一种解决起重机回转启动冲击的控制系统及方法

摘要

本发明涉及一种解决起重机回转启动冲击的控制系统及方法，包括先导电手柄、控制器、比例减压阀、齿轮泵、溢流阀、发动机、三位五通电液比例换向阀、单向阀、液压马达、安全阀、负载和液压油箱；在起重机回转平台启动阶段，启动前通过计算回转平台转动惯量，根据经验选取回转平台角加速度，从而可通过理论计算出启动阶段的启动压力，此最大压力对应启动阶段的阀口开度，当阀芯运动到对应压力的阀口开度时，对控制阀芯的控制信号进行定值延时，当回转平台开始转动时，定值延时时间结束，控制器输出原控制信号曲线，即阀口开度与负载进行匹配。本发明通过解决不同负载与阀口的匹配问题，可有效的解决负载不同时压力超调与流量上升曲线不一致的问题。

权利要求

1.一种解决起重机回转启动冲击的控制系统，其特征在于：所述系统包括液压机构和控制机构；

所述液压机构包括第一比例减压阀、第二比例减压阀、溢流阀、齿轮泵、发动机、三位五通电液换向阀、第一单向阀、第二单向阀、第一安全阀、第二安全阀、液压马达、负载和液压油箱；所述发动机与齿轮泵相连；所述齿轮泵与液压油箱相连；所述齿轮泵用于给液压机构、第一比例减压阀和第二比例减压阀供油；所述溢流阀连接在齿轮泵与第一比例减压阀和第二比例减压阀之间，起安全保护系统的作用；所述第一比例减压阀和第二比例减压阀分别通过液压管路与三位五通电液换向阀的先导端连接；所述第一单向阀和第二单项阀分别与液压马达左右两侧的回路连接，同时两者均与液压油箱相连；所述第一安全阀和第二安全阀分别与液压马达左右两侧的回路连接，同时两者均与液压油箱相连；所述液压马达和负载相连；

所述控制机构包括先导电手柄和和控制器；所述先导电手柄通过信号线与控制器相连；所述控制器分别与第一比例减压阀和第二比例减压阀相连，通过电信号控制第一比例减压阀和第二比例减压阀；

所述控制系统的控制方法，包括以下步骤：首先，在回转先导手柄动作之前，控制器提取回转平台的负载、角度、臂长参量进行回转平台转动惯量J的计算，回转定量马达的排量V为一定值，根据经验设定回转平台的角加速度α为一定值，根据公式J·α＝V·ΔP计算出克服当前负载所需的压力，齿轮泵所输出的流量Q为一定值，流量系数Cd取一定值，由于进油口采用旁路节流调速，根据公式 可计算出此时三位五通电液换向阀的阀口过流面积A，根据阀口过流面积与阀芯位移之间的关系曲线可得出此时的阀芯位移X，式中，PS为齿轮泵出口的压力，在忽略三位五通电液换向阀阀口压损时，泵出口压力PS与马达高压腔压力相等，根据三位五通电液换向阀阀芯位移X与减压阀给定电流I之间的关系曲线获取当前阀芯位移X对应下的电流信号I；当先导电手柄迅速推到最大位置时，此时控制器将先导电手柄的电压转化的电流轨迹记录下来，同时控制器按照操作手操作的电流轨迹进行输出，当输出到之前计算出来的阀芯位移X对应的电流信号I时，此时控制器输出的电流在此值进行定值延时，当延时时间结束时，控制器将之前记录好的电流轨迹输出给减压阀。

说明书

一种解决起重机回转启动冲击的控制系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及工程技术领域，尤其涉及一种解决起重机回转启动冲击的控制系统及方法。

背景技术

[0002] 随着基础设施建造行业的兴起，工程机械也越来越多的被应用，其中汽车起重机以其移动方便，灵活性强等优点，被广泛使用。

[0003] 汽车起重机主要由起升、变幅、回转、起重臂和汽车底盘组成。由于液压技术、电子工业、高强度钢材和汽车工业的发展，促进了汽车起重机的发展。自重大，工作准备时间长的机械传动式汽车起重机已被液压式汽车起重机所代替。

[0004] 液压汽车起重机的液压系统采用液压泵、定量或变量马达实现起重机起升回转、变幅、起重臂伸缩及支腿伸缩并可单独或组合动作。液压汽车起重机的转台与底架之间用能承受垂直载荷、水平载荷及倾覆力矩的回转支承联接。为了防止在行驶时转台发生滑转，设有转台锁定装置。回转机构由定量马达驱动。回转机构的输出齿轮与回转支承齿轮啮合。实现起重机转台沿回转中心作360°回转。

