CN103383572B - 一种工程机械及其臂架的振动控制方法、控制装置和控制系统 - Google Patents

一种工程机械及其臂架的振动控制方法、控制装置和控制系统 Download PDF

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本发明提供了一种工程机械及其臂架的振动控制方法、控制装置和控制系统，包括接收变幅运动过程中臂架末端的实时角速度信号，并根据所述臂架末端的实时角速度信号调整所述臂架始端电液比例阀电信号，从而控制臂架油缸使所述臂架始端跟随所述臂架末端运动，以降低臂架运行过程中的振动。

Description

一种工程机械及其臂架的振动控制方法、控制装置和控制系统
技术领域
本发明涉及工程机械领域，特别是一种工程机械及其臂架的振动控制方法、控制装置和控制系统。
背景技术
臂架在工程机械行业应用很多，例如，消防云梯车，起重机等工程机械都需要依靠臂架将工作装置伸展至目标位置后进行工作。该类臂架一般都是驱动机构安装在一端，另一端悬空，形成悬臂梁结构。
以消防云梯车为例，消防云梯车的臂架则属于刚柔耦合臂架，将工作台送至需要消防灭火的位置。它的臂架在工程机械行业中很具有代表性。消防云梯车臂架的变幅驱动油缸安放在臂架底端，推动臂架进行变幅运动，如图1所示，输入装置发出信号给控制器，控制器接受到信号后，经信号转换，把电信号给电液比例阀，然后使液压油缸发出运动，作用于臂架系统，使臂架进行变幅运动。由于臂架的柔性和运动惯性，在臂架变幅运动过程中臂架就会产生振动，这种振动不仅会增加操作危险及臂架疲劳度问题，同时会影响正常工作效率，严重时会造成液压元件、密封装置的损坏及结构连接位置的断裂。为了保证施工的稳定性和安全性，有必要对臂架振动进行控制。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种工程机械及其臂架的振动控制方法、控制装置和控制系统，以减小变幅运动过程中臂架的振动，实现臂架的平稳运动。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种臂架的振动控制方法，其特征在于，包括，接收变幅运动过程中臂架末端的实时角速度信号；根据所述臂架末端的实时角速度信号调整所述臂架始端电液比例阀电信号，从而控制臂架油缸使所述臂架始端跟随所述臂架末端运动。
另外，本发明还提供了一种臂架的振动控制装置，包括，接收器，用于接收变幅运动过程中臂架末端的实时角速度信号；控制器，用于根据所述臂架末端的实时角速度信号调整所述臂架始端电液比例阀电信号，从而控制臂架油缸使所述臂架始端跟随所述臂架末端运动。
另外，本发明还提供了一种臂架的振动控制系统，包括，控制臂架油缸液压油流量的电液比例阀和用于驱动臂架运动的臂架油缸，所述臂架油缸位于臂架始端，该系统还包括，角速度检测装置，设于臂架末端处，用于检测变幅运动过程中臂架末端的实时角速度信号；以及如上述的控制装置。
另外，本发明还提供了一种工程机械，包括臂架以及上述的控制系统。
本发明所带来的技术效果在于通过检测臂架末端的角速度，并根据末端角速度调节电液比例阀电流从而控制臂架油缸，使得臂架始端角跟随末端保持一致运动，从而使臂架按照纯刚体的方式运动，降低臂架运行过程中的振动，实现其平稳运动，以提高工作效率。
附图说明
下面根据附图对本发明的的具体实时方式做进一步说明，其中，
图1为背景技术中臂架变幅运动控制示意图；
图2为臂架的柔性导致运行过程中的变形的示意图；
图3为臂架在变幅运动过程中末端和始端角速度变化示意图；
图4为本发明实施例提供的臂架的振动控制方法流程图；
图5为臂架与油缸之间铰接的三角关系；
图6为振动控制前后臂架末端角速度比较示意图；
图7为本发明实施例提供的臂架的振动控制装置的结构图；
图8为本发明实施例提供的臂架的振动控制系统的示意图。
具体实施方式
为实现臂架变幅过程中的平稳运动，本发明提供的一种工程机械及其臂架振动控制方法、控制装置和控制系统，通过控制臂架始端的角速度跟随臂架末端的角速度，使臂架按照纯刚体的方式运动，降低臂架运行过程中的振动。
一般来说，臂架在变幅运动时，臂架油缸驱动臂架始端并带动臂架末端动作，整个臂架以臂架支点转换方向，臂架两端角度是一致的，其角速度理论上应该是相等的。图2是臂架的柔性导致运行过程中的变形的示意图，刚柔耦合臂架的特性使得变幅运动过程中臂架末端的角度变化明显大于臂架始端，导致了臂架末端发生摇晃变形，使得臂架运行不平稳，产生振动。
图3是臂架在变幅运动过程中末端和始端角速度变化示意图，可见在不采取任何措施的情况下，由于臂架的柔性，臂架末端的角速度相对于臂架始端的角速度呈正弦振荡。虽然随时间的推移，振荡逐渐减缓，但一般情况需要等到振动停止才能进行作业，影响工作效率，而且经过长期的振动，加重臂架疲劳负担，严重时会造成液压元件、密封装置的损坏及结构连接位置的断裂。
基于上述问题，本发明提供了一种臂架的振动控制方法，如图4所示，包括，
S401.接收变幅运动过程中臂架末端的实时角速度信号；
