CN108569631B - 用于大型塔吊加节升高的高精度液压同步系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于大型塔吊加节升高的高精度液压同步顶升系统及顶升控制方法和加节升高方法。液压同步顶升系统包括顶升装置、水平插销装置、控制台、PLC控制器、伺服运动控制器；顶升装置包括顶升油缸、比例方向阀、电磁截止阀、压力传感器、位移传感器；PLC控制器可根据两个压力传感器反馈的顶升油缸两个工作腔的压力差数据，通过控制比例方向阀、电磁截止阀动作，实现对预加载力的控制；还可根据位移传感器的反馈的位移数据，通过伺服运动控制器进行PID计算，控制对应的比例方向阀的阀芯开口大小，实现对对应的顶升油缸位置、顶升速度的精确闭环控制。本发明能够实现对预加载力的控制，可精确调整顶升速度，响应度高，安全可靠。

Description

用于大型塔吊加节升高的高精度液压同步系统及控制方法

技术领域

本发明属于起重机械技术领域，涉及一种适用于大型塔吊标准节加节升高的工作平台，特别涉及一种用于大型塔吊标准节加节升高的高精度液压同步顶升系统、液压同步顶升控制方法、液压同步顶升加节升高方法。

背景技术

塔吊是建筑工程中最为常用的一种起重装置，塔吊中心塔架是由若干个标准节拼装而成,目前常见的塔吊升高方式是通过安装在吊臂下的爬升节将吊臂升高略大于一个标准节的高度、吊臂将一节标准节吊到爬升节外的平台上，将标准节送进爬升节内后将其与下面的标准节连接好，如此重复实现升高。

由于结构和操作因素问题，大型塔吊加节升高，只能将标准节运输到在地面上或某一固定高度的承台平面上，使用大型同步顶升设备将原已拼装好的塔吊整体抬高略大于一个标准节的高度，然后从已拼装塔吊下方加入标准节然后将其与上面的标准节连接好，如此重复实现升高。

大型同步顶升设备一般都通过液压同步顶升系统实现顶升操作。液压同步顶升系统包括液压系统、电控系统，液压系统包括多个能实现液压同步顶升的主油缸(顶升油缸)。根据客户对安装效率的要求，液压同步顶升系统的顶升速度要求不小于0.3m/min，同步性误差不大于1.5mm/m，也就是说，如果有一个主油缸不动作的话，必须在0.3s的时间内发现并纠正，所以对系统的响应速度要求较高。而现有的用于大型塔吊标准节加节升高的液压同步顶升系统，一般控制精度都不够高，不能达到上述响应速度要求。

顶升的承力体系包括上、下水平插销及平台，标准节上的插销孔以及主油缸构成。同步顶升循环如下：上水平插销插入-->主油缸顶升一段距离-->下水平插销拔出-->主油缸顶升一个步长-->下水平插销插入-->主油缸回落一段距离-->上水平插销拔出-->主油缸回落至底。由于钢结构加工存在误差，标准节上的插销孔受力面无法做到一个同样的高度，所有上水平插销插入后，并没有与插销孔受力面完全贴合，主油缸必须有一个不控制行程，但控制受力的动作。主油缸需在空载的基础上加载一个10吨左右的预承载力方能确认同步顶升的起始位置。

现有的用于大型塔吊标准节加节升高的液压同步顶升系统，一般使用一个与油缸进出口连接的平衡阀来防止负载下落，使用一个与油缸工作腔连接的压力传感器来监控供油压力，而当该系统中同时使用比例方向阀通过调节阀芯开度开控制液压油的流量时，使用平衡阀会影响顶升油缸的运动，也会干扰比例方向阀的流量控制。而且，使用比例方向阀和一个压力传感器并不能监控顶升油缸的实际承载力，不能实现对预加载力的控制。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术的不足，为大型塔吊同步顶升提供一套能够实现对预加载力控制的高精度的液压同步顶升系统，即提供一种用于大型塔吊加节升高的高精度液压同步顶升系统、液压同步顶升控制方法、液压同步顶升加节升高方法。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种用于大型塔吊加节升高的高精度液压同步顶升系统，它包括承力平台、顶升装置、水平插销装置、控制台、可编程控制器即PLC控制器、伺服运动控制器；顶升装置包括顶升油缸、与顶升油缸连接的顶升液压系统；水平插销装置包括上下两组，即上水平插销装置、下水平插销装置；上下水平插销装置均包括依次连接的水平插销、水平油缸、水平液压系统；承力平台为中空结构，中间放置塔吊(即组装的标准节)；承力平台分为上下两层，即上承力平台、下承力平台；下承力平台上设有竖放的顶升油缸、横放的下水平油缸，以及与下水平油缸的活塞杆外端连接的下水平插销；上承力平台位于顶升装置的顶升油缸的上面，与顶升油缸的活塞杆上端连接；上承力平台上设有横放的上水平油缸，以及与上水平油缸的活塞杆外端连接的上水平插销；塔吊标准节上设有插销卡槽，可插入上下水平插销装置的水平插销；

顶升液压系统包括顶升液压同步泵站、比例方向阀组；比例方向阀组包括一个比例方向阀、两个电磁截止阀、两个压力传感器；在比例方向阀与顶升油缸的两个工作腔(无杆腔和有杆腔)连接的管路上各设有一个电磁截止阀和一个压力传感器；比例方向阀有四个通口，即P口、A口、B口、T口；顶升液压同步泵站包括油箱、液压泵及电机、管路过滤器、单向阀、电磁溢流阀、回油过滤器、循环泵及电机、冷却器等部件；油箱与液压泵连接；液压泵出油口一路经管路过滤器、单向阀与比例方向阀的进油口即P口连接，另一路经电磁溢流阀、回油过滤器与油箱连接；比例方向阀的A口、B口分别与顶升油缸的无杆腔、有杆腔对应油口AO口、BO口连接；比例方向阀的出油口即T口，经回油过滤器与油箱连接；在顶升油缸的活塞杆处设有位移传感器；

