CN110550585B

CN110550585B - 臂架的减振控制方法、系统以及举高消防车

Info

Publication number: CN110550585B
Application number: CN201910730480.XA
Authority: CN
Inventors: 张萧笛; 熊忆; 周磊; 李亚洲
Original assignee: Changsha Zoomlion Fire Fighting Machinery Co Ltd
Current assignee: Hunan Zoomlion Emergency Equipment Co Ltd
Priority date: 2019-08-08
Filing date: 2019-08-08
Publication date: 2021-04-27
Anticipated expiration: 2039-08-08
Also published as: CN110550585A

Abstract

本发明涉及工程机械技术领域，特别涉及一种臂架的减振控制方法和系统、一种臂架减振的时间控制方法、以及举高消防车，其中，臂架的减振控制方法包括：获取臂架振动的第一振幅；根据所述第一振幅计算与臂架连接的油缸用于减振所产生的位移量；控制所述油缸按照所述位移量与臂架振动同向位移。本发明可以在不添加其他外部减振装置的情况下，利用原有的油缸实现减振，具有较低的成本。减振过程中，油缸始终保持于臂架振动同向位移，且不会反向位移，除了具有更好的减振效果，还便于控制。油缸的位移与臂架的振动位移始终符合并保持特定的对应关系，使得油缸和臂架在减振过程中的受到的冲击会大大减小，减振过程非常柔顺。

Description

臂架的减振控制方法、系统以及举高消防车

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，特别涉及一种臂架的减振控制方法和系统、一种臂架的减振的时间控制方法、以及一种举高消防车。

背景技术

臂架广泛应用于工程机械领域，以举高消防车为例，其设置的臂架的始端可活动连接于车体上，在靠近始端处轴连接有油缸，通过控制油缸的位移实现臂架的变幅运动。使用时，往往对举高消防车的臂架的平稳性具有较高的要求，如图1所示的臂架振动状态图，臂架在外界激励下容易产生振动，且这种振动的自然消减往往需要花费较长的时间，这将直接影响登高救援人员的安全性和时效性，与此同时，这种振动也会加快消防车相关机构的疲劳和老化进而导致损坏。

现有技术中，为解决臂架振动带来的问题，通常采用智能悬臂梁的振动控制方法来控制振动，但该方法需要增加压电材料来控制，其实用性、经济性较差；也有的采用增加抑振油缸的控制方法，该方法需要采用电磁阀控制油缸脉冲运动，其危险系数大，并不适用于载人云梯；还有的采用驱动油缸反复振动以减小臂架振动的方法，该方法对臂架和油缸都会产生较大的冲击，且过程不平顺。因此，如何防止臂架振动至今仍是本领域亟待解决的一项难题。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明旨在提出一种臂架的减振控制方法和系统、一种臂架的减振的时间控制方法、以及一种举高消防车，用于实现主动消除臂架在受到外界激励作用时出现的振动，使举高消防车的臂架保持平稳无振动状态。

为达到上述目的，首先，本发明公开了一种臂架的减振控制方法，包括：获取臂架振动的第一振幅；根据所述第一振幅计算与臂架连接的油缸用于减振所产生的位移量；控制所述油缸按照所述位移量与臂架振动同向位移。

其次，本发明公开了一种臂架的减振的时间控制方法，具体如下：

在所述臂架振动的任一振动周期中，包括在时间上接续的等待期和减振期；

对于上述的减振控制方法，其中所述的控制所述油缸按照所述位移量与臂架振动同向位移，是在所述减振期的初始时刻进行的。

在其次，本发明还公开了一种臂架的减振控制系统，包括控制器，其用于：

获取臂架振动的第一振幅；

根据所述第一振幅计算与臂架连接的油缸用于减振所产生的位移量；

控制所述油缸按照所述位移量与臂架振动同向位移。

最后，发明公开了一种举高消防车，包括上述的臂架减振控制系统。

本发明至少具有以下有益效果：

本发明可以在不添加其他外部减振装置的情况下，利用原有的油缸实现减振，具有较低的成本。减振过程中，油缸始终保持于臂架振动同向位移，且不会反向位移，除了具有更好的减振效果，还便于控制。油缸的位移与臂架的振动位移始终符合并保持特定的对应关系，使得油缸和臂架在减振过程中受到的冲击会大大减小，减振过程非常柔顺。

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

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为臂架的振动状态图；

图2为本发明实施例所述的臂架减振控制方法的流程图；

图3为本发明实施例所述的油缸向上位移减振的状态图；

图4为本发明实施例所述的油缸向下位移减振的状态图；

图5为本发明实施例所述的臂架向上振动的油缸位移对应关系图；

图6为本发明实施例所述的臂架向下振动的油缸位移对应关系图；

图7为本发明实施例所述的主动减振控制方法的流程图；

图8为本发明实施例所述的臂架减振控制系统的逻辑流程图。

附图标记说明

1-臂架 2-油缸

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例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实施例，并不用于限制本发明实施例。

