CN104140045B - 一种起重机及其重力下落控制方法、控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种起重机吊臂的重力下落控制方法，所述吊臂的变幅系统包括与所述吊臂连接的油缸，与所述油缸连接、用于控制所述油缸伸缩的平衡阀；该控制方法首先获取所述吊臂的实际下落速度；然后比较所述实际下落速度和预设的吊臂的目标下落速度，若前者大于后者，则减小平衡阀的开度；若前者小于后者，则增大平衡阀的开度；若二者相等，保持当前状态不变。采用这种方法，在油缸的无杆腔压力随吊臂角度的减小而增加的下落过程中，与现有技术相比，能够使实际下落速度保持恒定，避免产生波动而影响吊臂的工作稳定性。本发明还公开一种与上述方法对应的起重机吊臂的重力下落控制系统，以及应用该系统的起重机。

Description

一种起重机及其重力下落控制方法、控制系统

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种起重机及重力下落控制方法、控制系统。

背景技术

起重机变幅是指在变幅油缸的作用下带动吊臂做落臂或起臂运动，从而实现吊臂角度的变化。变幅动作主要由吊臂、转台、油缸、平衡阀以及平衡阀控制部件等组成，吊臂在油缸的作用下带动吊臂围绕着转台后铰点轴旋转，从而实现了变幅的起和落。

目前起重机变幅下落控制方式有两种：

第一种是动力下落控制方式，平衡阀开启控制压力直接取自其有杆腔，通过控制油源的压力和流量来控制平衡阀开口大小，实现变幅下落的速度控制。这种方法吊臂下落速度较快，但是平衡阀开口大小受变幅下落负载影响较大，因此稳定性和平顺性较差，吊臂下落容易抖动。

第二种是重力下落控制方式，平衡阀开启的控制压力取自外部先导油源，油缸靠自重下落，通过外部油源控制平衡阀的开口，从而实现速度控制。此方法中平衡阀的控制压力不受负载压力波动的影响，下落过程平稳，有良好的节能效果，目前采用重力下落的控制方式较为常见。

现有技术中的重力下落控制系统包括与变幅系统的平衡阀连接的操作手柄，以及设于操作手柄和平衡阀之间的控制器，设置该操作手柄的开度与其输出电流呈对应关系，并设置操作手柄的输出电流与平衡阀的开度呈对应关系。

下落过程中，首先预设操作手柄的开度并使其保持当前值，进而将平衡阀开度保持不变，由于变幅下落速度V_下降可用式(1)表示：

其中：A—平衡阀开口面积 Q—流过平衡阀的流量

P_无杆腔—油缸无杆腔压力 k—流量系数

A_无杆腔—油缸无杆腔面积 ρ—液压油的密度

由此可见，在平衡阀开度一定的情况下，变幅下落速度仅取决于变幅油缸的无杆腔压力，而变幅油缸的无杆腔压力随吊臂角度的减小而增加，因此，下落过程中变幅下落速度越来越快，可能会出现下落速度过大的情况，导致整个操作过程舒适度较差，操作人员很难将变幅下落速度维持在一个较小的波动范围内。

有鉴于此，亟待针对上述技术问题，对现有技术中起重机吊臂的重力下落控制方法做进一步优化设计，以使吊臂下落过程中保持恒定的下落速度。

发明内容

本发明的目的为提供一种起重机吊臂的重力下落控制方法，该方法通过调整吊臂的实际下落速度使其与目标下落速度相等，实现了匀速下落，避免波动，提高了吊臂的安全稳定性。此外，本发明的另一目的为提供一种起重机吊臂的重力下落控制系统，及包括该系统的起重机。

为解决上述技术问题，本发明提供一种起重机吊臂的重力下落控制方法，所述吊臂的变幅系统包括与所述吊臂连接的油缸，与所述油缸连接、用于控制所述油缸伸缩的平衡阀；包括如下步骤：