控制台上设有输入/输出的触摸屏；控制台内安装有可编程控制器即PLC控制器，控制台内还安装有与PLC控制器连接的伺服运动控制器；两个压力传感器直接与PLC控制器连接；位移传感器通过伺服运动控制器与PLC控制器连接；顶升液压系统的比例方向阀、电磁截止阀与PLC控制器连接；PLC控制器可根据两个压力传感器反馈的顶升油缸两个工作腔的压力差数据，通过控制比例方向阀、电磁截止阀动作，实现对预加载力的控制；PLC控制器可根据位移传感器反馈的顶升油缸活塞杆的位移数据，通过伺服运动控制器进行PID计算，并且通过控制对应的比例方向阀的阀芯开口大小，实现对对应的顶升油缸的活塞杆位置、顶升速度的精确闭环控制。

进一步地，比例方向阀组还包括蓄能器、蓄能器球阀、阀块；阀块即一个油路块，控制液压油工作，比例方向阀、蓄能器、蓄能器球阀、压力传感器、电磁截止阀均设置在阀块上。蓄能器通过蓄能器球阀与比例方向阀进油口连接，用于吸收液压泵的脉动缓冲及缓和冲击。

进一步地，所述电磁截止阀为通电时打开、断电时紧急关闭的常闭式电磁截止阀。电磁截止阀通电时打开，断电时紧急关闭；当比例方向阀动作时，电磁截止阀打开，系统正常动作；当比例方向阀停止动作或系统出错、断电时，电磁截止阀立即关闭，锁定顶升油缸位置。

进一步地，顶升油缸一端为法兰结构，称之为法兰端；另一端为耳环结构，称之为耳环端；法兰端安装于下承力平台上，耳环端与上承力平台连接；顶升油缸分为四组，每组有两台顶升油缸；每组两台顶升油缸的耳环端刚性连接；每组顶升油缸设置一个位移传感器，实时检测反馈每组顶升油缸活塞杆的位移伸出量。

进一步地，水平液压系统(水平泵站)包括油箱、齿轮液压泵及电机、溢流阀、二位四通电磁阀、四个三位四通电磁换向阀、单向阀、压力表、吸油过滤器、回油过滤器；三位四通电磁换向阀具有四个通口，即P口、A口、B口、T口；油箱与齿轮液压泵连接；齿轮液压泵出油口经单向阀、压力表之后，一路经二位四通电磁阀、回油过滤器与油箱连接，另一路经溢流阀连接至四个三位四通电磁换向阀的进油口即P口；三位四通电磁换向阀的A口、B口分别与水平油缸的两个工作腔即无杆腔、有杆腔对应油口连接；三位四通电磁换向阀的出油口即T口，经回油过滤器与油箱连接；四个三位四通电磁换向阀与PLC控制器连接，PLC控制器可通过控制三位四通电磁换向阀动作，实现水平插销的插入和拔出；在水平油缸的活塞杆外端附近设有接近开关，该接近开关与PLC控制器连接；PLC控制器可根据接近开关反馈的水平插销插入塔吊塔身上的插销卡槽的插入情况信息，判断是否允许顶升油缸进行同步顶升动作。

进一步地，二位四通电磁阀具有四个通口，即P口、A口、B口、T口；齿轮液压泵开机时，二位四通电磁阀的电磁铁未得电，二位四通电磁阀处于P-B位置，二位四通电磁阀的P进口和B出口相通，从齿轮液压泵出油口输出的油液，经过单向阀之后，油液从二位四通电磁阀的P进口进去、B出口出来，经过回油过滤器回到油箱，齿轮液压泵站卸荷；水平油缸工作时，二位四通电磁阀的电磁铁得电，二位四通电磁阀处于P-A位置，二位四通电磁阀的A口不通，从齿轮液压泵出油口输出的油液，经过单向阀之后，油液经过溢流阀、三位四通电磁换向阀进入水平油缸，在水平油缸内建立压力。

上述用于大型塔吊加节升高的高精度液压同步顶升系统的液压同步顶升控制方法如下：

PLC控制器根据设置在比例方向阀的A口、B口与顶升油缸两个工作腔的对应油口即AO口、BO口之间的两个压力传感器检测到的顶升油缸两个工作腔的压力数据，通过计算顶升油缸两个工作腔(无杆腔和有杆腔)的压力差的方法实现预加载控制，使每次同步顶升前,上水平插销与塔吊塔身上的插销卡槽紧密贴合，且可以控制该顶升力，不会将塔吊顶起。

进一步地，PLC控制器根据设置在比例方向阀的A口、B口与顶升油缸两个工作腔的对应油口即AO口、BO口之间的两个压力传感器反馈的顶升油缸两个工作腔的压力数据，计算得出顶升油缸两个工作腔的压力差，与设定的预顶力加载值(如10吨)进行比较；未到达设定的预顶力加载值时，比例方向阀完全打开，电磁截止阀打开，向顶升油缸供油，顶升油缸的活塞杆向上开始动作(上升)；到达设定的预顶力加载值后，比例方向阀完全关闭，电磁截止阀关闭，顶升油缸的活塞杆向上动作停止，完成预顶力加载值(10吨)的控制，使上水平插销与塔吊塔身上的插销卡槽紧密贴合；

PLC控制器根据位移传感器反馈的顶升油缸活塞杆的位移数据，通过伺服运动控制器进行PID计算，并且通过控制对应的比例方向阀的阀芯开口大小，实现对对应的顶升油缸的活塞杆位置、顶升速度的精确闭环控制。