图1为臂架的振动状态图。如图1所示，一般情况下，臂架1为平直状态，以保证其工作稳定性，但在外部激励的作用下往往会发生振动，臂架1向上或向下运动振幅相同，振幅指振动时臂架1从平衡位置到达最远位置的距离，能够真实有效的反映臂架振动的状态。本发明公开的技术方案旨在通过与臂架1连接的用于驱动臂架1升降的油缸2的位移来主动消除所述臂架1的振动。

因此，如图2所示，本发明公开了一种臂架1的减振控制方法，具体包括以下内容：

首先，S1：获取臂架1振动的第一振幅。振幅指振动时臂架1从平衡位置到达最远位置的距离，振幅能够真实有效的反映振动的状态，是后续准确消除振动所需的必要参考数据之一，所述第一振幅既可以直接通过各类传感器装置测量得到，也可以通过臂架1振动的其他参数计算获得。

其次，S2：根据所述第一振幅计算与臂架1连接的油缸2用于减振所产生的位移量。一般情况下，臂架1的始端与固定处铰接，即臂架1能够以始端为原点运动实现末端的升降，油缸2是常见的臂架1驱动装置，其始端同样与固定处铰接，其末端与臂架1靠近始端的位置铰接，通过油缸2本身的伸缩造成位移进而带动臂架1实现升降，振动往往发生在没有与固定处直接/间接的固定的臂架1末端。从上述结构关系可知，油缸2的位移量与臂架1的位移量具有关联的函数关系；同样，臂架1经过一定的位移能够消除外部激励所产生的弹性势能造成的振动，所以臂架1的位移量与振幅间同样具有关联的函数关系，综上可知，油缸2的位移量与臂架1的振幅同样具有函数关系，该函数关系可以通过线下实验测试确定，该函数关系确定时，需要考虑臂架1长度、材质、柔韧性等变量因素。

最后，S3：控制所述油缸2按照所述位移量与臂架1振动同向位移。如图3和图4所示，图中虚线部分表示减振后臂架1与油缸2所在位置，在臂架1出现外部激励的情况下，油缸2与臂架1当前振动方向同向位移，因此臂架1不会发生形变，进而抵消了振动产生的势能，实现快速消除振动，并且通过精确计算得到的位移量刚好能够与所述的势能抵消，不会因为位移过大产生新的势能，也不会因为过小导致不能全部抵消势能。

在本发明的一些实施例中，所述第一振幅的数据获取可以采用多种方案，优选的，可以首先获得臂架1振动的加速度信息，通常可以在臂架1上安装加速度传感器实现加速度信息的实时采集，进而还能够得到臂架1振动的周期T，臂架1末端经过平衡位置的最大速度V_max，基于上述各参数能够获得所述的第一振幅。除此之外，也可以直接测量获取第一振幅，或测量角速度然后计算得到第一振幅。

在本发明的一些实施例中，根据预设的所述臂架1的振动位移与所述油缸2的位移量之间的对应关系，计算所述振幅所对应的所述位移量。其中，所述的对应关系可以表示为以下关系式(生长曲线模式)：

其中，公式中ρ、a、b,为油缸2位移量的状态调节系数，A为臂架1的第一振幅，e为自然系数，t表示时间。通过调节ρ，a，b三个系数，可以实现在减振过程中臂架1的与油缸2的位移与时间匹配关系，该关系可以表示为图5和图6。

进一步地，通过上述公式(1)以及图5和图6所示，最终油缸2的位移量是平滑柔顺的，可见不仅要保证油缸2完成位移时刻符合预计位移量，在同步位移的任一时刻，所述油缸2的当前位移量与所述臂架1的当前振动位移之间的关系，还要符合所述预设的所述臂架1的振动位移与所述油缸2的位移量之间的对应关系。本实施例中减振的整个过程中，油缸2不会位移的过快或过慢导致产生新的势能或不足以抵消外部激励产生的势能而造成的振动消除效果差的情况。

