CN101845892B - 单边作业控制方法、控制器及混凝土泵车 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种单边作业控制方法，用于底盘两侧具有支腿的工程机械，该方法按下述步骤进行：获取相关参数信号：各支腿的状态；以位于底盘一侧的支腿是否均处于非完全打开状态且位于底盘另一侧的支腿是否处于完全打开状态为条件，获得是否为单边作业工况的判断结果；当判断结果表征为单边作业工况时，根据预设的单边作业模式参数发出控制信号至执行元件。优选地，获取的相关参数信号还包括：臂架回转角度；且以是否获得臂架回转角度信号为条件，获得是否为正常工作状态的判断结果；当判断结果表征为正常工作状态时，执行步骤在工况判断步骤。优选地，预设底盘两侧支腿的状态参数为收回状态。在此基础上，本发明还公开一种单边作业控制器及混凝土泵车。

Description

单边作业控制方法、控制器及混凝土泵车

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，具体涉及单边作业控制方法、控制器及混凝土泵车。

背景技术

负载作业时，轮式工程机械底盘通常需要伸出支腿以提高工作稳定性，比如，混凝土泵车。为了提高整车的工作稳定性，确保作业过程中的人身和财产安全，现有混凝土泵车的底盘两侧分别设置有前支腿和后支腿；作业前，需要将四个支腿伸出，从而为极限工作高度和工作幅度的作业工况提供可靠的保证。

传统的混凝土泵车在施工作业过程中，要求四个支腿必须全部打开支起才能进行泵送操作，在泵车周围的施工现场需要预留一定的空间距离，供支腿打开所用。然而，在狭小的工地中施工，支腿作业时常受场地空间的限制，因此，大大降低了混凝土泵车对工作环境的适应性。

为解决上述问题，单边作业控制技术在混凝土泵车上得到了有效应用，即，通过限制泵车臂架工作时的水平旋转角度，使得泵车在单侧支腿伸出时依然可以进行泵送操作，减少了泵车占用的工作空间，进而可以提高泵车的环境适应性。该控制技术的基本原理为：通过检测支腿的收回状态和转台的回转角度，确定臂架是否可以在限制的水平旋转角度内进行单边作业，即，当支腿检测元件检测到泵车的一侧支腿均处于收回状态，而另一侧支腿均完全打开时，则泵车执行单边作业功能。然而，该方法中泵车控制系统默认支腿为完全打开，且支腿打开后检测元件就不再工作，这样，在一侧的支腿均没有完全打开到位时，臂架回转则不再受区域限制；在这种情况下，若泵车执行极限工作高度和工作幅度的作业，极易造成翻车事故。

另外，检测元件故障或支腿检测线路出现故障时，同样存在上述不安全隐患。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供单边作业控制方法，以有效避免现有控制技术所存在的不安全隐患。在此基础上，本发明还提供了一种单边作业控制器及具有该控制器的混凝土泵车。

本发明提供的单边作业控制方法，用于底盘两侧具有支腿的工程机械，以控制该工程机械执行单边作业模式，该方法按下述步骤进行：

步骤100、获取相关参数信号：各支腿的状态；

步骤200、以位于底盘一侧的支腿是否均处于非完全打开状态且位于底盘另一侧的支腿是否处于完全打开状态为条件，获得是否为单边作业工况的判断结果；

步骤300、当判断结果表征为单边作业工况时，根据预设的单边作业模式参数发出控制信号至执行元件。

优选地，步骤100中获取的相关参数信号还包括：臂架回转角度；且在步骤100之后还包括：

步骤101、以是否获得臂架回转角度信号为条件，获得是否为正常工作状态的判断结果；当判断结果表征为正常工作状态时，执行步骤200。

优选地，步骤100前还包括：

步骤10、预设底盘两侧支腿的状态参数为收回状态。

优选地，所述输出至执行元件的控制信号为脉冲宽度调制信号。

本发明提供的单边作业控制器，用于底盘两侧具有支腿的工程机械，以控制该工程机械执行单边作业模式，包括相关参数信号采集单元、工况判断单元、控制信号输出单元和控制参数存储单元；其中，所述相关参数信号采集单元，用于获取各支腿的状态；所述工况判断单元，用于以位于底盘一侧的支腿是否均处于非完全打开状态且位于底盘另一侧的支腿是否处于完全打开状态为条件，获得是否为单边作业工况的判断结果；所述控制信号输出单元，用于当判断结果表征为单边作业工况时，根据预设的单边作业模式控制参数发出控制信号至执行元件；所述控制参数存储单元，用于存储单边作业模式参数。

