CN103573728A - 一种液压油缸的控制设备、方法、系统以及工程机械 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液压油缸的控制设备、方法、系统以及工程机械。该设备包括：接收装置，用于接收油缸有杆腔压强和油缸无杆腔压强；控制装置，用于根据油缸有杆腔压强、油缸无杆腔压强、油缸有杆腔活塞有效作用面积、以及油缸无杆腔活塞有效作用面积计算负载，并根据负载、油缸速度、以及油泵的排量电流之间的对应关系输出相应的电流以控制液压油缸的运动。本发明可以使砼活塞的吸料速度或推料速度可根据混凝土负载自适应调节，能够提高混凝土缸的吸料效率或推料效率，并且能够实现无极调速，使得吸料效率或推料效率达到最佳状态。

Description

一种液压油缸的控制设备、方法、系统以及工程机械
技术领域
本发明涉及工程机械领域，具体地，涉及一种液压油缸的控制设备、方法、系统以及工程机械。 
背景技术
在建筑作业过程中，由于现代建筑大量采用混凝土浇筑，因而使得例如混凝土机械的工程机械得以广泛地应用。为改善混凝土泵送机械的吸入特性，提高泵送效率，混凝土机械厂商和研究人员一直都在研究泵送液压油缸运动速度的控制方法。 
现有技术中存在的一种技术方案是共同调节发动机转速和主泵排量，该方案没有考虑混凝土本身性质的差异，即对不同标号、不同粘度、不同塌落度的混凝土采用相同的调节方案，使得泵送速度的调节并不随负载的差异而发生变化，会导致砼缸的满管率恶化，降低了混凝土泵送机械的吸料效率。 
发明内容
本发明的目的是提供一种液压油缸的控制设备、方法、系统以及工程机械，用于根据负载来调整液压油缸的速度。 
为了实现上述目的，本发明提供一种液压油缸的控制设备，该设备包括：接收装置，用于接收油缸有杆腔压强和油缸无杆腔压强；控制装置，用于根据油缸有杆腔压强、油缸无杆腔压强、油缸有杆腔活塞有效作用面积、以及油缸无杆腔活塞有效作用面积计算负载，并根据负载、油缸速度、以及油泵的排量电流之间的对应关系输出相应的电流以控制液压油缸的运动。 
相应地，本发明提供了一种液压油缸的控制方法，该方法包括：接收油 缸有杆腔压强和油缸无杆腔压强；根据油缸有杆腔压强、油缸无杆腔压强、油缸有杆腔活塞有效作用面积、以及油缸无杆腔活塞有效作用面积计算负载，并根据负载、油缸速度、以及油泵的排量电流之间的对应关系输出相应的电流以控制液压油缸的运动。 
相应地，本发明提供了一种液压油缸的控制系统，该设备包括所述的设备；该系统还包括：压强检测设备，用于检测油缸有杆腔中的压强以及油缸无杆腔中的压强。 
相应地，本发明提供了一种工程机械，该工程机械包括所述的系统。 
本发明可以使砼活塞的吸料速度或推料速度可根据混凝土负载自适应调节，能够提高混凝土缸的吸料效率或推料效率，并且能够实现无极调速，使得吸料效率或推料效率达到最佳状态。 
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。 
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中： 
图1是本发明提供的液压油缸的控制设备示意图； 
图2是本发明提供的液压油缸的控制设备结构图； 
图3是本发明提供的吸料负载与最佳吸料速度的关系曲线图； 
图4是本发明提供的吸料速度与油泵的排量电流的关系曲线图； 
图5是本发明提供的液压油缸的控制方法流程图； 
图6是本发明提供的液压油缸的控制系统示意图。 
附图标记说明 
1    第一油缸      2    第二油缸 
3    水箱          4    第一砼缸 
5    第一砼活塞    6    第一摆动油缸 
7    分配阀        8    料斗 
9    第二摆动油缸  10   第二砼缸 
11   第二砼活塞    12   油泵 
100  接收装置      200  控制装置 
300  压强检测装置 
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。 
