CN102767285A - 一种臂架行程控制油缸装置及臂架振动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种臂架行程控制油缸装置，包括：用于填充液压油的第一腔体、位于第一腔体中的活塞和连接活塞的活塞杆以及磁流变阻尼器，磁流变阻尼器包括：用于填充磁流变液的第二腔体以及位于磁流变液中的线圈；线圈缠绕在活塞杆上，用于根据输入的控制信号，驱动活塞杆产生与臂架之间相对加速度相反的阻尼力，控制臂架之间的相对加速度。本发明还公开了一种臂架振动控制系统，本发明可实现对臂架之间的相对加速度的有效控制，保障了具有臂架系统的工程机械在工作时的稳定性和安全性。

Description

一种臂架行程控制油缸装置及臂架振动控制系统

技术领域

本发明涉及工程机械领域，尤其涉及一种臂架行程控制油缸装置及臂架振动控制系统。

背景技术

混凝土泵车臂架是典型的柔性多体系统，臂架跨度大，刚度低，固有频率较低。在实际泵送过程中，臂架系统特别是高节臂段易发生剧烈振动，这种剧烈振动不但影响泵车正常的施工，同时会降低泵车正常使用寿命。臂架产生剧烈振动的主要原因有以下几个方面：臂架姿态复杂多变，不同姿态的臂架系统的固有频率相差较大，表现为泵车在某些姿态下工作时振动幅度明显高于稳定工作状态。当泵送工作油缸和换向油缸的工作频率与臂架系统的固有频率比值在

范围内时，臂架系统的振动幅值加大，泵车臂架和车体发生大幅度振动，会使得混凝土浇筑过程不稳定，尾部软管剧烈振动而造成浇筑位置出现偏差。

目前泵车臂架的振动已成为工程机械难以解决的问题之一，现有的混凝土泵车并没有针对臂架进行有效的振动控制，混凝土泵送过程中，臂架和其输送管经常处于剧烈振动，严重时会造成液压元件、密封装置的损坏以及结构连接位置的断裂。随着混凝土泵车作业高度的不断提高，臂架跨度越来越大，臂架轻量化的趋势，臂架在工作过程中的振动效应越发显著，为了对泵车施工过程中的稳定性和安全性进行保障，亟需针对泵车臂架与臂架输送管的振动进行控制。

发明内容

本发明提供一种臂架行程控制油缸装置及臂架振动控制系统，用以实现对泵车臂架的振动实现有效地控制。

本发明实施例提供的一种臂架行程控制油缸装置，包括：用于填充液压油的第一腔体、位于所述第一腔体中的活塞和连接所述活塞的活塞杆，还包括：磁流变阻尼器；

所述磁流变阻尼器包括：用于填充磁流变液的第二腔体以及位于磁流变液中的线圈；所述线圈缠绕在所述活塞杆上，用于根据输入的控制信号，驱动所述活塞杆产生与臂架之间相对加速度相反的阻尼力，控制所述臂架之间的相对加速度。

本发明实施例提供的一种臂架振动控制系统，包括：本发明实施例提供的上述臂架行程控制油缸装置中的磁流变阻尼器、控制器和安装在臂架两端的加速度传感器，所述控制器分别与加速度传感器和所述磁流变阻尼器相连；其中：

所述加速度传感器，用于检测臂架之间的相对加速度；

所述控制器，用于采集加速度传感器采集的臂架之间相对加速度的信号；对所述信号进行处理，得到臂架之间的相对位移和相对速度；按照设定的控制算法，计算所述臂架行程控制油缸装置中磁流变阻尼器的驱动力；根据计算出的所述驱动力的大小，以及所述相对位移和相对速度，确定所述磁流变阻尼器的控制信号；根据确定的控制信号驱动所述磁流变阻尼器；

