CN103723632A - 起重机的回转控制方法、回转控制系统及起重机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种起重机的回转控制方法、回转控制系统及起重机。所述回转控制方法包括：获取倾覆力矩计算参数；基于获取的倾覆力矩计算参数，计算上车对回转支承中心的倾覆力矩；基于计算的所述倾覆力矩，调整回转液压系统的阻尼比。通过调整回转液压系统中单向比例背压阀的控制电流来调整回转液压系统的背压，从而调整了回转液压系统的阻尼比。本发明通过在闭式液压系统的回路中增设单向比例背压阀，根据倾覆力矩大小的不同程度来调整回转液压系统的阻尼比，改善了回转过程中因为负载扭矩变化引起系统不稳定的问题，减轻回转抖动现象。

Description

起重机的回转控制方法、回转控制系统及起重机

技术领域

本发明涉及一种起重机的回转控制方法。进一步地，本发明还涉及起重机的回转控制系统。此外，本发明还涉及一种包括所述回转控制系统的起重机。

背景技术

汽车起重机回转时，回转减速机和上车相对静止，回转支承外齿轮安装于车架上，也是相对静止，回转马达驱动回转减速机小齿轮围绕安装于底盘车架上的回转支承外齿轮进行圆周运动，从而带动起重机上车所有装置回转运动。汽车起重机上车通常包括转台、吊臂、配重等结构件以及卷扬所吊的重物。

由于汽车起重机回转机构具有大惯量、负载扭矩多变的特点，导致在回转机构的控制方面一直存在诸多难点。在起重机实际操作和使用过程中，有以下原因造成起重机回转控制变得复杂与困难：1、由于起重机上车操作装置质量大，其转动惯量也大，以及动静摩擦力相差大的原因，回转机构在启动和制动时，容易引起回转的不平稳，造成震动感；2、起重机在起重作业时要将支腿进行打起，此时以底盘车架和回转支承为关注对象，由于回转支承每个半径方向的抗倾覆刚度不同，上车装置旋转一周不同角度时，起重机上车大质量引起的大倾覆力矩会使得车架发生的弹性变形不同，对于回转马达而言，其负载扭矩将是个变值，此时的回转抖动表现为回转圆周上的某几个角度上发生抖动。

图1为现有起重机回转机构的液压系统，该回转液压系统采用闭式控制回路，回转变量泵10直接通过液压管路驱动回转马达16，回转变量泵10自身带有一个齿轮泵11，一个溢流阀12和两个单向溢流阀13，齿轮泵11用来给闭式系统补油，同时给制动缸14提供控制油源，溢流阀12用来设定齿轮泵11的出口油源压力，两个单向溢流阀13，用来设定闭式系统的安全压力。此外，回转马达16带有冲洗阀17。二位三通截止阀15得电，制动缸14开启，回转变量泵10不同的摆角产生不同的流量，驱动回转马达16旋转。

回转变量泵10的变量方式多种多样，最常用的为电控比例双向变量泵，有两个比例电磁铁驱动换向阀实现控制油对变量活塞的控制，变量活塞驱动变量泵斜盘摆动，实现倾角大小和方向的控制，从而实现回转泵输出流量大小和方向的控制。回转马达16多为定量马达，可以由一个，也可以由两个或更多来驱动回转机构齿轮转动。

通过上述描述可以看出，现有技术采用变量泵直接驱动定量马达的方式，回转机构的运动控制与上车设备状态完全无关，回转速度完全靠变量泵电控输入信号控制，由于上车大惯量和负载扭矩变化的特点，现有技术无法避免回转过程的抖动，只能依赖结构件加强和改善回转支承、车架刚度的方法进行改善。

此外，由于起重机上车对回转支承的倾覆力矩会因为上车设备的状态而不同，如吊臂伸出的长度、上车是否挂配重，上车吊载重物质量等等，因此需要对上车设备的状态进行检测，并对回转控制进行补偿。而现有技术中的回转控制方法都没有考虑到倾覆力矩对回转控制的影响。

发明内容

本发明首先所要解决的技术问题是提供一种负载自识别为基础的起重机回转控制方法，优选地提供以上车对回转支承的倾覆力矩为基础的起重机回转控制方法及回转控制系统。

根据本发明的一个方面，提供一种起重机的回转控制方法，所述回转控制方法包括：获取倾覆力矩计算参数；基于获取的倾覆力矩计算参数，计算上车对回转支承中心的倾覆力矩；基于计算的所述倾覆力矩，调整回转液压系统的阻尼比。