1)获取所述吊臂的实际下落速度；

2)比较所述实际下落速度和预设的吊臂的目标下落速度，若前者大于后者，则执行步骤3)；若前者小于后者，执行步骤4)；若二者相等，执行步骤5)；

3)减小平衡阀的开度；

4)增大平衡阀的开度；

5)保持当前状态不变。

采用这种方法，根据

可知，

当实际下落速度大于目标下落速度，通过步骤3)减小平衡阀的开度，即减小了与之连接的油缸的无杆腔的压力P_无杆腔，根据公式(1)，在其他条件不变的情况下，使得实际下落速度V_下降减小，以使实际下落速度与目标下路速度的差值减小。当实际下落速度小于目标下落速度，通过步骤4)增大平衡阀的开度，即增大了与之连接的油缸的无杆腔压力P_无杆腔，根据公式(1)，在其他条件不变的情况下，使得实际下落速度V_下降增大，以使实际下落速度与目标下路速度的差值减小。由此可见，在油缸的无杆腔压力随吊臂角度的减小而增加的下落过程中，采用上述控制方法，与现有技术相比，能够使实际下落速度保持恒定，避免产生波动而影响吊臂的工作稳定性。

优选地，提供与所述平衡阀连接的操作手柄，并设定所述操作手柄的输出电流与所述平衡阀的开度成正比，所述步骤3)、步骤4)通过调整所述操作手柄的输出电流调整所述平衡阀的开度。

优选地，设置所述操作手柄的开度与所述吊臂的目标下落速度成正比，通过调整所述操作手柄的开度预设所述目标下落速度。

优选地，所述步骤1)先通过角位移传感器检测所述吊臂的当前角度，再计算得出实际下落速度。

优选地，执行完所述步骤3)，或者执行完所述步骤4)，或者执行完所述步骤5)后，返回步骤1)。

本发明还提供一种起重机吊臂的重力下落控制系统，所述吊臂的变幅系统包括与所述吊臂连接的油缸，与所述油缸连接、用于控制所述油缸伸缩的平衡阀；所述重力下落控制系统包括：

检测部件，用于获取所述吊臂的实际下落速度；

控制器，与所述检测部件连接，用于比较所述实际下落速度和预设的目标下落速度，并当前者大于后者时发出减小平衡阀开度的第一控制命令，当前者小于后者时发出增大平衡阀开度的第二控制命令，当二者相等时发出保持现状的第三控制命令；

执行部件，与所述控制器连接，用于接收并执行所述控制器的控制命令。

优选地，所述执行部件为操作手柄，所述操作手柄的输出电流与所述平衡阀的开度成正比。

优选地，所述操作手柄的开度与所述吊臂的目标下落速度成正比。

优选地，所述检测部件包括角位移传感器，所述角位移传感器设于所述吊臂上。

本发明还提供一种起重机，包括吊臂、与所述吊臂连接的重力下落控制系统；所述重力下落控制系统采用如上所述的起重机吊臂的重力下落控制系统。

由于上述起重机的重力下落控制方法具有如上技术效果，因此，与该控制方法对应的控制系统，以及应用该控制系统的起重机也应当具有相同的技术效果，在此不再赘述。

附图说明

图1为本发明所提供吊臂的重力下落控制方法的一种具体实施方式的流程框图；

图2为本发明所提供吊臂的重力下落控制系统的一种具体实施方式的结构示意图。

其中，图2中：

检测部件 11；

控制器 12；

执行部件 13；

平衡阀 200；

油缸 100。

具体实施方式

本发明的核心为提供一种起重机吊臂的重力下落控制方法，该方法通过调整吊臂的实际下落速度使其与目标下落速度相等，实现了匀速下落，避免波动，提高了吊臂的安全稳定性。此外，本发明的另一核心为提供一种起重机吊臂的重力下落控制系统，及包括该系统的起重机。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1，图1为本发明所提供吊臂的重力下落控制方法的一种具体实施方式的流程框图。

在一种具体实施方式中，如图1所示，本发明提供一种起重机吊臂的重力下落控制方法，所述吊臂的变幅系统包括与所述吊臂连接的油缸，与所述油缸连接的平衡阀，通常平衡阀的开度大小与油缸的无杆腔的压力成正比，因此可以通过控制平衡阀的开口来控制油缸的伸缩；上述重力下落控制方法包括如下步骤：

