CN103231999A - 起重机及其超起变幅油缸的控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种起重机及其超起变幅油缸的控制方法和装置。控制方法包括：实时获取起重机的超起桅杆与吊臂之间的第一夹角、及吊臂与水平面之间的第二夹角；计算当吊臂处于第二夹角且超起变幅油缸处于第一夹角时，为克服超起桅杆的自重而需要的实时油压；根据实时油压实时设定超起变幅油缸的安全工作压力。本发明根据与该第一夹角、第二夹角对应的实时油压，设定超起变幅油缸的安全工作压力，使超起变幅油缸的压力值不必始终保持在系统的最大工作压力状态，从而可以防止超起底座等结构件发生变形或由于意外情况造成系统压力剧增而引起安全事故，不需要将超起结构设计得较大，提高了整车的起吊能力。

Description

起重机及其超起变幅油缸的控制方法和装置

技术领域

本发明涉及起重机领域，更具体地，涉及一种起重机及其超起变幅油缸的控制方法和装置。

背景技术

为增加起重机的起吊能力和和改善吊臂的受力状况，往往在伸缩臂端部增设超起装置。对于需要超起辅助作业的吊载工况来说，首先要安装超起装置，并将超起桅杆在超起变幅油缸和作用下变换到与吊臂呈夹角90°的位置。安装超起装置的过程中，先要将吊臂趴下，然后将超起装置连接到吊臂上，超起桅杆进行变幅使超起桅杆达到与吊臂呈90度夹角的位置，此时超起桅杆保持该位置状态，再使吊臂变幅至起吊状态。

在超起桅杆变幅阶段，吊臂与水平面的夹角保持不变，超起变幅油缸使超起桅杆变幅至工作位置，若超起桅杆受意外阻挠不能运动，而超起变幅油缸仍继续变幅动作，会对超起桅杆及超起底座产生较大的作用力，严重时会使二者可能发生损坏。

在吊臂变幅的阶段，为确保超起桅杆保持与吊臂成90度夹角，现有技术需要对超起变幅油缸摒压，此时变幅压力达到整个液压系统设置的最大安全压力，因此该夹角是靠超起变幅油缸的行程保证的。由于超起变幅油缸的作用力直接作用在超起底座上，此时超起底座会受到巨大的附加弯矩，其受力形式变得复杂，经常发生底座开裂现象。

综上所述，吊臂变幅角度不同，超起桅杆变幅角度不同，变幅油缸所需的推力也不同。对变幅油缸进行摒压的方式，压力值会达到系统油路的最大压力，而此时变幅油缸所需的工作压力却很小。在现有技术中，只能使超起变幅油缸始终保持较高的压力值状态下，不能对其压力值进行监控，设计人员为求得结构的安全性，只能增大安全系数来解决，这样会造成超起结构笨重而庞大，从而降低了整车的起吊能力。另外，在此过程中，由于意外情况造成系统压力剧增，也会引起安全事故。

发明内容

本发明旨在提供一种起重机及其超起变幅油缸的控制方法和装置，可以对超起变幅油缸的工作压力进行监控，以解决现有技术中需要将超起结构设计得较大以避免超起底座等结构件发生变形，导致整车起吊能力降低的问题。

为解决上述技术问题，根据本发明的第一个方面，提供了一种超起变幅油缸的控制方法，包括：实时获取起重机的超起桅杆与吊臂之间的第一夹角、及吊臂与水平面之间的第二夹角；计算当吊臂处于第二夹角且超起变幅油缸处于第一夹角时，为克服超起桅杆的自重而需要的实时油压；根据实时油压实时设定超起变幅油缸的安全工作压力。

进一步地，还包括：获取超起变幅油缸的实时压力，如果实时压力超过安全工作压力则报警并停止当前动作。

进一步地，超起变幅油缸与超起桅杆连接点为第一连接点；超起桅杆与吊臂之间的连接点为第二连接点；超起变幅油缸与吊臂的连接点为第三连接点；

第一夹角通过以下方式得到：实时获取超起变幅油缸的长度，并根据下式计算第一夹角：

$\mathrm{\β}=\arccos \left(\frac{L_1^2+L_2^2-L_3^2}{2\·L_1\·L_2}\right)$

其中，β为第一夹角；L₁为第一连接点与第二连接点之间的距离；

L₂为第二连接点与第三连接点之间的距离；L₃为第一连接点与第三连接点之间的距离，即超起变幅油缸的长度。

进一步地，超起变幅油缸与超起桅杆连接点为第一连接点；超起桅杆与吊臂之间的连接点为第二连接点；超起变幅油缸与吊臂的连接点为第三连接点；

实时油压通过下述两式得到：

$P=\frac{G\·L\·\cos (\mathrm{\β}-\mathrm{\θ})\·\sqrt{L_1^2+L_2^2-2L_1\·L_2\·\cos \mathrm{\β}}}{\mathrm{\π}\·r^2\·L_1\·L_2\·\sin \mathrm{\β}}$