优选地，本发明通过调整所述回转液压系统的背压来调整所述回转液压系统的阻尼比。优选地，通过调整所述回转液压系统中单向比例背压阀的控制电流来调整所述回转液压系统的背压。

优选地，所述回转液压系统包括两个单向比例背压阀，分别设置在所述回转液压系统的回转马达的入口油液和出口油液的液压回路上。

优选地，所述上车对回转支承中心的倾覆力矩M=abs（M₁-M₂-M₃），其中M₁为变幅油缸对回转支承中心的力矩，M₂为配重对回转支承中心的力矩，M₃为转台重心对回转支承中心的力矩，M₃为已知的恒定值。

优选地，M₁=(P₁·A₁-P₂·A₂)·L₁，其中P₁为变幅油缸无杆腔压力，A₁为变幅油缸无杆腔面积，P₂为变幅油缸有杆腔压力，A₂为变幅油缸有杆腔面积，L₁为回转支承中心对变幅油缸的力臂；

优选地，M₂=(P₃·A₃-P₄·A₄)·L₂，其中P₃为配重提升油缸有杆腔压力，A₃为配重提升油缸有杆腔面积，P₄为配重提升油缸无杆腔压力，A₄为配重提升油缸无杆腔面积，L₂为回转支承中心对配重提升油缸的力臂。

优选地， $L_1=\tan (\mathrm{\θ}+\arctan (b/a)+\cos ((L^2+a^2+b^2-c^2)/2L\·\sqrt{a^2+b^2})-\mathrm{\π}/2)\·L$

其中，a、b、c为结构件设计尺寸，θ为吊臂对水平面的夹角，L为变幅油缸长度。

根据本发明的另一方面，提供一种起重机的回转控制系统，所述回转控制系统包括：检测装置，用于获取倾覆力矩计算参数；控制器，被配置用于根据检测装置获取的倾覆力矩计算参数，计算上车对回转支承中心的倾覆力矩，并基于计算的所述倾覆力矩，调整回转液压系统的阻尼比。

优选地，所述回转控制系统包括两个单向比例背压阀，分别设置在回转马达的入口油液和出口油液的液压回路上，所述控制器通过调整所述单向比例背压阀的控制电流来调整所述回转液压系统的阻尼比。

优选地，所述检测装置包括：配重提升油缸压力检测单元，设置在配重提升油缸内用于获取配重提升油缸无杆腔压力信号和有杆腔压力信号；变幅油缸压力检测单元，设置在变幅油缸内用于获取变幅油缸无杆腔压力信号和有杆腔压力信号；吊臂长度检测单元，用于获取吊臂长度信号；变幅角度检测单元，用于获取变幅角度信号。

根据本发明的再一方面，提供一种起重机，包括转台以及本发明所述的回转控制系统。

本发明通过对车载传感器信号的采集，评估回转支承中心所受的倾覆力矩，针对该值的大小，调整回转液压系统的阻尼比。特别优选地，针对倾覆力矩的大小调整液压回路中的单向比例背压阀的控制电流，使其产生不同的背压，实现工况自识别调节的目的。

本发明通过在闭式液压系统的高低压回路中增设单向比例背压阀，根据倾覆力矩大小不同程度增加液压系统的阻尼比，改善回转过程中因为负载扭矩变化引起系统不稳定的问题，减轻回转抖动现象。

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

下列附图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，其与下述的具体实施方式一起用于解释本发明，但本发明的保护范围并不局限于下述附图及具体实施方式。在附图中：

