CN103508353B - 卷扬二次起升防下滑控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种卷扬二次起升防下滑控制系统及方法，系统包括油泵、油箱、比例换向阀、卷扬马达、平衡阀、卷扬制动器、制动阀和电控手柄，制动阀与卷扬制动器相连，控制卷扬制动器对卷扬马达的制动，平衡阀设置在卷扬马达与比例换向阀之间的油路上；还包括：可编程逻辑控制器，分别与比例换向阀、制动阀和电动手柄相连，在二次起升时根据获得的卷扬系统压力来控制制动阀延时打开。本发明根据卷扬系统在吊载不同负载的重物时对应压力建立起的时间不同，通过PLC来控制制动阀延时打开，以便使液压马达建立起的力矩在大于重物产生的阻力矩时才打开卷扬制动器，从而避免了二次提升时出现下滑的现象。

Description

卷扬二次起升防下滑控制系统及方法

技术领域

本发明涉及工程机械控制领域，尤其涉及一种卷扬二次起升防下滑控制系统及方法。

背景技术

在流动式起重机的工作过程中，重物通过吊钩和起重臂头部的滑轮组以及钢丝绳将重力传递到起重机转台结构上。利用卷扬上的液压马达来驱使卷扬进行转动，通过缠绕在卷扬上的钢丝绳的传递使悬挂在起重臂头部的重物能够进行升降。在重物起升的过程中，经常需要在中途某个高度停留一段时间，然后再继续往上起升。这个继续往上起升的过程称为“二次起升”。

重物在空中的中途停留保持是依靠安装在液压马达上的平衡阀以及安装在卷扬内部的卷扬制动器对卷扬机构进行制动来实现的。在卷扬的非工作状态下，卷扬制动器处于常闭状态。在进行重物起升的时候，通常液压系统一般都会在给液压马达供油的同时，给卷扬制动控制电磁阀供电，即通过给卷扬制动器供油来释放卷扬制动器，使卷扬可以无障碍转动。但是，在进行二次起升的时候，由于重物产生阻力矩，而液压马达需要足够的时间去建立起足够大的起升力矩以克服重物产生的阻力矩，这时就容易会出现重物先短暂下滑再提升的现象。

为了解决这种重物短暂下滑的问题，目前在卷扬提升重物时采取了压力记忆阀和PLC控制器联合控制的方法，即PLC控制器记录存储第一次提升时的压力，在第二次提升时，仅当卷扬系统压力达到PLC存储的先前第一次提升压力时，通过PLC控制器输出控制信号去控制压力记忆阀内部的电磁阀打开，从而达到精确控制卷扬制动器打开，以消除二次提升出现的下滑现象。

这种压力记忆的方式需要加装压力传感器，增加了设备的成本，而且在压力记忆存储时面临何时存储的问题，在提升启动加速阶段和提升减速停止阶段，压力会发生变化，有一个压力存储时机的选择问题，选择存储时机不妥对制动器延时打开的时间肯定会有影响，进而达不到预期的效果。

发明内容

本发明的目的是提出一种卷扬二次起升防下滑控制系统及方法，能有效地消除二次提升时出现的下滑现象。

为实现上述目的，本发明提供了一种卷扬二次起升防下滑控制系统，包括油泵、油箱、比例换向阀、卷扬马达、平衡阀、卷扬制动器、制动阀和电控手柄，所述油泵的出油口和油箱分别与所述比例换向阀的进油口和回油口相通，所述卷扬马达的两个油口分别与所述比例换向阀的两个工作油口相通，所述制动阀与所述卷扬制动器相连，控制所述卷扬制动器对所述卷扬马达的制动，所述平衡阀设置在所述卷扬马达与所述比例换向阀之间的油路上；其中，还包括：可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC），分别与所述比例换向阀、制动阀和电动手柄相连，在二次起升时根据获得的卷扬系统压力来控制所述制动阀延时打开。

进一步的，还包括力矩限制器，所述可编程逻辑控制器与所述力矩限制器相连，根据所述力矩限制器采集的当前实际重量值和滑轮组的倍率计算出单根钢丝绳的拉力，再根据所述单根钢丝绳的拉力和第一预设比例系数计算出所述卷扬系统压力。