所述磁流变阻尼器，用于根据所述控制器输入的控制信号，驱动所述臂架行程控制油缸装置中的活塞杆产生与臂架之间相对加速度相反的阻尼力，控制所述臂架之间的相对加速度。

本发明实施例的有益效果包括：

本发明实例提供的臂架振动控制系统以及针对臂架振动控制过程设计的臂架行程控制油缸，将磁流变阻尼器的结构融合到了行程控制油缸的具体结构中，并且通过对臂架加速度的采集，获取臂架之间的相对位移和相对速度，根据预设的控制算法，计算出臂架行程控制油缸装置中磁流变阻尼器的驱动力，根据计算出的驱动力的大小，以及臂架间相对位移和相对速度，确定磁流变阻尼器的控制信号，通过该控制信号驱动磁流变阻尼器对臂架行程控制油缸装置中的活塞杆产生与臂架间相对加速度相反的阻尼力，从而实现了对臂架之间振动的有效控制，保障了具有臂架系统的工程机械在工作时的稳定性和安全性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的臂架行程控制油缸装置的结构图之一；

图2为本发明实施例提供的臂架行程控制油缸装置的结构图之二；

图3为本发明实施例提供的臂架振动控制系统的结构图；

图4为本发明实施例提供的采用臂架振动控制系统的臂架的示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明实施例提供的一种臂架行程控制油缸装置及臂架振动控制系统的具体实施方式进行说明。

首先对本发明实施例提供的臂架行程控制油缸装置的结构进行详细地说明。

为了能够实现本发明实施例中磁流变阻尼器对臂架产生与相对加速度相反的阻尼力，本发明实施例对现有技术中控制臂架行程的油缸（简称臂架行程控制油缸）的结构进行了改进，将磁流变阻尼器的结构融合到了该行程控制油缸的具体结构中，为了区分原有行程控制油缸的腔体（装有液压油）以及磁流变阻尼器（装有磁流变液）的腔体，在本发明实施例中，为了说明地更清楚，将原有行程控制油缸的腔体称为第一腔体，将磁流变阻尼器的腔体称为第二腔体。

具体来说，本发明实施例提供的一种新的臂架行程控制油缸装置，不仅包括：用于填充液压油的第一腔体（即液压油缸腔体）、位于第一腔体中的活塞和连接活塞的活塞杆，还包括：磁流变阻尼器；其中：

磁流变阻尼器包括：用于填充磁流变液的第二腔体以及位于磁流变液中的线圈；该线圈缠绕在于活塞杆上，用于根据输入的控制信号（例如可以为控制电压信号、控制电流信号或其他电信号等），驱动活塞杆产生与臂架之间相对加速度相反的阻尼力，控制臂架之间的相对加速度。

上述这种结构，使得磁流变阻尼器能够与传统的臂架行程控制油缸串联起来，磁流变阻尼器能够在控制信号的驱动下通过对活塞杆施加阻尼力来控制臂架之间的相对加速度。

具体地，在本发明实施例中，上述臂架行程控制油缸装置，在具体实施时，其结构可以有两种变形方式：

第一种方式如图1所示，该结构采用两级油缸的形式，换言之，臂架行程控制油缸装置包括油缸，所述油缸包括相互隔离的两级腔体，依次为用于填充磁流变液的第二腔体101和用于填充液压油的第一腔体102；

活塞杆103依次贯穿第二腔体101和第一腔体102，并且其末端与位于第一腔体102中的活塞104相连。

第二腔体101中的磁流变液在线圈105磁场作用下可充当阻尼介质具有对臂架振动控制的功能，而第一腔体102中的液压油采用的是常用臂架行程控制油缸使用的传统液压油，两者工作原理和作用并不相同，为了保证两者互相独立工作，互不干扰，较佳地，在第一腔体102和第二腔体101之间通过密封装置106将液压油和磁流变液相隔离。

较佳地，如图1所示，第二腔体101中还可以安装有蓄能器107，该蓄能器107能够起到位移限制保护和被动耗能隔振的作用，使得磁流变阻尼器能够更好地发挥控制臂架振动的作用。