图1是现有技术中起重机回转机构的液压控制系统图；

图2是根据本发明具体实施方式的带单向比例背压阀的起重机回转机构的液压控制系统图；

图3是根据本发明具体实施方式的起重机的回转控制方法流程图；

图4是根据本发明具体实施方式的上车吊载作业示意图；

图5是根据本发明具体实施方式的起重机的回转控制系统的方框图。

附图标记说明：

1、重物                                     2、吊臂

3、回转支承中心                             4、吊臂与转台铰点

5、转台                                     6、配重

7、变幅油缸

10、回转变量泵                              11、齿轮泵

12、溢流阀                                  13、单向溢流阀

14、制动缸                                  15、二位三通截止阀

16、回转马达                                17、冲洗阀

21、22、单向比例背压阀

30、控制器                                  40、检测装置

41、配重提升油缸压力检测单元                43、吊臂长度检测单元

42、变幅油缸压力检测单元                    44、变幅角度检测单元

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，本发明的保护范围并不局限于下述的具体实施方式。

本发明公开了一种基于负载自识别为基础的起重机回转控制系统和回转控制方法。特别是本发明的方法根据配重提升油缸压力对配重重量对回转支承中心力矩进行评估，同时采集吊臂长度信号、变幅角度信号以及变幅油缸压力，对吊载力矩进行评估，基于变幅油缸对回转支承中心的力矩与配重对回转支承中心的力矩及转台重心对回转支承中心的力矩之间差值的大小来调整回转液压系统中的阻尼比。优选地，对起重机回转液压系统中的电比例背压阀的输入不同的控制电流，使回转液压系统油路产生不同的背压，从而达到不同倾覆力矩下起重机平稳回转的目的。

参照图2，该图中仍然采用目前较流行的闭式变量泵控定量马达的形式，回转变量泵10设有齿轮泵11和各种安全阀，回转马达16带有冲洗阀17。本发明在在回转马达16的入口油液和出口油液的液压回路上分别设置了单向比例背压阀21、22，单向比例背压阀21设置在回转马达16的入口油液的液压回路上，单向比例背压阀22设置在回转马达16的出口油液的液压回路上，可根据图2中所示的箭头方向实现单向开启。图2中其他部分与图1所示的相同，在此不再赘述。

在液压回路上增设单向比例背压阀的目的是用于调整回转系统的阻尼比，并基于倾覆力矩的大小通过单向比例背压阀来调整液压回路的回油压力，能够改善回转过程中因为负载扭矩变化引起的系统不稳定的问题，减轻回转抖动现象，提高回转性能以及整车的平稳性。可选地，单向比例背压阀具有比例电磁铁，通过对比例电磁铁输入不同的控制电流，可以实现对单向比例背压阀的控制。

本发明提供了一种起重机的回转控制方法。参照图3所述的流程图，本发明的回转控制方法包括：在步骤S31，获取倾覆力矩计算参数；在步骤S32，根据所获得的倾覆力矩计算参数，计算上车对回转支承中心的倾覆力矩；在步骤S33，基于计算的所述倾覆力矩，调整回转液压系统的阻尼比。

本发明中可以通过调整回转液压系统的背压来调整回转液压系统的阻尼比。优选地，在回转液压系统中设置两个单向比例背压阀，分别设置在回转液压系统的回转马达的入口油液和出口油液的液压回路上。通过调整回转液压系统中单向比例背压阀的控制电流使回转液压系统油路产生不同的背压，从而实现调整回转液压系统的阻尼比，达到不同倾覆力矩下起重机平稳回转的目的。

根据本发明的实施方式，上车对回转支承中心的倾覆力矩M可以为变幅油缸对回转支承中心的力矩M₁与配重对回转支承中心的力矩M₂、转台重心对回转支承中心的力矩M₃之差：

M=abs（M₁-M₂-M₃），

其中M₁为变幅油缸对回转支承中心的力矩，M₂为配重对回转支承中心的力矩，M₃为转台重心对回转支承中心的力矩，M₃为已知的恒定值。本领域技术人员能够很容易计算出转台重心对回转支承中心的力矩M₃。

由于M₃为已知的恒定值，所以下文重点介绍如何计算力矩M₁和M₂。下面参照图4，描述根据本发明实施方式如何计算变幅油缸7对回转支承中心3力矩M₁与配重6对回转支承中心3力矩M₂。

图4是根据本发明具体实施方式的上车吊载作业示意图，其示意性地显示了上车吊载重物1时，转台5、吊臂2及配重6所处的状态。吊臂2通过吊臂与转台铰点4连接到转台5，当吊臂2上吊载了重物1时，吊臂2与水平面形成夹角θ。图中4未示出配重6的配重提升油缸。从图4可以看出，吊臂2伸出的长度越长、吊载重物1越重、吊臂2对水平面夹角θ越小，则吊载重物1的重量对回转支承中心3产生的力矩就越大。本发明通过采集变幅油缸7的无杆腔和有杆腔压力的方法对吊载重物1的力矩和转台5、吊臂2自身的力矩进行评估计算。

通过几何换算可以得到回转支承中心3对变幅油缸7的力臂：

$L_1=\tan (\mathrm{\θ}+\arctan (b/a)+\cos ((L^2+a^2+b^2-c^2)/2L\·\sqrt{a^2+b^2})-\mathrm{\π}/2)\·L$