[0005] 与其他起重机一样，液压汽车起重机同样需要有防止被吊重或臂架驱动，使液压马达超速的措施或装置。在启动阶段，由于转动惯量的不同，容易造成启动阶段的压力冲击的问题，导致回转过程中的稳定性下降，同时，由于启动阶段压力冲击，导致在同一手柄给定信号下起重机启动阶段的角加速度不同，即回转平台在启动阶段的转速不一致。即汽车起重机的回转作业如果存在启动阶段的前冲及摆动的话，会降低作业效率，同时还会带来安全隐患，因此抑制回转摆动显得十分必要。

[0006] 目前，国内外均有相关专利对汽车起重机回转前冲及摆动抑制技术进行了一系列研究。

[0007] 日本专利JP2001080879中，日本日立机电工业株式会社提出了一种起重机悬挂机构摆动预防控制方法。通过限制在摆动角和摆动角速度相平面内进行摆动预防控制的区域来抑制起重机的摆动位置变化。对摆角θ和摆角速度θ'/ω相平面内的摆预防性控制区域进行限制，从而抑制起重机的位置变化，而不增加剩余摆动。但该方法并没有从根本上对回转系统中压力冲击进行调控，同时装备角速度传感器会增加生产成本，长时间能量损耗易对整个设备造成损坏。

[0008] 中国专利CN107355437A中，安徽柳工起重机有限公司提出了一种负载敏感回转缓冲阀及起重机回转液压系统。将回转换向阀的中路通过LS反馈油路依次与三通压力补偿阀的先导油口和恒流阀的进油口连接，三通压力补偿阀的进油口与阀体的进油口连通，三通压力补偿阀的出油口与阀体的回油口连通，恒流阀的出油口分为两路，一路直接与阀体的回油口连接，另一路同时与第一单向阀和第二单向阀的进油口连通，三通压力补偿阀与回转换向阀组成一个调速阀，从而实现两个工作油口A口、B口的流量调节，使流量按比例输出，不受负载大小的影响，操作整个过程中，动作平稳，不会忽快忽慢，实现平稳开启，停止时压力冲击小，从而使起重机没有回转摆动。但该方法只是通过压力补偿的方式将流量重新进行分配，没有从根源上解决回转摆动。

[0009] 中国专利CN108116988A中，江苏建筑职业技术学院提出一种削减汽车起重机回转停止冲击的控制方法，该方法设定回转机构运动状态的离散状态集和控制信号斜坡变化步长的离散动作集，将回转过程的运动状态划分到对应的状态集上，比例电磁阀控制信号的斜坡变化步长划分到对应的动作集上，通过在回转液压马达进出油口布置压力传感器，来检测压力冲击数值，通过奖励函数对每步动作进行奖励，并反向更新各状态下动作总奖励矩阵，实现根据实际效果进行自动学习，可在后续操作中自动识别状态，选择当前状态下总奖励最大的动作序列，分段构建斜坡曲线进行输出控制。该方法能够有效地减小汽车起重机回转停止过程中的液压冲击，具有较强的环境适应性，提高了系统的工作性能；但是，起重机的工况较为恶劣，增加压力传感器一方面增加了生产成本，另一方面当压力传感器发生故障时，会造成不良的影响。

[0010] 综上所述，现有的汽车起重机回转系统压力超调控制方法大多在添加各种压力、角速度传感器的前提下，构成闭环控制算法将回转摆动进行调控。为克服技术缺陷，亟需提供一种新型的汽车起重机回转系统压力超调控制方法。

发明内容

[0011] 针对上述问题，本发明的目的在于提供一种解决起重机回转启动冲击的控制系统及方法，在不改变现有起重机液压系统的基础上，能从根本上解决起重机回转系统启动阶段压力超调的问题，以及手柄轨迹一样时，不同工况下流量上升曲线不一致的问题[0012] 本发明采用的技术方案如下：