第一腔体102采用现有臂架油缸的设计方法，活塞杆103通过第二腔体101之后进入第一腔体102内部，通过所连接的活塞104，实现臂架的各种工作姿态，同时在实现臂架的各种姿态的同时，会根据臂架加速度大小的情况，通过磁流变阻尼器的阻尼作用，减轻臂架的振动。

较佳地，本发明实施例中，活塞杆在第一腔体102中的行程，应该大于等于现有臂架系统中臂架行程控制油缸中活塞杆的行程，以保证臂架系统能够完成各种工作姿态的正常变换。

较佳地，为了保证线圈105的长期稳定工作，在线圈105和磁流变液之间应设置密封装置（图1中未示意出），例如在线圈外部包裹一层密封材料等。

在第二种方式中，本发明实施例提供的臂架行程控制油缸装置，未采用两级油缸的结构形式，而是对传统活塞杆的结构进行了改进。

具体来说，如图2所示，臂架行程控制油缸装置的油缸包括第一腔体201，活塞杆202中空，中空部分形成第二腔体203；

这样，活塞杆202实际上被分为两个部分：一部分伸入到第二腔体203中（称为活塞杆的第一部分2021），活塞杆202除了中空部分的其他部分与第二腔体203的腔体壁连接（活塞杆的第二部分2022）。

其中，线圈204缠绕在活塞杆的第一部分2021上，活塞杆的第二部分2022的端部与活塞205相连。

在这种方式中，实际上磁流变阻尼器成了活塞杆202的一部分，在臂架发生振动时，活塞杆的第一部分2021会产生相对加速度，通过输入的到线圈204中的控制信号，可以驱动活塞杆的第一部分2021产生与臂架之间相对加速度相反的阻尼力，从而达到控制臂架振动的目的。

较佳地，为了保证第二腔体203的密封性，较佳地，第二腔体203的腔体壁与活塞杆的第二部分2022之间通过密封圈206相连。

与第一种方式类似，在第二种方式中，第二腔体203中也可以安装有蓄能器（图2中未示意出），该蓄能器能够起到位移限制保护和被动耗能隔振的作用，使得磁流变阻尼器能够更好地发挥控制臂架振动的作用。

与第一种方式类似，在第二种方式中，为了保证线圈204的长期稳定工作，在线圈204和磁流变液之间可设置密封装置。

本发明实施例提供的臂架行程控制油缸装置的上述两种结构方式，因为其各自不同的结构而具有不同的特点，第一种方式由于采用两级油缸的方式，设计可以参考现有两级液压油缸的方式，缸体的设计的相对简单容易实现，但缺点是双级油缸方式会带来体积庞大，密封性较差的问题。而第二种方式，由于对活塞杆进行了改进，整体结构体积较小，并且第一腔体和第二腔体之间的密封性较好，弥补了第一种方式的缺点。

较佳地，本发明实施例提供的上述臂架行程控制油缸装置，在具体实施时，可以在泵车臂架的末2-3节臂架之间设置，因为这些部位往往是臂架振动较大的位置。当然，本发明实施例并不限于上述位置，可以根据臂架具体的振动情况，设置在任何需要的地方。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种臂架振动控制系统，如图3所示，包括：本发明实施例提供的臂架行程控制油缸装置中磁流变阻尼器301、控制器302和安装在臂架两端的加速度传感器303，控制器302分别与加速度传感器303和磁流变阻尼器301相连；其中：

加速度传感器303，用于检测臂架之间的相对加速度；

控制器302，用于采集加速度传感器303采集的臂架之间相对加速度的信号；并对该信号进行处理，得到臂架之间的相对位移和相对速度；按照设定的控制算法，计算臂架行程控制油缸装置中磁流变阻尼器301的驱动力；根据计算出的驱动力的大小，以及臂架之间的相对位移和相对速度，确定磁流变阻尼器301的控制信号；根据确定的控制信号驱动磁流变阻尼器301；

