CN103575249B - 回转装置的回转角度检测设备、系统、方法和工程机械 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工程机械回转装置的回转角度检测设备、系统、方法和工程机械。该回转装置由回转马达通过减速机来驱动，该设备包括：接收装置，用于接收回转马达的进油口流量；控制装置，用于根据进油口流量、回转马达的固定排量和减速机的减速比确定回转装置的齿轮的转速；根据齿轮转速和采样周期确定在该采样周期期间齿轮的相对回转角度；以及根据所述相对回转角度、齿轮的回转方向、和存储的上一采样周期后的绝对回转角度来确定当前绝对回转角度，并存储该当前绝对回转角度。由此，回转角度的检测可不受齿轮的齿数限制，检测精度高，同时避免了因采用接近开关进行检测所带来的可靠性差的缺陷，整个检测设备结构简单，安装和维护十分便利。

Description

回转装置的回转角度检测设备、系统、方法和工程机械

技术领域

本发明涉及工程机械领域，具体地，涉及一种工程机械回转装置的回转角度检测设备、系统、方法和工程机械。

背景技术

回转装置广泛存在于各类工程机械行业中（塔机、泵车等），回转角度的测量对于工程机械动作的控制及安全性能至关重要。回转测量装置直接关系回转角度的计量，因此，回转测量装置的可靠性和准确度是工程机械回转装置准确控制的最关键要素。

当今，市面上有很多旋转编码器，这些编码器的精度较高，但耐冲击能力较差，不能适应于工程机械恶劣的工作环境中。也可采用两个或三个接近开关来检测回转角度，这种检测方法耐冲击能力高，可较好地适应工程机械的作业环境。

但是，采用接近开关来检测回转角度仍存在许多缺陷。例如，采用接近开关对感应齿轮进行非接触测量，受接近开关感应距离的限制，接近开关与感应齿轮的距离一般不超过10mm，这对接近开关的安装提出了较高的要求。更为重要的是，感应齿轮与接近开关之间的较小间距使黄油容易卡在其间，一旦有铁物质粘在黄油上，对接近开关测量带来影响，最终降低回转测量装置的可靠程度。此外，依靠接近开关进行回转角度测量，受感应齿轮的齿数的限制，回转测量精度有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有高可靠性和高检测精度的工程机械回转装置的回转角度检测设备、系统、方法和工程机械。

为了实现上述目的，本发明提供一种工程机械回转装置的回转角度检测设备，所述回转装置由回转马达通过减速机来驱动，所述设备包括：接收装置，用于接收所述回转马达的进油口流量；控制装置，用于根据所述进油口流量、所述回转马达的固定排量和所述减速机的减速比确定所述回转装置的齿轮的转速；根据所述齿轮转速和采样周期确定在该采样周期期间所述齿轮的相对回转角度；以及根据所述相对回转角度、所述齿轮的回转方向、和存储的上一采样周期后的绝对回转角度来确定当前绝对回转角度，并存储所确定出的当前绝对回转角度。

本发明还提供一种工程机械回转装置的回转角度检测系统，所述回转装置由回转马达通过减速机来驱动，所述系统包括：流量检测装置，用于检测所述回转马达的进油口流量；以及上述检测设备。

本发明还提供一种包括上述系统的工程机械。

本发明还提供一种工程机械回转装置的回转角度检测方法，所述回转装置由回转马达通过减速机来驱动，所述方法包括：接收所述回转马达的进油口流量；根据所述进油口流量、所述回转马达的固定排量和所述减速机的减速比确定所述回转装置的齿轮的转速；根据所述齿轮转速和采样周期确定在该采样周期期间所述齿轮的相对回转角度；以及根据所述相对回转角度、所述齿轮的回转方向、和存储的上一采样周期后的绝对回转角度来确定当前绝对回转角度，并存储所确定出的当前绝对回转角度。

由此，通过上述技术方案，回转角度的检测可不受齿轮的齿数限制，检测精度高，同时避免了因采用接近开关进行检测所带来的可靠性差的缺陷，整个检测设备结构简单，安装和维护十分便利。