一种利用上述高精度液压同步顶升系统(采用上述液压同步顶升控制方法)进行大型塔吊的液压同步顶升加节升高方法，按以下步骤进行：

S1：开始时，塔吊由地面承载，放置于承力平台中间；通过控制台操作控制水平油缸驱动上水平插销插向塔吊标准节上的插销卡槽，接近开关显示上水平插销插入情况；

S2：在控制台输入预顶力加载值；通过控制台，操作顶升油缸预顶，PLC控制器实时采集与顶升油缸两个工作腔(无杆腔和有杆腔)对应油口即AO/BO口连接的两个压力传感器的压力数据，根据两个压力传感器反馈的顶升油缸两个工作腔的压力数据，通过计算顶升油缸两个工作腔的压力差的方法计算出顶升油缸实时承载力；将计算出的顶升油缸实时承载力与设定的预顶力加载值(如10吨)进行比较；未到达设定的预顶力加载值时，比例方向阀完全打开，电磁截止阀打开，顶升油缸的活塞杆向上开始动作(上升)；当达到所设置的预顶力加载值时，上承力平台上的上水平插销接触塔吊塔身上的插销卡槽，上水平插销与塔吊塔身上的插销卡槽紧密贴合，比例方向阀完全关闭，电磁截止阀关闭，顶升油缸的活塞杆向上动作停止。

S3：到达预顶力后，通过控制台操作控制所有顶升油缸的活塞杆同步顶升，顶升油缸带动上承力平台承载塔吊顶升；控制台中的PLC控制器根据每个位移传感器实时检测反馈的顶升油缸活塞杆位移伸出量，通过伺服运动控制器进行PID计算，控制电磁截止阀打开，控制各比例方向阀的阀芯开口量大小，进行同步纠偏，保证塔吊平稳上升；同时，通过所连接的蓄能器实时吸收液压泵的脉动缓冲及缓和冲击，保持顶升动作平稳；

S4：在控制台实时通过位移传感器实时反馈塔吊顶升高度，当塔吊下方足够放入一个标准节时，停止顶升动作，比例方向阀关闭，电磁截止阀关闭，锁定顶升油缸的活塞杆位置；

S5：将一个待加节的标准节放入塔吊下方，通过控制台操作控制所有顶升油缸的活塞杆同步下降使塔吊接近标准节，通过螺栓连接塔吊和标准节，塔吊加节；

S6：通过控制台操作控制所有顶升油缸同步顶升，带动加节塔吊顶升，留出下水平插销插入间隙；

S7：到位后，通过控制台操作控制水平油缸驱动下水平插销插入塔吊标准节上的插销卡槽，接近开关显示下水平插销插入情况；

S8：通过控制台操作控制所有顶升油缸同步下降，使下水平插销承载加节塔吊；并且，通过控制台操作控制水平油缸驱动上水平插销拔出，接近开关显示上水平插销拔出情况；

S9：通过控制台操作控制所有顶升油缸同步下降，顶升油缸带动上承力平台下降，为下一次同步顶升做准备。

进一步地，上述方法中，还包括：PLC控制器根据接近开关反馈的上水平插销和下水平插销插入塔吊塔身上的插销卡槽的插入情况信息，判断是否允许顶升油缸进行同步顶升动作；

当出现步骤S1中的上水平插销和下水平插销皆未插入，中间的塔吊由地面承载的情况时，PLC控制器做出判断，允许顶升系统进行同步顶升及下降动作，就是空载同步；

当出现步骤S2～S6中的上水平插销插入，下水平插销未插入，上水平插销承载构件，带动所承载的构件同步顶升或下降的情况时，PLC控制器做出判断，允许顶升系统进行同步顶升及下降动作；

当出现步骤S9中的上水平插销未插入，下水平插销插入，下水平插销承载构件，上水平插销空载回缩，为下一次顶升做准备的情况时，PLC控制器做出判断，允许顶升系统进行同步顶升及下降动作，也是空载同步；

当步骤S7～S8中出现上水平插销和下水平插销皆插入，插入下水平插销后，忘记将上水平插销拔出的情况时，PLC控制器发出警报，同时做出判断，不允许顶升系统进行同步顶升及下降动作。

本发明的有益效果：

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

(1)本发明通过PLC闭环控制代替了传统大型塔吊顶升液压系统中通过手动节流阀控制油缸顶升速度的方式，保证了大型塔吊顶升的同步性。并防止了大型塔吊在顶升过程中，由于人为操作原因而产生的多个顶升点顶升速度不一致而造成的塔身倾斜，保证操作过程中的安全。

(2)本发明可精确地调整顶升速度，并具备在0.3s的时间内自动发现是同步性不一致的顶升油缸，并进行纠正，响应度高，安全可靠。

(3)能够实现对预加载力的控制。每次同步顶升前,顶升装置与被顶构件必须有一个紧密贴合的预加载动作，该动作要求顶升装置的顶升力控制在一定范围内，比如10吨。由于比例方向阀调节阀芯开度，势必造成其两个出油的A口/B口上均有压力，并且随开度大小变化，单纯根据顶升工作腔的压力无法控制上述预顶升载荷，根据实际测量和验算，本发明在比例方向阀进出口的各安装一个压力传感器，并用求油缸两个腔(无杆腔和有杆腔)的力差的计算方法实现了加载控制。

(4)使用通电时打开、断电时紧急关闭逻辑的常闭式电磁截止阀代替了传统的平衡阀，电磁截止阀不会影响顶升油缸的运动，也不会干扰流量控制。当系统出错或断电时，电磁截止阀立即关闭，锁定顶升油缸位置。使其更易于控制。

(5)使用蓄能器维持供油压力恒定使液压系统的增益恒定，使同步顶升动作更易于控制。蓄能器有效地吸收震动，保护了液压系统元件及相关机械部件，延长了系统使用寿命。

(6)本发明只需一个操作人员进行操作控制，操作简便。省去了传统大型塔吊顶升液压系统操作过程中，每个顶升点需配备操作人员实时调节手动节流阀控制油缸顶升速度。节省了人力及操作时间，增加了工作效率。

附图说明

图1是本发明中的顶升液压系统原理图；

图2是本发明中的水平液压系统原理图；

图3是本发明中的用于大型塔吊加节升高的高精度液压同步顶升系统的结构示意图。

图1顶升泵站中：1-油箱，2-液压泵，3-电机，4-管路过滤器，5-液位计，6-卸油阀，7-回油过滤器，8-循环泵，9-循环泵电机，10-冷却器，11-液位开关，12-油温开关，13-空气滤清器，14-电磁溢流阀，15-单向阀，16-压力表，17-压力传感器，18-阀块，19-比例方向阀，20-蓄能器，21-蓄能器球阀，22-电磁截止阀，23-压力传感器，24-顶升油缸，25-位移传感器。