进一步的，还包括压力传感器，所述可编程逻辑控制器与所述压力传感器相连，根据所述压力传感器采集到的压力数值确定出所述卷扬系统压力。

进一步的，所述可编程逻辑控制器具体包括：手柄信号处理单元、系统压力获得单元、延时控制单元和比例阀控制单元；所述手柄信号处理单元将从所述电动手柄接收的操作信号转换成预设电流值，所述比例阀控制单元根据所述预设电流值使所述比例换向阀得电来实现所述比例换向阀的开口度恒定，并根据所述系统压力获得单元提供的卷扬系统压力和第二预设比例系数计算延时长度，所述延时控制单元根据所述延时长度控制所述制动阀延时打开，在所述制动阀打开后，恢复所述电动手柄所在位置与所述比例换向阀的开口度之间的对应控制关系。

进一步的，所述可编程逻辑控制器还包括：斜坡处理单元，在所述制动阀打开后，所述斜坡处理单元通过斜坡处理来恢复所述电动手柄所在位置与所述比例换向阀的开口度之间的对应控制关系。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于前述卷扬二次起升防下滑控制系统的卷扬二次起升防下滑控制方法，包括：

在卷扬二次起升操作启动时，可编程逻辑控制器获取当前的卷扬系统压力；

根据将从电动手柄接收的操作信号转换成预设电流值，并根据所述预设电流值使比例换向阀得电，来实现所述比例换向阀的开口度恒定；

根据所述卷扬系统压力和第二预设比例系数计算延时长度，并根据所述延时长度控制制动阀延时打开；

在所述制动阀打开后，恢复所述电动手柄所在位置与所述比例换向阀的开口度之间的对应控制关系。

进一步的，所述可编程逻辑控制器获取当前的卷扬系统压力的操作具体为：

根据力矩限制器采集的当前实际重量值和滑轮组的倍率计算出单根钢丝绳的拉力，再根据所述单根钢丝绳的拉力和第一预设比例系数计算出所述卷扬系统压力。

进一步的，所述可编程逻辑控制器获取当前的卷扬系统压力的操作具体为：

根据压力传感器采集到的压力数值确定出所述卷扬系统压力。

进一步的，所述恢复所述电动手柄所在位置与所述比例换向阀的开口度之间的对应控制关系的操作具体为：

通过斜坡处理来恢复所述电动手柄所在位置与所述比例换向阀的开口度之间的对应控制关系。

基于上述技术方案，本发明根据卷扬系统在吊载不同负载的重物时对应压力建立起的时间不同，通过PLC来控制制动阀延时打开，以便使液压马达建立起的力矩在大于重物产生的阻力矩时才打开卷扬制动器，从而避免了二次提升时出现下滑的现象。

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，构成本申请的一部分，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为本发明卷扬二次起升防下滑控制系统的一实施例的结构示意图。

图2为本发明卷扬二次起升防下滑控制系统的另一实施例的结构示意图。

图3为本发明卷扬二次起升防下滑控制系统实施例中PLC的具体结构示意图。

图4为本发明卷扬二次起升防下滑控制方法的一实施例的流程示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

针对现有的压力记忆方案，本发明考虑从另外一个角度出发，不需要存储第一次提升时的压力，而是从获取系统压力，精确控制卷扬手柄的方法，同样实现了卷扬制动器的智能控制。

如图1所示，为本发明卷扬二次起升防下滑控制系统的一实施例的结构示意图。在本实施例中，卷扬二次起升防下滑控制系统包括油泵7、油箱8、比例换向阀6、卷扬马达2、平衡阀5、卷扬制动器1、制动阀4、电控手柄12和PLC9。油泵7的出油口和油箱8分别与比例换向阀6的进油口和回油口相通，卷扬马达2的两个油口分别与比例换向阀6的两个工作油口相通，制动阀4与卷扬制动器1相连，控制卷扬制动器1对卷扬马达2的制动。平衡阀5设置在卷扬马达2与比例换向阀6之间的油路上。PLC9分别与比例换向阀6、制动阀4和电动手柄12相连，在二次起升时根据获得的卷扬系统压力来控制制动阀4延时打开。