为了根据负载状况来改变油缸速度，从而提高吸料和/或推料过程中砼缸的满管率，本发明提供了如图1所示的液压油缸的控制设备，该设备包括：接收装置100，用于接收油缸有杆腔压强和油缸无杆腔压强；控制装置200，用于根据油缸有杆腔压强、油缸无杆腔压强、油缸有杆腔活塞有效作用面积、以及油缸无杆腔活塞有效作用面积计算负载，并根据负载、油缸速度、以及油泵的排量电流之间的对应关系输出相应的电流以控制液压油缸的运动。本发明根据力的平衡原理计算负载，本领域技术人员能够根据搅拌设备的具体结构来计算出相应的负载，例如吸料负载、推料负载或泵送负载。对于混凝土机械而言，可以具有两个油缸，而这两个油缸的连接关系在不同情况下也不尽相同。例如在低压泵送的情况下，无杆腔连通而有杆腔不连通，在高压泵送的情况下，有杆腔连通而无杆腔不连通。 
相应地，在低压泵送的情况下，所述吸料负载为第一油缸有杆腔压强和第一油缸有杆腔活塞有效作用面积的乘积与第一油缸无杆腔压强和第一油缸无杆腔活塞有效作用面积的乘积之差和第二油缸有杆腔压强和第二油缸有杆腔活塞有效作用面积的乘积与第二油缸无杆腔压强与第二油缸无杆腔活塞有效作用面积的乘积之差中的较大者；所述推料负载为第一油缸无杆腔压强和第一油缸无杆腔活塞有效作用面积的乘积与第一油缸有杆腔压强和第一油缸有杆腔活塞有效作用面积的乘积之差和第二油缸无杆腔压强与第二油缸无杆腔活塞有效作用面积的乘积与第二油缸有杆腔压强和第二油缸有杆腔活塞有效作用面积的乘积之差中的较大者。所述负载还包括泵送负载；所述泵送负载为第一油缸有杆腔压强和第一油缸有杆腔活塞有效作用面积的乘积与第二油缸有杆腔压强和第二油缸有杆腔活塞有效作用面积的乘积之差的绝对值。 
类似地，在高压泵送的情况下，所述吸料负载为第一油缸有杆腔压强和第一油缸有杆腔活塞有效作用面积的乘积与第一油缸无杆腔压强和第一油缸无杆腔活塞有效作用面积的乘积之差和第二油缸有杆腔压强和第二油缸有杆腔活塞有效作用面积的乘积与第二油缸无杆腔压强与第二油缸无杆腔活塞有效作用面积的乘积之差中的较大者；所述推料负载为第一油缸无杆腔压强和第一油缸无杆腔活塞有效作用面积的乘积与第一油缸有杆腔压强和第一油缸有杆腔活塞有效作用面积的乘积之差和第二油缸无杆腔压强与第二油缸无杆腔活塞有效作用面积的乘积与第二油缸有杆腔压强和第二油缸有杆腔活塞有效作用面积的乘积之差中的较大者。所述泵送负载为第一油缸无杆腔压强和第一油缸无杆腔活塞有效作用面积的乘积与第二油缸无杆腔压强和第二油缸无杆腔活塞有效作用面积的乘积之差的绝对值。上述提到的有效作用面积，对于有杆腔而言，有效作用面积是活塞面积与活塞杆作用面积之差，对于无杆腔而言，有效作用面积是活塞面积。 
通过上述的方案可以根据负载和油缸速度的对应关系找到优化的油缸速度，而油缸的速度通过油泵的排量电流来控制，油泵的排量电流与油缸的速度之间存在对应关系，因此可以通过油泵的排量电流来控制油缸吸料或推料速度。由于本发明可以通过负载来得到排量电流，当负载发生变化时，排量电流也相应地发生变化，从而可以实现根据负载来调整油缸的吸料或推料速度。 
为了对本发明进行详细地说明，本发明以低压泵送情况下提高吸料效率的方案为例进行说明。图2示出了液压油缸的控制设备结构图。在图中示出了第一油缸1和第二油缸2，这两个油缸内的活塞可以在压力的驱动下运动。为了得到第一油缸1中的有杆腔压力（A处）和第一油缸1中的无杆腔压力（C处），可以设置压力传感器。此外，为了得到第二油缸2中的有杆腔压力（B处）和第二油缸2中的无杆腔压力（C处），可以设置压力传感器。压力传感器输出数据的单位可以是压强单位帕斯卡。由于第一油缸1和第二油缸2的无杆腔连通，使得二者内部的压强相同，因此可以只设置一个传感器便可以获得第一油缸1无杆腔和第二油缸2无杆腔的压强。对于第一油缸1中的有杆腔压力和第二油缸2中的有杆腔压力，可以通过分别设置一个传感器来获得。 
吸料负载检测装置可以根据下式计算吸料负载： 
如果PA≥PB，F＝PAAA-PCAC； 
如果PA＜PB，F＝PBAB-PCAC。 
式中PA、PB、PC分别对应图中A处、B处、C处的压强，AA、AB、AC为对应有效作用面积。 