图2的水平泵站中：26-油箱，27-齿轮液压泵，28-吸油过滤器，29-电机，30-液位计，31-空气滤清器，32-单向阀，33-回油过滤器，34-压力表，35-二位四通换向阀，36-溢流阀，37-三位四通换向阀，38-水平油缸，39-接近开关。

图3中：24-顶升油缸，40-塔吊(已组装的标准节)，41-上承力平台，42-下承力平台，43-上水平插销，44-下水平插销。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例

如图3所示，本发明一种用于大型塔吊加节升高的高精度液压同步顶升系统，它包括承力平台、顶升装置、水平插销装置、控制台、可编程控制器(PLC控制器)、伺服运动控制器；顶升装置包括顶升油缸24、与顶升油缸连接的顶升液压系统；水平插销装置包括依次连接的水平插销、水平油缸38、水平液压系统；水平插销装置包括上下两组，即上水平插销装置、下水平插销装置；承力平台为中空结构，中间放置塔吊40(已组装的标准节)；承力平台分为上下两层，即上承力平台41、下承力平台42；下承力平台42上设有竖放的顶升油缸24、横放的下水平油缸39，以及与下水平油缸39的活塞杆外端连接的下水平插销44；上承力平台41位于顶升装置的顶升油缸24的上面，与顶升油缸24的活塞杆上端连接，上承力平台41下面由顶升油缸24的活塞杆承载；上承力平台41上设有横放的上水平油缸39，以及与上水平油缸39的活塞杆外端连接的上水平插销43；塔吊40标准节上设有插销孔(插销卡槽)，可插入上下水平插销装置的水平插销(上水平插销43和下水平插销44)，通过上下水平插销及上下承力平台承载塔吊40。

顶升装置为液压同步顶升系统的执行机构，顶升装置包括四组顶升油缸24、顶升液压系统；顶升装置通过四组顶升油缸24同步顶升可将上承力平台41同步顶起。

水平插销装置为液压同步顶升系统的辅助执行机构，水平插销装置包括上水平插销装置、下水平插销装置；上水平插销装置包括四组上水平插销、四组上水平油缸、水平液压系统，下水平插销装置包括四组下水平插销、四组下水平油缸、水平液压系统。水平插销由水平油缸38驱动插入及拔出。当四组下水平插销44插入时，塔吊标准节由下承力平台42承载；当四组上水平插销43插入时，塔吊标准节由上承力平台41承载，并可随着顶升油缸24同步顶升，带动塔吊标准节升高。

整个液压系统分为顶升液压系统及水平液压系统；顶升液压系统包含两台顶升液压同步泵站及四台比例方向阀组；水平液压系统包含两台水平泵站。液压系统根据控制台的指令执行相关动作，驱动对应的油缸的活塞杆伸出及回缩。

顶升装置包括八台顶升油缸24、两台顶升液压同步泵站、四台比例方向阀组。顶升油缸24一端为法兰结构，称之为法兰端；另一端为耳环结构，称之为耳环端；法兰端安装于下承力平台上，耳环端与上承力平台连接；顶升油缸分为四组，每组有两台顶升油缸；每组两台顶升油缸的耳环端刚性连接；在每组顶升油缸的活塞杆处设置一个位移传感器，实时检测反馈每组顶升油缸活塞杆的位移伸出量。

顶升液压同步泵站为顶升装置的动力源。如图1所示，每台顶升液压同步泵站包括一个油箱1、两个液压泵2、两台电机3、两个管路过滤器4、两个单向阀15、两个电磁溢流阀14、一个回油过滤器7、一台循环泵8、一台循环泵电机9、一台冷却器10，还包括设在液压泵2出口(或单向阀15出口)与比例方向阀19的进油口(即P口)连接的管路上的压力传感器17、压力表16，以及设在油箱1上的油温开关12、液位开关11、液位计5、卸油阀6、空气滤清器13等液压附件。循环泵8用于驱动冷却器10内的油液循环。两个电磁溢流阀14用于开机时建立顶升油缸压力。

如图1所示，每台比例方向阀组包含一个阀块18、一个比例方向阀19、一个蓄能器20、一个蓄能器球阀21、两个压力传感器23、两个电磁截止阀22。一个阀块即一个油路块，是控制液压油工作的一个方块它相当于一个安装支架，比例方向阀、蓄能器、蓄能器球阀、压力传感器、电磁截止阀均设置在阀块上。蓄能器20通过蓄能器球阀、管路与比例方向阀19的进油口(即P口)连接，用于吸收液压泵的脉动缓冲及缓和冲击。每个比例方向阀组控制1组两个顶升油缸(主油缸)动作，实现上承力平台41升降。

两个压力传感器23分别检测顶升油缸24两个腔两个AO/BO口上的压力，通过计算顶升油缸两个腔(无杆腔和有杆腔)的压力差的方法实现加载控制，使每次同步顶升前,上水平插销与塔吊塔身上的插销卡槽紧密贴合，且可以控制该顶升力，不会将塔吊顶起。

比例方向阀19是一种三位四通，能使所输出油液的参数随输入电信号参数的变化而成比例的液压控制阀，它具有四个通口，即P口、A口、B口、T口。油箱1与液压泵2连接；液压泵2出油口一路经管路过滤器4、单向阀15与比例方向阀19的进油口(P口)连接；另一路经电磁溢流阀14、回油过滤器7与油箱1连接；比例方向阀19的A口、B口分别通过电磁截止阀与顶升油缸24的无杆腔、有杆腔对应油口连接；比例方向阀19的出油口(T口)经回油过滤器7与油箱1连接。

