CN109573860B - 一种铁路救援起重机的控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了铁路救援起重机的控制系统及控制方法。该控制系统包括驱动部件、检测部件和控制器：检测部件用于实时获取所述转台相对铁路救援起重机底盘的回转角度信号；控制器根据所获取的回转角度信号控制所述驱动部件驱动所述配重支臂同步反向转动，并使所述配重支臂的回转角速度与所述转台的回转角速度在预定误差范围内；在铁路救援起重机作业时，转台带动吊臂转动满足救援作业需求，转台虽然也带动配重支臂的内端部转动，但是在控制器的控制下，配重支臂可以在转台转动及作业过程中始终处于与铁路干线平行的位置，避免配重支臂外端部伸出干涉相邻铁路干线，保障相邻铁路干线上列车的正常运行。

Description

一种铁路救援起重机的控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及起重设备技术领域，特别涉及一种铁路救援起重机的控制系统及控制方法。

背景技术

高速铁路的建设和发展是国家的经济发展水平的风向标，高速铁路在运输能力、速度、安全和舒适性方面具有突出优势，已经成为许多国家旅客运输发展的共同趋势。与此同时，高速铁路的运营安全保障也是备受关注的项目之一。

鉴于高速铁路的特点，目前应用最广泛的高速铁路救援设备为高铁救援起重机。高铁救援起重机基本能够满足机车和车辆脱轨、倾覆等事故救援。现有技术中通常同一位置会布置有多条平行设置或者交叉设置的铁路干线，对某一条铁路干线进行救援时，通常会影响其相邻的铁路干线上高速列车的正常运行。

为了尽量降低对相邻铁路干线上高速列车正常运行的影响，本领域通常采用的措施为尽量缩短救援时间，即提高救援速率。缩短救援时间虽然在一定程度上能够降低对相邻铁路干线上高速列车的正常运行，但是还是不能完全解决该问题。

发明内容

本发明提供了一种铁路救援起重机的控制系统，铁路救援起重机的配重支臂铰接于转台，该控制系统包括以下部件：

驱动部件，用于驱动所述配重支臂绕竖直轴线相对所述转台往复转动；

检测部件，用于实时获取所述转台相对铁路救援起重机底盘的回转角度信号；

控制器，根据所获取的回转角度信号计算转台的回转角度，并控制所述驱动部件驱动所述配重支臂同步反向转动，以使所述配重支臂的回转角度与所述转台的回转角度的差值在预定误差范围内。

铁路救援起重机作业时，车体纵向基本与所处救援位置的铁路干线是平行的，故在铁路救援起重机作业时，转台带动吊臂转动满足救援作业需求，转台虽然也带动配重支臂的内端部转动，但是在控制器的控制下，配重支臂可以在转台转动及作业过程中始终处于与铁路干线平行的位置，避免配重支臂外端部伸出干涉相邻铁路干线，保障相邻铁路干线上列车的正常运行。

可选的，所述控制器控制所述驱动部件驱动所述配重支臂反向转动的角速度与所述转台的回转角速度相等，以使所述配重支臂的纵向延伸方向与车体纵向平行。

可选的，所述驱动部件包括伸缩缸、动力源和比例换向阀；所述动力源的出口通过所述比例换向阀连通所述伸缩缸；当所述比例换向阀处于第一工况时，所述伸缩缸驱动所述配重支臂顺时针转动；当所述比例换向阀处于第二工况时，所述伸缩缸驱动所述配重支臂逆时针转动。

可选的，所述伸缩缸的数量至少为两个，布置于所述配重支臂的两侧，当驱动所述配重支臂转动时，其中一者处于伸长状态，另一者处于收缩状态。

可选的，所述比例换向阀为三位四通阀，当所述比例换向阀处于第三工况时，所述动力源的出口与所述伸缩缸断开，所述伸缩缸的各油口均通过所述比例换向阀连通油箱。

可选的，还包括直线位移传感器，设置于所述伸缩缸内部或者外部，用于检测所述伸缩缸的活动部的伸出长度；所述控制器根据所述伸出长度计算所述配重支臂的回转角度。

可选的，所述动力源为液压泵，所述液压泵的出口与油箱之间还设置有溢流阀。

可选的，连通同一所述伸缩缸的两个工作口的两油路之间还设置有平衡阀。

此外，在上述控制系统的基础上，本发明还提供了一种铁路救援起重机的控制方法，该控制方法具体为：

S1、实时获取转台相对铁路救援起重机底盘的回转角度信号；

S2、根据所获取的回转角度信号计算所述转台的单位回转角速度，并控制比例换向阀换向控制伸缩缸进行动作，根据伸缩缸上设置的直线位移传感器的伸出长度判断配重支臂的转动角度；实时比较所述配重支臂的回转角速度与所述转台的回转角速度，并控制前者与后者的差值在预定误差范围内。