根据本发明的发明思路，解决二次下滑问题的关键在于控制卷扬制动器1延时打开。卷扬马达2引出的钢丝绳13绕过滑轮组10连接到重物11上，在卷扬系统起吊重物11时，卷扬制动器1如果能够在卷扬系统建立起足够的压力后才打开，则就可以避免重物11出现二次提升时先短暂下滑的问题。而控制卷扬制动器1的制动阀4的延时打开所需要的延时时间的确定需要考虑卷扬系统压力的大小，因此PLC9就负责在二次起升时根据获得的卷扬系统压力来控制制动阀4延时打开，从而解决二次下滑的问题。

在这个思路下，如何准确控制卷扬制动器的打开和关闭时间也非常重要，这个延时时间（即卷扬系统压力建立的时间）的确定与卷扬系统压力本身的大小以及比例换向阀6的开口度有关。换句话说，如果知道卷扬系统压力和比例换向阀6的开口度大小，就可以准确的算出卷扬制动器1延时打开的时间，从而达到精确控制的目的，这样就可以在避免出现二次提升的下滑现象的同时，进一步避免出现卷扬制动器1滞后打开导致卷扬制动器1过度磨损，以及卷扬制动器1打开后的突然上冲现象。

卷扬系统压力的确定可以通过在卷扬系统中增加压力传感器来实现，即通过压力传感器来检测卷扬系统压力，并通过与压力传感器相连的PLC来根据压力传感器采集到的压力数值确定出卷扬系统压力。

另一种优选的方式是不增加压力传感器等元器件，即图2所示的卷扬二次起升防下滑控制系统，在图1实施例的基础上，进一步包括力矩限制器14，PLC9与力矩限制器14相连，根据力矩限制器14采集的当前实际重量值和滑轮组的倍率计算出单根钢丝绳13的拉力，再根据单根钢丝绳13的拉力和第一预设比例系数计算出卷扬系统压力。

在本实施例中，由于卷扬系统压力与卷扬上单根钢丝绳13的拉力直接相关，而单根钢丝绳13的拉力大小又与起吊重物11的大小和滑轮组10的倍率有关，即与重物11和滑轮组10的倍率的比值有关。，起吊重物11可以通过力矩限制器14来确定当前实际重量。这样只需要把从力矩限制器14中读出的当前实际重量除以钢丝绳的倍率即可得单股钢丝绳13的拉力大小，而此拉力值又与卷扬系统的压力直接成正比例关系。其中，第一预设比例系数是卷扬系统压力与单根钢丝绳拉力成正比例的一个系数，用于通过单根钢丝绳的拉力计算卷扬系统压力。这个参数可通过多次试验获得，其数值范围与吊重量和倍率有关，是一个浮点数。

比例换向阀6的开口度是由操作手操纵电控手柄12输入信号给PLC9，PLC9经过分析处理输入信号后，输出控制信号控制比例换向阀6的，即比换向例阀6的开口度的值和电控手柄12的推动速度和位置相对应。

为了精确算出制动器1的延时时间，就必须实时计算出卷扬系统的压力和比例阀6的开口度；卷扬系统压力可以通过上面的原理算出，此压力值能够直接反应起吊重物11的负载的变化情况；而比例阀6的开口度则随着操作手操作电控手柄12在不停的变化，无法准确计算。

为了解决这一问题，在另一个实施例中，可考虑在卷扬系统压力为F时，假设比例换向阀6的开口度一定，那么制动阀4的延时时间t与压力值F即成正比例关系。由于延时时间不到1秒，比较短，发动机转速的变化可以忽略不计；这样准确计算制动阀4的延时时间t就可以通过将卷扬系统压力F与预先通过多次试验算出的第二预设比例系数来计算得出。第二预设比例系数是卷扬系统压力与制动阀的延时时间成正比例的一个系数，用于通过卷扬系统压力计算制动阀的延时时间。这个参数可通过多次试验获得，是一个浮点数。