顶升油缸上升时，比例方向阀19的P口与A口通，B口与T口通，液压泵2出口的输出油液经过管路过滤器4、单向阀15到达比例方向阀19，从比例方向阀19的进油口(P口)进去，从比例方向阀19的A口出来，通过电磁截止阀22-1进入顶升油缸24的AO口，驱动顶升油缸24的活塞杆上升后，从顶升油缸24的BO口出来，经电磁截止阀22-2进入比例方向阀19的B口，从T口出来，经油箱1上方的回油过滤器7回到油箱1内。顶升油缸下降时，比例方向阀19的P口与B口通，A口与T口通，油液从比例方向阀19的比例方向阀19的B口出来，通过电磁截止阀22-2进入顶升油缸24的BO口，驱动顶升油缸24的活塞杆下降后，从顶升油缸24的AO口出来，经电磁截止阀22-1进入比例方向阀19的A口，从T口出来，经油箱1上方的回油过滤器7回到油箱1内。

顶升液压系统采用单元柱塞泵(即液压泵2)集中供油，每组顶升油缸共用一个位移传感器反馈位移数据，共用一个比例方向阀组对其进行位移闭环控制，通过控制台中的PLC及伺服运动控制器自动调节各组顶升油缸之间的位移同步精度，始终保持已组装部分塔吊的平稳性。

控制台上设有输入/输出的触摸屏；控制台内安装有可编程控制器即PLC控制器，还安装有与PLC控制器连接的伺服运动控制器，位移传感器通过伺服运动控制器与PLC控制器连接；两个压力传感器直接与PLC控制器连接；比例方向阀19、两个电磁截止阀22与PLC控制器连接。PLC控制器可通过压力传感器、位移传感器反馈(根据压力传感器、位移传感器反馈的数据)，控制比例方向阀19、电磁截止阀22动作。控制台操作所有执行机构动作，同时实时监控塔吊的运动姿态，一旦超差，系统立即报警，确保安全。

同步顶升使用伺服运动控制器，由硬件进行PID计算，不占用主PLC计算能力资源。伺服运动控制器安装于控制台内，与PLC连接。根据对各位移传感器的数据反馈，控制对应的比例方向阀的阀芯开口大小，实现对对应的顶升油缸的活塞杆的位置、顶升速度进行精确的闭环控制。

根据安装在比例方向阀进出口的两个压力传感器，计算得出顶升油缸两个工作腔的压力差，与设定的10吨预顶力加载值进行比较；未到达设定值时，比例方向阀19完全打开供油；到达设定值后，比例方向阀19完全关闭，完成10吨预加载控制。

电磁截止阀22为通电时打开、断电时紧急关闭的常闭式电磁截止阀。电磁截止阀22通电时打开，断电时紧急关闭。当比例方向阀19动作时，电磁截止阀22打开，系统正常动作；当比例方向阀19停止动作或系统出错、断电时，电磁截止阀22立即关闭，锁定顶升油缸24的位置。

水平插销装置分为上水平插销装置、下水平插销装置；每组水平插销装置包括四个水平插销、四台水平油缸、1台水平泵站。每个上、下水平插销对应1组顶升油缸布置。

水平泵站为水平插销装置的动力源；如图2所示，水平泵站包含一个油箱26、一个齿轮液压泵27、一台电机29、一个溢流阀36、一个二位四通电磁阀35、四个三位四通电磁换向阀37，以及吸油过滤器28、回油过滤器33、单向阀32、压力表34等液压附件。压力表34用于泵站压力检测及监视。

三位四通电磁换向阀37具有四个通口，即P口、A口、B口、T口。油箱26与齿轮液压泵27连接；齿轮液压泵27出油口经单向阀32、压力表34之后，一路经二位四通电磁阀35、回油过滤器33与油箱26连接，另一路经溢流阀36连接至四个三位四通电磁换向阀37的进油口(P口)；三位四通电磁换向阀37的A口、B口分别与水平油缸38的无杆腔、有杆腔对应油口连接；三位四通电磁换向阀的出油口(T口)，经回油过滤器与油箱连接。

从齿轮液压泵27出油口输出的油液，经过单向阀32、压力表34之后，一路经二位四通电磁阀35及回油过滤器33回到油箱26，另一路经过溢流阀36后分流至四个三位四通电磁换向阀37；油液从三位四通电磁换向阀37的P口进入，A或B口出来，进入水平油缸的无杆腔或有杆腔，再从三位四通电磁换向阀37的T口出来，经油箱26上方的回油过滤器33回到油箱26内。

二位四通电磁阀35具有四个通口，即P口、A口、B口、T口。齿轮液压泵27开机时，二位四通电磁阀35的电磁铁未得电，二位四通电磁阀35处于P-B位置，二位四通电磁阀35的P进口和B出口相通；从齿轮液压泵27出油口输出的油液，经过单向阀32、压力表34之后，油液从二位四通电磁阀35的P进口进去、B出口出来，经过回油过滤器33回到油箱26，齿轮液压泵站卸荷(即开机时卸压，由于四个三位四通电磁换向阀37中位为O型，开机卸压可避免其在开机或开机不工作时即受到最高压力的冲击)。水平油缸38工作时，二位四通电磁阀35的电磁铁得电，二位四通电磁阀35处于P-A位置，二位四通电磁阀35的A口不通；从齿轮液压泵27出油口输出的油液，经过单向阀32、压力表34之后，油液经过溢流阀36、三位四通电磁换向阀37进入水平油缸38，在水平油缸38内建立压力。

水平油缸38的活塞杆向右运动时，三位四通电磁换向阀37的P口与A口通，B口与T口通，油液从三位四通电磁换向阀37的P口进去，A口出来，经管路进入水平油缸38的无杆腔，从水平油缸38的有杆腔出来的油液通过管路进入三位四通电磁换向阀37的B口，从T口出来后，经油箱26上方的回油过滤器33回到油箱26内。水平油缸38的活塞杆向左运动时，三位四通电磁换向阀37的P口与B口通，A口与T口通，油液从三位四通电磁换向阀37的B口出来，经管路进入水平油缸38的有杆腔，从水平油缸38的无杆腔出来的油液经管路进入三位四通电磁换向阀37的A口，从T口出来后，经油箱26上方的回油过滤器33回到油箱26内。水平液压系统的四个三位四通电磁换向阀37与PLC控制器连接，PLC控制器可通过控制三位四通电磁换向阀动作，实现水平插销的插入和拔出。

