CN103644250B - 一种消防车臂架振动控制设备、方法、系统及消防车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消防车臂架振动控制设备、方法、系统及消防车。该控制设备包括：接收装置，用于接收臂架长度、臂架载重、以及臂架倾角；控制装置，用于根据所述臂架长度、所述臂架载重以及臂架长度、臂架载重和振动频率之间的对应关系得到臂架振动频率，根据臂架载重得到加速度，并根据臂架振动频率、加速度以及所述臂架倾角控制变幅油缸的运动，从而吸收消防车臂架的振动。本发明可以充分利用消防车中各种检测装置，能够吸收各种工况中的振动。

Description

一种消防车臂架振动控制设备、方法、系统及消防车

技术领域

本发明涉及消防车，具体地，涉及一种消防车臂架振动控制设备、方法、系统及消防车。

背景技术

臂架式工程机械在作业过程中会产生振动，特别是对于例如云梯消防车的工程机械而言，由于云梯消防车的臂架长、柔性大，导致其在作业过程中振动幅度也大。为了减小云梯消防车的振动，一般通过操作人员的技巧来减轻振动，但是这种方案非常不安全，因为在紧急的情况中，可能会由于操作人员因为现场的情况而产生紧张情绪，导致大幅度的臂架振动。

现有技术中也存在一些振动控制方案，例如泵车系统的振动控制方案，但这些控制方案不适合于例如云梯消防车的工程机械，并且这些控制方案仅针对单一的工况进行振动控制，不能满足现实的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种消防车臂架振动控制设备、方法、系统及消防车，用于吸收作业过程中消防车臂架的振动。

为了实现上述目的，本发明提供了一种消防车臂架振动控制设备，该控制设备包括：接收装置，用于接收臂架长度、臂架载重、以及臂架倾角；控制装置，用于根据所述臂架长度、所述臂架载重以及臂架长度、臂架载重和振动频率之间的对应关系得到臂架振动频率，根据臂架载重得到加速度，并根据臂架振动频率、加速度以及所述臂架倾角控制变幅油缸的运动，从而吸收消防车臂架的振动。

相应地，本发明提供了一种消防车臂架振动控制方法，该控制方法包括：接收臂架长度、臂架载重、以及臂架倾角；根据所述臂架长度、所述臂架载重以及臂架长度、臂架载重和振动频率之间的对应关系得到臂架振动频率，根据臂架载重得到加速度，并根据臂架振动频率、加速度以及所述臂架倾角控制变幅油缸的运动，从而吸收消防车臂架的振动。

相应地，本发明提供了一种消防车臂架振动控制系统，该系统包括所述的设备；该系统还包括：长度检测装置，用于检测臂架长度；重力检测装置，用于检测臂架载重；角度检测装置，用于检测臂架倾角。

相应地，本发明提供了一种消防车，该消防车包括所述的系统。

本发明可以充分利用消防车中各种检测装置，能够吸收各种工况中的振动，便于实现，并且效率高，稳定性好。

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是本发明提供的消防车臂架振动控制设备示意图；

图2是本发明提供的变幅油缸和消防车臂架连接关系示意图；

图3是本发明提供的消防车臂架末端振动频率示意图；

图4是本发明提供的消防车臂架振动控制方法示意图；

图5是本发明提供的消防车臂架振动控制系统示意图。

附图标记说明

100接收装置200控制装置

300长度检测装置400重力检测装置

500角度检测装置

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。

为了吸收消防车，例如云梯消防车，在作业过程中的振动，本发明提供了一种消防车臂架振动控制设备，如图1所示，该控制设备包括：接收装置100，用于接收臂架长度、臂架载重、以及臂架倾角；控制装置200，用于根据所述臂架长度、所述臂架载重以及臂架长度、臂架载重和振动频率之间的对应关系得到臂架振动频率，根据臂架载重得到加速度，并根据臂架振动频率、加速度以及所述臂架倾角控制变幅油缸的运动，从而吸收消防车臂架的振动。

具体而言，臂架长度、臂架载重、以及臂架倾角可以分别通过消防车上的臂长测量传感器、工作斗称重传感器、和倾角传感器得到。当然，本领域技术人员可以了解，也可以设置新的传感器来获得臂架长度、臂架载重、以及臂架倾角。

