CN104405729B - 多油缸控制方法、设备、系统以及工程机械 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多油缸控制方法、设备、系统以及工程机械，该方法包括：接收多个油缸中的每一个油缸的输出负载与对应阻力负载的差值；以及根据所述差值分别对多个油缸中的每一个油缸的输出负载进行调节。本发明可以实现根据不同油缸的实时负载情况对每一个油缸的输出负载进行独立地、有效地、精确地的调节(控制)，从而避免了现有系统动作过程易出现的震动、摇摆、冲击、波动或者动作不协调的情况，提高了整个工程机械的稳定性和安全性。

Description

多油缸控制方法、设备、系统以及工程机械

技术领域

本发明涉及工程机械，具体地，涉及一种多油缸控制方法、设备、系统以及工程机械。

背景技术

现有技术中的工程机械常设有多个油缸以完成各种操作，例如，消防车一般设有可伸缩式云梯梯架(又称臂架)，带有工作斗以及灭火装置，可以供消防人员登高进行灭火和营救被困人员，是高层建筑灭火以及抢险救援的主要工程机械之一。在消防车上，存在着诸多液压油缸用以实现消防车的各种主要工作性能，例如，变幅油缸可以实现梯架(臂架)的俯仰变幅、伸缩油缸可以实现梯架(臂架)的自由伸缩、工作斗调平油缸可以实现工作斗的调平作业、支腿油缸可以实现支撑消防车的功能。因此，消防车上的各油缸系统一般由多个油缸构成。

现有技术中，例如消防车等的工程机械的多油缸系统中的油缸均通过统一的控制和动作(即系统中各个油缸的伸缩始终同步，输出负载始终相同)来完成消防车相应的功能。

下面以梯架伸缩油缸为例来说明现有技术中的控制过程以及存在的问题：

图1是现有技术的示例多油缸控制系统的示意图。如图1所示，该系统(双油缸)包括左侧油缸系统100和右侧油缸系统200。其中每侧油缸系统均包括伸缩油缸10、平衡阀20、以及比例换向阀30(具体工作原理在此省略)。如图1所示，在双油缸系统中，油缸进油路和出油路都最终并入到同一个压力控制系统中，左右两油缸的进油压力和流量都是相同的。也就是说，现有技术中的两个伸缩油缸的伸缩和控制是始终同步的，油缸输出负载始终相同的，即两个油缸相当于单个油缸的作用。

图2A和图2B是现有技术中的如图1所示的多油缸控制系统受力示意图，如图2所示，F_t表示左、右侧油缸在t时刻的输出负载，f_t表示在t时刻的理论阻力负载，而f_1t和f_2t分别表示在t时刻的实际阻力负载。由于现有技术中，消防车多油缸为同步控制系统，系统中各油缸的输出负载始终相同，在理想状态下(系统运用环境中，结构、载荷等条件对称或相同)，多油缸系统中各阻力负载f_t是相同的(如图2A所示)，则各个油缸可以协调、平稳的同步伸缩运动。

但在实际情况中，消防车中运用多油缸系统的位置，其结构、载荷等条件不可能完全对称或相同，即系统中各阻力负载必然存在差异，如图2B所示的多油缸系统中，左、右侧的阻力负载会有：f_1t≠f_2t

而此时的左、右两侧油缸的输出负载F_t仍然是相等的，这样就会造成左、右两侧的受力情况是不同的，从而导致两侧动作的不同步。例如图2B所示，假设此时F_t＝f_1t＜f_2t，即左侧的油缸输出负载大于左侧的阻力负载，而右侧的输出负载和阻力负载相同，从而会导致系统右侧的动作过程会滞后于左侧，因此梯架在伸缩过程中会出现冲击、波动或者动作不协调的情况，严重影响消防车工作时的稳定性和安全性。即现有技术中缺少根据不同油缸的实时负载情况分别进行独立地控制和调节的多油缸控制方法、系统。