角速度可以较为直观的反映臂架变幅运动的情况，因而在臂架末端设置加速度检测装置，用于实时获取刚柔耦合臂架末端的角速度信号发送至控制装置，该加速度检测装置可以为角速度传感器，也可以是其他可以用于检测角速度的装置(例如，利用角度传感器检测单位时间的角度变化)。
S403.根据所述臂架末端的实时角速度信号调整所述臂架始端电液比例阀电信号，从而控制臂架油缸使所述臂架始端跟随所述臂架末端运动。
一般而言，由操作人员输入预设的电信号至控制装置，控制装置将该电信号发送至臂架始端电液比例阀，从而控制臂架油缸驱使臂架进行变幅运动，臂架始端带动臂架末端在惯性作用下会使臂架末端产生一个角速度。也就是说，在臂架长度、变幅角度及系统延迟时间等参数确定的情况下，输入至臂架始端电液比例阀的电信号与臂架末端产生的角速度之间存在一一对应的关系。
下面对臂架始端电液比例阀的电信号与臂架末端产生的角速度之间存在的对应关系进行说明。图5表示的是臂架与油缸之间铰接的三角关系，在臂架变幅运动过程中，在臂架长度、变幅角度等参数一般是确定的，根据以下关系可以确定臂架末端角速度和臂架始端电液比例阀电流的对应关系：
其中，a为油缸长度，c为臂架始端至油缸铰接处的长度，b为臂架始端至油缸始端的长度；为变幅角度。
Vy＝k·i(t)(2)
其中，Vy为油缸的伸出速度；i(t)为控制器输出电流信号；K为一比例系数。
其中，du为阻尼系数；cu为刚度系数；L为整个臂架的长度；m为臂架质量；ω(t)为臂架末端角度；为臂架底端变幅角度。
通过上述三式能够确定臂架末端角速度和臂架始端电液比例阀电流(也可以是其他电信号)的对应关系。可以看出它与臂架长度、变幅角度等有关。
因而，在控制装置接收到臂架末端的实时角速度信号后，根据臂架末端的实时角速度与该对应关系将该角速度信号转换为对应的电信号，发送至电液比例阀以更新控制电液比例阀的电信号。随着臂架末端实时角速度的变化，控制电液比例阀的电信号也发生对应的变化，使得臂架油缸驱动臂架始端跟随臂架末端的振动进行运动，从而保持整个臂架的一致性按近似纯刚体臂架的方式进行运动，降低臂架运行过程中的振动，保持臂架平稳性。
需要理解地，始端速度去跟随末端速度，不可能让始端速度完全和末端速度一样，只是在进行控制后，始端速度和末端速度的差值会相当于没有进行控制的始端速度和末端速度的差值要小许多。当末端速度大于始端速度时，则会加大始端速度，当末端速度小于始端速度时，则会减小始端速度，由于速度是由始端传递到末端的，末端的速度是以始端速度作为平衡位置振动的，末端速度的变化相对于始端有个滞后，这样便会使始端和末端的速度差值变小。
图6是振动控制前后臂架末端角速度比较示意图，可以看出，通过对臂架振动进行控制，臂架末端角速度波动明显减小，臂架运动更加平稳。
上述控制方法通过接收检测到的臂架末端的角速度，并根据末端角速度调节电液比例阀电流从而控制臂架油缸，使得臂架始端角跟随末端保持一致运动，从而使臂架按照纯刚体的方式运动，降低臂架运行过程中的振动，实现其平稳运动，以提供工作效率。
本发明还提供了一种臂架的振动控制装置，如图7所示，包括
接收器701，用于接收变幅运动过程中臂架末端的实时角速度信号；
控制器703，用于根根据所述臂架末端的实时角速度信号调整所述臂架始端电液比例阀电信号，从而控制臂架油缸使所述臂架始端跟随所述臂架末端运动。
控制器703具体在接收到臂架末端的实时角速度信号后，根据预设的臂架末端角速度与臂架始端电液比例阀电信号之间的对应关系，将所述臂架末端的实时角速度信号转换为对应的电信号，发送至所述臂架始端电液比例阀以更新控制该电液比例阀的电信号，从而控制臂架油缸使所述臂架始端跟随所述臂架末端运动，保持臂架一致。
上述控制装置通过接收器接收检测到的臂架末端的角速度，利用控制器根据末端角速度调节电液比例阀电流从而控制臂架油缸，使得臂架始端角跟随末端保持一致运动，从而使臂架按照纯刚体的方式运动，降低臂架运行过程中的振动，实现其平稳运动，以提供工作效率。
本发明还提供了一种臂架的振动控制系统，如图8所示，包括，用于控制臂架油缸液压油流量的电液比例阀和用于驱动臂架运动的臂架油缸，所述臂架油缸位于臂架始端，
角速度检测装置，设于臂架末端处，用于检测变幅运动过程中臂架末端的实时角速度信号；
控制装置，用于接收变幅运动过程中臂架末端的实时角速度信号，并根据所述臂架末端的实时角速度信号调整所述臂架始端电液比例阀电信号，从而控制臂架油缸使所述臂架始端跟随所述臂架末端运动。
上述控制系统通过角速度检测装置对臂架末端的角速度进行检测，利用控制装置根据末端角速度调节电液比例阀电流从而控制臂架油缸，使得臂架始端角跟随末端保持一致运动，从而使臂架按照纯刚体的方式运动，降低臂架运行过程中的振动，实现其平稳运动，以提供工作效率。
本发明还提供了一种工程机械，包括臂架和上述臂架的振动控制系统。
上述工程机械通过控制系统对臂架末端的角速度进行检测，根据末端角速度调节电液比例阀电流从而控制臂架油缸，使使得臂架始端角跟随末端保持一致运动，从而使臂架按照纯刚体的方式运动，降低臂架运行过程中的振动，实现其平稳运动，以提供工作效率。