其中，P为实时油压；r为超起变幅油缸的无杆腔的半径；L为超起桅杆的重心与第二连接点之间的距离；L₁为第一连接点与第二连接点之间的距离；L₂为第二连接点与第三连接点之间的距离；β为第一夹角；θ为第二夹角；G为超起桅杆的重量。

根据本发明的第二个方面，提供了一种超起变幅油缸的控制装置，包括：第一夹角检测单元，用于获取起重机的超起桅杆与吊臂之间的第一夹角；第二夹角检测单元，用于获取吊臂与水平面之间的第二夹角；比例溢流阀，并联在超起变幅油缸的进油路上，用于控制超起变幅油缸的安全工作压力或最大工作压力；控制单元，与第一夹角检测单元、第二夹角检测单元和比例溢流阀连接，控制单元计算当吊臂处于第二夹角且超起变幅油缸处于第一夹角时，为克服超起桅杆的自重而需要的实时油压，并根据实时油压控制比例溢流阀实时设定安全工作压力。

进一步地，控制装置还包括：压力检测单元，与控制单元连接，用于检测超起变幅油缸的实时压力；报警单元，与控制单元连接，控制单元在实时压力超过安全工作压力时，控制报警单元报警。

进一步地，第一夹角检测单元是油缸长度检测单元，用于实时检测超起变幅油缸的长度；超起变幅油缸与超起桅杆连接点为第一连接点；超起桅杆与吊臂之间的连接点为第二连接点；超起变幅油缸与吊臂的连接点为第三连接点；控制单元通过以下方式得到第一夹角：

$\mathrm{\β}=\arccos \left(\frac{L_1^2+L_2^2-L_3^2}{2\·L_1\·L_2}\right)$

其中，β为第一夹角；L₁为第一连接点与第二连接点之间的距离；L₂为第二连接点与第三连接点之间的距离；L₃为第一连接点与第三连接点之间的距离，即超起变幅油缸的长度。

进一步地，油缸长度检测单元是：设置在超起变幅油缸上的磁致伸缩传感器；或安装在超起桅杆与吊臂铰接处的角度传感器；或设置在超起变幅油缸的缸筒上多个位置检测单元及设置在超起变幅油缸的活塞杆上的导向杆。

进一步地，超起变幅油缸与超起桅杆连接点为第一连接点；超起桅杆与吊臂之间的连接点为第二连接点；超起变幅油缸与吊臂的连接点为第三连接点；控制单元通过下式得到实时油压：

$P=\frac{G\·L\·\cos (\mathrm{\β}-\mathrm{\θ})\·\sqrt{L_1^2+L_2^2-2L_1\·L_2\·\cos \mathrm{\β}}}{\mathrm{\π}\·r^2\·L_1\·L_2\·\sin \mathrm{\β}}$

其中，P为实时油压；r为超起变幅油缸的无杆腔的半径；L为超起桅杆的重心与第二连接点之间的距离；L₁为第一连接点与第二连接点之间的距离；L₂为第二连接点与第三连接点之间的距离；β为第一夹角；θ为第二夹角；G为超起桅杆的重量。

根据本发明的第三个方面，提供了一种起重机，包括超起变幅油缸，该起重机还包括用于控制超起变幅油缸的控制装置，该控制装置是上述的控制装置。

因此，本发明通过对第一夹角和第二夹角的检测，可以实时得到与该第一夹角、第二夹角对应的实时油压，然后再根据这一实时油压动态设定超起变幅油缸的安全工作压力，使超起变幅油缸的压力值不必始终保持在系统的最大工作压力状态，降低超起变幅油缸对超起桅杆或超起底座的作用力，从而可以防止超起底座等结构件发生变形或由于意外情况造成系统压力剧增而引起安全事故，不需要将超起结构设计得较大，提高了整车的起吊能力。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，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示意性示出了本发明中的起重机在第一阶段时的状态图；