可选的，步骤S2具体为：根据所获取的转台的回转角速度信号按照PID算法计算所述比例换向阀开度的大小，同时判断所述配重支臂的回转角速度与所述转台的回转角速度的差值是否在预定误差范围，如果差值小于所述预定误差范围的最小值，则增大所述比例换向阀的开度，以提高所述伸缩缸的伸出速度；如果差值大于所述预定误差范围的最大值，则减小比例换向阀的开度，以减小所述伸缩缸的伸出速度。

可选的，在执行步骤S2之后，还执行以下步骤：

S3、判断转台的回转角度是否大于30度，如果大于30度，则控制所述驱动部件停止驱动配重支臂反向转动；如果小于等于30度，则执行步骤S1。可选的，所述转台的回转角度信号根据控制转台转动的回转手柄的角度信号；步骤S1具体为：检测所述回转手柄的位置信号，如果判断所述回转手柄启动，则解锁转台并执行步骤S2。

附图说明

图1为现有技术一种高铁救援起重机处于救援状态时的俯视示意图；

图2为本发明一种实施例中铁路救援起重机的控制系统的结构框图；

图3为本发明一种实施例中铁路救援起重机处于救援状态时的俯视示意图；

图4为本发明中铁路救援起重机的正视示意图；

图5为图4的俯视示意图。

其中，图1中：

转台1’、吊臂2’、伸缩重铁3’；

其中，图2至图5中：

第一伸缩缸11、第二伸缩缸12、直线位移传感器2、第一平衡阀31、第二平衡阀32、控制器4、比例换向阀5、动力源6、溢流阀7、油箱8；

底盘10、转台20、吊臂30、配重支臂40、配重块41、支腿50、行走机构60。

具体实施方式

针对现有技术中铁路救援时影响相邻铁路干线列车的正常运行的技术问题，本文进行了深入研究，研究发现：铁路救援影响相邻铁路线路运行的原因除了高铁救援起重机体积较大占据空间较大之外，高铁起重机处于某种具体工作状态时，其伸缩重铁3’有可能占据相邻铁路干线。

现有技术中高铁救援起重机包括底盘、转台1’、吊臂2’和伸缩重铁3’，其中吊臂2’与伸缩重铁3’二者的内端部均固定连接于转台1’上，转台1’可以相对底盘沿竖直轴线转动，从而带动吊臂2’和伸缩重铁3’同步转动。调节转台1’的转动角度，以使吊臂2’处于适当位置对铁路干线上的车辆进行救援工作。初始状态吊臂2’和伸缩重铁3’的纵向均与车体长度方向平行，转台1’转动一定角度后，伸缩重铁3’和吊臂2’均与车体长度方向呈一定角度，即伸缩重铁3’的外端部必然伸至车体外部，可能伸至相邻铁路干线上，从而影响了相邻铁路干线上列车的正常运行。

在上述研究发现的基础上，本文另辟蹊径提出了一种能够完全解决高铁救援起重机施工作业妨碍相邻铁路干线正常运行技术问题的技术方案。

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。

图2为本发明一种实施例中铁路救援起重机的控制系统的结构框图；图3为本发明一种实施例中铁路救援起重机处于救援状态时的俯视示意图；图4为本发明中铁路救援起重机的正视示意图；图5为图4的俯视示意图。

本发明中的铁路救援起重机，其包括底盘10，底盘10的下方设置有行走机构60，用于实现铁路救援起重机的行走。底盘10上方设置有转台20、吊臂30和配重组件。转台20可以通过转轴等转动部件转动支撑于底盘10上。其中吊臂30的内端部固定连接转台20，可以随转台20一起相对底盘10转动。