S11：获取所述吊臂的实际下落速度；

这里可以具体通过角位移传感器测量吊臂的角度，再计算出吊臂的实际下落速度。

S12：比较所述实际下落速度和预设的吊臂的目标下落速度，若前者大于后者，则执行步骤S13；若前者小于后者，执行步骤S14；若二者相等，执行步骤S15；

S13：减小平衡阀的开度；

S14：增大平衡阀的开度；

S15：保持当前状态不变。

采用这种方法，根据

可知，

当实际下落速度大于目标下落速度，通过步骤S13减小平衡阀的开度，即减小了与之连接的油缸的无杆腔的压力P_无杆腔，根据公式(1)，在其他条件不变的情况下，使得实际下落速度V_下降减小，以使实际下落速度与目标下路速度的差值减小。

当实际下落速度小于目标下落速度，通过步骤S14增大平衡阀的开度，即增大了与之连接的油缸的无杆腔压力P_无杆腔，根据公式(1)，在其他条件不变的情况下，使得实际下落速度V_下降增大，以使实际下落速度与目标下路速度的差值减小。

由此可见，在油缸的无杆腔压力随吊臂角度的减小而增加的下落过程中，采用上述控制方法，与现有技术相比，能够使实际下落速度保持恒定，避免产生波动而影响吊臂的工作稳定性。

具体的方案中，可以设置与所述平衡阀连接的操作手柄，并设定所述操作手柄的输出电流与所述平衡阀的开度成正比，所述步骤S13、步骤S14可以通过调整所述操作手柄的输出电流调整所述平衡阀的开度。

这样，当需要减小平衡阀的开度时，只需控制该手柄减小其输出电流，即可实现减小平衡阀的开度。当需要增大平衡阀的开度时，只需控制该手柄增大其输出电流，即可实现增大平衡阀的开度。通过这种方法能够通过操作手柄的动作简单、方便地实现平衡阀开度的调节。当然，上述平衡阀的开度调节并不仅限电控调节的方式，还可以采用手动调节的方式。

具体的方案中，可以设定操作手柄的开度与吊臂的目标下落速度成对应关系，上述控制方法中可以通过控制操作手柄的开度来预设吊臂的目标下落速度。

现有技术中，操作手柄的开度与其输出电流呈对应关系，因此手柄的开度决定了其输出电流的大小，导致吊臂在下落时不断加速。与现有技术相比，上述控制方法中的操作手柄的输出电流不再与操作手柄的开度呈对应关系，因此，可以通过操作手柄的输出电流单独控制平衡阀的开度，进而控制吊臂的实际下落速度，另外通过操作手柄的开度单独控制吊臂的目标下落速度，从而避免了吊臂的速度波动引起的不平稳现象。

另一种具体实施方式中，上述控制方法中，执行完所述步骤S13，或者执行完所述步骤S14，或者执行完所述步骤S15后，重新返回步骤S11。也就是说，上述控制方法为闭环控制系统，这样，在吊臂下落过程中进行实时检测、实时调整，直到实际下落速度等于目标下落速度为止，以保证吊臂下落过程中时刻保证匀速下降，进一步提高控制方法的工作稳定性。

在上述基础上，本发明还提供一种起重机吊臂的重力下落控制系统，所述吊臂的变幅系统包括与所述吊臂连接的油缸100，与所述油缸100连接、用于控制所述油缸100伸缩的平衡阀200；所述重力下落控制系统包括检测部件11、控制器12和执行部件13。

检测部件11用于获取所述吊臂的实际下落速度。控制器12与所述检测部件11连接，用于比较所述实际下落速度和预设的目标下落速度，并当前者大于后者时发出减小平衡阀200开度的第一控制命令，当前者小于后者时发出增大平衡阀200开度的第二控制命令，当二者相等时发出保持现状的第三控制命令。执行部件13与所述控制器12连接，用于接收并执行所述控制器12的控制命令。