那么为了让比例换向阀6的开口度一定，则考虑在正常工作的情况下，比例换向阀6的开口度与电控手柄12的所处位置成一一对应关系。而操作手如何操作电控手柄12则存在很大的不确定性，推得多还是少，推得快还是慢，还是时快时慢都有可能，使得比例阀6的开口度变化复杂。因此在本实施例中简化了这一环节，根据理论和实践的多次试验，制动阀4的延时时间最长也不会超过1秒，在这么短的时间内，完全可以让比例阀6开口度保持在一个固定的值，即只要电控手柄12被推动，离开初始位置，PLC9就输出一个固定的电流值去控制比例换向阀6，这个电流值和电控手柄12的位置和速度无关，通过上面原理就可以计算出时间t。

具体来说，在本实施例中PLC（参见图3）具体包括以下处理单元：手柄信号处理单元91、系统压力获得单元92、延时控制单元93和比例阀控制单元94；其中，手柄信号处理单元91将从电动手柄12接收的操作信号转换成预设电流值（即固定的电流值），比例阀控制单元94根据预设电流值使比例换向阀6得电来实现比例换向阀6的开口度恒定，并根据系统压力获得单元92提供的卷扬系统压力和第二预设比例系数计算延时长度，延时控制单元93根据计算出的该延时长度控制制动阀4延时打开，在制动阀4打开后，恢复电动手柄12所在位置与比例换向阀6的开口度之间的对应控制关系。

考虑到突然恢复正常控制时容易出现冲击现象，因此还可以在PLC9中增加斜坡处理单元，在制动阀打开后，斜坡处理单元通过斜坡处理来恢复电动手柄所在位置与所述比例换向阀的开口度之间的对应控制关系。斜坡处理就是利用PLC的程序处理，使当前比例换向阀的电流值平缓的变为由电动手柄所在位置决定的电流值，这个过程能够保证不会由于两者的电流差过大导致有可能出现的“电流跳跃冲击”现象。

基于以上的各个卷扬二次起升防下滑控制系统的实施例，图4示出了本发明卷扬二次起升防下滑控制方法的一实施例的流程，包括：

步骤101、在卷扬二次起升操作启动时，PLC获取当前的卷扬系统压力；

步骤102、PLC根据将从电动手柄接收的操作信号转换成预设电流值，并根据预设电流值使比例换向阀得电，来实现比例换向阀的开口度恒定；

步骤103、PLC根据卷扬系统压力和第二预设比例系数计算延时长度，并根据延时长度控制制动阀延时打开；

步骤104、在制动阀打开后，PLC恢复电动手柄所在位置与比例换向阀的开口度之间的对应控制关系。

其中，步骤101中PLC获取当前的卷扬系统压力的方式可采用根据力矩限制器采集的当前实际重量值和滑轮组的倍率计算出单根钢丝绳的拉力，再根据所述单根钢丝绳的拉力和第一预设比例系数计算出所述卷扬系统压力的方式，也可以采用根据压力传感器采集到的压力数值确定出所述卷扬系统压力的方式。

考虑到步骤104突然恢复正常控制时容易出现冲击现象，优选通过斜坡处理来恢复所述电动手柄所在位置与所述比例换向阀的开口度之间的对应控制关系。

通过上述对本发明的说明，可以看到本发明将不同吊重负载的工况和卷扬提升打开制动阀的延时时间进行了关联，通过对制动阀的延时来解决起重机二次下滑的问题。除此之外，为了保证卷扬系统提升压力和打开制动阀的延时时间成正比例，则优选先使比例换向阀阀开口度保持一定值，而该开口度恒定的实现方式就是在卷扬制动器没得电的情况下，电控手柄的比例信号经过PLC控制器处理后输出一定值电流控制比例阀，以保证比例阀开口度恒定，即此时仅把手柄作为一个开关信号。而在卷扬制动器从没得电到得电的过程中，比例换向阀阀先是以一定值电流变化到与手柄状态相对应的电流的状态，期间需要做一个斜坡处理，以防止带来的卷扬速度迅速变化产生冲击。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (8)