优选地，所述相关参数信号采集单元还用于获取臂架回转角度；且该控制器还包括工作状态判断单元，所述工作状态判断单元用于以是否获得臂架回转角度信号为条件，获得是否为正常工作状态的判断结果；当判断结果表征为正常工作状态时，则发出信号启动工况判断结果。

优选地，所述控制参数存储单元还用于存储底盘两侧支腿的状态参数预设值，该状态参数预设为收回状态。

优选地，所述控制信号输出单元以脉冲宽度调制信号方式输出控制信号至执行元件。

本发明提供的混凝土泵车，包括底盘、上车转台、臂架回转角度检测器件、四个支腿状态检测器件和如前所述的单边作业控制器；其中，所述底盘的两侧分别具有前支腿和后支腿；所述上车转台在回转减速机驱动下可相对于底盘转动；所述臂架回转角度检测器件设置在回转支撑上；所述四个支腿状态检测器件分别与底盘两侧的前支腿和后支腿对应设置；且每个所述支腿状态检测器件包括检测板和检测元件；所述检测板和检测元件分别相应设置在回转底座和支腿上，以便于支腿完全打开时，所述检测元件与检测板相对并发出支腿状态信号至所述单边作业控制器；所述臂架回转角度检测器件输出臂架回转角度信号至所述单边作业控制器；所述单边作业控制器发出的控制信号用于控制回转减速机的启停操作。

优选地，所述臂架回转角度检测器件采用总线多圈绝对型检测器件。

与现有技术相比，本发明以位于底盘一侧的支腿是否均处于非完全打开状态且位于底盘另一侧的支腿是否处于完全打开状态为条件，判断当前是否为单边作业工况。也就是说，当同侧的支腿均处于非完全打开状态时，判断结果为确定该车处于单边作业工况；此时，设备只能在单边作业模式下作业。因此，本发明能够有效避免了设备在支腿未完全打开状态下执行全工况作业模式，可防止因操作者的不当操作导致泵车倾翻的事故发生，从而克服了现有技术中所采用的支腿收回检测方式存在的弊端。采用本发明的混凝土泵车能够适应不同的工地工况，大大提高了设备的适应性。

在本发明的优选方案中，在进行工况判断之前首先判断是否臂架回转角度检测器件是否为正常工作状态，即，若获得臂架回转角度参数信号，则执行工况判断；若未获得臂架回转角度参数信号，则不再执行下一步操作，以保证在系统各器件均稳定工作的前提下进行作业，避免由于臂架检测角度不准确引起的泵车倾翻危险。

在本发明的又一优选方案中，预设底盘两侧支腿的状态参数为收回状态，也就是说，支腿状态的默认值为收回状态。在支腿检测元件或者线路发生故障时，默认该支腿为收回状态，因此，可限制臂架的回转区域，并进一步提高了设备作业的安全可靠性。

附图说明

图1示出了混凝土泵车执行全工况作业模式时的臂架回转区域；

图2示出了混凝土泵车执行单边作业模式时时的臂架回转区域；

图3是实施例中所述单边作业控制方法的控制流程图；

图4是实施例中所述单边作业控制器的组成框图；

图5是实施例中所述混凝土泵车的整体结构示意图；

图6是图5的I部放大图，示出了臂架回转角度检测器件的装配关系；

图7是图5的II部放大俯视图，示出了前支腿状态检测器件的装配关系；

图8是图5的III部放大俯视图，示出了后支腿状态检测器件的装配关系。

图4-图8中：

控制器1、相关参数信号采集单元11、工况判断单元12、控制信号输出单元13、控制参数存储单元14、工作状态判断单元15；

底盘10、上车转台20、臂架回转角度检测器件30、安装板31、防护盖32、支腿状态检测器件40′、40″、检测板41′、41″、检测元件42′、42″、前支腿50、后支腿60、安装板61、回转减速机70、回转支撑80、回转底座81。

