CN102146943A - 马达压力切断控制系统及应用该系统的起重机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种马达压力切断控制系统，用于采用比例控制电磁阀控制排量的液压马达，该控制系统包括信号获取装置和控制器；其中，信号获取装置用于获取液压马达的负载压力信号；控制器用于接收液压马达的负载压力信号，并根据该负载压力信号输出增大马达排量的控制信号至比例控制电磁阀。该系统采用电液控制调整马达排量马达压力切断，使用过程中，通过马达负载压力信号的反馈实现闭环控制，使马达压力切断造成的转速波动处于最小的范围，起升系统处于最稳定的状态；同时，电液控制的有效配合，为实现各自功能的拓展以及控制方式的多样性和灵活性提供了可靠的保障。在此基础上，本发明还提供一种应用该控制系统的起重机。

Description

马达压力切断控制系统及应用该系统的起重机

技术领域

本发明涉及液压马达控制技术，具体涉及一种马达压力切断控制系统及应用该系统的起重机。

背景技术

现有自行式起重机械的吊重作业，大多采用马达驱动卷扬。首先，通过马达将压力能转化为机械能以扭矩形式输出，再通过卷扬钢丝绳将将扭矩转化为钢丝绳拉力将重物提起；上述一系列转化中，马达起到能量转化的作用。众所周知，马达输出扭矩可由公式T＝PV来表达，其中，P为压力，V为马达排量，压力由负载决定，即由吊重量决定；而马达排量是可变量，由马达排量比例控制电磁阀的输入电流决定。

请参见图1，该图是现有技术中一种典型液压马达的液压原理图。

如图1所示，马达处于初始状态时，此状态下没有压力油通过A/B口，在弹簧1的作用下，即马达处于最大排量。当马达排量比例控制电磁铁2通电时，马达排量逐渐变小，与此同时马达速度增高；也就是说，马达排量比例控制电磁铁的输入电流越大，马达排量越小，输出转速越高。

然而，当起重机械的吊重量达到一定值时，需要PV的乘积必须大于等于该定值，才能将重物吊起。显然，由于压力P是由吊重量决定的，因而此工况下只有调整马达排量V值才能满足上述作业条件。

以上分析中存在两个相互矛盾的需求：一方面，吊重量较大时，马达排量比例控制电磁铁输出电流越大要求排量越小；另一方面，基于公式T＝PV，要求马达排量V必须大于一定值时才能将重物吊起。以上矛盾促使了压力切断的产生，即只要吊重量产生的压力P值大于某一压力切断设定值，马达就处于最大排量(两点式)或某一趋向于最大排量的值(渐进式)，满足吊重的需求，从而可最大限度的保证起升系统的安全性。

目前，马达压力切断控制方式中一般采用液压控制方式，主要有两种方式：

1、液控两点式。当负载压力达到压力切断设定值P1时，马达迅速的由现有排量变至最大排量，此时控制曲线为一直线。即，马达排量非大即小，如图2所示。该控制方式由于存在排量突变直接造成转速突变，从而在吊重作业时产生冲击。甚至有可能造成吊重的损坏，影响整机的稳定性。

2、液控渐变式。当负载压力达到压力切断设定值P1时，此时马达排量渐进的变至最大排量，控制曲线为有一定斜率的曲线。即，压力切断起作用时，由小排量至大排量是一个渐变、缓冲过程，如图3所示。显然，该控制方式优于两点式，但是，在对马达性能要求愈来愈高的今天，液控渐变式控制方式较为单一，已经逐渐不能满足控制的多样性和灵活性。

有鉴于此，亟待针对现有液控马达切断方式进行优化设计，以便于在满足工作稳定性要求的基础上，提升系统控制功能。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于提供一种马达压力切断控制系统，以满足控制的多样性和灵活性的要求，提升系统的控制功能。在此基础上，本发明还提供一种应用该控制系统的起重机。

