CN102134909A - 主动控制关节臂的振动以泵送混凝土的装置 - Google Patents

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Abstract

一种主动控制关节臂(10)的振动的装置，关节臂(10)包括多个段(12-17)，每个段包括至少其自身的致动器(22)，致动器(22)与包括隔断阀(30)的液压驱动回路相关联。所述致动器(22)中的至少一个与振动的辅助控制回路(23)相关联，辅助控制回路(23)包括至少传感器(54)、处理单元(28)以及泵(24)，所述传感器(54)能够检测到一个或多个段(12-17)的振动和/或位置，所述处理单元(28)处理传感器(54)的信号，所述泵(24)由处理单元(28)控制并与所述隔断阀(30)合作。辅助控制回路(23)与液压驱动回路相关联。

Description

主动控制关节臂的振动以泵送混凝土的装置
发明领域
本发明涉及主动控制关节臂(articulated arm)的振动以泵送混凝土的装置。
更具体地，本发明涉及一种用于减小关节臂的各个段所经受的振动的主动控制装置，该关节臂用于在操作机械中泵送混凝土，该机械为诸如卡车运输的泵、具有泵的混凝土搅拌机上的泵或者诸如此类，无论这些是否被装配在货车或卡车上。
发明背景
众所周知，建筑业中使用的重型作业车辆(heavy work vehicle)通常包括在其上组装、铰接可延展臂和/或可伸缩延展臂以用于分配并浇灌混凝土的卡车。这些卡车可以装备或不可以装备混凝土搅拌机。
已知类型的可延展臂包括彼此铰接的且可折叠在彼此上面的多个段，以便能够呈现出接近卡车的折叠结构和可以到达甚至离卡车非常远的区域的工作结构。
这些可延展臂的最重要的特征之一在于能够达到最大可能的高度和/或长度，以便能够保证同一卡车的最大灵活性和多用性。
关节连接的段(articulated segment)的数量上的增加或者每段的长度延长，一方面允许在最大延长时获得更大的总长度，但在另一方面会导致重量和体积上的增加，这与当前的法律或车辆的有效性和功能性不相容。
还已知的是，关于这些臂的正确有效性的经常被控诉的缺点是臂在输送混凝土时其所经受的振动现象：臂的总长度和段的数量越大，感受问题越多。这些振动不仅给负责混凝土的出口管的人工定位和定向的操作员造成相当大的操作困难，而且也给通过远程控制移动该臂的操作员造成相当大的操作困难。
这些振动的重要构成要素也源自这些机械的类型和源自其细长度、惯性和伸缩性的相关特性，以及构造类型。事实上，这些特性引起关节臂中的动态应力，其不但与机械本身处在实质上的静止状态中或者至少没有泵送的模式相关联，并且还与混凝土泵送步骤相关的动态负载相关联。
事实上，为了被使用，机械通过从臂的一个配置移动到另一个来工作：这意味着，其自身的模式被不断地激发，并且在接头的应力状态上和材料中产生动态变化，这限制机械的工作寿命并降低工作人员的安全。
此外，与用于泵送混凝土的活塞泵相关的强迫的且脉冲的运作也增加了这些影响，这往往发生在接近机械本身的那些频率的频率处。
在本申请人名下的EP 2103760中描述了一种主动控制关节臂的振动以泵送混凝土的方法，其描述了一种包含关节臂的第一振动模式的方法，第一振动模式是最确定动载荷和因此振动的开始的那些模式。
文献JP 2057703和JP 11101202是已知的，这些文献公开了用于具有致动器的液压缸的控制装置，这些装置包括检测致动器的行进的传感器，和接收来自传感器的信息并控制致动器连接的液压驱动回路的液压泵送装置的控制单元。
特别地，文献JP 2057703允许减小冲击，并因此减小振动，原因在于液压缸的行程结束，使得在气缸接近行程结束时减小了液压缸扩张/收缩的速度。
然而，这些装置具有缺点，它们不允许振动的主动控制，而只允许减少发生。