发明内容

针对现有技术中存在的不能对多油缸系统中的各个油缸根据各自的实时负载情况进行独立控制的问题，本发明提供了一种多油缸控制方法，该方法包括：接收多个油缸中的每一个油缸的输出负载与对应阻力负载的差值；以及根据所述差值分别对多个油缸中的每一个油缸的输出负载进行调节。

相应地，本发明还提供了一种多油缸控制设备，该设备包括：接收器，用于接收多个油缸中的每一个油缸的输出负载与对应阻力负载的差值；以及控制器，用于根据所述差值分别对每一个油缸的输出负载进行调节。

此外，本发明还提供了一种多油缸控制系统，该系统包括：多个压力检测装置，用于检测多个油缸中的每一个油缸的输出负载与对应阻力负载的差值；根据本发明所提供的多油缸控制设备，与所述压力检测装置连接；以及压力补偿装置，安装在多个油缸中的每一个油缸所在的液压油路中，与所述多油缸控制设备连接，用于在所述控制器的控制下对多个油缸中的每一个油缸的输出负载进行调节。

另外，本发明还提供了一种工程机械，所述工程机械包括根据本发明所提供的多油缸控制系统。

采用本发明所提供的多油缸控制方法、设备、系统以及工程机械，通过接收多个油缸中的每一个油缸的输出负载与对应阻力负载的差值，之后根据所述差值分别对多个油缸中的每一个油缸的输出负载进行调节，可以实现根据不同油缸的实时负载情况对每一个油缸的输出负载进行独立地、有效地、精确地的调节(控制)，从而避免了现有系统动作过程易出现的震动、摇摆、冲击、波动或者动作不协调的情况，提高了整个工程机械的稳定性和安全性。

本发明的其它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是现有技术的示例多油缸控制系统的示意图；

图2A和图2B是现有技术中的如图1所示的多油缸控制系统受力示意图；

图3A-图3C是根据本发明的一种实施方式的示例多油缸控制系统的梯架的结构示意图；

图4是根据本发明的一种实施方式的示例多油缸控制系统的压力检测装置的安装位置的示意图；

图5是根据本发明的一种实施方式的示例多油缸控制设备的示意图；

图6是根据本发明的一种实施方式的示例多油缸控制系统的示意图；以及

图7是根据本发明的一种实施方式的示例多油缸控制方法的流程图。

附图标记说明

1 传力机构 2 钢丝绳及滑轮组

3 第一节梯架 4 第二节梯架

5 第三节梯架 10 伸缩油缸

20 平衡阀 30 比例换向阀

40 单向阀 50 电磁式压力控制阀

51 电磁式压力控制阀右控制腔 52 电磁式压力控制阀左控制腔

100 左侧油缸系统 200 左侧油缸系统

300 收缩状态 400 伸展状态

500 接收器 600 控制器

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。

为了更加清楚地阐明本发明的思想，下面将以具有三节梯架的云梯消防车的梯架伸缩双油缸系统为例来对本发明提供的多油缸控制方法、设备以及系统进行详细地说明。

图3A-图3C是根据本发明的一种实施方式的示例多油缸控制系统的梯架的结构示意图，如图3A-图3C所示，其中可以包括伸缩油缸10、传力机构1、钢丝绳及滑轮组2、第一节梯3、第二节梯架4、第三节梯架5以及相应的附属结构组成。伸缩油缸10分别安装与第一节梯架3的左、右两侧，其伸缩杆头部通过销轴与传力机构1连接，钢丝绳及滑轮组2在各节梯架相应位置上安装。伸缩油缸10伸缩杆的伸缩通过传力机构1推动第一节梯架3对应位置的滑轮，从而拉动与之相连的钢丝绳，并通过滑轮组和钢丝绳组驱动各节梯架进行自由伸缩。