本发明提供的马达压力切断控制系统，用于采用比例控制电磁阀控制排量的液压马达，该控制系统包括信号获取装置和控制器；其中，所述信号获取装置用于获取所述液压马达的负载压力信号；所述控制器用于接收所述液压马达的负载压力信号，并根据该负载压力信号输出增大马达排量的控制信号至所述比例控制电磁阀。

优选地，所述信号获取装置实时输出负载压力信号至所述控制器，所述控制器根据所述负载压力信号中的压力切断信号按预设增益曲线输出所述控制信号至所述比例控制电磁阀。

优选地，所述预设增益曲线的初始段和终止段的增益斜率均大于中间段的总增益斜率。

优选地，所述预设增益曲线的初始段、中间段和终止段之间均为圆滑曲线过渡。

优选地，所述预设增益曲线的中间段由增益不同的多段构成。

优选地，所述增益不同的多段之间均为圆滑曲线过渡。

优选地，所述信号获取装置为压力传感器。

优选地，所述信号获取装置输出所述负载压力信号中的压力切断信号至所述控制器，所述控制器根据该压力切断信号输出所述控制信号至所述比例控制电磁阀。

优选地，所述控制器根据此状态下的马达排量值与马达最大排量确定多个中间排量值，并根据压力切断信号依次输出与所述多个中间排量值对应的控制信号至所述比例控制阀。

优选地，所述控制信号在增加排量与减小排量之间循环转换，且所述减小排量的信号值依次呈逐渐减小的趋势变化，直至排量达到马达压力切断的平衡点。

优选地，所述信号获取装置为压力继电器。

本发明提供的起重机，其卷扬起升系统包括液压马达，所述液压马达采用比例控制电磁阀控制排量，还包括如前所述的马达压力切断控制系统。

与现有技术相比，本发明提供的马达压力切断控制系统采用电液控制调整马达排量马达压力切断，使用过程中，通过马达负载压力信号的反馈实现闭环控制，使马达压力切断造成的转速波动处于最小的范围，起升系统处于最稳定的状态；同时，电液控制的有效配合，为实现各自功能的拓展以及控制方式的多样性和灵活性提供了可靠的保障。

在本发明的优选方案中，信号获取装置实时输出负载压力信号至控制器，控制器根据负载压力信号中的压力切断信号按预设增益曲线输出控制信号；也就是说，当马达输出压力达至压力切断值时，或者说需要进行马达压力切断处理时，控制器按预设的增益曲线输出控制信号，从而大大提高了控制系统的适应性，进一步提高了控制方式的多样性和灵活性。

在本发明的另一优选方案中，该预设增益曲线的初始段和终止段的增益斜率均大于中间段的总增益斜率；控制过程中，控制器接收到该压力切断压力信号后，由于初始阶段和终止段曲线的增益相对较大，且增益变化区间为圆滑过渡，因而使得马达排量的调整不会产生突变，有效提高该控制过程中的平稳性。

本发明提供的马达压力切断控制系统可用于任何采用比例控制电磁阀控制排量的液压马达，比如，上车回转马达、行走驱动马达等，特别适用于自行式起重机的卷扬起升马达。

附图说明

图1是现有技术中一种典型液压马达的液压原理图；

图2是现有液控两点式的控制曲线示意图；

图3是现有液控渐变式的控制曲线示意图；

图4是具体实施方式所述马达压力切断控制系统的方框图；

图5是第一实施例中压力P与电流信号I之间的一种预设增益曲线示意图；

图6是与图5中所示预设增益曲线相应的排量变化曲线示意图；

图7是第二实施例中触发次数与各中间排量之间的对应关系示意图；

图8是第二实施例中压力继电器触发后控制器输出的控制电流信号I与负载压力P之间对应关系示意图；

图9为与图8中控制电流信号I相应的排量变化曲线示意图；

图10是第三实施例中一个调整周期内相应的排量变化曲线示意图；

图11是具体实施方式中所述轮式起重机的整体结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种马达压力切断控制系统，以满足控制的多样性和灵活性的要求，提升马达压力切断的控制功能。下面结合说明书附图具体说明本实施方式。

