲斗液压缸并通过一对左右双关节联接件来实现的。吊钩可转动地支承在一辅助吊杆顶销上，该顶销用于将铲斗安装于辅助吊杆的末端。当不使用吊钩时，将它收纳在左右联接件之间。
如图1所示，该液压挖土机包括一发动机1、变排量泵2(由发动机1驱动)、用于有选择地将来自变排量泵2的压力油输送至操作机的各液压缸的多个操作阀4(主阀)、以及用于独立地切换操作阀4的多个操作杆5。在图1中，各操作阀4示意性地以方框来表示，而各操作杆5是表示成一个行驶杆和两个操作杆。
另外，设有一用于控制发动机1的转速以及变排量泵2的排放量的控制器6。发动机1和变排量泵2电连接于控制器6。设置在驾驶室内的各操作杆5、设置在驾驶室内的能选择加速或减速以及一设定速度的发动机转速拨盘(dial)7、以及一类似地设置在驾驶室内的监视器面板8也电连接于控制器6。标号5a表示一旋钮开关。
发动机1包括一燃油喷射泵1a和一电调节电动机1b。燃油喷射泵1a的一根杆件可根据来自于控制器6的一个指令输出信号，通过设置在电调节电动机1b上的一操作杆在一高速旋转位置和一低速旋转位置之间摆动，藉以控制供给至燃油喷射泵1a的燃油喷嘴的燃油数量。总是将一电位信号(potentialsignal)传送至控制器6，发动机的转速受到监视。标号1c表示一用于检测发动机转速的发动机转速传感器，以便将一旋转传感器信号输出至控制器6。控制器6将发动机转速传感器1c的检测值和一预定的参考值作比较，将其控制信号输出至电调节电动机1b，以调节当前的发动机转速。
变排量泵2是一个斜盘(swash-plate)型的泵，并包括一泵体、一伺服阀10、一LS阀11(载荷检测阀)和一TVC阀12(扭矩可变控制阀)。一固定排量泵3连接于一将控制压力油供给至操作阀4的控制回路(未图示)，并且也连接于一与控制器6相连的EPC阀13(电磁比例阀)。标号14表示一用于检测变排量泵之排放压力的压力传感器，以便向控制器6输出一压力传感器信号。控制器6将压力传感器14的检测值与一预定的参考值作比较，对EPC阀13的阀电磁铁输出控制信号，藉以调节当前的泵排放压力。
如果从控制器6向EPC阀13输入一个与发动机转速成正比的LS压力控制信号，那么EPC阀13就会根据这个来自于控制器6的LS压力控制信号进行切换，固定排量泵3的排放压力取决于EPC阀13的切换位置。该排放压力通过EPC阀13引入到LS阀11。如果LS阀11的输出压力被引入到伺服阀10，那么伺服阀10就能改变斜盘的角度以控制变排量泵2的排放量。
当变排量泵2的排放压力较高时，TVC阀12可对排放压力油的流速加以控制，使其不致超过一预定值，即使当操作阀4的一次行程有选择地供给来自于变排量泵2的压力油时也是如此，并且可以对功率加以控制，使得泵送马力不会超过发动机的马力。泵的备用电路开关15的一端连接于TVC阀12的阀电磁铁，一电池17通过一调节器16连接于电路的另一端，控制器6也连接于该端。当在EPC阀13中发生异常情况时，根据控制器6的指令，由电池17通过调节器16向TVC阀的阀电磁铁供给电流。
操作阀4包括一流速控制阀，并且是相应于一运行监视器以及主吊杆、辅助吊杆、铲斗等的液压缸而设置的。各操作杆5是相应于操作阀4设置的。每个操作杆5均包括第一和第二伺服(pilot)比例控制阀(未图示)，以便根据操作杆5的操作力来输出控制压力。一往复阀18连接于第一和第二伺服比例控制阀。该往复阀18通过一油压开关19电连接于控制器6。往复阀18可选择第一和第二伺服比例控制阀中具有较高压力的那一个，这个较高的压力可由油压开关19检测到，检测信号被输出至控制器6。