在此过程中，消防车梯架在伸缩过程中的阻力主要来源于梯架之间各滑块的摩擦力、钢丝绳和滑轮组摩擦力、结构随机摩擦等摩擦阻力。如图2A和2B所示，由于梯架结构具有一定的宽度，因此梯架摩擦阻力分为左、右侧两种阻力负载。而由于消防车工作载荷偏置、结构不对称等原因，会导致梯架伸缩过程中的左、右侧阻力负载不同。因此，需要对左、右侧阻力负载进行实时检测。

考虑到上述因素，本发明提供了一种多油缸控制系统，该系统包括：多个压力检测装置，用于检测多个油缸中的每一个油缸的输出负载与对应阻力负载的差值；以及与所述压力检测装置连接的多油缸控制设备(将在下面进行详细描述)；以及压力补偿装置，安装在多个油缸中的每一个油缸所在的液压油路中，与所述多油缸控制设备连接，用于在多油缸控制设备的控制器的控制下对多个油缸中的每一个油缸的输出负载进行调节。

其中，所述压力检测装置可以是任何能够检测每一个油缸的输出负载与对应阻力负载的差值的适当的装置，并且其可以根据不同油缸系统的结构安装在适当的位置，本发明对此不进行限定。根据本发明的一种实施方式，对于伸缩油缸控制系统，压力检测装置为压力传感器或轴销式传感器。

图4是根据本发明的一种实施方式的示例多油缸控制系统的压力检测装置的安装位置的示意图，如图4所示，其中示出了压力检测装置的安装位置，以及在梯架处于收缩状态的受力情况。其中A表示伸缩油缸10伸缩杆(杆头结构)，B表示压力检测装置(例如轴销式传感器)，C表示传力机构1与伸缩油缸10的连接结构(位置)。从梯架伸缩过程来看，伸缩油缸10通过伸缩杆A推动和拉动传力机构1，从而带动钢丝绳及滑轮组2来驱动梯架运动；而从受力角度来看，伸缩杆A与传力机构1的连接位置C，可以等效反映梯架伸缩过程中(左、右侧)伸缩油缸10输出负载(左侧)F_1t或(右侧)F_2t，与梯架(左、右侧)阻力负载之间的受力情况；同时，伸缩油缸10的伸缩杆A与传力机构1一般是通过销轴连接。因此，可以将伸缩杆A与传力机构1之间的连接销轴装上销轴式传感器B，用来检测梯架伸缩过程中(左、右侧)油缸输出负载(左侧)F_1t或(右侧)F_2t，与对应的梯架(左、右侧)阻力负载(左侧)f_1t或(右侧)f_2t之间的对应阻力负载差值分别为ΔF_1t、ΔF_2t。例如，定义在t时刻的差值ΔF_1t、ΔF_2t分别为：

ΔF_1t＝F_1t-f_1t 公式(1)

ΔF_2t＝F_2t-f_2t 公式(2)

之后，压力检测装置可以将如上所述检测到的多个油缸中的每一个油缸的输出负载与对应阻力负载的差值，发送给多油缸控制设备以进行控制。

图5是根据本发明的一种实施方式的示例多油缸控制设备的示意图，如图5所示，该设备可以包括：接收器500，用于接收多个油缸中的每一个油缸的输出负载与对应阻力负载的差值；以及控制器600，用于根据所述差值分别对每一个油缸的输出负载进行调节。具体来说，接收器500将接收到的所述差值发送给控制器600，所述控制器600可以配置成在所述差值大于零的情况下，减小对应油缸的输出负载，直至所述差值等于零；以及在所述差值小于零的情况下，增大对应油缸的输出负载，直至所述差值等于零。例如，当ΔF_1t＞0，则表示t时刻左侧油缸的阻力负载小于输出负载，此时控制器600将减小对应油缸(即左侧)的输出负载，直至所述差值等于零；当ΔF_1t＝0时，表示t时刻左侧油缸的阻力负载等于输出负载，此时不需对伸缩油缸输出负载进行改变；当ΔF_1t＜0时，表示t时刻左侧油缸的阻力负载大于输出负载，此时控制器600将增大对应油缸(即左侧)的输出负载，直至所述差值等于零。应当理解的是右侧负载差值ΔF_2t取值情况一级控制方法与左侧情况类似，在此不再赘述。