具体实施方式

本发明的核心在于，以支腿检测采用打开检测方式作为判断的基础，确定当前工况是否启动单边作业模式，为臂架回转角度限制提供依据；即，当一侧支腿没有完全打开，而另一侧支腿完全打开时，泵车执行单边作业模式，克服了由于支腿未完全打开而执行单边作业模式所存在的缺陷。

不失一般性，下面以混凝土泵车的控制系统为例进行说明。

混凝土泵车具有全工况作业和单边作业两种模式，通常情况下，在较为宽阔的施工现场，混凝土泵车通常执行全工况作业模式，作业过程中稳定性较好，即，底盘支腿全部打开并支起。参见图1，在全工况作业模式，臂架的回转角度为：双向回转270°。而受场地空间的限制，比如在隧道和室内施工作业，混凝土泵车需要执行单边作业模式，以提高泵车的适用性和机动灵活性，即，只有一侧底盘支腿完全打开并支起。参见图2，在单边作业模式，臂架的回转角度为：单向回转120°，其回转区域为支腿完全打开侧。

在混凝土泵车进行泵送作业前，控制系统根据支腿状态检测器件所获得的支腿状态信号，选择执行全工况作业或单边作业模式。为详细说明本发明提供的单边作业控制方法，请参见图3，该图是本发明单边作业控制方法的控制流程图。具体包括以下步骤：

步骤100、获取相关参数信号：各支腿的状态；

具体地，若支腿处于完全打开状态，则检测元件发送信号。

步骤200、以位于底盘一侧的支腿是否均处于非完全打开状态且位于底盘另一侧的支腿是否处于完全打开状态为条件，获得是否为单边作业工况的判断结果；

本方案在工况判断步骤中，判断条件需要同时满足两个条件：其一是一侧支腿处于完全打开状态；其二是另一侧支腿处于非完全打开状态。

步骤300、当判断结果表征为单边作业工况时，根据预设的单边作业模式参数发出控制信号至执行元件。

相关执行元件为臂架回转减速机、臂架回转制动器等部件，以限制臂架在图2所示的安全作业范围内工作，此时，臂架可以在支腿伸出侧的120°范围内进行摆动。应当理解，支腿单向回转的极限角度不局限于120°，理论上，该极限角度可以根据不同的车型总体进行参数计算而设定。

需要说明的是，本文未对前述用于控制执行元件工作的单边作业模式参数进行详细阐述，该部分的控制原理与现有技术大致相同，臂架回转基于操纵信号在限制区域范围内回转。在由于本领领域的普通技术人员基于现有技术完全可以实现，故在此未予赘述。

基于上述目的本发明采用的是支腿打开检测方式。与现有单边作业工况的判断条件相比，区别点在于只要支腿未完全打开就需要判断是否适用单边作业工况。这样，在支腿在打开且未完全打开的状态下，泵车不能执行全工况作业模式，从而可有效避免了泵车倾翻的危险。

众所周知，臂架在泵送作业过程当中，需要时时获得臂架回转角度参数信号，并以此参数信号为基础控制臂架在限制区域范围内摆动作业。但是，如果出现臂架检测部件发生故障的状况下，就无法保证作业控制的安全性。

为此，步骤100中获取的相关参数信号还包括：臂架回转角度；且在步骤100之后还包括：

步骤101、以是否获得臂架回转角度信号为条件，获得是否为正常工作状态的判断结果；当判断结果表征为正常工作状态时，执行步骤200。

本实施例中，在开机后、进行工况判断之前，首先判断是否能够正常获得臂架回转角度信号，也就是说，若获得臂架回转角度参数信号，则执行工况判断；若未获得臂架回转角度参数信号，则不再执行下一步操作，以保证在系统各器件均稳定工作的前提下进行作业，避免由于臂架检测角度不准确引起的泵车倾翻危险。