其中a、b、c为起重机的结构件设计尺寸，a为变幅油缸7与吊臂2铰点的中心到吊臂与转台铰点4中心的距离沿吊臂2垂直方向的分量，b为变幅油缸7与吊臂2铰点的中心到吊臂与转台铰点4中心的距离沿吊臂2方向的分量，c为变幅油缸7与转台5铰点的中心到吊臂与转台铰点4中心的距离；θ为吊臂2对水平面的夹角，L1为回转支承中心3对变幅油缸7的力矩，L为变幅油缸7的长度。可选地，可以通过设置在吊臂2上的吊臂长度传感器获得吊臂2的长度，通过变幅角度传感器获得角度θ。可以通过多种现有技术来获取上述参数。

变幅油缸7对回转支承中心3力矩M1为：

M₁=(P₁·A₁-P₂·A₂)·L₁

P₁为变幅油缸7的无杆腔压力，A₁为变幅油缸7的无杆腔面积，P₂为变幅油缸7的有杆腔压力，A₂为变幅油缸7的有杆腔面积。力矩M₁的作用方向为：促使回转支承中心3向重物1方向倾覆。

为了平衡此部分力矩，起重机在结构上会增设配重6，配重6的质量大小可以通过采集配重提升油缸无杆腔压力和有杆腔压力，经过换算得到。

配重6对回转支承中心3力矩M₂为：

M₂=(P₃·A₃-P₄·A₄)·L₂，

其中P₃为配重提升油缸有杆腔压力，A₃为配重提升油缸有杆腔面积，P₄为配重提升油缸无杆腔压力，A₄为配重提升油缸无杆腔面积。

上述油缸的无杆腔面积及有杆腔面积为设计尺寸，属于已知参数。可选地，可通过压力传感器获得无杆腔压力和有杆腔压力。

根据力矩平衡可以得到上车对回转支承中心3的倾覆力矩M为：

M=abs（M₁-M₂-M₃）。

由于M₃为已知的恒定值，所以可以看出，变幅油缸7对回转支承中心3力矩M₁和配重6对回转支承中心3力矩M₂的差值越大，回转支承中心3所受的倾覆力矩M就越大。从力学分析和实际使用中得到证实，倾覆力矩M越大，车架和回转支承就容易发生变形，当回转机构带动上车回转到不同角度时，负载扭矩波动就越大，此时容易发生回转抖动。

本发明的回转控制方法通过计算回转支承中心3所受的倾覆力矩M，该倾覆力矩M通过采集配重提升油缸压力、吊臂长度传感器、变幅角度传感器以及变幅油缸压力等参数，通过力学平衡方程计算而来，根据回转支承中心3所受的倾覆力矩M的大小，按照预先设置的规定对回转液压系统中的单向比例背压阀21、22的控制电流进行自动调整，从而根据上车设备状态自动调节回转系统阻尼比大小，达到消除和减轻回转抖动的目的。一种优选的调整方法，倾覆力矩M越大，回转液压系统背压阀21、22设置的背压越大，二者基本成比例关系。

本发明还提供了一种起重机的回转控制系统，所述回转控制系统包括：检测装置，用于获取倾覆力矩计算参数；控制器，被配置用于根据检测装置获取的倾覆力矩计算参数，计算上车对回转支承中心的倾覆力矩，并基于计算的所述倾覆力矩，调整回转液压系统的阻尼比。

参照图5描述根据本发明具体实施方式的回转控制系统。所述回转控制系统包括：控制器30、检测装置40、单向比例背压阀21、22。

检测装置40用于获取倾覆力矩计算参数，包括：配重提升油缸压力检测单元41，设置在配重提升油缸内用于获取配重提升油缸无杆腔压力信号和有杆腔压力信号；变幅油缸压力检测单元42，设置在变幅油缸内用于获取变幅油缸无杆腔压力信号和有杆腔压力信号；吊臂长度检测单元43，用于获取吊臂长度信号；变幅角度检测单元44，用于获取变幅角度信号。上述压力检测单元可以是现有技术中各种类型的压力检测装置，例如压力传感器。

控制器30，被配置用于根据检测装置40获取的倾覆力矩计算参数，计算上车对回转支承中心的倾覆力矩M，并基于计算的所述倾覆力矩M，调整单向比例背压阀21、22的控制电流。