根据本发明的一种实施方式，控制器600通过控制安装在多个油缸中的每一个油缸所在的液压油路中的压力补偿装置来对多个油缸中的每一个油缸的输出负载进行调节。所述压力补偿装置可以与所述多油缸控制设备连接，用于在多油缸控制设备的控制器的控制下对多个油缸中的每一个油缸的输出负载进行调节。

图6是根据本发明的一种实施方式的示例多油缸控制系统的示意图，如图6所示，其中，该系统包括左侧油缸系统100和右侧油缸系统200。其中每侧油缸系统均包括伸缩油缸10、平衡阀20、以及比例换向阀30(与现有技术中相同，为了不混淆本发明所保护的范围，在此不再赘述)。此外，该系统还可以包括压力补偿装置。优选地，所述压力补偿装置可以包括单向阀40和电磁式压力控制阀50。

下面以左侧油缸系统100为例进行详细说明，由于电磁式压力控制阀50选择很小的弹簧力，与电磁式压力控制阀右控制腔51和电磁式压力控制阀左控制腔52的液压力相比可以忽略不计。因此，当压力油进入无杆腔时，通过电磁式压力控制阀50，由阀芯的受力平衡可知：

P_D1×A+F＝P_D2×S

即：P_D2-P_D1＝F/S 公式(3)

其中，P_D1表示电磁式压力控制阀50右控制腔压力，P_D2表示电磁式压力控制阀50左控制腔压力，S表示控制腔作用面积，F表示电磁力大小。所以，电磁式压力控制阀50电磁铁的电磁力F的大小变化，会直接导致电磁式压力控制阀50阀前压力P_D2与阀后压力P_D1的差值大小变化，以使得电磁式压力控制阀50向伸缩油缸10提供相应的压力正补偿或负补偿，从而控制伸缩油缸10输出负载的增大或减小。电磁力F即是压力检测装置检测到的差值ΔF_1t，即有：

F＝ΔF_1t

显然，左侧差值ΔF_1t可以反映出t时左侧油缸的阻力负载与输出负载之间的实际情况，从而控制电磁式压力控制阀50向左侧伸缩油缸10作出相应形式的压力补偿，以平衡阻力负载和输出负载之间的差值，直至两者达到动态平衡，保证梯架的平稳伸缩。其具体控制过程为：

当F＝ΔF_1t＞0，即t时刻左侧油缸的阻力负载小于输出负载时，控制器600将控制电磁式压力控制阀50向左侧伸缩油缸10提供负向的压力补偿，以减小对应油缸(即左侧)的输出负载，即减小左侧伸缩油缸的输出压力，从而减小其输出负载，直至差值ΔF_1t＝0；

当F＝ΔF_1t＝0，即t时刻左侧油缸的阻力负载与输出负载相同，此时控制器600无需对输出负载进行调整，因此此时电磁式压力控制阀50无需向左侧伸缩油缸10提供任何形式的压力补偿，直至差值ΔF_1t≠0；

当F＝ΔF_1t＜0，即t时刻左侧油缸的阻力负载大于输出负载时，控制器600将控制电磁式压力控制阀50向左侧伸缩油缸10提供正向的压力补偿，以增大对应油缸(即左侧)的输出负载，即增大左侧伸缩油缸的输出压力，从而增大其输出负载，直至差值ΔF_1t＝0。(对于右侧油缸系统200的控制与左侧相同，在此不再赘述)。采用本发明所提供多油缸控制系统可以实时地对左、右侧伸缩油缸进行主动、及时的调节控制，即根据对应的梯架左、右侧阻力负载情况来调整其输出负载，以使梯架伸缩过程中梯架左、右侧受载平衡，实现梯架伸缩过程的平衡稳定。

