CN104150388B - 一种卷扬下降时马达排量的控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卷扬下降时马达排量的控制方法及装置,实时检测卷扬载荷，当检测到卷扬载荷位于预设的空载值和重载值之间时，通过调整马达排量控制电流控制马达排量，使马达承重腔内的压力维持一恒定值。本发明的卷扬下降时马达排量的控制方法及装置，利用马达排量的控制电流与负载的函数关系，通过检测吊重量，使不同载荷对应不同马达排量，解决了马达下降稳定性与下降速度的矛盾关系，实现了卷扬系统重载稳定，轻载高速的作业需求。

Description

一种卷扬下降时马达排量的控制方法及装置

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种卷扬下降时马达排量的控制方法及装置。

背景技术

开式液压系统为液压泵从油箱吸油，经控制阀到执行元件，执行元件排出的油返回油箱，油液可以在油箱中冷却，是液压系统常用的方式。采用开式液压系统的起重机卷扬系统，往往会出现下落抖动和下落慢的现象，而这两种现象是一个矛盾的关系，影响下降速度及下降稳定性的两个主要指标在于，液压马达排量压力切断点和平衡阀的阻尼匹配，可以通过调高液压马达压力切断值和阻尼比来提高速度，但是这都是以牺牲稳定性来达到目的，重载时平衡阀和液压马达之间压力达到一定值时，就会出现卷扬下降抖动现象。液压马达压力切断和平衡阀阻尼比是通过相互的作用配合完成工作，两者的匹配关系决定了卷扬的工作效率和稳定性。

目前的起重机液压系统中，多采用传感器检测马达承重腔压力，通过程序判断，压力达到设定值的时候，将马达排量电流减小为零。但利用传感器检测承重腔的压力作为判断依据，实际过程中压力往往跳动较大，容易出现误判断，导致工作速度的浪费，且由于程序判断一旦达到设定压力值时，就使马达排量减小为零，不能根据载荷进行自适应调整，这样载荷减小时马达排量仍然以较大的排量进行匹配，造成轻载时低速运行，使工作效率降低。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的一个技术问题是提供一种卷扬下降时马达排量的控制方法及装置，使不同载荷对应不同马达排量。

一种卷扬下降时马达排量的控制方法,包括:实时检测卷扬载荷；当检测到卷扬载荷位于预设的空载值和重载值之间时，通过调整马达排量控制电流控制马达排量，使马达承重腔内的压力维持一恒定值。

根据本发明的一个实施例，进一步的，当检测到卷扬载荷小于等于预设的空载值时，调整马达排量控制电流为最大值；当检测到卷扬载荷大于等于预设的重载值时，调整马达排量控制电流为最小值。

根据本发明的一个实施例，进一步的，预设马达排量控制电流与载荷的对应关系；当卷扬载荷位于空载值和重载值之间，马达排量控制电流与载荷的对应关系为线性负斜率函数关系，其中，当卷扬载荷越大时，马达排量控制电流越小且马达排量越大。

根据本发明的一个实施例，进一步的，所述线性负斜率函数为：I_m为马达排量控制电流，单位为mA；K_s为系统参数；F为卷扬载荷，单位为t；P_m为马达承重腔内的目标压力，单位为MPa。

一种卷扬下降时马达排量的控制装置,包括:载荷检测装置，用于实时检测卷扬载荷；电流调整装置，用于当检测到卷扬载荷位于预设的空载值和重载值之间时，通过调整马达排量控制电流控制马达排量，使马达承重腔内的压力维持一恒定值。

根据本发明的一个实施例，进一步的，当所述载荷检测装置检测到卷扬载荷小于等于空载值时，所述电流调整装置调整马达排量控制电流为最大值；当所述载荷检测装置检测到卷扬载荷大于等于重载值时，所述电流调整装置调整马达排量控制电流为最小值。

根据本发明的一个实施例，进一步的，还包括电流函数设置装置，用于预设马达排量控制电流与载荷的对应关系；当卷扬载荷位于空载值和重载值之间，马达排量控制电流与载荷的对应关系为线性负斜率函数关系，其中，当卷扬载荷越大时，马达排量控制电流越小且马达排量越大。

根据本发明的一个实施例，进一步的，所述线性负斜率函数为：I_m为马达排量控制电流，单位为mA；K_s为系统参数；F为卷扬载荷，单位为t；P_m为马达承重腔内的目标压力，单位为MPa。