在吸料负载检测装置计算出吸料负载以后，可以将该吸料负载传送至控制器，控制器接收到吸料负载后，根据吸料负载F与最佳吸料速度ν0之间的关系ν＝f(F)，得到最佳吸料速度，然后再根据该最佳吸料速度以及砼活塞吸 料速度与油泵排量电流对应关系i＝f(ν)得到对应的电流，然后可以使用该电流控制油泵的流量，从而可以控制液压油缸的运动，进而能够控制砼活塞能够在满管的状态下工作。吸料负载F与最佳吸料速度ν0之间的关系如图3所示，砼活塞吸料速度与油泵排量电流对应关系如图4所示。吸料负载F与最佳吸料速度ν0之间的关系和砼活塞吸料速度与油泵排量电流对应关系均可以通过实验得到，也可以从工程机械的提供商那里获取。需要说明的是，油缸的活塞与砼活塞通过杆连接，由于杆为刚性的，因此油缸活塞的速度与砼活塞的速度相同，油缸活塞的速度即为油缸的速度。需要说明的是，泵送负载与油缸泵送速度之间的关系以及油缸泵送速度与油泵排量电流之间的关系也可以通过实验得到，或者从工程机械提供商那里获取。上述的吸料负载检测装置和控制器可以用来实现本发明提供的控制设备。 
上述以低压泵送情况下吸料效率的提高为例进行了说明，对于低压泵送情况下推料效率以及泵送效率的提高可以通过相同的方式实现，此处不再赘述。相应地，对于高压泵送情况下吸料效率、推料效率以及泵送效率的计算所采用的原理也是牛顿定律，本领域技术人员可以参照低压泵送情况下的计算得到高压泵送情况下的吸料效率、推料效率以及泵送效率。 
相应地，本发明提供了一种液压油缸的控制方法，如图5所示，该方法包括：接收油缸有杆腔压强和油缸无杆腔压强（步骤501），然后根据油缸有杆腔压强、油缸无杆腔压强、油缸有杆腔活塞有效作用面积、以及油缸无杆腔活塞有效作用面积计算负载（步骤503），最后根据负载、油缸速度、以及油泵的排量电流之间的对应关系输出相应的电流以控制液压油缸的运动（步骤505）。对于各步骤中还可能涉及的细节，已在本发明提供的液压油缸的控制设备中做了说明，此处不再赘述。 
相应地，本发明提供了一种液压油缸的控制系统，如图6所示，包括接收装置100、控制装置200以及压强检测装置300。压强检测装置300可以 用来检测油缸有杆腔和油缸无杆腔的压强，其数量可以有多个，例如可以设置三个，就可以获得本发明所需要的各个压强。 
相应地，本发明提供了一种工程机械，该工程机械包括所述的系统。 
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。 
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。 
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。 

Claims (12)

1.一种液压油缸的控制设备，其特征在于，该设备包括：
接收装置，用于接收油缸有杆腔压强和油缸无杆腔压强；
控制装置，用于根据油缸有杆腔压强、油缸无杆腔压强、油缸有杆腔活塞有效作用面积、以及油缸无杆腔活塞有效作用面积计算负载，并根据负载、油缸速度、以及油泵的排量电流之间的对应关系输出相应的电流以控制液压油缸的运动。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述油缸包括第一油缸和第二油缸，所述负载包括泵送负载；其中，当第一油缸无杆腔和第二油缸无杆腔连通而第一油缸有杆腔和第二油缸有杆腔未连通时，所述泵送负载为第一油缸有杆腔压强和第一油缸有杆腔活塞有效作用面积的乘积与第二油缸有杆腔压强和第二油缸有杆腔活塞有效作用面积的乘积之差的绝对值，当第一油缸有杆腔和第二油缸有杆腔连通而第一油缸无杆腔和第二油缸无杆腔未连通时，所述泵送负载为第一油缸无杆腔压强和第一油缸无杆腔活塞有效作用面积的乘积与第二油缸无杆腔压强和第二油缸无杆腔活塞有效作用面积的乘积之差的绝对值。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述油缸速度为油缸泵送速度；所述负载、油缸速度、以及油泵的排量电流之间的对应关系包括：
所述泵送负载与所述油缸泵送速度之间的对应关系以及所述油缸泵送速度与所述油泵的排量电流之间的对应关系。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述油缸包括第一油缸和第二油缸，所述负载包括吸料负载和/或推料负载；