[0013] 本发明所提出的一种解决起重机回转启动冲击的控制系统及方法，所述系统包括液压机构和控制机构；

[0014] 所述液压机构包括第一比例减压阀、第二比例减压阀、溢流阀、齿轮泵、发动机、三位五通电液换向阀、第一单向阀、第二单向阀、第一安全阀、第二安全阀、液压马达、负载和液压油箱；所述发动机与齿轮泵相连；所述齿轮泵与液压油箱相连；所述齿轮泵用于给液压机构、第一比例减压阀和第二比例减压阀供油；所述溢流阀连接在齿轮泵与第一比例减压阀和第二比例减压阀之间，起安全保护系统的作用；所述第一比例减压阀和第二比例减压阀分别通过液压管路与三位五通电液换向阀的先导端连接；所述第一单向阀和第二单项阀分别与液压马达左右两侧的回路连接，同时两者均与液压油箱相连；所述第一安全阀和第二安全阀分别与液压马达左右两侧的回路连接，同时两者均与液压油箱相连；所述液压马达和负载相连；

[0015] 所述控制机构包括先导电手柄和和控制器；所述先导电手柄通过信号线与控制器相连；所述控制器分别与第一比例减压阀和第二比例减压阀相连，通过电信号控制第一比例减压阀和第二比例减压阀。

[0016] 进一步的，所述方法包括以下步骤：首先，在回转先导手柄动作之前，控制器提取回转平台的负载、角度、臂长参量进行回转平台转动惯量J的计算，回转定量马达的排量V为一定值，根据经验设定回转平台的角加速度α为一定值，根据公式Jgα＝VgΔP计算出克服当前负载所需的压力，齿轮泵所输出的流量Q为一定值，流量系数Cd取一定值，由于进油口采用旁路节流调速，根据公式 可计算出此时三位五通电液换向阀的阀口过流面积A，根据阀口过流面积与阀芯位移之间的关系曲线可得出此时的阀芯位移X，式中，PS为齿轮泵出口的压力，在忽略三位五通电液换向阀阀口压损时，泵出口压力PS与马达高压腔压力相等，根据三位五通电液换向阀阀芯位移X与减压阀给定电流I之间的关系曲线获取当前阀芯位移X对应下的电流信号I；当先导电手柄迅速推到最大位置时，此时控制器将先导电手柄的电压转化的电流轨迹记录下来，同时控制器按照操作手操作的电流轨迹进行输出，当输出到之前计算出来的阀芯位移X对应的电流信号I时，此时控制器输出的电流在此值进行定值延时，当延时时间结束时，控制器将之前记录好的电流轨迹输出给减压阀。

[0017] 本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

[0018] 1、本发明通过不同工况下的转动惯量计算出不同的阀口开度，将此阀口开度下对应的控制器输出电流值作为定值延时的电流值，一方面使回转平台启动阶段的压力超调减小，另一方面使不同负载下相同的手柄输入信号下，回转机构启动阶段的流量上升曲线保持一致，同时确保控制过程中的快速性和可靠性；

[0019] 2、由于本发明并未对液压系统进行修改，只是在控制器中进行运算，保证了原有的系统的完整性以及可靠性。

附图说明

[0020] 图1为本发明控制系统的结构示意图；

[0021] 图2为本发明控制方法的流程示意图；

[0022] 图3为本发明的电流轨迹示意图。

[0023] 其中，附图标记：1‑先导电手柄；2‑控制器；3‑第一比例减压阀；4‑第二比例减压阀；5‑溢流阀；6‑齿轮泵；7‑发动机；8‑三位五通电液换向阀；9‑第一单向阀；10‑第二单向阀；11‑第一安全阀；12‑第二安全阀；13‑液压马达；14‑负载；15‑液压油箱。

具体实施方式

[0024] 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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0025] 参见附图1至3，给出了本发明所提出的一种解决起重机回转启动冲击的控制系统及方法一个实施例的具体方案。如图1所示，所述系统包括液压机构和控制机构，能够解决起重机回转启动压力超调较大和不同工况下流量上升曲线不一致的问题。

[0026] 其中，所述液压机构包括第一比例减压阀3、第二比例减压阀4、溢流阀5、齿轮泵6、发动机7、三位五通电液换向阀8、第一单向阀9、第二单向阀10、第一安全阀11、第二安全阀12、液压马达13、负载14和液压油箱15；所述发动机7与齿轮泵6相连；所述齿轮泵6与液压油箱15相连；所述齿轮泵6用于给液压机构以及第一比例减压阀3和第二比例减压阀4供油；所述溢流阀5连接在齿轮泵6与第一比例减压阀3和第二比例减压阀4之间，起安全保护系统的作用；所述第一比例减压阀3和第二比例减压阀4分别通过液压管路与三位五通电液换向阀
8的先导端连接；所述第一单向阀9和第二单项阀10分别与液压马达13左右两侧的回路连接，同时所述第一单向阀9和第二单项阀10均与液压油箱15相连；所述第一安全阀11和第二安全阀12分别与液压马达13左右两侧的回路连接，同时所述第一安全阀11和第二安全阀12均与液压油箱15相连；所述液压马达13和负载14相连。