在水平油缸38的活塞杆外端附近设有接近开关39，接近开关39与PLC控制器连接。当水平油缸38的活塞杆带动水平插销插入塔吊40的标准节上的插销孔(插销卡槽)内时，接近开关39可显示水平插销的插入情况。PLC控制器可根据接近开关反馈的水平插销插入塔吊塔身上的插销卡槽的插入情况信息，判断是否允许顶升油缸进行同步顶升动作。

利用上述高精度液压同步顶升系统(采用上述液压同步顶升控制方法)进行大型塔吊的液压同步顶升加节升高方法，具体步骤如下：

S1：开始时，塔吊40由地面承载，放置于承力平台中间。通过控制台操作控制水平油缸38驱动上水平插销43插向塔吊标准节上的插销卡槽(此时水平插销还未完全插入塔吊40标准节上的插销卡槽内)，接近开关39显示上水平插销43插入情况。

S2：在控制台输入预顶力加载值；通过控制台，操作顶升油缸24预顶，PLC控制器实时采集与顶升油缸两个工作腔(无杆腔和有杆腔)对应油口即AO/BO口连接的两个压力传感器23的压力数据，根据两个压力传感器反馈的顶升油缸两个工作腔的压力数据，通过计算顶升油缸两个工作腔的压力差的方法计算出顶升油缸实时承载力；将计算出的顶升油缸实时承载力与设定的预顶力加载值(10吨)进行比较；未到达设定的预顶力加载值时，比例方向阀19完全打开，电磁截止阀22打开，顶升油缸24的活塞杆向上开始动作(上升)；当达到所设置的预顶力加载值(10吨)时，上承力平台41上的上水平插销43接触塔吊塔40身上(标准节上)的插销卡槽(此时，上水平插销已完全插入塔吊40标准节上的插销孔内，与插销孔受力面完全贴合，亦即，上水平插销与塔吊塔身上的插销卡槽紧密贴合)，比例方向阀19完全关闭，电磁截止阀22关闭，顶升油缸24的活塞杆向上动作停止。

S3：到达预顶力后，通过控制台操作控制所有顶升油缸24的活塞杆同步顶升，顶升油缸24带动上承力平台41承载塔吊40顶升；控制台中的PLC控制器根据每个位移传感器实时检测反馈的顶升油缸活塞杆位移伸出量，通过伺服运动控制器进行PID计算，控制电磁截止阀22打开，控制各比例方向阀19的阀芯开口量大小，进行同步纠偏，保证塔吊平稳上升；同时，通过所连接的蓄能器20实时吸收液压泵的脉动缓冲及缓和冲击，保持顶升动作平稳；

S4：在控制台实时通过位移传感器25实时反馈塔吊40顶升高度，当塔吊40下方足够放入一个标准节时，停止顶升动作，比例方向阀19关闭，电磁截止阀22关

闭，锁定顶升油缸24的活塞杆位置；

S5：将一个待加节的标准节放入塔吊40下方，通过控制台操作控制所有顶升油缸24的活塞杆同步下降使塔吊40接近标准节，通过螺栓连接塔吊和标准节，塔吊

加节；

S6：通过控制台操作控制所有顶升油缸24同步顶升，带动加节塔吊顶升，留出

下水平插销插入间隙；

S7：到位后，通过控制台操作控制水平油缸38驱动下水平插销44插入塔吊40标准节上的插销卡槽，接近开关39显示下水平插销44插入情况；

S8：通过控制台操作控制所有顶升油缸24同步下降，使下水平插销44承载加节塔吊；并且，通过控制台操作控制水平油缸38驱动上水平插销43拔出，接近开

关39显示上水平插销43拔出情况；

S9：通过控制台操作控制所有顶升油缸24同步下降，顶升油缸24带动上承力平台41下降，为下一次同步顶升做准备。

上述方法中，还包括：PLC控制器根据接近开关反馈的水平插销插入塔吊塔身上的插销卡槽的插入情况信息，判断是否允许顶升油缸进行同步顶升动作。水平插销分为上水平插销和下水平插销。上水平插销和下水平插销会有以下几种情况让

PLC控制器做判断：

1、上水平插销和下水平插销皆未插入：这种情况一般出现在设备刚安装时，即上述方法步骤S1中状态，中间的塔吊由地面承载，这时PLC控制器做出判断，允许顶升系统进行同步顶升及下降动作，就是空载同步。

2、上水平插销插入，下水平插销未插入：这种情况主要是负载同步顶升时的状态，即上述方法步骤S2～S6中状态，上水平插销承载构件，带动所承载的构件同步顶升或下降，这时PLC控制器做出判断，允许顶升系统进行同步顶升及下降动作。

3、上水平插销未插入，下水平插销插入：这种情况主要是倒缸的状态，即上述方法步骤S9中状态，即为下一次同步顶升做准备的状态，下水平插销承载构件，上水平插销空载回缩，为下一次顶升做准备，这时PLC控制器做出判断，允许顶升系统进行同步顶升及下降动作，也是空载同步。

4、上水平插销和下水平插销皆插入：这种情况可能出现在上述方法步骤S7～S8中，插入下水平插销后，忘记将上水平插销拔出，这样可能导致在上、下水平插销皆插入的情况下进行同步顶升或下降的误操作，导致上水平插销带动构件上升或下降，但下水平插销受到限制，最终造成构件损坏的情况发生，这样是不允许的。

所以，接近开关主要是用于判断上水平插销、下水平插销当前的状态，然后防止上述第4种情况的发生。PLC控制器判断当系统处于第4种情况时，发出警报，同时，不允许顶升系统进行同步顶升、下降操作。

Claims (8)

