CN104071706A - 一种起重机总成 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种起重机总成，属于工业技术领域。该起重机总成包括：起重操作器、油压伺服控制器和设置在起重机本体上的多个油压汽缸，油压汽缸上设置有油压阀，还包括：振动抑制控制器和加速度传感器；加速度传感器用于采集起重机起重货物过程中的实际加速度；振动抑制控制器根据实际加速度产生能够抵消实际加速度的振动抑制信号，以使油压伺服控制器根据起重操作器设定的起重操作指令，控制油压阀对油压汽缸的活塞行程位置进行调整，从而使起重机的起重长度和起重角度中的至少一个得到调整，以便将货物放置到目标位置。该起重机总成，能够有效抑制货物起重过程中所产生的振动，从而将货物准确放置到目标位置。
Description
技术领域
本发明涉及工业技术领域，特别涉及一种起重机总成。
背景技术
起重机，是指在一定范围内垂直提升和水平搬运重物的多动作起重机械。随着工业的发展，起重机在工业领域中的应用越来越广泛。在工业制造领域，通常采用起重机将货物吊起并移动到目标位置，然后进行放置。
现有技术中，起重机总成通常包括：起重操作器、油压伺服控制器和设置在起重机本体上的多个油压汽缸，油压汽缸上设置有油压阀。其中，起重操作器用于设置起重操作指令，油压伺服控制器用于根据起重操作指令，控制油压阀对油压汽缸的活塞行程位置进行调整，进而使起重机的起重长度和起重角度得以调整，以便能够将货物放置到目标位置。也即，起重机在起重货物过程中不发生振动的情况下，能够将货物放置到目标位置。实际中，由于起重机本体的移动以及停止，往往会引起起重机顶端发生振动，将导致起重机在将货物吊起移动至目标位置后，货物的实际放置位置与目标位置往往存在偏差。
为了能够在起重机起重过程中发生振动的情况下，将货物放置到目标位置，通常采用以下两种方法解决：一种是等待起重机顶端的振动停止以后再放置货物，这样就大大降低了作业效率；另外一种是通过操作人员调整油压汽缸的活塞行程位置，从而对起重机的起重长度和起重角度进行调整，进而对货物的放置位置进行调整，以使货物能够放置在目标位置，但该办法主要依赖手工作业，对操作人员的经验和熟练程度也提出了较高要求，而且采用人为操作很容易发生安全问题。此外，以上两种方法都无法从根本上解决起重机振动的问题，导致实际应用价值较小。
发明内容
本发明实施例提供了一种起重机总成，能够快速、有效抑制起重机在起重货物过程中发生振动，将货物放置到目标位置。
本发明实施例提供的技术方案如下：
一种起重机总成，包括起重操作器、油压伺服控制器和设置在起重机本体上的多个油压汽缸，所述油压汽缸上设置有油压阀，还包括：振动抑制控制器和加速度传感器；所述加速度传感器用于采集所述起重机起重货物过程中的实际加速度；所述振动抑制控制器根据所述实际加速度产生能够抵消所述实际加速度的振动抑制信号，以使所述油压伺服控制器根据所述起重操作器设定的起重操作指令，控制所述油压阀对所述油压汽缸的活塞行程位置进行调整，从而使所述起重机的起重长度和起重角度中的至少一个得到调整，以便将货物放置到目标位置。
优选地，还包括：计算模块，用于根据所述油压汽缸的活塞行程的当前位置和预设的起重机数值模型，计算所述起重机的模型加速度和模型振动频率。
优选地，所述计算模块还用于将所述实际加速度和所述模型加速度进行比较，根据比较结果计算所述货物的实际质量。
优选地，所述计算模块还用于根据所述货物的实际质量和所述预设的起重机数值模型，计算所述起重机在起重长度和起重角度中的至少一个进行调整后的模型振动频率。
优选地，所述计算模块，还用于根据所述实际加速度计算所述起重机的实际振动频率。
优选地，还包括：补偿模块，用于对所述模型振动频率进行时间补偿。
优选地，所述振动抑制控制器，包括：傅里叶变换器，用于将接收的所述模型振动频率和所述实际振动频率中的基本频率以外的频率滤除。