图2示意性示出了本发明中的起重机在第二阶段时的状态图；

图3示意性示出了本发明中的超起变幅动力学模型；

图4示意性示出了第一夹角、第二夹角与超起底座受到的作用力之间的关系图；

图5示意性示出了带磁致伸缩位移传感器的超起变幅油缸30的结构示意图；

图6示意性示出了一个优选实施例中的超起变幅控制装置的原理图；以及

图7示意性示出了控制单元的信号采集与控制流程图。

图中附图标记：10、超起桅杆；20、吊臂；30、超起变幅油缸；31、活塞杆；40、比例溢流阀；50、磁致伸缩传感器；70、压力检测单元；80、吊臂变幅油缸；91、油泵；92、安全阀；93、比例换向阀；94、梭阀；95、平衡阀；100、控制单元。

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。

作为本发明的第一方面，提供了一种超起变幅油缸的控制方法。请参考图1至图3，该控制方法具体包括：实时获取起重机的超起桅杆10与吊臂20之间的第一夹角、及吊臂20与水平面之间的第二夹角；计算当吊臂20处于第二夹角且超起变幅油缸30处于第一夹角时，为克服超起桅杆10的自重而需要的实时油压；根据实时油压实时设定超起变幅油缸30的安全工作压力（或最大工作压力），直到完成超起桅杆10的变幅，特别地，可根据第二夹角实时确定与该第二夹角相对应的预定值。特别地，上述方法可适用于起重机的超起桅杆变幅过程中，对超起变幅油缸的控制，当然还可适用于在吊臂变幅过程中对超起变幅油缸的控制。

由于超起底座受到的作用力是由桅杆变幅油缸的推力决定的，因此，可通过对桅杆变幅油缸进油压力大小的控制和监测实现对超起底座受到的作用力进行控制和监测。例如，在超起桅杆变幅的过程中，超起桅杆相对吊臂20运动，即第一夹角发生变化，吊臂20与水平面之间的第二夹角保持不变。在此过程中，仅需要克服超起桅杆的自重即可将超起桅杆变幅到与吊臂垂直的状态。

因此，本发明通过对第一夹角、第二夹角的检测，可以实时得到与该第一夹角、第二夹角对应的实时油压，然后再根据这一实时油压动态设定超起变幅油缸30的安全工作压力或最大工作压力，从而可以防止超起底座等结构件发生变形或由于意外情况造成系统压力剧增而引起安全事故，不需要将超起结构设计得较大，提高了整车的起吊能力。

优选地，在起重机的吊臂变幅过程中，闭死超起变幅油缸30的油路，并获取超起变幅油缸30的实时压力，如果实时压力超过预定值则报警。在吊臂变幅的过程中，吊臂及其上的超起桅杆一起相对于水平面运动。特别地，使用时，可先进行起桅杆变幅、再进行吊臂变幅，当然，也可以先吊臂变幅、再进行桅杆变幅，或者二者交叉地进行。优选地，在吊臂变幅之前，先执行超起桅杆变幅。特别地，吊臂20通过吊臂变幅油缸80的伸缩实现吊臂变幅。

优选地，在超起桅杆变幅的过程中，如果在设定的安全工作压力或最大工作压力下超起变幅油缸30不能抬起，则报警。若在某个桅杆变幅角度下，超起桅杆不能够抬起，则说明设备出现了问题，例如液压元件卡死或者机构干涉等，此时，可通过报警提醒操作人员检修设备，防止发生变幅抬不起而硬要撑起的现象发生，从而实现安全控制的目的。

从动力学角度看，吊臂与水平面之间的夹度不同、超起桅杆与吊臂之间的夹角不同，超起变幅油缸所需的推力也不同。对超起变幅油缸进行摒压时，压力值会达到系统油路的最大压力，而此时超起变幅油缸实际所需的工作压力却很小。

请参考图4，纵轴表示超起底座受到的作用力（单位为牛顿）；横轴表示超起桅杆与吊臂之间的第一夹角（单位为度）；曲线A表示在第二夹角为-2度时，超起底座受到的作用力与第一夹角之间的变化曲线；曲线B表示在第二夹角为30度时，超起底座受到的作用力与第一夹角之间的变化曲线；曲线C表示在第二夹角为60度时，超起底座受到的作用力与第一夹角之间的变化曲线；曲线D表示在第二夹角为80度时，超起底座受到的作用力与第一夹角之间的变化曲线。