请参见图4，该图是本实施方式所述马达压力切断控制系统的方框图。

图中所示的液压马达43采用比例控制电磁阀(图中未示出)控制排量，该系统还包括信号获取装置41和控制器42；其中，信号获取装置41用于获取液压马达43的负载压力信号，并输出至控制器42；控制器42用于接收液压马达43的负载压力信号，并根据该负载压力信号输出增大马达排量的控制信号至比例控制电磁阀。应当理解，采用比例控制电磁阀控制排量的液压马达为已有技术，相关技术人员可根据实际需要配套选购或者自制，本文不再赘述。

实际上，该控制器42可优选采用PCL控制器，以根据不同工况调定不同的控制策略，提高该控制系统的可适应性。此外，信号获取装置41可以采用多种结构形式的配套元件，只要能够满足基本功能需要均在本申请请求保护的范围内。比如，压力传感器或者压力继电器等。以下将分别以压力传感器和压力继电器为例，详细说明其控制方式。

实施例1：

信号获取装置41采用压力传感器，相应地，控制器42包括用于存储预设增益曲线的存储单元、判断是否处于压力切断工况的判断单元以及输出控制信号的输出单元。

工作过程中，该压力传感器将检测到的负载压力信号实时传输至控制器42，控制器42根据负载压力信号中的压力切断信号按预设增益曲线输出控制信号至液压马达1的比例控制电磁阀，以根据检测压力P值的大小来调定马达比例电磁铁的控制电流信号的大小，以预设增益曲线为对应基准，一定电流的大小对应着马达排量的大小。

也就是说，判断单元根据负载压力信号进行判断确定是否启动马达压力切断控制，并根据压力P与输出控制电流信号I之间的预设增益曲线输出控制电流信号。当然，该控制器42输出的控制信号也可以电压信号形式输出。

请一并结合图5和图6所示，其中，图5为本实施例中压力P与电流信号I之间的一种预设增益曲线示意图，图6为与图5中所示预设增益曲线相应的排量变化曲线示意图。

图5中，检测压力P与控制电液I之间为非比例关系，在达到压力切断值P1的水平段51时电流由操纵手柄输出；达到压力切断值P1后，控制器输出的控制电流信号逐渐下降，以增大排量，降低马达转速。如图所示，初始段52、中间段53和终止段54构成了预设增益曲线，且该预设增益曲线的初始段52和终止段54的增益斜率均大于中间段53的总增益斜率。即，初始段52内电流I下降增益为tanθ1，中间段53内随着压力的继续增加电流I下降增益变为tanθ2，终止段54内随着压力的继续增加电流I的下降增益变为tanθ3，从而使得马达排量的变化不是突变，可增加调整过程中的平稳性。优选地，预设增益曲线的初始段51、中间段52和终止段53之间均为圆滑曲线过渡，可进一步的提高整机作业的安全稳定性。

如图6所示，在压力切断控制过程中，随着压力的变化对应着马达排量的变化，该曲线所示的马达排量变化也分为3个阶段：初始段61、中间段62和终止段63，同样，每个阶段有不同的增益，图6中的排量增益实质为图5中控制电流信号增益的映射。

特别说明的是，以上预设增益曲线划分为三个阶段仅仅是作为一个优选方案，实际上，中间段还可以分为多段，每个阶段都可以设置不同的增益。也就是说，预设增益曲线的中间段由增益不同的多段构成。增益不同的多段之间均为圆滑曲线过渡，且各阶段节点处可以随工况设置不同的过渡，以满足不同的工况需求。

实施例2：

信号获取装置采用压力继电器，压力继电器设定值即为压力切断设定值P1。相应地，控制器42包括用于存储马达最大排量V_max的存储单元、比较计算单元以及输出控制信号的输出单元。