优选地，所述振动抑制控制器，还包括：与所述傅里叶变换器相连的反复补偿器；所述反复补偿器，用于产生与所述傅里叶变换器输出的基本频率信号相同的连续信号，并将所述连续信号作为负反馈信号输入给所述反复补偿器的输入端。
优选地，所述振动抑制控制器，还包括：设置在所述傅里叶变换器和所述反复补偿器之间的衰减滤波器。
优选地，所述振动抑制控制器，还包括：与所述反复补偿器的输出端相连的时间进度补偿器，所述时间进度补偿器的输出端作为负反馈信号与所述油压伺服控制器的输入端相连。
本发明实施例提供的起重机总成，通过设置加速度传感器和振动抑制控制器，振动抑制控制器能够根据加速度传感器所采集的起重机的实际加速度，产生能够抵消该实际加速度的振动抑制信号，从而能够快速、有效抑制起重机在起重货物过程中发生振动，使得油压伺服控制器能够根据起重操作器的起重操作指令，控制油压汽缸对起重机的起重长度和起重角度中的至少一个进行调整，从而能够将货物放置到目标位置。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地。，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种起重机总成的整体示意图；
图2是本发明实施例提供的一种起重机总成的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种起重机的结构示意图；
图4是图3的简化示意图；
图5是图4的振动模型示意图；
图6是起重机数值模型在货物质量不同情况下的加速度比较示意图；
图7是本发明实施例提供的一种反复补偿器的输入和输出波形图；
图8是本发明实施例提供的一种时间进度补偿器的输入和输出波形图。
附图标记：
1-起重操作器；2-油压伺服控制器；3-油压汽缸；4-油压阀；
5-振动抑制控制器；6-加速度传感器；7-行程传感器；8-货物；
9-起重机；10-起重长度调整汽缸；11-起重角度调整汽缸；
12-起重长度；13-起重角度；14-模型振动波形；15-实际振动波形。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。
如图1和图2所示，一种起重机总成，可以包括：起重操作器1、油压伺服控制器2和设置在起重机9本体上的多个油压汽缸3，油压汽缸3上设置有油压阀4，还可以包括：振动抑制控制器5和加速度传感器6；其中，加速度传感器6可以采集起重机9起重货物过程中的实际加速度；振动抑制控制器5可以根据实际加速度产生能够抵消实际加速度的振动抑制信号，以使油压伺服控制器2根据起重操作器1设定的起重操作指令，控制油压阀4对油压汽缸3的活塞行程位置进行调整，从而使起重机9的起重长度和起重角度中的至少一个得到调整，以便能够将货物8放置到目标位置。该起重机总成，通过振动抑制控制器产生振动抑制信号，该振动抑制信号能够抵消起重机起重过程中的实际加速度，可以在短时间内快速、有效抑制起重机在起重货物过程中产生的振动，从而使得油压伺服控制器能够根据起重操作器的起重操作指令，控制油压汽缸对起重机的起重长度和起重角度中的至少一个进行调整，从而能够将货物放置到目标位置。
如图3所示，起重机9的本体可以由多段构成，相邻的两段之间为活动连接。在起重机9的本体上从底部到顶部设置有多个油压汽缸3。起重机9的本体优选采用三段构成，可以在起重机9本体的内外两侧分别设置三个油压汽缸3，其中，在起重机9本体的每一段的外侧分别设置一个起重长度调整汽缸10，在相邻两段的连接位置以及起重机9本体底部和底座的连接处分别设置一个起重角度调整汽缸11。通过起重长度调整汽缸10能够对起重机9的起重长度进行调整，通过起重角度调整汽缸11能够对起重机9的起重角度进行调整。为了表示方便，可以将图3简化为图4的结构，其中上下箭头代表货物发生上下振动。