在监视器面板8上设置有各种显示选择开关、一液晶显示器、能任意地选择操作机之操作模式和工程机械运行速度模式等的多个模式切换开关9、以及各种开关。模式切换开关9电连接于控制器6。控制器6预先储存有各模式切换开关9等的“开-关”组合的对应关系。控制器6可计算模式切换开关9的开-关组合，并构成了可输出一模式切换信号的模式切换装置。
图2示出了一设置在监视器面板8上的起重监视器8a。该监视器8a包括：一构成了本发明的一个特征部分的速度微调开关8b、一起重模式开关8c、一用于获得数据(例如实际载荷、转动半径等)的显示选择开关8d、以及一用于显示数据的液晶显示器8e。一主吊杆/辅助吊杆的角度传感器以及一便于安全地进行起重操作的主吊杆液压缸压力传感器的检测数据被传送给控制器6，只要正确地操作显示选择开关8d，就可以将计算结果显示在液晶显示器8e上。控制器6电连接于一警告显示装置(未图示)，例如一蜂鸣器或一盏灯。
如果操作者根据所进行的操作的种类或条件有选择地操作模式切换开关8a，就可以将这些信号输出至控制器6。控制器6可按照一已确定的方法，根据模式切换开关8a的输出信号来计算泵的排量或发动机转速，并将控制信号输出至电调节电动机1b或EPC阀13。
除了在正常作业(包括通常的各种土木工程作业、起重作业，例如挖土、装载、土和沙的校正)过程中的操作机的操作力和操作速度以及工程机械的行驶速度之外，这种模式切换装置还能自动地调节处于各种操作模式下的操作机的操作速度等以便驱动操作机的液压缸，并能在低速、中速或高速的情况下自动地调节行驶监视器等。
具有上述结构的本实施例的液压起重挖土机设置有速度微调装置，这是本发明的一个特征部分，可以用来将速度精细地调节至手动操作所能设定的每个模式的速度范围之外的一个值。本发明的最显著的特征是，如果操作者在每个模式建立之后对速度微调装置加以操作，就可以升高或降低发动机转速和泵排量，或者说可以根据来自速度微调装置的输出信号来升高或降低发动机转速或泵排量中的任何一个。按照本发明，当前模式下的操作机的液压缸操作速度和运行电动机的驱动速度可以超出当前模式的设定速度范围。
下面将结合图3来描述作为本发明的一个代表性实施例的速度微调装置。图3示出了应用于本实施例的液压起重挖土机的速度微调装置的处理程序。图3中的符号A表示该操作模式下的发动机转速的初始值，符号α表示一发动机转速调整值，符号X表示当前发动机转速的实际测量值。下面将以一起重操作模式下的处理程序为例来描述该实施例，但是本发明并不限于此，应该还可以应用于操作机的其它各种操作模式。
在图3中，程序起始于方框50。首先，在方框51，控制器6确认起重模式开关8c的输入状态。如果起重模式开关8c被确认为“开”，则程序进行至方框52。在方框52，根据发动机转速初始值A(这是对一标准的起重模式而言的，是由起重模式开关8c的输出信号来设定的)来减小泵的倾斜角度，藉以降低泵的排量，同时，将操作阀4的阀行程中的开放面积限制为一个较小的数值，并且按照泵的排量来进行控制。
接着，在方框53，读取当前发动机转速，判断实际测量值X是否高于起重发动机转速的初始值α。如果判断的结果是当前发动机转速较高，则程序进行至方框54。在方框54，判断一吊挂实际载荷(value load)与一吊挂额定载荷的载荷比(下文中称为发动机载荷比)是否较高。