由图4可知，当第二夹角不同时，超起底座受到的作用力与第一夹角之间的关系也是不同的。因此，可以预先获得与每个预定的第二夹角（特别地，第二夹角可以是连续的，也可以是离散的；可以是整个超起桅杆的移动范围，也可以仅仅是移动范围的一部分等）相对应的超起底座受到的作用力与第一夹角之间的变化曲线。这样，只要知道某一时刻的第一夹角和第二夹角，就可以得到此时刻超起底座受到的作用力。

显然，图4仅仅显示性了示出了某一实施例中，第一夹角、第二夹角与超起底座受到的作用力之间的关系曲线，对于不同的设备来说，这三者会有不同的关系曲线。

优选地，请参考图3，超起变幅油缸30与超起桅杆10连接点为第一连接点；超起桅杆10与吊臂20之间的连接点为第二连接点；超起变幅油缸30与吊臂20的连接点为第三连接点；第一夹角通过以下方式得到：实时获取超起变幅油缸30的长度，并根据下式计算第一夹角：

$\mathrm{\β}=\arccos \left(\frac{L_1^2+L_2^2-L_3^2}{2\·L_1\·L_2}\right)$

其中，β为第一夹角；L₁为第一连接点与第二连接点之间的距离；L₂为第二连接点与第三连接点之间的距离；L₃为第一连接点与第三连接点之间的距离，即超起变幅油缸30的长度。

优选地，通过以下任一方式获得超起变幅油缸30的长度：（1）请参考图5，通过设置在超起变幅油缸30上的磁致伸缩传感器50，磁致伸缩传感器50的一部分与超起变幅油缸30的缸体连接，另一部分与超起变幅油缸30的活塞杆31连接，因此，可以实时准确地检测到超起变幅油缸30的长度；或（2）通过安装在超起桅杆10与吊臂20铰接处的角度传感器，由于第二连接点与第三连接点之间的距离L₂和第一连接点与第二连接点之间的距离L₁是已知的，因此，只要通过该角度传感器测得超起桅杆10与吊臂20之间的夹角（例如第一夹角），就能得到超起变幅油缸30的长度；或（3）通过设置在超起变幅油缸30的缸筒上多个位置检测单元及设置在超起变幅油缸30的活塞杆31上的导向杆的配合，这样，当导向杆运动到与离散分布的位置检测单元（例如接近开关或其它能够用于位置检测的传感器等）相对应的位置时，就会测得当前的位置，即得到超起变幅油缸30的长度。

优选地，请参考图3，超起变幅油缸30与超起桅杆10连接点为第一连接点；超起桅杆10与吊臂20之间的连接点为第二连接点；超起变幅油缸30与吊臂20的连接点为第三连接点；实时油压通过下述两式得到：

$P=\frac{F}{{\mathrm{\πr}}^2}$

$F=\frac{G\·L\·\cos (\mathrm{\β}-\mathrm{\θ})\·\sqrt{L_1^2+L_2^2-2L_1\·L_2\·\cos \mathrm{\β}}}{L_1\·L_2\·\sin \mathrm{\β}}$

即： $P=\frac{G\·L\·\cos (\mathrm{\β}-\mathrm{\θ})\·\sqrt{L_1^2+L_2^2-2L_1\·L_2\·\cos \mathrm{\β}}}{\mathrm{\π}\·r^2\·L_1\·L_2\·\sin \mathrm{\β}}$

其中，P为实时油压；F为超起桅杆10作用在超起变幅油缸30上的压力；r为超起变幅油缸30的无杆腔的半径；L为超起桅杆10的重心与第二连接点之间的距离；L₁为第一连接点与第二连接点之间的距离；L₂为第二连接点与第三连接点之间的距离；β为第一夹角；θ为第二夹角；G为超起桅杆的重量。其中，F可以是根据上式根据超起桅杆的重量G及几何关系计算得到的，也可以是根据实时测得的第一夹角和第二夹角以及图4中的关系曲线查表得到的。由于无杆腔的半径r是已知的，因此，可以得到实时油压P。

优选地，安全工作压力或最大工作压力是实时油压与安全系数的乘积。通过设置一个安全系数，可以避免理论值与实际需求值之间的差异，提高了系统的安全性和可靠性。

优选地，请参考图6，在超起变幅油缸30的进油路上设置比例溢流阀40以实时设定安全工作压力或最大工作压力。通过对比例溢流阀40的控制可以达到设置安全工作压力或最大工作压力的控制。当然，也可以采用其它的阀或装置来实现安全工作压力或最大工作压力的控制。

