CN101824916B

CN101824916B - 混凝土布料设备臂架复合运动控制系统、方法和电控系统

Info

Publication number: CN101824916B
Application number: CN2010101555841A
Authority: CN
Inventors: 万梁; 王佳茜; 李沛林; 王帅
Original assignee: Changsha Zoomlion Heavy Industry Science and Technology Development Co Ltd
Current assignee: Zoomlion Heavy Industry Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2010-03-26
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2030-03-26
Also published as: EP2520739B1; EP2520739A4; WO2011116700A1; EP2520739A1; CN101824916A; US9045316B2; PL2520739T3; US20120253528A1

Abstract

本发明公开了一种混凝土布料设备的臂架复合运动的控制方法、控制系统和电控系统，其中臂架采用带压力补偿的负载敏感液压系统，该控制方法包括以下步骤：根据操作手柄发出的指令计算出臂架的各执行机构的理论需求流量、各电比例控制阀的理论控制信号、以及操作手柄发出指令时臂架泵的流量；当臂架泵流量饱和时向使各电比例控制阀提供理论控制信号；否则，向各比例控制阀提供小于理论控制信号的实际控制信号，使各执行机构的运动速度同比例降低。根据本发明，当臂架复合运动出现系统流量欠饱和现象时，各个执行机构的运动速度将同比例降低，与各个执行机构的负载差异无关，从而保证臂架按照操作者期望的运动轨迹动作。

Description

混凝土布料设备臂架复合运动控制系统、方法和电控系统

技术领域

本发明涉及混凝土布料设备臂架复合运动控制系统、混凝土布料设备臂架复合运动的控制方法和用于混凝土布料设备的臂架复合运动的电控系统。

背景技术

混凝土布料设备的臂架通常由3至6节节臂组成，各节臂分别由执行机构来控制，以实现展开或收拢操作。

目前混凝土布料设备臂架控制液压系统基本都采用单泵加多个执行机构的单回路液压系统。

为了保证多个执行机构能够同时动作，且执行机构的运动速度可以无级调节，与负载无关，基本都采用带压力补偿的负载敏感液压系统，选取具有两个执行机构的液压系统进行说明。

图1示出了具有两个执行机构的液压系统，在图1中，有以下函数关系：

ΔP₁＝P′₁-P₁＝F₁/S₁；ΔP₂＝P′₂-P₂＝F₂/S₂

Q_{1} = λ A_{1} \sqrt{\frac{2 {ΔP}_{1}}{ρ}};

Q_{2} = λ A_{2} \sqrt{\frac{2 {ΔP}_{2}}{ρ}}

若减压阀1和减压阀2压力设定好后，执行机构1和执行机构2的流量即执行机构的运动速度就只与电比例控制阀的开口面积A₁、A₂有关，而与负载无关，即

Q₁＝f(A₁)；Q₂＝f(A₂)

图2为现有大多数混凝土布料设备臂架控制系统结构框图。操作人员通过操作手柄发送臂架动作指令，收发器(接发器)收到指令后直接将指令转化为各个电比例控制阀的控制信号i₁，i₂...i_n，从而输出流量Q₁，Q₂...Q_n给各个执行机构，控制信号i₁，i₂...i_n与输出流量Q₁，Q₂...Q_n的关系由阀的特性决定。

采用现有技术，当多节臂复合动作时，如果所有节臂油缸(执行机构)所需流量总和超过臂架泵输出的最大的流量，即

Q_{S} < Σ_{i = 1}^{n} Q_{i}

此时，负载敏感液压系统的缺点则暴露出来，即流量首先满足负载轻的节臂运动，负载大的节臂运动速度将达不到操作人员期望的速度，导致臂架末端运动轨迹偏离了期望值，需要操作人员不断的改变操作手柄的开度来修正运动轨迹，如此大大增加了劳动强度，降低了工作效率以及臂架运动的稳定性。

例如在操作混凝土泵车臂架时，一般回转运动的负载最小，如果节臂回转与节臂伸展同时动作，就可能出现臂架伸展速度慢甚至无法动作的现象，而改变期望的臂架末端运动轨迹。

如图3所示，臂架回转对应的负载是100bar，臂架伸展对应的负载是200bar，从臂架回转流量曲线和臂架伸展流量曲线可以看出，液压系统的流量先满足臂架回转所需，多余的流量才满足臂架伸展所需。