1.一种卷扬二次起升防下滑控制系统，包括油泵、油箱、比例换向阀、卷扬马达、平衡阀、卷扬制动器、制动阀和电控手柄，所述油泵的出油口和油箱分别与所述比例换向阀的进油口和回油口相通，所述卷扬马达的两个油口分别与所述比例换向阀的两个工作油口相通，所述制动阀与所述卷扬制动器相连，控制所述卷扬制动器对所述卷扬马达的制动，所述平衡阀设置在所述卷扬马达与所述比例换向阀之间的油路上；其特征在于，还包括：可编程逻辑控制器，分别与所述比例换向阀、制动阀和电动手柄相连，在二次起升时根据获得的卷扬系统压力来控制所述制动阀延时打开；

所述卷扬二次起升防下滑控制系统还包括力矩限制器，所述可编程逻辑控制器与所述力矩限制器相连，根据所述力矩限制器采集的当前实际重量值和滑轮组的倍率计算出单根钢丝绳的拉力，再根据所述单根钢丝绳的拉力和第一预设比例系数计算出所述卷扬系统压力。

2.根据权利要求1所述的卷扬二次起升防下滑控制系统，其特征在于，还包括压力传感器，所述可编程逻辑控制器与所述压力传感器相连，根据所述压力传感器采集到的压力数值确定出所述卷扬系统压力。

3.根据权利要求1或2所述的卷扬二次起升防下滑控制系统，其特征在于，所述可编程逻辑控制器具体包括：手柄信号处理单元、系统压力获得单元、延时控制单元和比例阀控制单元；所述手柄信号处理单元将从所述电动手柄接收的操作信号转换成预设电流值，所述比例阀控制单元根据所述预设电流值使所述比例换向阀得电来实现所述比例换向阀的开口度恒定，并根据所述系统压力获得单元提供的卷扬系统压力和第二预设比例系数计算延时长度，所述延时控制单元根据所述延时长度控制所述制动阀延时打开，在所述制动阀打开后，恢复所述电动手柄所在位置与所述比例换向阀的开口度之间的对应控制关系。

4.根据权利要求3所述的卷扬二次起升防下滑控制系统，其特征在于，所述可编程逻辑控制器还包括：斜坡处理单元，在所述制动阀打开后，所述斜坡处理单元通过斜坡处理来恢复所述电动手柄所在位置与所述比例换向阀的开口度之间的对应控制关系。

5.一种基于权利要求1～4任一所述的卷扬二次起升防下滑控制系统的卷扬二次起升防下滑控制方法，其特征在于，包括：

在卷扬二次起升操作启动时，可编程逻辑控制器获取当前的卷扬系统压力；

根据将从电动手柄接收的操作信号转换成预设电流值，并根据所述预设电流值使比例换向阀得电，来实现所述比例换向阀的开口度恒定；

根据所述卷扬系统压力和第二预设比例系数计算延时长度，并根据所述延时长度控制制动阀延时打开；

在所述制动阀打开后，恢复所述电动手柄所在位置与所述比例换向阀的开口度之间的对应控制关系。

6.根据权利要求5所述的卷扬二次起升防下滑控制方法，其特征在于，所述可编程逻辑控制器获取当前的卷扬系统压力的操作具体为：

根据力矩限制器采集的当前实际重量值和滑轮组的倍率计算出单根钢丝绳的拉力，再根据所述单根钢丝绳的拉力和第一预设比例系数计算出所述卷扬系统压力。

7.根据权利要求5所述的卷扬二次起升防下滑控制方法，其特征在于，所述可编程逻辑控制器获取当前的卷扬系统压力的操作具体为：

根据压力传感器采集到的压力数值确定出所述卷扬系统压力。

8.根据权利要求5所述的卷扬二次起升防下滑控制方法，其特征在于，所述恢复所述电动手柄所在位置与所述比例换向阀的开口度之间的对应控制关系的操作具体为：

通过斜坡处理来恢复所述电动手柄所在位置与所述比例换向阀的开口度之间的对应控制关系。