此外，它们只关注能够产生臂的一个段的振动的因素，而不关注避免沿整个臂存在振动的一般问题。
因此本发明的目的是提供主动控制关节臂的振动的装置，其允许纠正和补偿关节臂的振动。
本申请人已经设计、测试并实施了本发明以达到此目的并获得以下所解释的其他优点。
发明概述
在独立权利要求中阐述了本发明并描述本发明的特征，同时从属权利要求描述了本发明的其他特征或者主要发明概念的变化形式。
根据上述目的，一种装置被提出用于主动控制包括多个段的关节臂的振动，该装置被应用在用于泵送混凝土的操作机械诸如卡车运输的泵、混凝土搅拌机或或诸如此类中。
每个段包括与包括隔断阀(block valve)的液压驱动回路相关联的至少其自身的致动器，这样一旦该段被定位就允许将该段保持在原位(inposition)。
根据本发明的一个特征，致动器中的至少一个不仅与主液压驱动回路相关联，而且与控制振动的辅助液压控制回路相关联，辅助液压控制回路包括至少传感器、处理单元以及泵，传感器能够检测振动，也就是说，能够检测实际的位置，并且因此检测到由于振动的存在而导致的该实际位置距离由操作员确定的标称位置的可能变动，处理单元处理来自传感器的信号，并且泵由处理单元控制并与隔断阀配合。
在本发明的一个实施方式中，至少一个传感器可以检测段的位置，该段不同于辅助液压控制回路所关联的段。
辅助液压控制回路也与液压驱动回路相关联。
特别地，根据操作员给予的命令，液压驱动回路实现使关节臂定位在期望的配置中，需要致动器的大位移。
相反，根据转而接收来自相关传感器的信号的处理单元发送的信号，辅助液压控制回路实现产生相关致动器的可能的位移/力，以便通过引进或抽出工作流体来减少和/或消除整个关节臂的振动，工作流体被添加至由操作员设置的主命令所确定的流体，或从由操作员设置的主命令所确定的流体中减去。
此校正范围允许减小和甚至消除整个关节臂上的振动，以及改进关节臂的工作状态，并且还延长构成关节臂的单独部件的持续时间，限制了疲劳和磨损的现象。
根据一变化形式，辅助液压控制回路包括至少命令装置(commanddevice)，该命令装置与隔断阀相关联，命令装置接收来自处理单元的命令并供给(feed)隔断阀。
有利地，命令装置是电比例方向阀(electro-proportional directionalvalve)，其允许甚至在困难工作状态中的非常快速的响应和稳固性。
根据另一变化形式，隔断阀包括至少运动部分和控制部分，所述运动部分实现致动器的正常运动，而所述控制部分与辅助液压控制回路直接相关联。
特别地，控制部分允许通过泵送工作流体对关节臂的定位做出纠正，以便至少稍微地改变关于由操作员发送的命令的关节臂的配置，以减小或消除相关段的振动。
本发明的另一变化形式实现了：隔断阀的控制部分还包括安全部分(safety portion)，如果辅助控制回路发生故障，那么安全部分将关节臂阻止在其所处的位置中，并防止进一步的损坏。
根据实施方式的另一可能的形式，泵是具有固定立方厘米体积的类型，以在控制回路内维持几乎恒定的压力。
根据另一变化形式，泵是具有可变立方厘米体积的类型，并允许获得耗散的功率上的大量减少。
根据可能的变化形式的泵，包括由处理单元控制的电比例调节器(electro-proportional pressure regulator)，电比例调节器改变系统的立方厘米体积并降低泵的功耗。
根据一变化形式，传感器是加速度计、伸长计、倾斜器、致动器的行进计量器(travel meters)、压力变换器或者允许检测构成关节臂的单独段的致动器的振动和/或定位的其他类似的或可比较的元件。
附图简述
从下面的对于作为非限制性实施例给出的实施方式的优选形式的描述并参考附图，本发明的这些和其他特征将变得明显，其中：