优选地，在前两个控制方法中，步骤100前还包括：

步骤10、预设底盘两侧支腿的状态参数为收回状态。

也就是说，支腿状态的默认值为收回状态。在支腿检测元件或者线路发生故障时，默认该支腿为收回状态，因此，可限制臂架的回转区域，并进一步提高了设备作业的安全可靠性。

另外，所述输出至执行元件的控制信号为脉冲宽度调制(PWM)信号。即对应不同的判断结果，产生不同占空比例的PWM电压或电流。这种PWM电压或电流，控制器到被控系统的信号具有较好的连续性，从而保证臂架操作稳定性。

在上述控制方法的基础上，下面对本发明提供的单边作业控制器进行说明。

请参见图4，该图是本发明的单边作业控制器的组成框图。所述控制器1，包括：

相关参数信号采集单元11，用于获取各支腿的状态；

工况判断单元12，用于以位于底盘一侧的支腿是否均处于非完全打开状态且位于底盘另一侧的支腿是否处于完全打开状态为条件，获得是否为单边作业工况的判断结果；

控制信号输出单元13，用于当判断结果表征为单边作业工况时，根据预设的单边作业模式控制参数发出控制信号至执行元件；和

控制参数存储单元14，用于存储单边作业模式参数。优选地，所述控制参数存储单元14为可读写存储器，并设置用以与外部设备通信的I/O端口，从而便于根据不同系统特性调整控制参数，提高控制器1的通用性。

进一步地，所述相关参数信号采集单元还用于获取臂架回转角度；如图4所示，该控制器还包括：

工作状态判断单元15，用于以是否获得臂架回转角度信号为条件，获得是否为正常工作状态的判断结果；当判断结果表征为正常工作状态时，则发出信号启动工况判断结果。

优选地，所述控制参数存储单元还用于存储底盘两侧支腿的状态参数预设值，该状态参数预设为收回状态。

在上述实施例所提供控制器的基础上，本发明提供的混凝土泵车如图5所示，简述如下。

图5示出了混凝土泵车的整体结构。该泵车包括底盘10、上车转台20、臂架回转角度检测器件30、四个支腿状态检测器件40和如前所述的单边作业控制器(图中未示出)。其中，底盘的两侧分别具有前支腿50和后支腿60；上车转台20在回转减速机70驱动下可相对于底盘10转动；四个支腿状态检测器件分别与底盘两侧的前支腿和后支腿对应设置(图中未一一示出)；参见图6，臂架回转角度检测器件30设置在回转底座81上，具体地，臂架回转角度检测器件30通过安装板31与回转底座81固定连接，其外周设置有防护盖32，以适应恶劣作业环境。需要说明的是，该混凝土泵车底盘、转台、动力系统以及臂架系统等其它主要功能部件不是本专利的发明点所在，在此不予赘述。

具体地，每个支腿状态检测器件包括检测板和检测元件，其中，检测板设置在回转底座或支腿上；检测元件设置在支腿或回转底座上。

请参见图7，该图示出了前支腿状态检测器件40′的装配关系图。图中所示，检测板41′设置在前支腿50上，检测元件42′设置在回转底座81上，这样，支腿完全伸出时，所述检测元件42′与检测板41′相对，此时，检测元件42′发出前支腿状态信号至单边作业控制器。

请参见图8，该图示出了后支腿状态检测器件40″的装配关系图。图中所示，检测板41″设置在回转底座81上，检测元件42″通过安装板61固定设置在后支腿60上，这样，支腿完全摆出时，所述检测元件42″与检测板4″相对，此时，检测元件42″发出后支腿状态信号至单边作业控制器。

应当理解，底盘两侧的前、后支腿上的检测器件的装配方式是一致的，单边作业控制器根据所获得的参数信号发出的控制信号至执行元件，以控制回转减速机的启停操作。

优选地，所述臂架回转角度检测器件30采用总线多圈绝对型检测器件。总线多圈绝对型检测器件有效规避了单圈检测器件在断电时输出角度数据混乱，以及电位计存在工作死区的缺陷。其具有传输数据的准确性高、数据值与回转角度一一对应的特点，能够满足总线故障报警、元件开机自检等要求。

控制器通过CAN总线系统实时检测各相关参数信号，当不满足单边作业工况的判断条件时，通过PID计算输出相应的控制电流信号至回转制动器，此时臂架就无法执行转动，以避免发生泵车倾翻的事故。