1.一种用于大型塔吊加节升高的高精度液压同步顶升系统，其特征在于，

它包括承力平台、顶升装置、水平插销装置、控制台、PLC控制器、伺服运动控制器；顶升装置包括顶升油缸、与顶升油缸连接的顶升液压系统；水平插销装置包括上下两组，即上水平插销装置、下水平插销装置；上下水平插销装置均包括依次连接的水平插销、水平油缸、水平液压系统；承力平台为中空结构，中间放置塔吊即组装的标准节；承力平台分为上下两层，即上承力平台、下承力平台；下承力平台上设有竖放的顶升油缸、横放的下水平油缸，以及与下水平油缸的活塞杆外端连接的下水平插销；上承力平台位于顶升装置的顶升油缸的上面，与顶升油缸的活塞杆上端连接；上承力平台上设有横放的上水平油缸，以及与上水平油缸的活塞杆外端连接的上水平插销；塔吊标准节上设有插销卡槽，可插入上下水平插销装置的水平插销；

顶升液压系统包括顶升液压同步泵站、比例方向阀组；比例方向阀组包括一个比例方向阀、两个电磁截止阀、两个压力传感器；在比例方向阀与顶升油缸的两个工作腔即无杆腔和有杆腔连接的管路上各设有一个电磁截止阀和一个压力传感器；比例方向阀有四个通口，即P口、A口、B口、T口；顶升液压同步泵站包括油箱、液压泵及电机、管路过滤器、单向阀、电磁溢流阀、回油过滤器、循环泵及电机、冷却器；油箱与液压泵连接；液压泵出油口一路经管路过滤器、单向阀与比例方向阀的进油口即P口连接，另一路经电磁溢流阀、回油过滤器与油箱连接；比例方向阀的A口、B口分别与顶升油缸的无杆腔、有杆腔对应油口AO口、BO口连接；比例方向阀的出油口即T口，经回油过滤器与油箱连接；在顶升油缸的活塞杆处设有位移传感器；

控制台上设有输入/输出的触摸屏；控制台内安装有PLC控制器，控制台内还安装有与PLC控制器连接的伺服运动控制器；两个压力传感器直接与PLC控制器连接；位移传感器通过伺服运动控制器与PLC控制器连接；顶升液压系统的比例方向阀、电磁截止阀与PLC控制器连接；PLC控制器可根据两个压力传感器反馈的顶升油缸两个工作腔的压力差数据，通过控制比例方向阀、电磁截止阀动作，实现对预加载力的控制；PLC控制器可根据位移传感器反馈的顶升油缸活塞杆的位移数据，通过伺服运动控制器进行PID计算，并且通过控制对应的比例方向阀的阀芯开口大小，实现对对应的顶升油缸的活塞杆位置、顶升速度的精确闭环控制；

比例方向阀组还包括蓄能器、蓄能器球阀、阀块；阀块即一个油路块，控制液压油工作，比例方向阀、蓄能器、蓄能器球阀、压力传感器、电磁截止阀均设置在阀块上；蓄能器通过蓄能器球阀与比例方向阀进油口连接，用于吸收液压泵的脉动缓冲及缓和冲击；

所述电磁截止阀为通电时打开、断电时紧急关闭的常闭式电磁截止阀；电磁截止阀通电时打开，断电时紧急关闭；当比例方向阀动作时，电磁截止阀打开，系统正常动作；当比例方向阀停止动作或系统出错、断电时，电磁截止阀立即关闭，锁定顶升油缸位置。

2.如权利要求1所述的用于大型塔吊加节升高的高精度液压同步顶升系统，其特征在于，顶升油缸一端为法兰结构，称之为法兰端；另一端为耳环结构，称之为耳环端；法兰端安装于下承力平台上，耳环端与上承力平台连接；顶升油缸分为四组，每组有两台顶升油缸；每组两台顶升油缸的耳环端刚性连接；每组顶升油缸设置一个位移传感器，实时检测反馈每组顶升油缸活塞杆的位移伸出量。

3.如权利要求1所述的用于大型塔吊加节升高的高精度液压同步顶升系统，其特征在于，水平液压系统包括油箱、齿轮液压泵及电机、溢流阀、二位四通电磁阀、四个三位四通电磁换向阀、单向阀、压力表、吸油过滤器、回油过滤器；三位四通电磁换向阀具有四个通口，即P口、A口、B口、T口；油箱与齿轮液压泵连接；齿轮液压泵出油口经单向阀、压力表之后，一路经二位四通电磁阀、回油过滤器与油箱连接，另一路经溢流阀连接至四个三位四通电磁换向阀的进油口即P口；三位四通电磁换向阀的A口、B口分别与水平油缸的两个工作腔即无杆腔、有杆腔对应油口连接；三位四通电磁换向阀的出油口即T口，经回油过滤器与油箱连接；四个三位四通电磁换向阀与PLC控制器连接，PLC控制器可通过控制三位四通电磁换向阀动作，实现水平插销的插入和拔出；在水平油缸的活塞杆外端附近设有接近开关，该接近开关与PLC控制器连接；PLC控制器可根据接近开关反馈的水平插销插入塔吊塔身上的插销卡槽的插入情况信息，判断是否允许顶升油缸进行同步顶升动作。

4.如权利要求1所述的用于大型塔吊加节升高的高精度液压同步顶升系统，其特征在于，二位四通电磁阀具有四个通口，即P口、A口、B口、T口；齿轮液压泵开机时，二位四通电磁阀的电磁铁未得电，二位四通电磁阀处于P-B位置，二位四通电磁阀的P进口和B出口相通，从齿轮液压泵出油口输出的油液，经过单向阀之后，油液从二位四通电磁阀的P进口进去、B出口出来，经过回油过滤器回到油箱，齿轮液压泵站卸荷；水平油缸工作时，二位四通电磁阀的电磁铁得电，二位四通电磁阀处于P-A位置，二位四通电磁阀的A口不通，从齿轮液压泵出油口输出的油液，经过单向阀之后，油液经过溢流阀、三位四通电磁换向阀进入水平油缸，在水平油缸内建立压力。