图1示意性地示出用于分配混凝土的带关节臂的操作机械，在该操作机械中应用了根据本发明的控制装置；
图2是根据本发明的实施方式的一种形式的被应用于关节臂的控制装置的示意图；
图3是实施方式的一种形式中的隔断阀的示意性功能图。
为便于理解，在可能的地方使用了相同的参考数字，用来识别附图中实质上相同的共同元件。应理解，实施方式的一种形式的元件和特征可以方便地并入实施方式的其他形式中，而无需进一步澄清。
实施方式优选形式详述
参考图1，根据本发明的能够分配用于建筑业的混凝土或类似材料的可延展关节臂10，被示出在其安装在重型作业车辆11上的位置中，并处于其折叠运输的状态中。
重型作业车辆11包括驾驶员室20和支撑架21，关节臂10被安装在支撑架21上。
根据本发明的关节臂10包括多个关节连接的段，例如，在所示的解决方案中，总共六段在各自的端部处彼此枢转，分别为第一段12、第二段13、第三段14、第四段15、第五段16和第六段17。以已知的方式，并利用这里未示出的系统，关节连接的段12-17的全体可相对于车辆11的垂直轴线也以360°旋转。
第一段以已知的方式被装枢轴(pivot)于转塔(turret)18，并可以相对于转塔18依靠致动器22旋转。其他段13-17在各自的端部处被顺序地装枢轴于彼此，并可以通过其自身的致动器22单独驱动。
段12-17(图2)通过由操作员控制的主液压驱动回路57驱动，主液压驱动回路57包括泵送工具58、油箱59和控制单元60，控制单元60通过操作员用驱动工具61驱动，在这种情况下，驱动工具61用操纵杆表示。控制单元60适合依靠多个分配阀62或依靠改进的隔断阀30供给致动器22。
与液压驱动回路57相关联的液压控制回路23实现使关节臂10的振动减弱并通过可由操作员激活的电子命令板(electronic command board)28驱动。
图2显示关联在关节臂10的两个致动器22处的液压控制回路23。
很明显，在其他实施方式中，液压控制回路23可被关联到两个以上的段12-17，例如，关联到臂的所有段12-17，或者关联到臂的仅仅一个段12-17。
在图2和3中，由电子板28处理和检测的电子信号的流通过虚线显示，而控制回路23的各个部件的连接通过实线显示。
控制回路23包括动力式油泵(oil-dynamic pump)24、由电子板28控制的电动阀25、改进的隔断阀30、致动器22、拦截阀(interception valve)32、电比例压力调节器34和油箱36。
控制回路23还包括液压蓄能器29，其能够将控制回路23保持在压力下，以减少控制步骤中的响应时间。
每个致动器22(图3)是双效类型，其包括气缸46、活塞48、与活塞48紧密连接(solid with)的可动式连接工具52以及与气缸46紧密连接的固定式连接工具50。
动力式油泵24在这种具有可变立方厘米体积的轴向式的情况中是有利的；这允许控制并保持输送管中的工作压力总是在几乎恒定的值并且有利地为约350巴，使消耗的功率减少到最小值。
泵24有利地不同于通常用在液压驱动回路中的泵58，因为泵24的工作参数必须被高精度和高灵敏度地控制和调节。
电动阀25包括命令部分27和阀体26。
命令部分27包括通过由电子板28发送的电信号，优选电流信号进行激励的比例螺线管。
信号的实体(entity)与致动器22将获得的位移的实体成比例。
在这种情况下，阀体26是4通比例类型，并且在被切换时允许油在隔断阀30中通过。
参照图3，隔断阀30包括运动部分38和控制部分40。
运动部分38包括间隔56、引导部分(pilot portion)42、两个反平衡阀43和两个第一最大压力阀45，该间隔56连接到液压驱动回路57以供给和排放油。
在此特殊的情况下，引导部分42包括两个第二最大压力阀44。
控制部分40包括命令端口51、供给包括在控制部分40中的安全部件(safety part)41的排放端口53，以及电动阀25。