操作者对泵车进行施工作业时，不需刻意关注泵车的支腿状况及回转角度，在操作单边作业工况和全工况时，其臂架操作方式完全相同。根据具体应用工况，当由于泵车受工作空间的限制需使用单边作业功能时，在需施工浇注的工地一侧完全打开泵车支腿(前伸缩腿、后摆动腿)；泵车的另一侧支腿(前伸缩腿、后摆动腿)可以在未打开支腿的状态下直接支起泵车，或者适量的把支腿打开一定程度。这时完全打开支腿的一边检测元件会检测到支腿，而另一边由于任何一个检测元件未检测到支腿，泵车控制系统自动执行单边作业模式，限制回转臂架的回转角度。控制过程中，控制器基于支腿状态检测器件的检测信号分析确定臂架回转方向、回转角度，基于臂架回转角度检测信号分析确定回转执行元件是否执行或停止。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.单边作业控制方法，用于底盘两侧具有支腿的工程机械，其特征在于，该方法按下述步骤进行：

步骤100、获取相关参数信号：各支腿的状态；

步骤200、以位于底盘一侧的支腿是否均处于非完全打开状态且位于底盘另一侧的支腿是否处于完全打开状态为条件，获得是否为单边作业工况的判断结果；

步骤300、当判断结果表征为单边作业工况时，根据预设的单边作业模式参数发出控制信号至执行元件。

2.根据权利要求1所述的单边作业控制方法，其特征在于，步骤100中获取的相关参数信号还包括：臂架回转角度；且在步骤100之后还包括：

步骤101、以是否获得臂架回转角度信号为条件，获得是否为正常工作状态的判断结果；当判断结果表征为正常工作状态时，执行步骤200。

3.根据权利要求2所述的单边作业控制方法，其特征在于，步骤100前还包括：

步骤10、预设底盘两侧支腿的状态参数为收回状态。

4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的单边作业控制方法，其特征在于，所述输出至执行元件的控制信号为脉冲宽度调制信号。

5.单边作业控制器，用于底盘两侧具有支腿的工程机械，其特征在于，包括：

相关参数信号采集单元，用于获取各支腿的状态；

工况判断单元，用于以位于底盘一侧的支腿是否均处于非完全打开状态且位于底盘另一侧的支腿是否处于完全打开状态为条件，获得是否为单边作业工况的判断结果；

控制信号输出单元，用于当判断结果表征为单边作业工况时，根据预设的单边作业模式控制参数发出控制信号至执行元件；和

控制参数存储单元，用于存储单边作业模式参数。

6.根据权利要求5所述的单边作业控制器，其特征在于，所述相关参数信号采集单元还用于获取臂架回转角度；且该控制器还包括：

工作状态判断单元，用于以是否获得臂架回转角度信号为条件，获得是否为正常工作状态的判断结果；当判断结果表征为正常工作状态时，则发出信号启动工况判断结果。

7.根据权利要求6所述的单边作业控制器，其特征在于，所述控制参数存储单元还用于存储底盘两侧支腿的状态参数预设值，该状态参数预设为收回状态。

8.根据权利要求5至7中任一权利要求所述的单边作业控制器，其特征在于，所述控制信号输出单元以脉冲宽度调制信号方式输出控制信号至执行元件。

9.混凝土泵车，包括：

底盘，其两侧分别具有前支腿和后支腿；

上车转台，在回转减速机驱动下可相对于底盘转动；

臂架回转角度检测器件，设置在回转支撑上；和

四个支腿状态检测器件，分别与底盘两侧的前支腿和后支腿对应设置；其特征在于，还包括：

如权利要求5至8中任一权利要求所述的单边作业控制器；且

每个所述支腿状态检测器件包括检测板和检测元件；所述检测板和检测元件分别相应设置在回转底座和支腿上，以便于支腿完全打开时，所述检测元件与检测板相对并发出支腿状态信号至所述单边作业控制器；

所述臂架回转角度检测器件输出臂架回转角度信号至所述单边作业控制器；所述单边作业控制器发出的控制信号用于控制回转减速机的启停操作。

10.根据权利要求9所述的混凝土泵车，其特征在于，所述臂架回转角度检测器件采用总线多圈绝对型检测器件。

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