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是根据本发明的实施方式的回转角度检测设备的结构图；

图2是根据本发明的实施方式的回转角度检测系统的结构图；以及

图3是根据本发明的实施方式的回转角度检测方法的流程图。

附图标记说明

10回转角度检测设备101接收装置102控制装置

20流量检测装置30第一压力检测装置40第二压力检测装置

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。

图1示出了根据本发明的实施方式的工程机械回转装置的回转角度检测设备的结构图。所述回转装置可以由回转马达通过减速机来驱动。如图1所示，所述检测设备10可以包括：接收装置101，用于接收所述回转马达的进油口流量；控制装置102，用于根据所述进油口流量、所述回转马达的固定排量和所述减速机的减速比确定所述回转装置的齿轮的转速；根据所述齿轮转速和采样周期确定在该采样周期期间所述齿轮的相对回转角度；以及根据所述相对回转角度、所述齿轮的回转方向、和存储的上一采样周期后的绝对回转角度来确定当前绝对回转角度，并存储所确定出的当前绝对回转角度。

由此，回转角度的检测可不受齿轮的齿数限制，检测精度高，同时避免了因采用接近开关进行检测所带来的可靠性差的缺陷，整个检测设备结构简单，安装和维护十分便利。

具体地，控制装置102可以首先根据所述进油口流量Q和所述回转马达的固定排量q_motor，利用等式（1）计算出回转马达的转速n₁：

n₁=Q/q_motor（1）

在确定出回转马达的转速n₁之后，所述控制装置102可以根据该转速n₁和所述减速机的减速比γ，利用等式（2）计算出所述齿轮的转速n₂：

n₂=n₁/γ（2）

其中，所述减速比γ是一预定常量。

在实际传动过程中可能存在液压传递损失，因此，优选地，所述控制装置102在确定齿轮的转速n₂时应当考虑传动损失系数λ。具体地，所述控制装置102依据该传动损失系数λ、所述回转马达的转速n₁和所述减速机的减速比γ，利用等式（3）计算出所述齿轮的转速n₂：

n₂=λ*n₁/γ（3）

其中，若λ=1，则表示在传送过程中无损失。λ的值可以通过标定过程确定。即，已知一齿轮的相对回转角度，根据该相对回转角度以及将在后面介绍的等式（4）反推出齿轮转速n₂，然后根据利用等式（1）确定出的回转马达的转速n₁和减速比γ、利用等式（3）确定出传动损失系数λ。

在确定出齿轮的转速n₁之后，所述控制装置102可以根据所述齿轮转速n₁和采样周期T，利用等式（4）确定在该采样周期期间所述齿轮的相对回转角度Δθ：

$\mathrm{\Δ\θ}=\frac{360}{n_2/60}*T---\left(4\right)$

在确定出所述齿轮的相对回转角度Δθ之后，所述控制装置102可以根据所述相对回转角度Δθ、所述齿轮的回转方向、和存储的上一采样周期后的绝对回转角度θ’，利用等式（5）计算出当前绝对回转角度θ，并存储该当前绝对回转角度θ：

θ=θ’±Δθ（5）

其中，在所述齿轮正转的情况下，θ=θ’+Δθ；以及在所述齿轮反转的情况下，θ=θ’-Δθ。

下面描述本发明提供的回转角度检测设备如何识别齿轮的回转方向。

所述接收装置101还用于接收所述回转马达的进油口压力P_in和出油口压力P_out；以及所述控制装置102还用于根据所述进油口压力P_in与所述出油口压力P_out之间的差ΔP确定所述齿轮的回转方向。

具体地，在所述差ΔP大于第一阈值（例如，+P₁）的情况下，所述控制装置102确定所述齿轮正转；以及在所述差ΔP小于第二阈值（例如，-P₂）的情况下，所述控制装置102确定所述齿轮反转，其中，P₁与P₂可以相等，也可以不相等。如果上述两个条件均不满足，则控制装置102确定所述齿轮没有进行回转。

在所述控制装置102确定出所述齿轮的回转方向之后，其可以根据等式（5）计算出当前的绝对回转角度，即，如上所述，在所述齿轮正转的情况下，θ=θ’+Δθ；以及在所述齿轮反转的情况下，θ=θ’-Δθ。

由此，通过检测回转马达的进出油口的压力来识别齿轮的回转方向，避免了在采用接近开关进行方向识别时，由于外界干扰信号而导致的错误判断，提高了检测设备的抗干扰性能和可靠性。

图2示出了根据本发明的实施方式的工程机械回转装置的回转角度检测系统的结构图。如图2所示，该系统可以包括：流量检测装置20，用于检测所述回转马达的进油口流量；以及上述检测设备10。其中，所述流量监测装置20例如可以安装于所述回转马达的进油油路，并以预设的采样周期T来进行流量检测。