如果判断的结果是发动机载荷比较高，则程序进行至方框55和56。首先，在方框55，将当前发动机转速的值设定为与发动机转速的初始值A相同。接着，在方框56，将一控制信号输出至电调节电动机1b以将当前的发动机转速调节成与发动机旋转初始值A相一致的数值，程序重新返回方框53。
如果在方框54判断的结果是发动机载荷比较小，则程序进行至方框57。在方框57，判断当前的发动机转速应该升高还是降低。如果判断的结果是当前的发动机转速应该升高，则程序进行至方框58。在方框58，获得一个对应于发动机转速初始值A和发动机转速调整值α之和的发动机转速，程序进行至方框56。在方框56，做出决定，将一控制信号输出至电调节电动机1b。
在方框57，如果判断的结果是当前发动机转速应该升高，则程序进行至方框59。在方框59，维持当前的发动机转速，程序进行至方框56。在方框56，指令不将控制信号输出至电调节电动机1b。
如果在方框53的判断结果是当前的发动机转速小于发动机转速初始值A，则程序进行至方框59。在方框59，维持当前的发动机转速，程序进行至方框56。在方框56，指令不将控制信号输出至电调节电动机1b。
在进行标准起重作业时的操作速度可按照上述的处理程序利用模式切换装置来控制。当根据预定的起重模式来进行起重作业时，可进一步地升高或降低起重模式下初始设定的速度，这可以通过操作如图2所示的速度微调开关8b以驱动速度微调装置来实现，所述速度微调装置是本发明的一个特征部分，可以用来将速度精密地调节至预定范围之外的数值。
如果操作者有选择地操作速度微调开关8b，程序将进行至方框60。在方框60，由控制器6来确认速度微调开关8b的输入状态。如果确认速度微调开关8b处于“开”的状态，程序进行至方框61。在方框61，将根据速度微调开关8b的输出信号设定的起重模式的发动机转速微调值。根据该微调值计算泵的排量和发动机转速，将这些信号输出至电调节电动机1b和EPC阀13。在此方式下，可进行根据速度微调装置设定的起重模式的起重作业。
如果在方框60确认速度微调开关8b处于“关”的状态或速度微调开关8b的初始“开”的状态得以维持，则程序进行至方框62。在方框62，判断记录在控制器6中的发动机转速微调数值组是否被清除。如果该微调数值组没有被清除，则根据速度微调装置继续进行起重模式下的起重作业。如果在方框62的判断结果是微调数值已被清除，则程序返回方框53。依次重复进行类似于前述处理程序的操作，并进行标准起重模式的起重作业。
图4示出了发动机扭矩与发动机转速之间的关系。在图4中，符号a表示在起重模式下通过操作起重模式开关8c而获得的标准的发动机转速初始值。符号b表示泵的标准排量的初始值。符号a-1和b-1表示当通过速度微调开关8b的操作而加速时的发动机转速和泵排量的调整值。符号a-2和b-2表示减速时的发动机转速和泵排量的调整值。
如果将速度微调开关8b调节到高速侧，就可以将在起重模式下初始化的发动机转速和泵排量的初始值精密地调节到超范围的调整值a-1和b-1。这时，可将发动机转速和泵排量的与初始值a和b相对应的速度升高至超范围的、与调整值a-1和b-1相对应的速度。另一方面，如果将速度微调装置调节到低速侧，就可以将与初始值a和b相对应的速度降低至超范围的、与调整值a-2和b-2相对应的速度。在此方式下，可以在超出当前起重模式的设定速度范围的情况下来精密地调节起重模式的操作速度和行驶电动机的驱动速度。
这时，将能选择加速、减速和设定速度的发动机转速拨盘7转动至低速侧，将控制信号输出至电调节电动机1b。电调节电动机1b保持在低速侧，以降低发动机转速。藉此，可以将当前发动机转速和泵排量的调整值a-1和b-1进一步地调节到发动机转速和泵排量的调整值a-3和b-3。