[0027] 所述控制机构包括先导电手柄1和和控制器2；所述先导电手柄1通过信号线与控制器2相连；所述控制器2分别与第一比例减压阀3和第二比例减压阀4相连，通过电信号控制第一比例减压阀3和第二比例减压阀4。

[0028] 当先导电手柄1迅速动作后，所示控制器2将先导电手柄1的电压信号转化为对应的电流信号，输出给第一比例减压阀3或者第二比例减压阀4，所示第一比例减压阀3或者第二比例减压阀4将减压后的压力作用到三位五通电液换向阀8的左端先导或者右端先导，此时，所示三位五通电液换向阀8的阀芯逐渐打开，所述三位五通电液换向阀8进油路采用旁路节流的方式，即采用P‑T阀口的节流方式进行负载压力的调节，在阀芯打开的过程中，流量并没有逐渐上升，即液压马达13并没有转动，所述液压马达13需要克服负载14阻力矩，此时所需的流量很小，可以忽略不计。在克服负载14阻力矩的过程中，所述三位五通电液换向阀8的阀口处于逐渐开启的过程，P‑T阀口此时的开度与当前负载不匹配，即此时经过P‑T阀口节流产生的负载压力大于克服当前负载所需的压力，导致起重机回转机构在启动阶段造成压力超调。另一方面，由于压力的不匹配导致启动阶段的角加速度α的不同，从而同一手柄轨迹下，不同工况下的起重机回转平台的流量上升曲线不一致。

[0029] 针对上述问题，本发明还提出了一种解决起重机回转启动冲击的控制系统及方法，如图2所示，所述方法具体包括以下步骤：

[0030] 首先起重机确定工况后，将负载参数、伸缩臂与地面间的角度参数、臂长参数输入到控制器2中，所述控制器2进行回转平台转动惯量J的计算，液压定量马达的排量V为一定值，根据经验设定回转平台的角加速度α为一定值，根据公式Jgα＝VgΔP计算出此时的压差ΔP，在液压马达13完全克服负载14阻力矩之前，所述液压马达13并未转动，此时压差ΔP即为液压马达13高压侧的压力PA，此PA即为液压马达13克服此负载14阻力矩所需的最小压力；在忽略P口到液压马达高压口处阀口压力损失时，PA即为齿轮泵6出口的压力PS，所述齿轮泵
6为定量泵，输出流量Q为一定值，所述三位五通电液换向阀8的进油口为旁路节流方式，泵出口的流量均由P‑T阀口泄流，T口压力可忽略不计，根据公式 可计
算出此时的阀口过流面积A，根据阀口过流面积与阀芯位移之间的关系曲线可得到当前的阀芯位移X，根据所述三位五通电液换向阀8阀芯位移与减压阀给定电流之间的关系曲线获取当前阀芯位移X对应下的电流信号I；当先导电手柄1迅速推到最大位置时，此时控制器2将先导电手柄1的电压转化的电流轨迹记录下来，同时控制器2按照操作手操作的电流轨迹进行输出，当输出到之前计算出来的阀芯位移X对应的电流信号I时，此时控制器2输出的电流在此值进行定值延时，当延时时间结束时，控制器将之前记录好的电流轨迹输出给第一比例减压阀3和第二比例减压阀4，从而形成流量受阀口的控制，即此时阀口的开度与负载能够匹配，从而减小启动阶段的压力超调。

[0031] 如图3所示，是控制器2中的电流轨迹图，EAD段曲线为手柄上升轨迹，随着先导电手柄1的动作，控制器2将手柄上升轨迹进行存储，A点为经过控制器2计算后需要在当前电流值附近进行延迟的电流值，在未到达A点之前，控制器2输出的手柄轨迹按原轨迹进行输出，当到达A点时，进行定值延时，延时结束后，将之前存储的手柄轨迹AD段进行释放，即BC段手柄轨迹曲线。

[0032] 以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。