需要说明的是，本文中将吊臂30近转台20的一侧端部定义为内端部，远离转台20的一侧定义为外端部。

配重组件包括配重支臂40和配重块41，配重块41设置于配重支臂40的外端部，配重支臂40的内端部铰接于转台20，具体地，配重支臂40的内端部与转台20绕竖直轴线转动连接。

本发明还包括驱动部件，在驱动部件的作用下，配重支臂40可绕竖直轴线相对转台20往复转动。

本发明的控制系统还包括驱动部件、检测部件和控制器4。其中检测部件用于实时获取转台20相对铁路救援起重机底盘10的回转角度信号，需要说明的是，回转角度信号可以为直接获取的角转动速度，当然，回转角度信号也可以为其他能够反映转台20转动速度类型的信号，由其他类型的传感器获取，然后再由控制器4进行计算获得转台20的角转动速度。

控制器4根据检测部件所获取的回转角度信号控制驱动部件驱动配重支臂40同步反向转动，并使配重支臂40的回转角度与转台20的回转角度二者之差在预定误差范围内。理想状态下，预定误差范围应该为零，即配重支臂40的回转角度与转台20的回转角度应该相等，但是由于系统控制精度等各种因素的影响，配重支臂40的回转角度与转台20的回转角度不可能绝对相等，控制时可以允许二者存在一定的误差。预定误差范围可以由控制人员预先设定于控制器4内部。

控制器4控制驱动部件驱动配重支臂40的反向转动速度与转台的转动速度同步回转且速度大致相等。

即在转台20相对底盘10转动的同时，驱动部件也同时驱动配重支臂40同步反向转动，并且二者回转角度基本大致相同。

例如，当转台20逆时针转动时，驱动部件驱动配重支臂40相对其与转台20的铰接点反向顺时针转动，因转台20的回转角度与配重支臂40的回转角度基本相同，这样，配重支臂40纵向延伸方向与车体纵向基本平行。

需要说明的是，图2中的回转动作信号为控制器发送于驱动部件的信号。

在上述控制系统的基础上，本发明还提供了一种铁路救援起重机的控制方法，该控制方法具体为：

S1、实时获取转台20相对铁路救援起重机底盘的回转角度信号；

S2、根据所获取的回转角度信号计算所述转台20的单位回转角速度，并控制比例换向阀5换向控制伸缩缸进行动作，根据伸缩缸上设置的直线位移传感器的伸出长度判断配重支臂40的转动角度；实时比较所述配重支臂40的回转角速度与所述转台20的回转角速度，并控制前者与后者的差值在预定误差范围内。

具体地，理想状态为，步骤S2中控制所述驱动部件驱动配重支臂40反向转动的角速度与所述转台20的回转角速度相等，以使所述配重支臂40的纵向延伸方向与车体纵向平行。

铁路救援起重机作业时，车体纵向基本与所处救援位置的铁路干线是平行的，故在铁路救援起重机作业时，转台20带动吊臂30转动满足救援作业需求，转台20虽然也带动配重支臂40的内端部转动，但是在控制器4的控制下，配重支臂40可以在转台20转动及作业过程中始终处于与铁路干线平行的位置，避免配重支臂40外端部伸出干涉相邻铁路干线，保障相邻铁路干线上列车的正常运行。

配重支臂40可以为伸缩臂，图3中示出配重支臂40为伸缩臂的具体实施方式。

伸缩臂由多节臂构成，包括基本臂、第一节臂、第二节臂、……、第N节臂，N为大于等于2的自然数。各节臂可以逐级嵌套，相对伸缩。基本臂的内端部与转台20铰接，配重块41安装于第N节臂的外端部。

其中，各节臂可以通过伸缩油缸实现伸缩。当然，各节臂也可以通过其他动力部件进行伸缩。

本发明中的驱动部件可以包括伸缩缸、动力源6和比例换向阀5，伸缩缸可以为伸缩油缸，也可以为伸缩气缸，相应地，动力源6可以为与伸缩缸相配合的液压泵、高压油路或者空气压缩机。动力源6的出口通过比例换向阀5连通伸缩缸，当比例换向阀5处于第一工况时，伸缩缸驱动配重支臂40顺时针转动；当比例换向阀5处于第二工况时，伸缩缸驱动配重支臂40逆时针转动。