以下描述为对其控制过程的详细描述，假设负载压力为P，则负载压力P与压力切断值P1进行比较共形成三种情况，分别如下：

1、马达最大排量下产生的压力P＞P1。

此种情况下，压力继电器处于触发状态，控制器控制马达排量的电流无论手柄摆角多大，输出电流值始终为最小电流。

2、马达最小排量下产生的压力P＜P1。

此种情况下，整个起升过程压力继电器都不被触发，马达排量按照曲线1随操纵手柄发出的控制电流进行变化。

3、马达最大排量下产生的压力P＜P1，且马达最小排量下产生的压力P＞P1。

此时，在最大排量V_max和最小排量V_min之间的一个排量下V1，根据公式T＝P×V₁，即P1必然对应着一个排量V1，使压力继电器可以触发，那么以排量V1为界可以将整个排量区间(V_max至V_min)划分为两个区间。即：

(1)、区间V_max～V1内，压力P不会大于压力继电器设定的压力切断值P1，此区间内电流I和排量V按照V_max～V1区间内的曲线进行变化。

(2)、区间V1～V_min内，由于排量V已经不能满足负载要求，因此就必须将排量V变化为＞V_min的状态，此状态需要执行本实施例的控制策略。即，信号获取装置41输出负载压力信号中的压力切断信号至控制器42，控制器42根据该压力切断信号输出控制信号至比例控制电磁阀。

具体而言，一旦负载压力大于压力切断值P1，则压力继电器触发，控制器42接收到该信号后，比较计算单元首先根据此状态下的马达排量值V1与马达最大排量V_max确定多个中间排量值：V2、V3...Vn(V1＜V2、V3...Vn＜V_max)，并根据压力切断信号依次输出与所述多个中间排量值对应的控制信号至所述比例控制阀，如图7所示。也就是说，首先输出与V2对应的控制电流信号至马达比例控制电磁阀；若再次检测到负载压力大于马达压力切断压力值P1，则依次输出与V3对应的控制电流信号，直至满足要求。

请一并参见图8和图9，其中，图8为压力继电器触发后控制器输出的控制电流信号I与负载压力P之间对应关系示意图，图9为与图8中控制电流信号I相应的排量变化曲线示意图。

图中所示，为避免在拐点处形成排量调整冲击，每次触发后输出电流信号的初始阶段为具有一缓冲作用的圆弧渐变。

实施例3：

信号获取装置采用压力继电器，压力继电器设定值即为压力切断设定值P1。相应地，控制器42包括用于存储压力继电器触发后控制电流的减幅Δ的存储单元、比较计算单元以及输出控制信号的输出单元。

如实施例2中所述的，马达最大排量下产生的压力P＜P1，且马达最小排量下产生的压力P＞P1的情况下，在区间V1～V_min内，由于排量V已经不能满足负载要求，因此就必须将排量V变化为＞V_min的状态，此状态也可以执行本实施例的控制策略：控制马达排量在寻找平衡的过程中回逐步增大，最终达到一个较为平稳的状态。请参见图10，该图示出了本实施例一个调整周期内排量变化曲线的示意图。

与实施例2的控制策略方式相同，本实施例的信号获取装置41输出负载压力信号中的压力切断信号至控制器42，控制器42根据该压力切断信号输出控制信号至比例控制电磁阀。

具体而言，假设压力继电器触发后控制电流的减幅为Δ＝-10mA，控制过程如下：一旦负载压力大于压力切断值P1，则压力继电器触发，控制器42接收到该信号后，比较计算单元首先根据预先设定电流减幅确定控制排量增加的控制电流信号，减小电流值为-10mA，并由输出单元输出。此时压力继电器已经不再触发；与现有技术相同，为了保证速度，要求控制电流进行进一步的增加，也就是说，该控制信号在增加排量与减小排量之间循环转换。