控制器30计算回转支承中心3所受的倾覆力矩M，该倾覆力矩M通过检测装置40采集的配重油缸提升压力、吊臂长度传感器、变幅角度传感器以及变幅油缸压力等参数，通过力学平衡方程计算而来，控制器30根据回转支承中心3所受倾覆力矩M的大小，按照预先设置的规定对回转液压系统中的单向比例背压阀21、22的电流进行自动调整，从而根据上车设备状态自动调节回转液压系统的阻尼比大小，达到消除和减轻回转抖动的目的。例如，控制器30检测到配重油缸无压力，而变幅油缸7无杆腔压力巨大时，起重机上车整体表现为前倾状态，此时回转支承中心3所受的倾覆力矩M很大，就需要对回转液压回路中的单向比例背压阀21、22设置较大的背压，从而改善回转过程中因为负载扭矩变化引起系统不稳定的问题，减轻回转抖动现象。

具体参照图2，当油液如图示方向流动时，单向比例背压阀21处于单向导通状态，来自回转变量泵10的高压油直接驱动回转马达16，回转马达16的出口油液在单向比例背压阀22的作用下会产生一定的背压，增加回转马达16的负载力矩，从整个闭式液压回路来看，单向比例背压阀22的存在相当于增加回转液压系统的阻尼比，使得负载扭矩波动变得平缓。当回转机构相反，回转变量泵10的高压油和图示方向相反时，单向比例背压阀21处于背压阀工作状态，单向比例背压阀22处于单向导通状态。

本发明还提供了一种起重机，包括转台以及本发明所述的回转控制系统。

本发明的回转控制系统在于通过对车载传感器信号的采集，评估回转支承所受的倾覆力矩，针对该值的大小给液压回路中的单向比例背压阀不同的控制电流，从而产生不同的背压，实现工况自识别调节的目的。

本发明的回转控制方法通过在闭式液压系统的入口油路、出口油路的回路中均增设单向比例背压阀，根据倾覆力矩大小的不同程度来增加液压系统的阻尼比，改善了回转过程中因为负载扭矩变化引起系统不稳定的问题，减轻回转抖动现象。

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)

1.一种起重机的回转控制方法，其特征在于，所述回转控制方法包括：

获取倾覆力矩计算参数；

基于获取的倾覆力矩计算参数，计算上车对回转支承中心的倾覆力矩；

基于计算的所述倾覆力矩，调整回转液压系统的阻尼比。

2.根据权利要求1所述的回转控制方法，其特征在于，通过调整所述回转液压系统的背压来调整所述回转液压系统的阻尼比。

3.根据权利要求1或2所述的回转控制方法，其特征在于，所述回转液压系统包括两个单向比例背压阀，分别设置在所述回转液压系统的回转马达的入口油液和出口油液的液压回路上。

4.根据权利要求3所述的回转控制方法，其特征在于，通过调整所述单向比例背压阀的控制电流来调整所述回转液压系统的背压。

5.根据权利要求1或2所述的回转控制方法，其特征在于，所述上车对回转支承中心的倾覆力矩M=abs（M₁-M₂-M₃），

其中M₁为变幅油缸对回转支承中心的力矩，M₂为配重对回转支承中心的力矩，M₃为转台重心对回转支承中心的力矩。

6.一种起重机的回转控制系统，其特征在于，所述回转控制系统包括：

检测装置，用于获取倾覆力矩计算参数；

控制器，被配置用于根据检测装置获取的倾覆力矩计算参数，计算上车对回转支承中心的倾覆力矩，并基于计算的所述倾覆力矩，调整回转液压系统的阻尼比。

7.根据权利要求6所述的回转控制系统，其特征在于，所述回转控制系统包括两个单向比例背压阀，分别设置在回转马达的入口油液和出口油液的液压回路上，所述控制器通过调整所述单向比例背压阀的控制电流来调整所述回转液压系统的阻尼比。

8.根据权利要求6或7所述的回转控制系统，其特征在于，

所述上车对回转支承中心的倾覆力矩M=abs（M₁-M₂-M₃），

其中M₁为变幅油缸对回转支承中心的力矩，M₂为配重对回转支承中心的力矩，M₃为转台重心对回转支承中心的力矩。

9.根据权利要求6或7所述的回转控制系统，其特征在于，所述检测装置包括：

配重提升油缸压力检测单元，设置在配重提升油缸内用于获取配重提升油缸无杆腔压力信号和有杆腔压力信号；

变幅油缸压力检测单元，设置在变幅油缸内用于获取变幅油缸无杆腔压力信号和有杆腔压力信号；

吊臂长度检测单元，用于获取吊臂长度信号；

变幅角度检测单元，用于获取变幅角度信号。

10.一种起重机，包括转台以及回转控制系统，其特征在于，所述回转控制系统为权利要求6至9中任一项所述的回转控制系统。

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