为了进行振动吸收，需要得到物体在作业过程中的加速度。为了充分利用消防车上的传感器，本发明中可以通过牛顿定律来得到加速度，而不通过增加专用的加速度计来得到物体的加速度。

根据牛顿第二定律，实际载重（相对于地球静止）G_s＝mg，而一旦产生了加速运动，则重力传感器测得的载重G_d＝mg′＝m(g+a)。考虑到在消防车开始本次作业后，重力传感器会测得若干载重，通过将最大载重G_dmax和最小载重G_dmin进行算术平均，可以得到物体质量从而可以计算出臂架末端因振动产生的加速度 $a=g^{\′}-g=\frac{G_d}{m}-g=\frac{2g{G}_d}{G_{d\max }+G_{d\min }}-g.$

此外，为了防止物体的行为（包括人的行为）所可能导致的加速度的突然变化，还可以对重量或者加速度进行滤波，从而可以剔除那些非正常数据。需要说明的是，物体质量虽然可以通过算术平均值得到，也可以通过其他的方式，例如几何平均值，或者事先对物体进行测量得到其质量数据。

优选地，本发明中还可以对变幅油缸的运动速度进行控制，以尽可能地减小消防车臂架的振动。如图2所示，变幅油缸、消防车臂架、以及消防车臂架根部销轴可以构成三角形，其中a为变幅油缸长度，b为所述消防车臂架根部销轴与所述变幅油缸底部之间的距离，c为所述消防车臂架根部销轴与所述变幅油缸顶部之间的距离。根据三角公式，可以将臂架倾角a、b、以及c的关系表示如下：

本领域技术人员可以得知，a是的函数，通过微分，可以得到如下的表达式：

即

为所述消防车臂架的角速度，所述通过对所述臂架倾角进行微分得到；V_y为变幅油缸的运动速度。根据臂架的角速度来调整变幅油缸的运动速度可以使得变幅油缸的速度变化与臂架的角度变化相匹配，从而可以在一定程度上吸收振动的发生。

为了得到吸收振动的时间点，本发明采用查表的方式来得到臂架的振动频率。表中可以记录臂架载重（重量）和消防车臂架长度所对应的频率值，如下表所示：

	重量范围1	重量范围2	重量范围3	重量范围4	重量范围5
						臂长范围1	A11	A12	A13	A14	A15
臂长范围2	A21	A22	A23	A24	A25
						臂长范围3	A31	A32	A33	A34	A35
臂长范围4	A41	A42	A43	A44	A45
						臂长范围5	A51	A52	A53	A54	A55

根据接收到的臂架长度和载重，可以通过查表得到臂架末端的振动频率。振动频率如图3所示。为了吸收振动，一般选择在平衡点对应的时刻施加力。在消防车作业的过程中，小幅度的振动是不可避免的，一般认为加速度在一定范围内可以不进行振动吸收。在图3中，示出了A、B、C、D、E五个点，如果在t₁时刻（即点A）、t₂时刻（点B）的加速度大于某一值，或小于某一值（本发明中可以认为加速度为矢量），可以根据牛顿定律，来增加与加速度方向相同的力以吸收臂架末端的振动。也就是说，加速度向下时，在平衡点对应的时刻施加向下的力，在加速度向上时，在平衡点对应的时刻施加向上的力。平衡点对应的时刻可以根据振动的频率、起振时间点（例如A、B、D、E点对应的时刻）以及运动的方向来获取。例如在图3中，通过查表得到振动频率以后就可以得到振动周期，在t₁时刻向上运动，可以通过周期计算出平衡点C、F对应的时刻。同理，在t₂时刻，臂架末端向下运动，可以通过周期计算出平衡点C、F对应的时刻。需要说明的是，通过施加力使得变幅油缸的运动速度满足就可以实现对振动的吸收。本发明的臂架振动控制原理在于，使得臂架根部跟随臂架末端运动，在臂架末端达到平衡点时，变幅油缸控制臂架根部开始跟随臂架末端运动，在臂架末端达到最大振幅位置时，臂架根部也停止运动，从而使得臂架根部和臂架末端保持同步，吸收了臂架末端产生的振动。