作为本发明的第二方面，提供了一种超起变幅油缸的控制装置。请参考图1至图7，该装置包括：第一夹角检测单元，用于获取起重机的超起桅杆10与吊臂20之间的第一夹角；第二夹角检测单元，用于获取吊臂20与水平面之间的第二夹角；比例溢流阀40，并联在超起变幅油缸30的进油路上，用于控制超起变幅油缸30的安全工作压力或最大工作压力；控制单元100，与第一夹角检测单元、第二夹角检测单元和比例溢流阀40连接，控制单元100计算当吊臂20处于第二夹角且超起变幅油缸30在第一夹角时，为克服超起桅杆10的自重而需要的实时油压，并根据实时油压控制比例溢流阀40实时设定安全工作压力或最大工作压力。优选地，比例溢流阀40的电流值和其设定的压力值呈比例关系，因此控制单元通过自动调整比例溢流阀40的电流值，即可对整个桅杆变幅过程中的系统压力（包括安全工作压力或最大工作压力）进行限定和调节。

特别地，可根据第二夹角实时确定与该第二夹角相对应的预定值。特别地，上述控制装置可适用于起重机的超起桅杆变幅过程中，对超起变幅油缸的控制，当然还可适用于在吊臂变幅过程中对超起变幅油缸的控制。

由于超起底座受到的作用力是由桅杆变幅油缸的推力决定的，因此，可通过对桅杆变幅油缸进油压力大小的控制和监测实现对超起底座受到的作用力进行控制和监测。例如，在超起桅杆变幅的过程中，超起桅杆相对吊臂20运动，即第一夹角发生变化，而第二夹角不发生变化。在此过程中，仅需要克服超起桅杆的自重即可将超起桅杆变幅到与吊臂垂直的状态。

因此，本发明通过对第一夹角、第二夹角的检测，可以实时得到与该第一夹角、第二夹角对应的实时油压，然后再根据这一实时油压动态设定超起变幅油缸30的安全工作压力或最大工作压力，从而可以防止超起底座等结构件发生变形或由于意外情况造成系统压力剧增而引起安全事故，不需要将超起结构设计得较大，提高了整车的起吊能力，还能实时调节安全工作压力或最大工作压力，起到了节能的作用。

优选地，请参考图6和图7，超起变幅控制装置还包括：压力检测单元70，与控制单元100连接，用于检测超起变幅油缸30的实时压力；报警单元（未示出），与控制单元100连接，控制单元100在实时压力超过预定值时，控制报警单元报警。控制单元100可以采用单片机或PLC控制单元等，报警单元可用于发出声和/或光报警，以提醒操作人员注意。可预先设置一个预定值，在摒压时，控制单元100将其检测到的实时压力与该预定值比较，如果发现实时压力超过了预定值，那么控制单元100就控制报警单元发出报警，从而可以有效避免事故的发生，提高了系统的安全性和可靠性。

优选地，超起变幅控制装置还包括：报警单元，与控制单元100连接，在超起桅杆变幅的过程中，如果在设定的安全工作压力或最大工作压力下超起变幅油缸30不能抬起，则控制单元100控制报警单元报警。特别地，该报警单元可以是与在实时压力超过预定值时使用的报警单元为同一个报警单元，也可以是不同的报警单元。若在某个桅杆变幅角度下，超起桅杆不能够抬起，则说明设备出现了问题，例如液压元件卡死或者机构干涉等，此时，可通过报警提醒操作人员检修设备，防止发生变幅抬不起而硬要撑起的现象发生，从而实现安全控制的目的。

优选地，在一个实施例中，第一夹角检测单元是油缸长度检测单元，用于实时检测超起变幅油缸30的长度；超起变幅油缸30与超起桅杆10连接点为第一连接点；超起桅杆10与吊臂20之间的连接点为第二连接点；超起变幅油缸30与吊臂20的连接点为第三连接点；控制单元100通过以下方式得到第一夹角：

$\mathrm{\β}=\arccos \left(\frac{L_1^2+L_2^2-L_3^2}{2\·L_1\·L_2}\right)$

其中，β为第一夹角；L₁为第一连接点与第二连接点之间的距离；L₂为第二连接点与第三连接点之间的距离；L₃为第一连接点与第三连接点之间的距离，即超起变幅油缸30的长度。