按照本实施例，控制器6可根据一用于检测主吊杆底部侧的液压的压力传感器、一主吊杆角度传感器、一辅助吊杆角度传感器和一起重模式开关的各输出信号来计算实际载荷，将计算值和预设的额定值作比较，并监视吊挂载荷的装载状态。在进行起重作业时，当操作者将速度微调开关8b推向高速侧并且速度升高至超出发动机转速和泵排量的初始值a和b的范围的a-1和b-1时，如果判断的结果是吊挂载荷过大，则发动机转速和泵排量就会降低到发动机转速和泵排量的初始值a和b的范围内，警告显示装置开始动作。借助上述结构，可以进一步加强起重作业的操作安全性。
图5示出了本发明的速度微调装置的另一个实施例。在图5中，用于单独切换操作阀4(该操作阀将压力油从变排量泵2供给至操作机的液压缸)的单操作杆5通过连接于变排量泵2的固定排量泵3连接于操作阀4的第一和第二压力接收部分4a和4b。如果操作杆5动作，便可以将从固定排量泵3供给而来的控制压力油施加于压力接收部分4a或4b。这时，操作阀4从一预定的操作位置切换至一非操作位置，液压缸30由操作阀4驱动。
在该操作机的驱动回路中，一对电磁阀31、31分别连接于第一和第二压力接收部分4a和4b，并且通过一与固定排量泵3相连的控制回路32分别连接于操作杆5。另外，电磁阀31、31分别和连接于监视器面板8的速度微调开关的控制器6形成电连接。变排量泵2电连接于控制器6。电磁阀31、31根据速度微调开关的“开”操作，通过来自于控制器的输出信号，将控制回路32与第一和第二压力接收部分4a和4b连接起来。
当操作机处于选定操作模式的一个设定速度范围时，该实施例中的速度微调装置可借助来自于固定排量泵3的控制压力油，通过电磁阀31、31来精密地调节控制阀4之阀芯的行程，从而升高或降低供给至液压缸30的压力油的流速，并调节操作机的操作速度。
当操作机的操作速度是根据初始化的操作机的操作模式来设定时，如果需要降低操作速度，操作者可调节速度微调开关，随后，通过一来自于控制器6的输出信号来操控必要的电磁阀31。来自于固定排量泵3的控制压力油通过控制回路32被供给至操作阀4的第一和第二压力接收部分4a和4b中的一个。与速度处于选定操作模式的速度范围内的情况相比，这时操作阀4的开放面积减小，从变排量泵2供给至液压缸30的压力油的流速减小，操作机的速度进一步地降低至比选定操作模式的下限速度更低的值。
操作阀4自动地动作，用于调节操作阀4的开放面积的流速调节装置并不限于上述实施例的情况，可以应用其它各种阀。在此情况下，可以在操作阀4的输出侧回路设置一电磁节流阀，该电磁节流阀可通过一来自于控制器6的输出信号来切换，以便有选择地降低压力油进入液压缸的流速。
在该流速调节装置中，在根据操作模式控制的一个或多个操作机和行驶电动机的每个驱动回路中设置了各种流速调节阀，这些流速调节阀可以有选择地动作，从而增加或减少供给至液压缸或行驶电动机致动器的压力油。
从以上的描述中可以清楚地看到，按照本实施例的工程机械，通过采用由上述方式构成的速度微调装置，可以有效地获得一适合于起重模式操作速度的最佳起重模式、一行驶电动机的驱动速度或操作技能，即使在操作范围改变或存在障碍的环境中也是如此。另外，可以实现工程机械的更稳定的行驶性能和更安全的操作性，可以有效地确保起重作业的安全性，并且能大大提高操作效率。本发明并不限于上述实施例，本发明应该覆盖这样一个范围，即，本领域的熟练人员在这些实施例的基础上可以轻易地变化而获得的技术范围。