所述系统还可以包括：第一压力检测装置30和第二压力检测装置40，分别用于检测所述回转马达的进油口压力和出油口压力，其中，所述第一压力检测装置30例如可以安装于所述回转马达的进油口，所述第二压力检测装置40例如可以安装于所述回转马达的出油口，并均以预设的采样周期T来进行压力检测。

图3示出了根据本发明的实施方式的工程机械回转装置的回转角度检测系统的流程图。如图3所示，该方法可以包括：步骤301，接收所述回转马达的进油口流量Q、进油口压力P_in和出油口压力P_out。步骤302，根据所述进油口流量Q、所述回转马达的固定排量q_motor和所述减速机的减速比γ确定所述回转装置的齿轮的转速n₂。步骤303，根据所述齿轮转速n₂和采样周期T确定在该采样周期期间所述齿轮的相对回转角度Δθ。步骤304，确定所述进油口压力P_in与所述出油口压力P_out之间的差ΔP。步骤305，判断所述差ΔP是否大于第一阈值（例如，P₁）。在所述差ΔP大于第一阈值的情况下，步骤306，确定所述齿轮正转，并按照θ=θ’+Δθ确定并存储所述齿轮的回转角度。否则，步骤307，判断所述差ΔP是否小于第二阈值（例如，-P₂）。在所述差ΔP小于第二阈值的情况下，步骤308，确定所述齿轮反转，并按照θ=θ’-Δθ确定并存储所述齿轮的回转角度，其中，θ’表示上一采样周期后的绝对回转角度，θ表示当前绝对回转角度。否则，步骤309，确定所述齿轮未回转，回转角度未发生变化，即，θ=θ’。

由此，通过本发明提供的回转角度检测设备、方法、系统和工程机械，回转角度的检测可不受齿轮的齿数限制，检测精度高，同时避免了因采用接近开关进行检测所带来的可靠性差的缺陷，整个检测设备结构简单，安装和维护十分便利。

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 (10)

1.一种工程机械回转装置的回转角度检测设备，所述回转装置由回转马达通过减速机来驱动，其特征在于，所述设备包括：

接收装置，用于接收所述回转马达的进油口流量；

控制装置，用于根据所述进油口流量、所述回转马达的固定排量和所述减速机的减速比确定所述回转装置的齿轮的转速；根据所述齿轮转速和采样周期确定在该采样周期期间所述齿轮的相对回转角度；以及根据所述相对回转角度、所述齿轮的回转方向、和存储的上一采样周期后的绝对回转角度来确定当前绝对回转角度，并存储所确定出的当前绝对回转角度。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述控制装置还根据传动损失系数确定所述齿轮的转速，该传动损失系数通过标定过程来获得。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，

所述接收装置还用于接收所述回转马达的进油口压力和出油口压力；以及

所述控制装置还用于根据所述进油口压力与所述出油口压力之间的差确定所述齿轮的回转方向。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，

在所述差大于第一阈值的情况下，所述控制装置确定所述齿轮正转；以及

在所述差小于第二阈值的情况下，所述控制装置确定所述齿轮反转。

5.一种工程机械回转装置的回转角度检测系统，所述回转装置由回转马达通过减速机来驱动，其特征在于，所述系统包括：

流量检测装置，用于检测所述回转马达的进油口流量；以及

根据权利要求1-4中任一权利要求所述的设备。

6.一种包括权利要求5所述的系统的工程机械。

7.一种工程机械回转装置的回转角度检测方法，所述回转装置由回转马达通过减速机来驱动，其特征在于，所述方法包括：

接收所述回转马达的进油口流量；

根据所述进油口流量、所述回转马达的固定排量和所述减速机的减速比确定所述回转装置的齿轮的转速；

根据所述齿轮转速和采样周期确定在该采样周期期间所述齿轮的相对回转角度；以及

根据所述相对回转角度、所述齿轮的回转方向、和存储的上一采样周期后的绝对回转角度来确定当前绝对回转角度，并存储所确定出的当前绝对回转角度。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述齿轮的转速还基于传动损失系数来被确定，该传动损失系数通过标定过程来获得。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

接收所述回转马达的进油口压力和出油口压力；以及

根据所述进油口压力与所述出油口压力之间的差确定所述齿轮的回转方向。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，

在所述差大于第一阈值的情况下，确定所述齿轮正转；以及

在所述差小于第二阈值的情况下，确定所述齿轮反转。