Claims (8)

1.一种臂架的振动控制方法，其特征在于，包括，
接收变幅运动过程中臂架末端的实时角速度信号；
根据所述臂架末端的实时角速度信号调整臂架始端的电液比例阀电信号，从而控制臂架油缸使所述臂架始端跟随所述臂架末端运动。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述臂架末端的实时角速度信号调整电液比例阀电信号，具体包括，
根据预设的臂架末端角速度与臂架始端电液比例阀电信号之间的对应关系，将所述臂架末端的实时角速度信号转换为对应的电信号，发送至所述臂架始端电液比例阀以更新控制该电液比例阀的电信号。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述预设的臂架末端角速度与臂架始端电液比例阀电信号之间的对应关系与臂架长度和变幅角度有关。
4.一种臂架的振动控制装置，其特征在于，包括，
接收器，用于接收变幅运动过程中臂架末端的实时角速度信号；
控制器，用于根据所述臂架末端的实时角速度信号调整臂架始端的电液比例阀电信号，从而控制臂架油缸使所述臂架始端跟随所述臂架末端运动。
5.根据权利要求4所述的控制装置，其特征在于，所述控制器，具体用于根据预设的臂架末端角速度与臂架始端电液比例阀电信号之间的对应关系，将所述臂架末端的实时角速度信号转换为对应的电信号，发送至所述臂架始端电液比例阀以更新控制该电液比例阀的电信号。
6.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于，所述预设的臂架末端角速度与臂架始端电液比例阀电信号之间的对应关系与臂架长度和变幅角度有关。
7.一种臂架的振动控制系统，包括，控制臂架油缸液压油流量的电液比例阀和用于驱动臂架运动的臂架油缸，所述臂架油缸位于臂架始端，其特征在于，该系统还包括，
角速度检测装置，设于臂架末端处，用于检测变幅运动过程中臂架末端的实时角速度信号；
以及如权利要求4至6中任一项所述的控制装置。
8.一种工程机械，包括臂架，其特征在于，所述工程机械还包括如权利要求7所述的控制系统。
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