所述吸料负载为第一油缸有杆腔压强和第一油缸有杆腔活塞有效作用面积的乘积与第一油缸无杆腔压强和第一油缸无杆腔活塞有效作用面积的乘积之差和第二油缸有杆腔压强和第二油缸有杆腔活塞有效作用面积的乘积与第二油缸无杆腔压强与第二油缸无杆腔活塞有效作用面积的乘积之差中的较大者；
所述推料负载为第一油缸无杆腔压强和第一油缸无杆腔活塞有效作用面积的乘积与第一油缸有杆腔压强和第一油缸有杆腔活塞有效作用面积的乘积之差和第二油缸无杆腔压强与第二油缸无杆腔活塞有效作用面积的乘积与第二油缸有杆腔压强和第二油缸有杆腔活塞有效作用面积的乘积之差中的较大者。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述油缸速度包括油缸推料速度和/或油缸吸料速度；所述负载、油缸速度、以及油泵的排量电流之间的对应关系包括：
所述推料负载与所述油缸推料速度之间的对应关系以及所述油缸推料速度与所述油泵的排量电流之间的对应关系，和/或
所述吸料负载与所述油缸吸料速度之间的对应关系以及所述油缸吸料速度与所述油泵的排量电流之间的对应关系。
6.一种液压油缸的控制方法，其特征在于，该方法包括：
接收油缸有杆腔压强和油缸无杆腔压强；
根据油缸有杆腔压强、油缸无杆腔压强、油缸有杆腔活塞有效作用面积、以及油缸无杆腔活塞有效作用面积计算负载，并根据负载、油缸速度、以及油泵的排量电流之间的对应关系输出相应的电流以控制液压油缸的运动。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述油缸包括第一油缸和第二油缸，所述负载还包括泵送负载；其中，当第一油缸无杆腔和第二油缸无杆腔连通而第一油缸有杆腔和第二油缸有杆腔未连通时，所述泵送负载为第一油缸有杆腔压强和第一油缸有杆腔活塞有效作用面积的乘积与第二油缸有杆腔压强和第二油缸有杆腔活塞有效作用面积的乘积之差的绝对值，当第一油缸有杆腔和第二油缸有杆腔连通而第一油缸无杆腔和第二油缸无杆腔未连通时，所述泵送负载为第一油缸无杆腔压强和第一油缸无杆腔活塞有效作用面积的乘积与第二油缸无杆腔压强和第二油缸无杆腔活塞有效作用面积的乘积之差的绝对值。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述油缸速度为油缸泵送速度；所述负载、油缸速度、以及油泵的排量电流之间的对应关系包括：
所述泵送负载与所述油缸泵送速度之间的对应关系以及所述油缸泵送速度与所述油泵的排量电流之间的对应关系。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述油缸包括第一油缸和第二油缸，所述负载包括吸料负载和/或推料负载；
所述吸料负载为第一油缸有杆腔压强和第一油缸有杆腔活塞有效作用面积的乘积与第一油缸无杆腔压强和第一油缸无杆腔活塞有效作用面积的乘积之差和第二油缸有杆腔压强和第二油缸有杆腔活塞有效作用面积的乘积与第二油缸无杆腔压强与第二油缸无杆腔活塞有效作用面积的乘积之差中的较大者；
所述推料负载为第一油缸无杆腔压强和第一油缸无杆腔活塞有效作用面积的乘积与第一油缸有杆腔压强和第一油缸有杆腔活塞有效作用面积的乘积之差和第二油缸无杆腔压强与第二油缸无杆腔活塞有效作用面积的乘积与第二油缸有杆腔压强和第二油缸有杆腔活塞有效作用面积的乘积之差中的较大者。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述油缸速度包括油缸推料速度和/或油缸吸料速度；所述负载、油缸速度、以及油泵的排量电流之间的对应关系包括：
所述推料负载与所述油缸推料速度之间的对应关系以及所述油缸推料速度与所述油泵的排量电流之间的对应关系，和/或
所述吸料负载与所述油缸吸料速度之间的对应关系以及所述油缸吸料速度与所述油泵的排量电流之间的对应关系。
11.一种液压油缸的控制系统，其特征在于，该系统包括根据权利要求1-5任意一项所述的设备；该系统还包括：
压强检测设备，用于检测油缸有杆腔中的压强以及油缸无杆腔中的压强。
12.一种工程机械，其特征在于，该工程机械包括根据权利要求11所述的系统。
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