并且，由于该系统对于梯架伸缩过程中的负载情况的检测具有实时性，对于伸缩油缸输出负载的压力补偿式控制调节也具有实时性和及时性，因此，对于伸缩油缸输出负载的控制，其反应速度、控制精确性都极大的高于油缸的自身调节性能。

应当理解的是，以上用作实例说明的消防车梯架伸缩油缸的多油缸控制系统，仅非局限性示例，该系统可以应用到变幅油缸、工作斗调平油缸、支腿油缸等各种需要多油缸控制的系统或工程机械中。

图7是根据本发明的一种实施方式的示例多油缸控制方法的流程图，如图7所示，该方法可以包括以下步骤：

在步骤1001，接收多个油缸中的每一个油缸的输出负载与对应阻力负载的差值；以及

在步骤1002，根据所述差值分别对多个油缸中的每一个油缸的输出负载进行调节。

优选地，该方法包括：在所述差值大于零的情况下，减小对应油缸的输出负载，直至所述差值等于零；以及在所述差值小于零的情况下，增大对应油缸的输出负载，直至所述差值等于零。

上述方法步骤的具体实施方式均已在上述多油缸控制系统的实施方式中说明，在此不再赘述。

相应地，本发明还提供了包括根据本发明所提供的多油缸控制系统的工程机械(未示出)，该工程机械不但可以如上所述包括根据本发明实施方式的多油缸控制系统，而且该工程机械也可以仅采用上述多油缸控制方法和/或设备进行上述控制过程。应当理解的是，该工程机械可以是任何需要多油缸控制的工程机械。例如，各种类型的起重机、云梯消防车、登高平台消防车等。

采用本发明所提供的多油缸控制方法、设备、系统以及工程机械，通过接收多个油缸中的每一个油缸的输出负载与对应阻力负载的差值，之后根据所述差值分别对多个油缸中的每一个油缸的输出负载进行调节，可以实现根据不同油缸的实时负载情况对每一个油缸的输出负载进行独立地、实时地、有效地、精确地的控制，从而保证了多个油缸中的每一个油缸的输出负载与对应阻力负载之间的动态平衡，避免了现有系统动作过程易出现的震动、摇摆、冲击、波动或者动作不协调的情况，即提高了整个工程机械的独立性、精确性、协调性、稳定性和安全性。

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 (8)

1.一种多油缸控制方法，其特征在于，该方法包括：

接收由多个压力检测装置检测的多个油缸中的每一个油缸的输出负载与对应阻力负载的差值；以及

根据所述差值分别对多个油缸中的每一个油缸的输出负载进行调节。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法包括：

在所述差值大于零的情况下，减小对应油缸的输出负载，直至所述差值等于零；以及

在所述差值小于零的情况下，增大对应油缸的输出负载，直至所述差值等于零。

3.一种多油缸控制设备，其特征在于，该设备包括：

接收器，用于接收由多个压力检测装置检测的多个油缸中的每一个油缸的输出负载与对应阻力负载的差值；以及

控制器，用于根据所述差值分别对每一个油缸的输出负载进行调节。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述控制器还用于：

在所述差值大于零的情况下，减小对应油缸的输出负载，直至所述差值等于零；以及

在所述差值小于零的情况下，增大对应油缸的输出负载，直至所述差值等于零。

5.一种多油缸控制系统，其特征在于，该系统包括：

多个压力检测装置，用于检测多个油缸中的每一个油缸的输出负载与对应阻力负载的差值；

根据权利要求3或4中任一项所述的多油缸控制设备，与所述压力检测装置连接；以及

压力补偿装置，安装在多个油缸中的每一个油缸所在的液压油路中，与所述多油缸控制设备连接，用于在所述控制器的控制下对多个油缸中的每一个油缸的输出负载进行调节。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述压力检测装置为压力传感器或轴销式传感器。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述压力补偿装置包括单向阀和电磁式压力控制阀。

8.一种工程机械，其特征在于，所述工程机械包括根据权利要求5-7中任一项权利要求所述的多油缸控制系统。