优选地，油缸长度检测单元是：设置在超起变幅油缸30上的磁致伸缩传感器50，磁致伸缩传感器50的一部分与超起变幅油缸30的缸体连接，另一部分与超起变幅油缸30的活塞杆31连接，因此，可以实时准确地检测到超起变幅油缸30的长度；或安装在超起桅杆10与吊臂20铰接处的角度传感器，由于第二连接点与第三连接点之间的距离L₂和第一连接点与第二连接点之间的距离L₁是已知的，因此，只要通过该角度传感器测得超起桅杆10与吊臂20之间的夹角（例如第一夹角），就能得到超起变幅油缸30的长度；或设置在超起变幅油缸30的缸筒上多个位置检测单元及设置在超起变幅油缸30的活塞杆31上的导向杆，这样，当导向杆运动到与离散设备的位置检测单元（例如接近开关或其它能够用于位置检测的传感器等）相对应的位置时，就会测得当前的位置，即得到超起变幅油缸30的长度。

优选地，请参考图3，超起变幅油缸30与超起桅杆10连接点为第一连接点；超起桅杆10与吊臂20之间的连接点为第二连接点；超起变幅油缸30与吊臂20的连接点为第三连接点；控制单元100通过下式得到实时油压：

$P=\frac{F}{{\mathrm{\πr}}^2}$

$F=\frac{G\·L\·\cos (\mathrm{\β}-\mathrm{\θ})\·\sqrt{L_1^2+L_2^2-2L_1\·L_2\·\cos \mathrm{\β}}}{L_1\·L_2\·\sin \mathrm{\β}}$

即： $P=\frac{G\·L\·\cos (\mathrm{\β}-\mathrm{\θ})\·\sqrt{L_1^2+L_2^2-2L_1\·L_2\·\cos \mathrm{\β}}}{\mathrm{\π}\·r^2\·L_1\·L_2\·\sin \mathrm{\β}}$

其中，P为实时油压；F为超起桅杆10作用在超起变幅油缸30上的压力；r为超起变幅油缸30的无杆腔的半径；L为超起桅杆10的重心与第二连接点之间的距离；L₁为第一连接点与第二连接点之间的距离；L₂为第二连接点与第三连接点之间的距离；β为第一夹角；θ为第二夹角；G为超起桅杆的重量。其中，F可以是根据上式计算得到的，也可以是根据实时测得的第一夹角和第二夹角以及图4中的关系曲线查表得到的。由于无杆腔的半径r是已知的，因此，可以得到实时油压P。

在图6所示的一种优选的超起变幅控制装置中，超起变幅控制装置还包括比例换向阀93和油泵91，其中，油泵91的输出端通过比例换向阀93与超起变幅油缸30连接，以控制超起变幅油缸30的运动及换向，同时，比例溢流阀40用于设定超起变幅油缸30的进油腔的压力。这样，通过比例溢流阀40，就可以设定超起变幅油缸30的安全工作压力或最大工作压力，直到完成超起桅杆10的变幅。

优选地，请参考图6，超起变幅控制装置还包括梭阀94，梭阀94的第一输入端与超起变幅油缸30的有杆腔连接，其第二输入端与超起变幅油缸30的无杆腔连接，其输出端与比例溢流阀40的输入端连接，比例溢流阀40的控制端与控制单元100连接。在超起变幅油缸30的运动过程中，进油腔可以是有杆腔或无杆腔，通过梭阀94可以将有杆腔或无杆腔中的压力较大的压力油通过梭阀94反馈到比例溢流阀40的输入端，这样，控制单元100就可以控制比例溢流阀40的开度，以调节进油腔的安全工作压力或最大工作压力。

优选地，请参考图6，压力检测单元70安装在超起变幅油缸30的无杆腔的油路上，以检测超起变幅油缸30在摒压时的压力。

优选地，请参考图6，超起变幅控制装置还包括平衡阀95，超起变幅油缸30的有杆腔与平衡阀95的控制端连接，以控制平衡阀95换向。优选地，平衡阀95包括节流工位（即上工位）和单向工位（即下工位），当超起变幅油缸30的有杆腔进油时，其内的压力油作用到平衡阀95的控制端，从而推动平衡阀95由单向工位切换到节流工位。这样，无杆腔的回油经过节流工位和比例换向阀93后，回流到油箱。反之，当超起变幅油缸30的无杆腔进油时，油泵91输出的压力油依次经过比例换向阀93和平衡阀95的单向工位流入无杆腔，有杆腔回一次的压力油依次经过比例换向阀93和梭阀94后，流回油箱。优选地，由梭阀94输出的压力油反馈到油泵91的反馈控制口，以控制油泵91的输出。平衡阀95在超起变幅油缸30回缩时使用，保证超起变幅下降的平稳。