发明内容

为了解决臂架复合运动时由于流量欠饱和造成的臂架运动轨迹偏离的问题，本发明的目的在于提供一种混凝土布料设备臂架复合运动控制方法，以控制臂架的运动轨迹。

本发明的另一目的在于提供一种混凝土布料设备臂架复合运动控制系统。

本发明的目的还在于提供一种用于混凝土布料设备的臂架复合运动的电控系统。

为此，本发明一方面提供了一种混凝土布料设备的臂架复合运动控制方法，其臂架采用带压力补偿的负载敏感液压系统，所述控制方法包括以下步骤：根据操作手柄发出的指令计算出：臂架的各执行机构的理论需求流量、与各执行机构对应的各电比例控制阀的理论控制信号、以及操作手柄发出指令时臂架泵的流量；将各执行机构的理论需求流量的总和与臂架泵的流量相比较；以及当臂架泵的流量大于或等于各执行机构的理论需求流量的总和时，向各电比例控制阀提供理论控制信号；否则，向各电比例控制阀提供小于理论控制信号的实际控制信号，使各执行机构的运动速度同比例降低。

优选地，上述各电比例控制阀的理论控制信号和实际控制信号均为电流信号。

优选地，上述各电比例控制阀的理论控制信号为电流信号i₁，i₂...i_n，实际控制信号为电流信号i₁′，i₂′...i_n′，当各执行机构的理论需求流量的总和A大于臂架泵提供的流量B时，各电比例控制阀的实际控制信号为：i_n′＝k*i_n+(1-k)i_n0，其中，系数k＝B/A，in₀为各电比例控制阀的最小电流控制信号。

优选地，上述各电比例控制阀的理论控制信号和实际控制信号均为电压信号。

本发明另一方面提供了一种混凝土布料设备的臂架复合运动控制系统，其臂架采用带压力补偿的负载敏感液压系统，所述控制系统包括电控系统，其中，电控系统与操作手柄信号连接，根据操作手柄发出的指令计算出各执行机构的理论需求流量和各执行机构的比例控制阀的理论控制信号；电控系统用于计算出臂架泵的流量；电控系统将获得的各执行机构的理论需求流量的总和与臂架泵的流量相比较，当臂架泵的流量大于或等于各执行机构的理论需求流量的总和时，向各比例控制阀提供理论控制信号，否则向各比例控制阀提供小于理论控制信号的实际控制信号，使各执行机构的运动速度同比例降低。

优选地，上述电控系统与所述操作手柄之间设有用于无线或有线连接的接发器。

优选地，上述各电比例控制阀的理论控制信号为电流信号i₁，i₂...i_n，实际控制信号为电流信号i₁′，i₂′...i_n′，当各执行机构的理论需求流量的总和A大于臂架泵提供的流量B时，各比例控制阀的实际控制信号为：i_n′＝k*i_n+(1-k)i_n0，其中，系数k＝B/A，in₀为各比例控制阀的最小控制信号。

本发明还提供了一种用于混凝土布料设备的臂架复合运动的电控系统，用于接收控制操作手柄发出的指令的接收单元；用于计算出臂架泵的流量、并根据操作手柄发出的指令计算出臂架的各执行机构的理论需求流量及各执行机构的比例控制阀的理论控制信号的计算单元；；将获得的各执行机构的理论需求流量的总和与臂架泵的流量相比较的比较单元；以及在臂架泵的流量大于或等于各执行机构的理论需求流量的总和时，向各比例控制阀提供理论控制信号，否则向各比例控制阀提供小于理论控制信号的实际控制信号，使各执行机构的运动速度同比例降低的控制单元。

优选地，上述计算单元根据用于检测臂架泵转速的传感器的感测信号计算出臂架泵的流量。

根据本发明，当臂架复合运动出现系统流量欠饱和现象时，各个执行机构的运动速度将同比例降低，与各个执行机构的负载差异无关，从而保证臂架按照操作者期望的运动轨迹动作。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本说明书的一部分、用于进一步理解本发明的附图示出了本发明的优选实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。图中：