本该案的区别在于，比较计算单元在预先设定电流减幅的基础上确定用于控制排量减小的控制电流信号，增加电流值为+9mA，即是原有减幅电流的90％，相比较原有电流值实际上是只减小了-1mA。在接下来的循环过程中，若压力继电器依然触发，那么依次按照减小电流值为-10mA→增加电流值为+8mA→减小电流值为-10mA→增加电流值为+7mA的规律输出控制信号。也就是说，减小排量的信号值依次呈逐渐减小的趋势变化，直至排量达到马达压力切断的平衡点；即，压力切断不再发生，此时排量控制转由操纵手柄实际输出的电流进行控制。

此种循环下产生的控制结果与实施例2大致相同，均可以有效降低排量调整过程中所形成的冲击，提高整机工作的稳定性。

另外，在前述马达压力切断控制系统的基础上，还提供一种轮式起重机。请参见图11，该图示出了轮式起重机的整体结构示意图。

该轮式起重机的底盘系统、上车回转系统、卷扬起升系统以及吊臂系统等功能部件与现有技术相同，同样，其卷扬起升系统包括液压马达，以带动卷筒正反两个方向的转动实现吊重起升作业。特别是，该液压马达采用比例控制电磁阀控制排量，还包括如前所述的马达压力切断控制系统。

与传统轮式起重机卷扬起升马达的液控方式相比，应用马达压力切断控制系统将控制方式拓展至电液相结合的控制方式，实现了液压与控制器的协同工作，利用控制器控制方式的多样性和灵活性实现液压马达压力切断的多样性，提升了压力切断控制的灵活性，可以做到马达压力切断的最优化。同时，渐变式进行切断控制，并可以将压力切断曲线进行任意设置，满足系统多样性、灵活性的需求。

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 (12)

1.马达压力切断控制系统，用于采用比例控制电磁阀控制排量的液压马达，其特征在于，该控制系统包括：

信号获取装置，用于获取所述液压马达的负载压力信号；

控制器，用于接收所述液压马达的负载压力信号，并根据该负载压力信号输出增大马达排量的控制信号至所述比例控制电磁阀。

2.根据权利要求1所述的马达压力切断控制系统，其特征在于，所述信号获取装置实时输出负载压力信号至所述控制器，所述控制器根据所述负载压力信号中的压力切断信号按预设增益曲线输出所述控制信号至所述比例控制电磁阀。

3.根据权利要求2所述的马达压力切断控制系统，其特征在于，所述预设增益曲线的初始段和终止段的增益斜率均大于中间段的总增益斜率。

4.根据权利要求3所述的马达压力切断控制系统，其特征在于，所述预设增益曲线的初始段、中间段和终止段之间均为圆滑曲线过渡。

5.根据权利要求4所述的马达压力切断控制系统，其特征在于，所述预设增益曲线的中间段由增益不同的多段构成。

6.根据权利要求5所述的马达压力切断控制系统，其特征在于，所述增益不同的多段之间均为圆滑曲线过渡。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的马达压力切断控制系统，其特征在于，所述信号获取装置为压力传感器。

8.根据权利要求1所述的马达压力切断控制系统，其特征在于，所述信号获取装置输出所述负载压力信号中的压力切断信号至所述控制器，所述控制器根据该压力切断信号输出所述控制信号至所述比例控制电磁阀。

9.根据权利要求8所述的马达压力切断控制系统，其特征在于，所述控制器根据此状态下的马达排量值与马达最大排量确定多个中间排量值，并根据压力切断信号依次输出与所述多个中间排量值对应的控制信号至所述比例控制阀。

10.根据权利要求8所述的马达压力切断控制系统，其特征在于，所述控制信号在增加排量与减小排量之间循环转换，且所述减小排量的信号值依次呈逐渐减小的趋势变化，直至排量达到马达压力切断的平衡点。

11.根据权利要求9或10所述的马达压力切断控制系统，其特征在于，所述信号获取装置为压力继电器。

12.起重机，其卷扬起升系统包括液压马达，所述液压马达采用比例控制电磁阀控制排量，其特征在于，还包括如权利要求1-11中任一项所述的马达压力切断控制系统。

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