优选地，请参考图6，超起变幅控制装置还包括安全阀92，其进油口与油泵91的输出端连接，其出油口与油箱连接，以设定系统的最高压力。

特别地，比例溢流阀40对超起变幅的系统安全压力进行动态调整，当超起变幅油缸30达到极限行程而摒压（此时超起变幅油缸30处于锁死的状态，即不通压力油）时，油缸系统压力也不会增大到系统中安全阀92所设定的最大安全压力。此时的安全压力由控制单元100设定。例如，控制单元100通过比例溢流阀40来设定最大安全压力，最大安全压力的大小由控制单元计算得到。可见，本发明不仅可以对超起变幅油缸30的摒压时的压力进行调节，实际上可以对整个过程的安全压力进行自动调整，即通过控制单元可实现工况自适应和参数自动调整。

作为本发明的第三方面，提供了一种起重机，包括超起变幅油缸，还包括用于控制该超起变幅油缸的控制装置，该控制装置是上述的控制装置。

本发明采用分阶段的控制模式来控制和监测超起底座作用力。第一阶段是超起桅杆变幅，通过控制单元100实现超起变幅油缸30的进油安全压力的过程进行控制和自动调整，防止结构件变形或意外情况造成系统压力剧增而引起的安全事故，特别地，在该阶段，若在某个桅杆变幅角度下超起桅杆不能够抬起，说明设备出现问题，液压元件卡死或者机构干涉，则可提醒操作人员检修设备，防止发生变幅抬不起而硬要撑起的现象发生，从而实现安全控制的目的。第二阶段为吊臂变幅，此时，超起变幅油缸30处于锁死的状态，即在吊臂抬起的过程中，超起变幅油缸30不通压力油，超起变幅油缸30的压力由负载大小决定，但可通过压力检测单元70对超起变幅油缸30的压力进行监测，如果油压远大于控制单元计算后所设定的安全压力，则进行报警。例如，在第二阶段，当吊臂处于不同角度时，控制单元也会自动计算出该角度下的超起变幅油缸30的推力变化及其规律。当超起变幅油缸30的压力和控制单元计算的理论压力相差较大时，控制单元发出报警，实现第二阶段的监测。可见，通过这两个阶段的安全控制，可对超起底座作用力进行过程控制和监测。

本发明可检测第一夹角和第二夹角，因此，控制单元可根据第一夹角和第二夹角实现对吊臂姿态的自动识别，从而实现不同工况下，超起变幅系统压力的自动计算。

可见，本发明可通过结构部分、液压部分和控制部分的有机结合，实现超起变幅工况过程中压力参数实时调整。进一步地，在摒压时，系统压力较低，因此超起变幅油缸30对超起底座产生的附加弯矩也小得多。因此，与现有技术相比，本发明针对超起结构安全提出了一种有效的控制策略，使得结构设计和自动化的完美结合，抛弃现有技术中为达到超起结构安全的目的，单纯增加尺寸的传统设计方法。

以上所述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 (10)

1.一种超起变幅油缸的控制方法，其特征在于，包括：

实时获取起重机的超起桅杆（10）与吊臂（20）之间的第一夹角、及所述吊臂（20）与水平面之间的第二夹角；

计算当所述吊臂（20）处于所述第二夹角且所述超起变幅油缸（30）处于所述第一夹角时，为克服所述超起桅杆（10）的自重而需要的实时油压；

根据所述实时油压实时设定所述超起变幅油缸（30）的安全工作压力。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，还包括：获取所述超起变幅油缸（30）的实时压力，如果所述实时压力超过所述安全工作压力则报警并停止当前动作。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述超起变幅油缸（30）与所述超起桅杆（10）连接点为第一连接点；所述超起桅杆（10）与所述吊臂（20）之间的连接点为第二连接点；所述超起变幅油缸（30）与所述吊臂（20）的连接点为第三连接点；

所述第一夹角通过以下方式得到：实时获取所述超起变幅油缸（30）的长度，并根据下式计算所述第一夹角：

$\mathrm{\β}=\arccos \left(\frac{L_1^2+L_2^2-L_3^2}{2\·L_1\·L_2}\right)$

其中，

β为所述第一夹角；

L₁为所述第一连接点与所述第二连接点之间的距离；

L₂为所述第二连接点与所述第三连接点之间的距离；

L₃为所述第一连接点与所述第三连接点之间的距离，即所述超起变幅油缸（30）的长度。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述超起变幅油缸（30）与所述超起桅杆（10）连接点为第一连接点；所述超起桅杆（10）与所述吊臂（20）之间的连接点为第二连接点；所述超起变幅油缸（30）与所述吊臂（20）的连接点为第三连接点；