磁流变阻尼器301，用于根据控制器302输入的控制信号，驱动臂架行程控制油缸装置中的活塞杆产生与臂架之间相对加速度相反的阻尼力，控制臂架之间的相对加速度。

在上述臂架振动控制系统中，类似地，控制信号可以采用控制电压信号、控制电流信号或其它电信号等。

图4所示的是使用本发明实施例提供的臂架振动控制系统的工程机械的臂架示意图，图4中，臂架的倒数第1节和倒数第2节臂架之间以及倒数第2节和倒数第3节臂架之间安装了加速度传感器和磁流变阻尼器。

本发明实例提供的臂架振动控制系统以及针对臂架振动控制过程设计的臂架行程控制油缸，将磁流变阻尼器的结构融合到了行程控制油缸的具体结构中，并且通过对臂架加速度的采集，获取臂架之间的相对位移和相对速度，根据预设的控制算法，计算出臂架行程控制油缸装置中磁流变阻尼器的驱动力，根据计算出的驱动力的大小，以及臂架间相对位移和相对速度，确定磁流变阻尼器的控制信号，通过该控制信号驱动磁流变阻尼器对臂架行程控制油缸装置中的活塞杆产生与臂架间相对加速度相反的阻尼力，从而实现了对臂架之间振动的有效控制，保障了具有臂架系统的工程机械在工作时的稳定性和安全性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种臂架行程控制油缸装置，包括：用于填充液压油的第一腔体、位于所述第一腔体中的活塞和连接所述活塞的活塞杆，其特征在于，还包括：磁流变阻尼器；

所述磁流变阻尼器包括：用于填充磁流变液的第二腔体以及位于磁流变液中的线圈；所述线圈缠绕在所述活塞杆上，用于根据输入的控制信号，驱动所述活塞杆产生与臂架之间相对加速度相反的阻尼力，控制所述臂架之间的相对加速度。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述臂架行程控制油缸装置的油缸包含相互隔离的两级腔体，依次为第二腔体和第一腔体；

所述活塞杆贯穿所述第二腔体和第一腔体，并与位于所述第一腔体中的活塞相连。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一腔体和所述第二腔体之间通过密封装置隔离。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述臂架行程控制油缸装置的油缸包括第一腔体；所述活塞杆中空，中空部分形成所述第二腔体；

所述活塞杆分为伸入第二腔体内的第一部分和与第二腔体的腔体壁连接的第二部分；

所述线圈缠绕在所述活塞杆的第一部分上；

所述活塞杆的第二部分的端部与活塞相连。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第二腔体的腔体壁与所述活塞杆的第二部分之间通过密封圈相连。

6.如权利要求1-5任一项所述的装置，其特征在于，所述第二腔体内还设置有蓄能器。

7.如权利要求1-5任一项所述的装置，其特征在于，所述线圈和所述磁流变液之间通过密封装置相隔离。

8.一种臂架振动控制系统，其特征在于，包括：如权利要求1-7任一项所述的臂架行程控制油缸装置中的磁流变阻尼器、控制器和安装在臂架两端的加速度传感器，所述控制器分别与加速度传感器和所述磁流变阻尼器相连；其中：

所述加速度传感器，用于检测臂架之间的相对加速度；

所述控制器，用于采集加速度传感器采集的臂架之间相对加速度的信号；对所述信号进行处理，得到臂架之间的相对位移和相对速度；按照设定的控制算法，计算所述臂架行程控制油缸装置中磁流变阻尼器的驱动力；根据计算出的所述驱动力的大小，以及所述相对位移和相对速度，确定所述磁流变阻尼器的控制信号；根据确定的控制信号驱动所述磁流变阻尼器；

所述磁流变阻尼器，用于根据所述控制器输入的控制信号，驱动所述臂架行程控制油缸装置中的活塞杆产生与臂架之间相对加速度相反的阻尼力，控制所述臂架之间的相对加速度。

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