即，伸缩缸有两个工作油口，一者通过比例换向阀5连通动力源6的出口，另一者通过比例换向阀5连通油箱8；并且通过比例换向阀5的换向，可以实现两个工作油口交替与动力源6的出口连通，从而实现了伸缩缸的缸杆的伸出或者回缩，进而驱动配重支臂40往复转动。

上述实施方式中，比例换向阀5的换向(工况的选择)可以由控制器4控制，控制器4根据转台20的转动方向选择比例换向阀5的工况。

对于控制方法而言，上述步骤S2具体为：根据所获取的转台2的回转角度信号按照PID算法计算所述比例换向阀5开度的大小，同时判断所述配重支臂40的回转角速度与所述转台的回转角速度的差值是否在预定误差范围，如果差值小于所述预定误差范围的最小值，则增大所述比例换向阀5的开度，以提高所述伸缩缸的伸出速度；如果差值大于所述预定误差范围的最大值，则减小比例换向阀5的开度，以减小所述伸缩缸的伸出速度。

进一步地，在执行步骤S2之后，还执行以下步骤：

S3、判断转台20的回转角度是否大于30度，如果大于30度，则控制所述驱动部件停止驱动配重支臂40反向转动；如果小于等于30度，则执行步骤S1。上述各实施例中，转台20的回转角度信号根据控制转台转动的回转手柄的角度信号；步骤S1具体为：检测所述回转手柄的位置信号，如果判断所述回转手柄启动，则解锁转台并执行步骤S2。

在一种具体的实施方式中，比例换向阀5可以为三位四通阀，当比例换向阀5处于第三工况时，动力源6的出口与伸缩缸断开，伸缩缸的各油口均通过比例换向阀5连通油箱8。这样配重支臂40无需转动时，可以控制比例换向阀5处于第三工况，伸缩缸无液压动力。

当然，比例换向阀5也可以为其他形式，例如二位四通阀等。本领域内技术人员可以根据实际环境选取合适的类型，在此不做详述。

在一种具体的实施方式中，驱动配重支臂40动作的伸缩缸的数量可以至少为两个，布置于配重支臂40的两侧，一部分位于配重支臂40的左侧，另一部分位于配重支臂40的右侧。需要说明的是，本文以沿配重支臂40长度方向的竖直面为参考，伸缩缸分居该竖直面的左右两侧。伸缩缸的固定部和伸缩部两者中一者连接转台20，另一者连接配重支臂40。

驱动配重支臂40转动时，一部分伸缩缸对配重支臂40施加拉力，另一部分施加推力共同驱动配重转动。结合图3和图5所示，本文将图4中位于上侧的伸缩缸定义为第一伸缩缸，位于下侧的伸缩缸定义为第二伸缩缸，以图3中转台20逆时针转动为例，第一伸缩缸伸长推动配重支臂40、第二伸缩缸收缩拉动配重支臂40实现配重支臂40顺时针转动。

上述各实施例中，控制系统还进一步包括直线位移传感器2，设置于伸缩缸内部或者外部，用于检测伸缩缸的活动部的伸出长度；控制器4根据伸出长度计算配重支臂40的回转角度。控制器实时比较配重支臂的回转角度与转台的回转角度，进而控制伸缩缸的伸长或回缩。

当然，配重支臂40相对转台20回转角度的测量不局限于本文上述设置方式，还可以通过其他方式获取，本文不做一一列举。

对于动力源6为液压泵时，液压泵的出口与油箱8之间还可以设置有溢流阀7，当液压泵出口油路的压力超过预设值时，液压泵出口油路中的部分液压油经溢流阀7流至油箱8，起到保护液压系统中各部件的作用。

上述各实施例中，连通同一伸缩缸的两个工作口的两油路之间还设置有平衡阀。如图2所示，设置于第一伸缩缸11两工作口之间的为第一平衡阀31，设置于第二伸缩缸12两工作口之间的第二平衡阀32。