这样，在油缸100的无杆腔压力随吊臂角度的减小而增加的下落过程中，能够使实际下落速度保持恒定，避免产生波动而影响吊臂的工作稳定性。

具体的方案中，所述执行部件13具体为操作手柄，该操作手柄的输出电流与所述平衡阀200的开度成正比。这样，通过增大或缩小操作手柄的输出电流即可增大或减小平衡阀200的开度，操作简单、方便。当然，上述执行部件13并不仅限上述操作手柄，还可以手动调节，或采用其他结构。

此外，所述操作手柄的开度与所述吊臂的目标下落速度成正比。这样，通过增大或减小操作手柄的开度即可设定吊臂的目标下落速度，使得操作简单、便捷。

另一种具体方案中，上述检测部件11包括角位移传感器，所述角位移传感器设于所述吊臂上。

此外，本发明还提供一种起重机，包括吊臂、与所述吊臂连接的重力下落控制系统；所述重力下落控制系统采用如上所述的起重机吊臂的重力下落控制系统。

由于上述起重机的重力下落控制方法具有如上技术效果，因此，与该控制方法对应的控制系统，以及应用该控制系统的起重机也应当具有相同的技术效果，在此不再赘述。

以上对本发明所提供的一种起重机及其重力下落控制方法、重力下落控制系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种起重机吊臂的重力下落控制方法，所述吊臂的变幅系统包括与所述吊臂连接的油缸，与所述油缸连接、用于控制所述油缸伸缩的平衡阀；其特征在于，包括如下步骤：

1)获取所述吊臂的实际下落速度；

2)比较所述实际下落速度和预设的吊臂的目标下落速度，若前者大于后者，则执行步骤3)；若前者小于后者，执行步骤4)；若二者相等，执行步骤5)；

3)减小平衡阀的开度；

4)增大平衡阀的开度；

5)保持当前状态不变；

提供与所述平衡阀连接的操作手柄，并设定所述操作手柄的输出电流与所述平衡阀的开度成正比，所述步骤3)、步骤4)通过调整所述操作手柄的输出电流调整所述平衡阀的开度；

设置所述操作手柄的开度与所述吊臂的目标下落速度成正比，通过调整所述操作手柄的开度预设所述目标下落速度。

2.根据权利要求1所述的起重机吊臂的重力下落控制方法，其特征在于，所述步骤1)先通过角位移传感器检测所述吊臂的当前角度，再计算得出实际下落速度。

3.根据权利要求2所述的起重机吊臂的重力下落控制方法，其特征在于，执行完所述步骤3)，或者执行完所述步骤4)，或者执行完所述步骤5)后，返回步骤1)。

4.一种起重机吊臂的重力下落控制系统，所述吊臂的变幅系统包括与所述吊臂连接的油缸(100)，与所述油缸(100)连接、用于控制所述油缸(100)伸缩的平衡阀(200)；其特征在于，所述重力下落控制系统包括：

检测部件(11)，用于获取所述吊臂的实际下落速度；

控制器(12)，与所述检测部件(11)连接，用于比较所述实际下落速度和预设的目标下落速度，并当前者大于后者时发出减小平衡阀(200)开度的第一控制命令，当前者小于后者时发出增大平衡阀(200)开度的第二控制命令，当二者相等时发出保持现状的第三控制命令；

执行部件(13)，与所述控制器(12)连接，用于接收并执行所述控制器(12)的控制命令；

所述执行部件(13)为操作手柄，所述操作手柄的输出电流与所述平衡阀(200)的开度成正比；

所述操作手柄的开度与所述吊臂的目标下落速度成正比。

5.根据权利要求4所述的起重机吊臂的重力下落控制系统，其特征在于，所述检测部件(11)包括角位移传感器，所述角位移传感器设于所述吊臂上。

6.一种起重机，包括吊臂、与所述吊臂连接的重力下落控制系统；其特征在于，所述重力下落控制系统采用如权利要求4或5所述的起重机吊臂的重力下落控制系统。