本发明的卷扬下降时马达排量的控制方法及装置，利用马达排量的控制电流与负载的函数关系，通过检测吊重量，使不同载荷对应不同马达排量，解决了马达下降稳定性与下降速度的矛盾关系，实现了卷扬系统重载稳定，轻载高速的作业需求。

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明的卷扬下降时马达排量的控制方法的一个实施例的流程图；

图2为根据本发明的卷扬下降时马达排量的控制装置的一个实施例的示意图；

图3为采用本发明的控制方法的载荷与马达排量控制电流对应关系的示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，卷扬下降时马达排量的控制方法具有下述的步骤：

步骤101,实时检测卷扬载荷。

步骤102，当检测到卷扬载荷位于预设的空载值和重载值之间时，通过调整马达排量控制电流控制马达排量，使马达承重腔内的压力维持一恒定值。

本发明中的马达为液压马达，马达承重腔是指在开式系统中，吊重卷扬马达在起升和下落时始终是一个腔受力，该腔承受的载荷反作用于液压系统产生压力，该腔称之为马达承重腔。

在起重机的卷扬系统中采用马达驱动卷扬，通过马达将压力能转换为机械能以扭矩形式输出，在通过卷扬钢丝绳将扭矩转化为钢丝绳拉力将重物提起。马达起到能量转化作用，马达输出的扭矩由公式：T＝PV，P为压力，V为马达排量，压力由负载决定，即由吊重决定，马达排量是可变值，通常可由马达排量控制电流决定。

根据马达的类型不同，可以采用多种方式控制马达的排量，例如，可以采用马达内的电磁阀或液压系统中的比例控制电磁阀等等，可以通过控制马达内的电磁阀或比例控制电磁阀的电流，即马达排量控制电流，控制马达排量。

根据马达输出的扭矩由公式：T＝PV可知，当载荷产生的压力大于一压力切断设定值时，马达处于最大排量或某一趋向最大排量的值，压力切断设定值为马达压力切断设定值。

本发明的空载值和重载值可以根据不同的工况进行预先设置，当载荷为重载值时，载荷产生的压力小于等于马达压力切断设定值。当检测到卷扬载荷小于等于预设的空载值时，调整马达排量控制电流为最大值；当检测到卷扬载荷大于等于重载值时，调整马达排量控制电流为最小值。

根据本发明的一个实施例，预设马达排量控制电流与载荷的对应关系，当卷扬载荷位于空载值和重载值之间，马达排量控制电流与载荷的对应关系为线性负斜率函数关系，线性负斜率的斜率为常值，且随着输入量增加，输出量减少的一种控制关系，即当卷扬载荷越大时，马达排量控制电流越小且马达排量越大。

本发明的卷扬下降时马达排量的控制方法，能够在较大阻尼比的情况下，轻载的时候，通过最大程度减小马达排量来满足高速要求，而重载的时候又根据载荷使马达排量适当的增大，使之保持与载荷有一个稳定性的匹配，达到重载稳定的要求，这样就实现了一种跟据载荷调节速度，达到重载稳定，轻载高速的作业要求，使马达在重载工作的情况下，卷扬在下落时速度连续平稳，无异响。

根据本发明的一个实施例，线性负斜率函数为：I_m为马达排量控制电流，单位为mA；K_s为系统参数；F为卷扬载荷，单位为t；P_m为马达承重腔内的目标压力，单位为MPa。

以能量守恒定律T_mω_m＝P_mQ为基础公式，进行推导，把卷扬系统中的各个参数进行整合，可以得出以下式子：

K_sF＝P_mV_m (1)

根据马达的样本(例如，力士乐样本)可以得出马达排量与电流的近似函数关系：

V_m＝-0.5I_m+300 (2)

通过整合式(1)、式(2)，最后得出程序的控制函数关系：

$I_m=600-2K_2*\frac{F}{P_m}---\left(3\right)$

其中：I_m—马达排量控制电流，mA；K_s—系统参数，包含卷筒半径，滑轮倍率，减速机传动比及各传动副效率等参数的整合；F—为卷扬载荷，该力是卷筒上钢丝绳经过滑轮组以后，由拉力传感器检测的拉力值，单位为吨(t)；P_m—程序需要控制的目标压力，该压力实际上是一个现场整定的量，该值越大速度越快，但越容易出现不稳定的现象，