图1示出了现有技术的负载敏感液压系统的示意图；

图2示出了现有技术的混凝土布料设备的控制系统结构框架的示意图；

图3示出了现有技术的臂架伸展动作和回转动作的流量曲线和臂架泵输出的流量曲线的关系；

图4示出了根据本发明的混凝土布料设备的臂架复合运动控制系统的示意图；

图5示出了根据本发明的用于混凝土布料设备的臂架复合运动的电控系统的结构框架示意图；以及

图6示出了根据本发明的电控系统，臂架伸展动作和回转动作的流量曲线和臂架泵输出的流量曲线的关系。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

图4示出了根据本发明的混凝土布料设备的臂架复合运动控制系统的示意图。如图4所示，本发明中混凝土布料设备臂架控制系统包括一个电控系统，该电控系统与操作手柄信号连接，该电控系统还与检测臂架泵转速的传感器信号连接，并根据所述传感器的感测信号计算出臂架泵的流量。

电控系统与所述操作手柄之间设有用于无线或有线连接的接发器。混凝土布料设备臂架工作时，操作手通过操作手柄发送臂架动作指令，接发器收到指令后通过总线传输给电控系统。

电控系统根据这些指令信息，计算出各个执行机构理论需求流量Q₁，Q₂...Q_n，以及相对应的各电比例控制阀的理论控制信号i₁，i₂...i_n(该理论控制信号不局限于电流信号，其由控制信号与输出流量之间的关系由阀的特性决定，例如该理论控制信号还可为电压信号)。

同时，电控系统根据油泵转速n和排量q信息计算出此时系统能够提供的最大流量Q_s。

通过分析判断，电控系统输出各电比例控制阀的实际控制信号i₁′，i₂′...i_n′(该理论控制信号也不局限于电流信号，其还可为电压信号等)，判断过程如下：

若

Q_{S} > Σ_{i = 1}^{n} Q_{i},

则

i₁′＝i₁

i₂′＝i₂

i_n′＝i_n

若

Q_{S} < Σ_{i = 1}^{n} Q_{i},

则

k = \frac{Q_{s}}{Σ_{i = 1}^{n} Q_{i}}

i₁′＝k*i₁+(1-k)i₁₀

i₂′＝k*i₂+(1-k)i₂₀

i_n′＝k*i_n+(1-k)i_n0

且电比例控制阀控制信号满足以下关系：

i₁₀≤i₁′≤i₁≤i_1max

i₂₀≤i₂′≤i₂≤i_2max

i_n0≤i_n′≤i_n≤i_nmax

以上各式中，i₁₀，i₂₀...i_n0为各电比例控制阀的最小电流(电压)控制信号，此时执行机构处于临界运动状态，i_1mac，i_2max...i_nmax为各电比例控制阀的最大电流(电压)控制信号，此时执行机构处于应许的最高运动速度状态。为了使控制系统适用于所有相关的设备，i₁₀，i₂₀...i_n0与i_1mac，i_2max...i_nmax的具体数值通过在整车调试中标定得到。

显然控制系统中引入电控系统后，当臂架复合运动出现系统流量欠饱和现象时，各个执行机构的运动速度将同比例降低，与各个执行机构的负载差异无关，从而保证臂架按照操作者期望的运动轨迹动作。

图5示出了根据本发明的用于对混凝土布料设备的臂架复合运动进行控制的电控系统的结构框架示意图。如图5所示，用于混凝土布料设备的臂架复合运动控制的电控系统包括：接收单元、计算单元、比较单元和控制单元。

其中，接收单元用于接收控制操作手柄发出的指令；计算单元用于计算出臂架泵的流量、并根据操作手柄发出的指令计算出臂架的各执行机构的理论需求流量及各执行机构的比例控制阀的理论控制信号。

比较单元用于将获得的各执行机构的理论需求流量的总和与臂架泵的流量相比较；控制单元用于在臂架泵的流量大于或等于各执行机构的理论需求流量的总和时，向各比例控制阀提供理论控制信号，否则向各比例控制阀提供小于理论控制信号的实际控制信号，使各执行机构的运动速度同比例降低。