为了保持作业稳定性，底盘10上还可以设置支腿50，支腿50关于车体的中心纵向面对称设置，图3中示出了底盘10上设置四个支腿50的具体实施方式。

该控制方法的实施是以上述控制系统为基础的，故该控制方法具有上述控制系统的有益效果。

以上对本发明所提供的一种铁路救援起重机的控制系统及控制方法进行了详细介绍。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 (10)

1.一种铁路救援起重机的控制系统，其特征在于，铁路救援起重机的配重支臂(40)铰接于转台(20)，所述控制系统包括：

驱动部件，用于驱动所述配重支臂(40)绕竖直轴线相对所述转台(20)往复转动；

检测部件，用于实时获取所述转台(20)相对铁路救援起重机底盘的回转角度信号；

控制器(4)，根据所获取的回转角度信号计算所述转台(20)的回转角度，并控制所述驱动部件驱动所述配重支臂(40)同步反向转动，以使所述配重支臂(40)的回转角度与所述转台(20)的回转角度的差值在预定误差范围内；所述驱动部件包括伸缩缸、动力源(6)和比例换向阀(5)；所述动力源(6)的出口通过所述比例换向阀(5)连通所述伸缩缸；当所述比例换向阀(5)处于第一工况时，所述伸缩缸驱动所述配重支臂(40)顺时针转动；当所述比例换向阀(5)处于第二工况时，所述伸缩缸驱动所述配重支臂(40)逆时针转动；还包括直线位移传感器(2)，设置于所述伸缩缸内部或者外部，用于检测所述伸缩缸的活动部的伸出长度；所述控制器(4)根据所述伸出长度计算所述配重支臂(40)的回转角度。

2.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制器(4)控制所述驱动部件驱动所述配重支臂(40)反向转动的角速度与所述转台(20)的回转角速度相等，以使所述配重支臂(40)的纵向延伸方向与车体纵向平行。

3.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述伸缩缸的数量至少为两个，布置于所述配重支臂(40)的两侧，当驱动所述配重支臂(40)转动时，其中一者处于伸长状态，另一者处于收缩状态。

4.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述比例换向阀(5)为三位四通阀，当所述比例换向阀(5)处于第三工况时，所述动力源(6)的出口与所述伸缩缸断开，所述伸缩缸的各油口均通过所述比例换向阀(5)连通油箱。

5.如权利要求1至4任一项所述的控制系统，其特征在于，所述动力源(6)为液压泵，所述液压泵的出口与油箱之间还设置有溢流阀(7)。

6.如权利要求1至4任一项所述的控制系统，其特征在于，连通同一所述伸缩缸的两个工作口的两油路之间还设置有平衡阀。

7.一种具有权利要求1至权6任一项所述的铁路救援起重机的控制系统的控制方法，其特征在于，该控制方法具体为：

S1、实时获取转台(20)相对铁路救援起重机底盘的回转角度信号；

S2、根据所获取的回转角度信号计算所述转台(20)的单位回转角速度，并控制比例换向阀(5)换向控制伸缩缸进行动作，根据伸缩缸上设置的直线位移传感器的伸出长度判断配重支臂(40)的转动角度；实时比较所述配重支臂(40)的回转角速度与所述转台(20)的回转角速度，并控制前者与后者的差值在预定误差范围内。

8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，步骤S2具体为：根据所获取的转台(2)的回转角度信号按照PID算法计算所述比例换向阀(5)开度的大小，同时判断所述配重支臂(40)的回转角速度与所述转台的回转角速度的差值是否在预定误差范围，如果差值小于所述预定误差范围的最小值，则增大所述比例换向阀(5)的开度，以提高所述伸缩缸的伸出速度；如果差值大于所述预定误差范围的最大值，则减小比例换向阀(5)的开度，以减小所述伸缩缸的伸出速度。

9.如权利要求7或8所述的控制方法，其特征在于，在执行步骤S2之后，还执行以下步骤：

S3、判断转台(20)的回转角度是否大于30度，如果大于30度，则控制所述驱动部件停止驱动配重支臂(40)反向转动；如果小于等于30度，则执行步骤S1。

10.如权利要求7或8所述的控制方法，其特征在于，所述转台的回转角度信号根据控制转台转动的回转手柄的角度信号；步骤S1具体为：检测所述回转手柄的位置信号，如果判断所述回转手柄启动，则解锁转台并执行步骤S2。

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