所述实时油压通过下述两式得到：

$P=\frac{G\·L\·\cos (\mathrm{\β}-\mathrm{\θ})\·\sqrt{L_1^2+L_2^2-2L_1\·L_2\·\cos \mathrm{\β}}}{\mathrm{\π}\·r^2\·L_1\·L_2\·\sin \mathrm{\β}}$

其中，

P为所述实时油压；

r为所述超起变幅油缸（30）的无杆腔的半径；

L为所述超起桅杆（10）的重心与所述第二连接点之间的距离；

L₁为所述第一连接点与所述第二连接点之间的距离；

L₂为所述第二连接点与所述第三连接点之间的距离；

β为所述第一夹角；

θ为所述第二夹角；

G为所述超起桅杆的重量。

5.一种超起变幅油缸的控制装置，其特征在于，包括：

第一夹角检测单元，用于获取起重机的超起桅杆（10）与吊臂（20）之间的第一夹角；

第二夹角检测单元，用于获取所述吊臂（20）与水平面之间的第二夹角；

比例溢流阀（40），并联在所述超起变幅油缸（30）的进油路上，用于控制所述超起变幅油缸（30）的安全工作压力或最大工作压力；

控制单元（100），与所述第一夹角检测单元、第二夹角检测单元和比例溢流阀（40）连接，所述控制单元（100）计算当所述吊臂（20）处于所述第二夹角且所述超起变幅油缸（30）处于所述第一夹角时，为克服所述超起桅杆（10）的自重而需要的实时油压，并根据所述实时油压控制所述比例溢流阀（40）实时设定所述安全工作压力。

6.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括：

压力检测单元（70），与所述控制单元（100）连接，用于检测所述超起变幅油缸（30）的实时压力；

报警单元，与所述控制单元（100）连接，所述控制单元（100）在所述实时压力超过所述安全工作压力时，控制所述报警单元报警。

7.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述第一夹角检测单元是油缸长度检测单元，用于实时检测所述超起变幅油缸（30）的长度；

所述超起变幅油缸（30）与所述超起桅杆（10）连接点为第一连接点；所述超起桅杆（10）与所述吊臂（20）之间的连接点为第二连接点；所述超起变幅油缸（30）与所述吊臂（20）的连接点为第三连接点；

所述控制单元（100）通过以下方式得到所述第一夹角：

$\mathrm{\β}=\arccos \left(\frac{L_1^2+L_2^2-L_3^2}{2\·L_1\·L_2}\right)$

其中，

β为所述第一夹角；

L₁为所述第一连接点与所述第二连接点之间的距离；

L₂为所述第二连接点与所述第三连接点之间的距离；

L₃为所述第一连接点与所述第三连接点之间的距离，即所述超起变幅油缸（30）的长度。

8.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，所述油缸长度检测单元是：

设置在所述超起变幅油缸（30）上的磁致伸缩传感器（50）；或

安装在所述超起桅杆（10）与所述吊臂（20）铰接处的角度传感器；或

设置在所述超起变幅油缸（30）的缸筒上多个位置检测单元及设置在所述超起变幅油缸（30）的活塞杆（31）上的导向杆。

9.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于，所述超起变幅油缸（30）与所述超起桅杆（10）连接点为第一连接点；所述超起桅杆（10）与所述吊臂（20）之间的连接点为第二连接点；所述超起变幅油缸（30）与所述吊臂（20）的连接点为第三连接点；

所述控制单元（100）通过下式得到所述实时油压：

$P=\frac{G\·L\·\cos (\mathrm{\β}-\mathrm{\θ})\·\sqrt{L_1^2+L_2^2-2L_1\·L_2\·\cos \mathrm{\β}}}{\mathrm{\π}\·r^2\·L_1\·L_2\·\sin \mathrm{\β}}$

其中，

P为所述实时油压；

r为所述超起变幅油缸（30）的无杆腔的半径；

L为所述超起桅杆（10）的重心与所述第二连接点之间的距离；

L₁为所述第一连接点与所述第二连接点之间的距离；

L₂为所述第二连接点与所述第三连接点之间的距离；

β为所述第一夹角；

θ为所述第二夹角；

G为所述超起桅杆的重量。

10.一种起重机，包括超起变幅油缸，其特征在于，所述起重机还包括用于控制所述超起变幅油缸的控制装置，所述控制装置是权利要求5至9中任一项所述的控制装置。

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