在上述每个油压汽缸3上都可以设置有油压阀4和行程传感器7，行程传感器7能够对起重机9的活塞行程位置进行检测，根据需要控制油压阀4的开闭程度，从而对油压汽缸3的活塞行程位置进行调整，从而使起重机9的起重长度和起重角度得到调整。
在本发明实施例中，可以根据起重机的结构特征建立一个起重机振动模型，如图5所示，该振动模型与预先设置的起重机数值模型相对应。将该振动模型的弹簧常数采用KC表示，假设货物质量为mL时，在起重长度12为LC，起重角度13为θ时，该振动模型的模型振动频率为f0。
由于同一货物在起重机9的起重长度12和起重角度13不同的情况下进行起重，将产生不同的模型加速度和模型振动频率，具体可以通过起重机总成中的计算模块计算得到。具体地，计算模块可以根据油压汽缸3的活塞行程的当前位置，计算起重机的当前起重长度和起重角度，然后根据预设的起重机数值模型计算起重机在当前起重长度和起重角度下的模型加速度和模型振动频率。
如图6所示，为起重机数值模型在货物质量不同情况下的加速度比较示意图，其中的14代表模型振动波形和15代表实际振动波形。上述计算模块，还可以将加速度传感器6所采集的实际加速度和上述通过计算得到的模型加速度进行比较，根据比较结果计算货物8的实际质量。图6中的mRef为货物的基本质量，例如，可以设置为1000kg，mCur为货物的实际质量，模型振动频率为fRef，实际振动频率为fCur，模型振动周期为tR，实际振动周期为tC，根据上述得到的模型振动加速度和实际振动加速度，本领域普通人员容易计算得到模型振动频率fRef和实际振动频率fCur。由于振动频率*振动周期＝1，则有fRef＝1/tR，fCur＝1/tC。根据公式可以计算得到mCur＝mRef*(fRef/fCur)2。
由于起重机在起重货物过程中，起重长度或起重角度会发生调整，导致同一货物在不同起重长度或起重角度的情况下具有不同的模型振动频率。如图5所示，假设实际质量为mL的货物，起重长度为LC，起重角度为θ时的弹簧常数为KC，在起重角度θ保持不变的情况下，将起重长度由LC调整为LC0，将调整后该振动模型的弹簧常数采用KC0表示，其中，KC0的具体数值可以通过起重机数值模型所对应的常数数据表得出。根据公式KC＝KC0*Nk(LC0/LC)，其中，Nk为弹簧常数换算函数，可以计算得到起重机在起重长度进行调整情况下的模型振动频率其中，mc为mL在垂直于弹簧长度方向的分解质量，有mc＝mL.cosθ。
当然上述计算模块，还可以根据加速度传感器6采集的实际加速度计算起重机9的实际振动频率。
上述振动抑制控制器5可以包括傅里叶变换器，而起重机9的模型振动频率需要输入给傅里叶变换器进行信号处理，由于傅里叶变换器无法对现有阶段的波形振动频率进行分析，需要取前一周期的波形振动频率进行分析，将会发生时间的延迟，并且在起重机的起重长度和起重角度都发生变化的情况下，将导致分析的结果与实际情况出现偏差，因此，需要增加一个补偿模块，对模型振动频率在时间上进行补偿，使传输的信号提前一个周期，从而使傅里叶变换器所接收的实际振动波形与起重机的实际振动情况相一致，从而使控制性能得到优化。
上述傅里叶变换器，可以将接收的经过补偿的模型振动频率和实际振动频率表示为采用基本频率和其他频率组合的形式，并将其中的基本频率以外的频率滤除后输出。
上述振动抑制控制器5，还可以包括：与傅里叶变换器相连的反复补偿器；如图7所示，反复补偿器，可以产生与傅里叶变换器输出的基本频率信号相同的连续信号，并将连续信号作为负反馈信号输入给反复补偿器的输入端。该反复补偿器的传递函数可以为：e-sTr，则反复补偿器的输出信号在时间上可以比输入信号滞后一个周期Tr。
由于上述反复补偿器输出的为连续波形信号，在加速度传感器6输入波形的振幅发生衰减时，为使反复补偿器的输出也发生衰减，同时保证控制系统的稳定性，可以在上述傅里叶变换器和反复补偿器之间设置衰减滤波器，该衰减滤波器具体可以位于反复补偿器与傅里叶变换器输出端之间的反馈环内，从而保证信号的实时性。