相应地，本发明提供了一种消防车臂架振动控制方法，该控制方法包括：接收臂架长度、臂架载重、以及臂架倾角；根据所述臂架长度、所述臂架载重以及臂架长度、臂架载重和振动频率之间的对应关系得到臂架振动频率，根据臂架载重得到加速度，并根据臂架振动频率、加速度以及所述臂架倾角控制变幅油缸的运动，从而吸收消防车臂架的振动。为了简洁起见，各步骤中的详细说明不在此赘述。

为了便于理解本发明，本发明提供了一种具体的实现方法，如图4所示。长度传感器可以获得臂架长度，重力传感器可以得到载重，倾角传感器可以得到角度。此后，可以通过查表得到臂架末端振动频率，并计算出加速度。在加速度不在阈值范围的话，可以计算平衡时间点，并根据角度计算出油缸的位移（对应于需要在平衡点施加的力），根据该位移对油缸进行变幅来施加减振，从而可以吸收臂架的振动。如果计算出的加速度在阈值范围内，则无需进行减振控制，只需要继续计算加速度就可以了，直至出现需要进行减振控制的情况。

相应地，本发明提供了一种消防车臂架振动控制系统，如图5所示，该系统包括所述的设备；该系统还包括：长度检测装置300，用于检测臂架长度；重力检测装置400，用于检测臂架载重；角度检测装置500，用于检测臂架倾角。

相应地，本发明还提供了一种消防车，该消防车包括所述的系统。

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)

1.一种消防车臂架振动控制设备，其特征在于，该控制设备包括：

接收装置，用于接收臂架长度、臂架载重、以及臂架倾角；

控制装置，用于根据所述接收装置接收的所述臂架长度、所述接收装置接收的所述臂架载重、以及臂架长度、臂架载重和振动频率之间的对应关系得到臂架振动频率，根据臂架载重得到加速度，并根据臂架振动频率、加速度以及所述臂架倾角控制变幅油缸的运动，从而吸收消防车臂架的振动。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述加速度其中G_d为当前测得的臂架载重，G_dmax为测得的最大载重，G_dmin为测得的最小载重，g为重力加速度。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，控制变幅油缸的运动包括控制所述变幅油缸的运动速度V_y；

其中为所述消防车臂架的角速度，所述通过对所述臂架倾角进行微分得到；b为所述消防车臂架根部销轴与所述变幅油缸底部之间的距离，c为所述消防车臂架根部销轴与所述变幅油缸顶部之间的距离。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，控制装置，还用于根据所述臂架振动频率、臂架末端起振时间点以及所述臂架末端的运动方向得到臂架振动平衡点对应的时间点，在所述臂架振动平衡点对应的时间点控制所述变幅油缸的运动。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述臂架末端起振时间点为预设的加速度范围的边界值对应的时间点。

6.一种消防车臂架振动控制方法，其特征在于，该控制方法包括：

接收臂架长度、臂架载重、以及臂架倾角；

根据接收的所述臂架长度、接收的所述臂架载重、以及臂架长度、臂架载重和振动频率之间的对应关系得到臂架振动频率，根据臂架载重得到加速度，并根据臂架振动频率、加速度以及所述臂架倾角控制变幅油缸的运动，从而吸收消防车臂架的振动。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述加速度其中G_d为当前测得的臂架载重，G_dmax为测得的最大载重，G_dmin为测得的最小载重，g为重力加速度。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，控制变幅油缸的运动包括控制所述变幅油缸的运动速度V_y；

其中为所述消防车臂架的角速度，所述通过对所述臂架倾角进行微分得到；b为所述消防车臂架根部销轴与所述变幅油缸底部之间的距离，c为所述消防车臂架根部销轴与所述变幅油缸顶部之间的距离。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，控制装置，还用于根据所述臂架振动频率、臂架末端起振时间点以及所述臂架末端的运动方向得到臂架振动平衡点对应的时间点，在所述臂架振动平衡点对应的时间点控制所述变幅油缸的运动。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述臂架末端起振时间为预设的加速度范围的边界值对应的时间点。

11.一种消防车臂架振动控制系统，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：

长度检测装置，用于检测臂架长度；

重力检测装置，用于检测臂架载重；

角度检测装置，用于检测臂架倾角。

12.一种消防车，其特征在于，该消防车包括根据权利要求11所述的系统。