对于关节臂10的一般运动，使用隔断阀30的运动部分38，依靠液压驱动回路57供给间隔56。
依靠引导部分42，反平衡阀43控制致动器22内的油的入口和出口。两个第一最大压力阀45允许消除可能在压力上的突然停止或突然增加的情况下出现的瞬时压力峰值，通过设置在隔断阀30中的排放通道47排放油。
包括在引导部分42中的第二最大压力阀44的目的是防止关节臂的上下颠簸效应(pitching effect)，这现象经常在关节臂被缩回时发生。
控制部分40允许控制关节臂的振动，控制部分40由电动阀25通过油从其进入的命令端口51和排放油的排放端口53供给和控制。
于是，隔断阀30的运动部分38的目的是使受压的油移动，并将受压的油送入致动器22，以使致动器22运动。一旦致动器22处在期望的位置，运动部分38将致动器22保持在该配置中，直至进一步的命令被提供以改变该位置。即使在油动态回路发生故障时，也能有利地维持此配置。
控制部分40依靠电动阀25和包括在安全部件41中的导向止回阀49来允许受压的油通过，这根据由电子板28提供的指示改变了致动器22的配置。
控制部分40绕过运动部分38，并使油直接进入致动器22，使得通过命令端口51供给油，并从排放端口53排放油。这允许对于由电动阀25发送的命令的快速响应，同时减少对振动现象的反应时间。
在故障期间，例如当控制回路23中的压力低于预定阈值时，例如在管道或填料(packing)破裂或诸如此类的情况中，安全部件41也开始作用。
传感器被连接到关节连接的段12-17上，传感器实现检测影响特定段的振动，并与电子卡28的计算算法合作，实现评估施加到致动器22上的力，以改变整个关节臂10的配置。
特别地，传感器54-55允许检测关节连接的段12-17的实际位置，即，也是由于振动导致的距离关节臂被固定或可被视为固定的标称位置的变动。
传感器有利地为加速度计55和倾斜器54。
倾斜器54提供由各个段12-17呈现的倾斜的指示，并允许模态模型的确定：然而，考虑到其低的信号分辨率，仅仅这些不能用于确定施加在致动器上的力。
为了此目的，使用加速度计55，以确定出现在关节连接的段12-17上的振动。
由传感器54、55检测到的信号允许确定每个单独的段12-17的位置以及还有关节臂10的整体配置。
由每个单独的段12-17呈现的配置与有关的物理特性一起允许构建模态模型。
模态模型与由传感器并且特别是由加速度计55发送至电子板28的关于振动现象开始的信号一起允许通过算法建立，进行干预。
根据获得的结果，电子板28产生电信号，有利地为以电流的形式，有利地为从0到3安培，电信号被发送到每个单独的致动器22的电动阀25的命令部分27，并被发送到电比例调节器34，电比例调节器34干预泵24以将油泵入致动器22并改变关节臂的配置并因此改变其模态模型，以便减少和消除振动。
电信号的强度成比例于给予致动器22的位移的实体，并根据由电子板28的计算代码(calculation code)预定义的法则(law)限定。
当其接收到信号时，每个电动阀25切换并使受压的油通过，将油传输到隔断阀30中，更精确地是通过实现将受压的油直接送入致动器22的控制部分40。
与发送到电动阀25的信号的实体成比例，致动器22将根据预先建立的配置设置其本身。
同时，电子板28还实现使电信号传输到电比例调节器34，电比例调节器34改变泵24的供给支路中的压力，使得泵24的立方厘米体积改变，以在控制回路23的输送支路中保持期望的压力。
如果根据本发明的主动控制回路23已被取消激活或者没有被电子板28激活，那么控制回路23中的压力取得最小值。
在每个运行状态中，泵24的电比例调节器34使泵24的体积为最小值，以降低功耗。
根据实施方式的另一形式，提供使控制回路23内部的压力连续改变的可能性，以便进一步降低能源的消耗。