上述振动抑制控制器5，还可以包括：与反复补偿器的输出端相连的时间进度补偿器，如图8所示，时间进度补偿器的输出端作为负反馈信号可以与油压伺服控制器2的输入端相连。该事件进度补偿器的传递函数可以为：e(k1/N)sTr，其中，Tr表示波形周期，将Tr分为N个时间段，则每个时间段的长度为k1,S指积分变换中的拉普拉斯变换(Laplace Transform)的符号代码，时间进度补充器的输出端将比反复补偿器所输出的信号在相位上将向前推进(k1/N)Tr，从而保证信号输出的实时性。
本发明实施例提供的起重机总成应用范围广泛，除了可用于起重机车、混凝土输送泵车、消防车等重型车，还可用于港口起重或者建筑起重等相关设备。
本发明实施例提供的起重机总成，通过设置加速度传感器和振动抑制控制器，振动抑制控制器能够根据加速度传感器所采集的起重机的实际加速度，产生能够抵消该实际加速度的振动抑制信号，从而能够快速、有效抑制起重机在起重货物过程中发生振动，使得油压伺服控制器能够根据起重操作器的起重操作指令，控制油压汽缸对起重机的起重长度和起重角度中的至少一个进行调整，从而能够将货物放置到目标位置。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种起重机总成，包括起重操作器、油压伺服控制器和设置在起重机本体上的多个油压汽缸，所述油压汽缸上设置有油压阀，其特征在于，还包括：振动抑制控制器和加速度传感器；所述加速度传感器用于采集所述起重机起重货物过程中的实际加速度；所述振动抑制控制器根据所述实际加速度产生能够抵消所述实际加速度的振动抑制信号，以使所述油压伺服控制器根据所述起重操作器设定的起重操作指令，控制所述油压阀对所述油压汽缸的活塞行程位置进行调整，从而使所述起重机的起重长度和起重角度中的至少一个得到调整，以便将货物放置到目标位置。
2.根据权利要求1所述的起重机总成，其特征在于，还包括：计算模块，用于根据所述油压汽缸的活塞行程的当前位置和预设的起重机数值模型，计算所述起重机的模型加速度和模型振动频率。
3.根据权利要求2所述的起重机总成，其特征在于：所述计算模块还用于将所述实际加速度和所述模型加速度进行比较，根据比较结果计算所述货物的实际质量。
4.根据权利要求3所述的起重机总成，其特征在于：所述计算模块还用于根据所述货物的实际质量和所述预设的起重机数值模型，计算所述起重机在起重长度和起重角度中的至少一个进行调整后的模型振动频率。
5.根据权利要求2至4任一项所述的起重机总成，其特征在于：所述计算模块，还用于根据所述实际加速度计算所述起重机的实际振动频率。
6.根据权利要求5所述的起重机总成，其特征在于，还包括：补偿模块，用于对所述模型振动频率进行时间补偿。
7.根据权利要求6所述的起重机总成，其特征在于，所述振动抑制控制器，包括：傅里叶变换器，用于将接收的所述模型振动频率和所述实际振动频率中的基本频率以外的频率滤除。
8.根据权利要求7所述的起重机总成，其特征在于，所述振动抑制控制器，还包括：与所述傅里叶变换器相连的反复补偿器；所述反复补偿器，用于产生与所述傅里叶变换器输出的基本频率信号相同的连续信号，并将所述连续信号作为负反馈信号输入给所述反复补偿器的输入端。
9.根据权利要求8所述的起重机总成，其特征在于，所述振动抑制控制器，还包括：设置在所述傅里叶变换器和所述反复补偿器之间的衰减滤波器。
10.根据权利要求9所述的起重机总成，其特征在于，所述振动抑制控制器，还包括：与所述反复补偿器的输出端相连的时间进度补偿器，所述时间进度补偿器的输出端作为负反馈信号与所述油压伺服控制器的输入端相连。
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