该参数反应的是调节函数的斜率，MPa。600为经验值，可以根据不同的马达型号或类型进行调整。

如图3所示，F_空为预设的空载值，F_重为设定的重载值：

(1)当检测到F_<F_空时，该段视为空载状态，即该段不会发生抖动现象，使马达电流始终以最大电流输出，保证空载高速性。

(2)当检测到F_>F_重时，该段视为重载状态，此时马达排量处于较大位置，该段也不会发生抖动现象，使马达电流始终以较小电流输出，保证重载的稳定性。

(3)当随着臂架角度逐渐减小或是增大，载荷进入到F_空<F_<F_重时，处于中等载荷阶段，该段电流按照函数关系进行控制。

如图2所示，卷扬下降时马达排量的控制装置包括:载荷检测装置21和电流调整装置22。载荷检测装置21实时检测卷扬载。载荷检测装置21可以包括拉力传感器，用于测量载荷产生的拉力。

当检测到卷扬载荷位于预设的空载值和重载值之间时，电流调整装置22通过调整马达排量控制电流控制马达排量，使马达承重腔内的压力维持一恒定值。

根据本发明的一个实施例，当载荷检测装置21检测到卷扬载荷小于等于空载值时，电流调整装置22调整马达排量控制电流为最大值。当载荷检测装置21检测到卷扬载荷大于等于重载值时，电流调整装置22调整马达排量控制电流为最小值。

根据本发明的一个实施例，电流函数设置装置23预设马达排量控制电流与载荷的对应关系。当卷扬载荷位于空载值和重载值之间，马达排量控制电流与载荷的对应关系为线性负斜率函数关系，其中，当卷扬载荷越大时，马达排量控制电流越小且马达排量越大。

根据本发明的一个实施例，线性负斜率函数为：I_m为马达排量控制电流，单位为mA；K_s为系统参数；F为卷扬载荷，单位为t；P_m为马达承重腔内的目标压力，单位为MPa。

本发明的卷扬下降时马达排量的控制方法及装置，利用马达排量的控制电流与负载的函数关系，解决了马达下降稳定性与下降速度的矛盾关系，实现了卷扬系统重载稳定，轻载高速的作业需求。马达排量的控制电流是随着载荷的变化而变化的，可以稳定的性的前提下充分的放大了马达的运行速度。在实验时可以灵活的改变F_空、F_重、P_m的值，可以充分的匹配现场的实际情况，做到不浪费任何元件的使用价值。该项发明实现了卷扬系统重载稳定，轻载高速的作业需求。

可能以许多方式来实现本发明的方法和系统。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本发明的方法和系统。用于方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本发明的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本发明实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本发明的方法的机器可读指令。因而，本发明还覆盖存储用于执行根据本发明的方法的程序的记录介质。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (6)

1.一种卷扬下降时马达排量的控制方法,其特征在于,包括:

实时检测卷扬载荷；

当检测到卷扬载荷位于预设的空载值和重载值之间时，通过调整马达排量控制电流控制马达排量，使马达承重腔内的压力维持一恒定值；

其中,当检测到卷扬载荷小于等于预设的空载值时，调整马达排量控制电流为最大值；

当检测到卷扬载荷大于等于预设的重载值时，调整马达排量控制电流为最小值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

预设马达排量控制电流与载荷的对应关系；

当卷扬载荷位于空载值和重载值之间，马达排量控制电流与载荷的对应关系为线性负斜率函数关系，其中，当卷扬载荷越大时，马达排量控制电流越小且马达排量越大。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：

所述线性负斜率函数为：

I_m为马达排量控制电流，单位为mA；K_s为系统参数；F为卷扬载荷，单位为t；P_m为马达承重腔内的目标压力，单位为MPa。

4.一种卷扬下降时马达排量的控制装置,其特征在于,包括:

载荷检测装置，用于实时检测卷扬载荷；

电流调整装置，用于当卷扬载荷位于预设的空载值和重载值之间时，通过调整马达排量控制电流控制马达排量，使马达承重腔内的压力维持一恒定值；

其中，当所述载荷检测装置检测到卷扬载荷小于等于空载值时，所述电流调整装置调整马达排量控制电流为最大值；

当所述载荷检测装置检测到卷扬载荷大于等于重载值时，所述电流调整装置调整马达排量控制电流为最小值。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，还包括：

电流函数设置装置，用于预设马达排量控制电流与载荷的对应关系；

当卷扬载荷位于空载值和重载值之间，马达排量控制电流与载荷的对应关系为线性负斜率函数关系，其中，当卷扬载荷越大时，马达排量控制电流越小且马达排量越大。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于：

所述线性负斜率函数为：

I_m为马达排量控制电流，单位为mA；K_s为系统参数；F为卷扬载荷，单位为t；P_m为马达承重腔内的目标压力，单位为MPa。