5.一种如权利要求1所述的用于大型塔吊加节升高的高精度液压同步顶升系统的液压同步顶升控制方法，其特征在于，PLC控制器根据设置在比例方向阀的A口、B口与顶升油缸两个工作腔的对应油口即AO口、BO口之间的两个压力传感器检测到的顶升油缸两个工作腔的压力数据，通过计算顶升油缸两个工作腔无杆腔和有杆腔的压力差的方法实现预加载控制，使每次同步顶升前,上水平插销与塔吊塔身上的插销卡槽紧密贴合，且可以控制该顶升，不会将塔吊顶起。

6.如权利要求5所述的液压同步顶升控制方法，其特征在于，PLC控制器根据设置在比例方向阀的A口、B口与顶升油缸两个工作腔的对应油口即AO口、BO口之间的两个压力传感器反馈的顶升油缸两个工作腔的压力数据，计算得出顶升油缸两个工作腔的压力差，与设定的预顶力加载值进行比较；未到达设定的预顶力加载值时，比例方向阀完全打开，电磁截止阀打开，向顶升油缸供油，顶升油缸的活塞杆向上开始动作；到达设定的预顶力加载值后，比例方向阀完全关闭，电磁截止阀关闭，顶升油缸的活塞杆向上动作停止，完成预顶力加载值的控制，使上水平插销与塔吊塔身上的插销卡槽紧密贴合；

PLC控制器根据位移传感器反馈的顶升油缸活塞杆的位移数据，通过伺服运动控制器进行PID计算，并且通过控制对应的比例方向阀的阀芯开口大小，实现对对应的顶升油缸的活塞杆位置、顶升速度的精确闭环控制。

7.一种利用如权利要求1-5任一所述的高精度液压同步顶升系统进行大型塔吊的液压同步顶升加节升高方法，其特征在于，按以下步骤进行：

S1：开始时，塔吊由地面承载，放置于承力平台中间；通过控制台操作控制水平油缸驱动上水平插销插向塔吊标准节上的插销卡槽，接近开关显示上水平插销插入情况；

S2：在控制台输入预顶力加载值；通过控制台，操作顶升油缸预顶，PLC控制器实时采集与顶升油缸两个工作腔无杆腔和有杆腔对应油口即AO/BO口连接的两个压力传感器的压力数据，根据两个压力传感器反馈的顶升油缸两个工作腔的压力数据，通过计算顶升油缸两个工作腔的压力差的方法计算出顶升油缸实时承载力；将计算出的顶升油缸实时承载力与设定的预顶力加载值进行比较；未到达设定的预顶力加载值时，比例方向阀完全打开，电磁截止阀打开，顶升油缸的活塞杆向上开始动作；当达到所设置的预顶力加载值时，上承力平台上的上水平插销接触塔吊塔身上的插销卡槽，上水平插销与塔吊塔身上的插销卡槽紧密贴合，比例方向阀完全关闭，电磁截止阀关闭，顶升油缸的活塞杆向上动作停止；

S3：到达预顶力后，通过控制台操作控制所有顶升油缸的活塞杆同步顶升，顶升油缸带动上承力平台承载塔吊顶升；控制台中的PLC控制器根据每个位移传感器实时检测反馈的顶升油缸活塞杆位移伸出量，通过伺服运动控制器进行PID计算，控制电磁截止阀打开，控制各比例方向阀的阀芯开口量大小，进行同步纠偏，保证塔吊平稳上升；同时，通过所连接的蓄能器实时吸收液压泵的脉动缓冲及缓和冲击，保持顶升动作平稳；

S4：在控制台实时通过位移传感器实时反馈塔吊顶升高度，当塔吊下方足够放入一个标准节时，停止顶升动作，比例方向阀关闭，电磁截止阀关闭，锁定顶升油缸的活塞杆位置；

S5：将一个待加节的标准节放入塔吊下方，通过控制台操作控制所有顶升油缸的活塞杆同步下降使塔吊接近标准节，通过螺栓连接塔吊和标准节，塔吊加节；

S6：通过控制台操作控制所有顶升油缸同步顶升，带动加节塔吊顶升，留出下水平插销插入间隙；

S7：到位后，通过控制台操作控制水平油缸驱动下水平插销插入塔吊标准节上的插销卡槽，接近开关显示下水平插销插入情况；

S8：通过控制台操作控制所有顶升油缸同步下降，使下水平插销承载加节塔吊；并且，通过控制台操作控制水平油缸驱动上水平插销拔出，接近开关显示上水平插销拔出情况；

S9：通过控制台操作控制所有顶升油缸同步下降，顶升油缸带动上承力平台下降，为下一次同步顶升做准备。

8.如权利要求7所述的利用高精度液压同步顶升系统进行大型塔吊的液压同步顶升加节升高方法，其特征在于，

上述方法中，还包括：PLC控制器根据接近开关反馈的上水平插销和下水平插销插入塔吊塔身上的插销卡槽的插入情况信息，判断是否允许顶升油缸进行同步顶升动作；

当出现步骤S1中的上水平插销和下水平插销皆未插入，中间的塔吊由地面承载的情况时，PLC控制器做出判断，允许顶升系统进行同步顶升及下降动作，就是空载同步；

当出现步骤S2～S6中的上水平插销插入，下水平插销未插入，上水平插销承载构件，带动所承载的构件同步顶升或下降的情况时，PLC控制器做出判断，允许顶升系统进行同步顶升及下降动作；

当出现步骤S9中的上水平插销未插入，下水平插销插入，下水平插销承载构件，上水平插销空载回缩，为下一次顶升做准备的情况时，PLC控制器做出判断，允许顶升系统进行同步顶升及下降动作，也是空载同步；

当步骤S7～S8中出现上水平插销和下水平插销皆插入，插入下水平插销后，忘记将上水平插销拔出的情况时，PLC控制器发出警报，同时做出判断，不允许顶升系统进行同步顶升及下降动作。