很明显，可以对如以上所述地主动控制关节臂的振动的装置进行部分的修改和/或添加，而不偏离本发明的领域和范围。
例如，可以使用连接到致动器上的其他传感器，其能够检测致动器的行进计量器和/或其压力；如果构成关节臂10的段12-17是可延展类型并因此必须确定其延伸，那么绝对必须检测致动器22的行进米数。
同样清楚的是，虽然本发明已参考一些具体的实施例进行了描述，但是本领域的技术人员将必定能够实现装置的具有在权利要求中所阐述的特征的许多其他等价的形式以主动控制关节臂的振动，并因此所有实现都在由此限定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种主动控制关节臂(10)的振动的装置，所述关节臂(10)包括多个段(12-17)，所述多个段(12-17)中的每个包括至少其自身的液压致动器(22)，所述液压致动器(22)与液压驱动回路(57)相关联，所述液压驱动回路(57)包括第一泵送工具(58)、油箱(59)、控制单元(60)和隔断阀(30)，所述控制单元(60)通过操作员用驱动工具(61)驱动，所述主动控制关节臂(10)的振动的装置的特征在于：
所述致动器(22)中的至少一个与振动的辅助液压控制回路(23)相关联，所述辅助液压控制回路(23)包括至少传感器(54，55)、处理单元(28)和第二泵送工具(24)，所述传感器(54，55)能够检测到一个或多个段(12-17)的实际位置和所述位置距离所述一个或多个段(12-17)的标称位置的变动，所述处理单元(28)处理所述传感器(54，55)的信号，所述第二泵送工具(24)与其自身的油箱(36)相关联，受所述处理单元(28)控制并与所述隔断阀(30)合作，所述辅助控制回路(23)与所述液压驱动回路相关联并被配置以被所述处理单元(28)激活，以便在由所述处理单元(28)检测到振动时，将油泵送到相关的致动器(22)中。
2.如权利要求1所述的主动控制振动的装置，其特征在于：所述辅助控制回路(23)包括至少命令装置(25)，所述命令装置(25)与所述隔断阀(30)相关联，所述命令装置(25)能够接收来自所述处理单元(28)的命令并供给所述隔断阀(30)。
3.如权利要求2所述的主动控制振动的装置，其特征在于：所述命令装置(25)是电比例方向阀。
4.如权利要求1所述的主动控制振动的装置，其特征在于：所述隔断阀(30)包括至少运动部分(38)和控制部分(40)，所述运动部分(38)适用于所述致动器(22)的正常运动，而所述控制部分(40)直接与所述辅助控制回路(23)相关联。
5.如权利要求4所述的主动控制振动的装置，其特征在于：所述隔断阀(30)的所述控制部分(40)包括安全部件(41)，所述安全部件(41)能够在所述辅助控制回路(23)的故障状态下开始作用。
6.如以上任一项权利要求所述的主动控制振动的装置，其特征在于：所述泵(24)是具有固定的立方厘米体积的类型。
7.如以上任一项权利要求所述的主动控制振动的装置，其特征在于：所述泵(24)是具有可变的立方厘米体积的类型。
8.如以上任一项权利要求所述的主动控制振动的装置，其特征在于：所述泵(24)包括由所述处理单元(28)控制的电比例调节器(34)，所述电比例调节器(34)能够减少所述泵(24)的功耗。
9.如以上任一项权利要求所述的主动控制振动的装置，其特征在于：所述传感器(54，55)是加速度计、伸长计、倾斜器、所述致动器的行进计量器、压力变换器或其他类似的或可比较的元件。
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Granted publication date: 20151209

Termination date: 20210126