仍然以混凝土泵车的回转与臂架伸展动作为例，使用本发明后，图3所示的各执行机构流量变化趋势将如图6所示，系统最大流量分配至臂架伸展的执行机构和回转动作的执行机构，此时，臂架伸展和回转动作同时进行，各执行机构的运行速度变慢。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种混凝土布料设备的臂架复合运动控制方法，其臂架采用带压力补偿的负载敏感液压系统，其特征在于，包括以下步骤：

根据操作手柄发出的指令计算出：臂架的各执行机构的理论需求流量、所述各执行机构对应的各电比例控制阀的理论控制信号、以及所述操作手柄发出指令时臂架泵的流量；

将所述各执行机构的理论需求流量的总和与所述臂架泵的流量相比较；以及

当所述臂架泵的流量大于或等于所述各执行机构的理论需求流量的总和时，向所述各电比例控制阀提供所述理论控制信号；否则，向所述各电比例控制阀提供小于所述理论控制信号的实际控制信号，使所述各执行机构的运动速度同比例降低。

2.根据权利要求1所述的臂架复合运动控制方法，其特征在于，所述各电比例控制阀的理论控制信号和所述实际控制信号均为电流信号。

3.根据权利要求2所述的臂架复合运动控制方法，其特征在于，所述各电比例控制阀的理论控制信号为电流信号i₁，i₂...i_n，实际控制信号为电流信号i₁′，i₂′...i_n′，当所述各执行机构的理论需求流量的总和A大于所述臂架泵提供的流量B时，所述各电比例控制阀的实际控制信号为：i_n′＝k*i_n+(1-k)i_n0，其中，系数k＝B/A，所述i_n0为所述各电比例控制阀的最小电流控制信号。

4.根据权利要求1所述的臂架复合运动控制方法，其特征在于，所述各电比例控制阀的理论控制信号和所述实际控制信号均为电压信号。

5.一种混凝土布料设备的臂架复合运动控制系统，其臂架采用带压力补偿的负载敏感液压系统，所述控制系统其特征在于，包括电控系统，其中，

所述电控系统与操作手柄信号连接，所述电控系统用于计算出臂架泵的流量并且根据所述操作手柄发出的指令计算出各执行机构的理论需求流量和所述各执行机构的比例控制阀的理论控制信号；

所述电控系统将获得的所述各执行机构的理论需求流量的总和与所述臂架泵的流量相比较，当所述臂架泵的流量大于或等于所述各执行机构的理论需求流量的总和时，向所述各比例控制阀提供理论控制信号，否则向所述各比例控制阀提供小于所述理论控制信号的实际控制信号，使所述各执行机构的运动速度同比例降低。

6.根据权利要求5所述的臂架复合运动控制系统，其特征在于，所述电控系统与所述操作手柄之间设有用于无线或有线连接的接发器。

7.根据权利要求5所述的臂架复合运动控制系统，其特征在于，所述电控系统与检测臂架泵转速的传感器信号连接，根据所述传感器的感测信号计算出臂架泵的流量。

8.根据权利要求5所述的臂架复合运动控制系统，其特征在于，所述各比例控制阀的理论控制信号为i₁，i₂...i_n，实际控制信号为i₁′，i₂′...i_n′，当所述各执行机构的理论需求流量的总和A大于所述臂架泵提供的实际流量B时，所述各比例控制阀的实际控制信号为：i_n′＝k*i_n+(1-k)i_n0，其中，系数k＝B/A，所述i_n0为所述各比例控制阀的最小控制信号。

9.一种用于混凝土布料设备的臂架复合运动的电控系统，其特征在于，

用于接收操作手柄发出的指令的接收单元；

用于计算出臂架泵的流量、并根据操作手柄发出的指令计算出所述臂架的各执行机构的理论需求流量及所述各执行机构的比例控制阀的理论控制信号的计算单元；

将获得的所述各执行机构的理论需求流量的总和与所述臂架泵的流量相比较的比较单元；以及

在所述臂架泵的流量大于或等于所述各执行机构的理论需求流量的总和时，向所述各比例控制阀提供理论控制信号，否则向所述各比例控制阀提供小于所述理论控制信号的实际控制信号，使所述各执行机构的运动速度同比例降低的控制单元。

10.根据权利要求9所述的臂架复合运动的电控系统，其特征在于，所述计算单元根据用于检测臂架泵转速的传感器的感测信号计算出臂架泵的流量。