如图5和图6所示，在所述臂架1振动的任一振动周期中，包括在时间上接续的等待期(t1～t2、t2～t5)和减振期(t2～t3、t5～t6)，在等待期油缸2不会发生位移，即该时段不进行减振，而减振期则表示油缸2发生位移以消除振动的全过程，其中，在减振期及之后的虚线线段表示在不进行减振的情况下臂架的后续振动(臂架位移)状态，实线线段分别表示从未减振到减振完成的整个过程中，油缸的位移情况及臂架后续振动状态。通过调节公式(1)中的ρ、a、b三个系数，能够调节所述的等待期和减振期在周期中的位置和时长，当臂架1向上振动时，油缸2会从臂架1振动的一个周期内的特定时刻t2处开始位移，运动的位移与时间关系符合图4及公式(1)的表达，整个过程位移持续时间为t2～t3，在减振过程中，即便减振指令发出在t1～t2时间段内，油缸2也会等到t2时刻开始位移。若减振指令出现在t2时刻之后，油缸2会等到臂架1向下位移至t5才会出现同向减振运动，减振时长为t5～t7，等待期与减振期的出现呈周期性交替。减振期时，臂架1具有相对较小的速度和较大的形变，因此油缸2的位移量也相对较小速度较慢，更重要的是油缸2位移更加顺滑，对臂架1上工作人员造成的影响更小。此外，设定等待期和减振期能够有效避免油缸2在减振时出现反向运动，使得操控更加简单，减振效果更加明显。

值得一提的是，上述的实施例及图5和图6仅仅是一种优选的实施方式，本领域技术人员根据上述的说明可以通过改变公式(1)的所述的系数来定义减振期和等待期，本文不再额外举例。

在本发明的一些实施例中，虽然在减振过程中需要保证与臂架1始终同向，但是在振动过程中臂架1会在到达第一振幅位置时反向运动，如果此时油缸2也跟随其改变方向，则难以控制。因此在本实施例中，油缸2位移过程中方向始终不变，为达到目的，可以通过调整公式(1)来实现。

在本发明的一些实施例中，通过控制电磁比例阀流量变化来控制所述油缸2进行位移，在确定油缸2位移量的情况下，通过控制器或其他同类型装置能够将其转化为对应的电信号，进而通过该电信号控制电磁比例阀流量变化，使得油缸2进行精确位移。

在本发明的一些实施例中，考虑到外部因素的影响，如测量误差、臂架1弹性的改变等情况，可能出现通过上述方法无法一次性完全消除振动的情况，因此需要再次重复上述步骤直至振动完全消除为止，因此，本实施例公开了步骤S4：在所述控制所述油缸按照所述位移量与臂架振动同向位移完成之后，根据预设的振幅阈值对比减振完成后臂架1振动的第二振幅。在第二振幅大于所述振幅阈值的情况下，重复所述步骤S1～S4再次进行减振，形成循环，直至S4比较得到所述第二振幅小于所述振幅阈值。优选采用如图7所示流程实现，其包括步骤如下：用户主动发送减振指令，加速度传感器检测臂架1振动的实时加速度，控制器优选采用常见的可编程电气控制系统单元计算第一振幅、油缸2位移量等参数，根据预设的振幅阈值判断是否需要减振，如果第一振幅没有超过振幅阈值则不需要消除振动，直接结束；如果第一振幅超过振幅阈值则通过上述各实施例所述的方法调节电磁比例阀使得油缸2位移进行减振，再次与振幅阈值比较判断是否减振成功，若成功则结束流程；若失败则重新返回上述的可编程电气控制系统单元的计算步骤并继续，直至减振成功。

本发明还公开了一种臂架1的减振控制系统，该系统的设置能够实现上述的臂架1的减振控制方法，如图8所示，该系统包括控制器，优选采用可编程电气控制系统单元，其用于：获取臂架1振动的第一振幅；根据所述第一振幅计算与臂架1连接的油缸2用于减振所产生的位移量；控制所述油缸2按照所述位移量与臂架1振动同向位移。

在本发明的一些实施例中，所述获取臂架1振动的第一振幅，包括：

实时接收检测到的臂架1末端的加速度信息，根据所述加速度信息获得臂架1振动的第一振幅。

在本发明的一些实施例中，所述根据所述第一振幅计算与臂架1连接的油缸2用于减振所产生的位移量，包括：

根据预设的所述臂架1的振动位移与所述油缸2的位移量之间的对应关系，计算所述振幅所对应的所述位移量。其中，所述臂架1的振动位移达到最大时，即为所述臂架1的第一振幅。

在本发明的一些实施例中，所述控制所述油缸2按照所述位移量与臂架1振动同向位移，包括：

在同步位移的任一时刻，所述油缸2的当前位移量与所述臂架1的当前振动位移之间的关系，符合所述预设的所述臂架1的振动位移与所述油缸2的位移量之间的对应关系。

在本发明的一些实施例中，所述控制所述油缸2按照所述位移量与臂架1振动同向位移，包括：所述油缸2位移过程中方向始终不变。

在本发明的一些实施例中，所述控制所述油缸2按照所述位移量与臂架1振动同向位移，包括：通过控制电磁比例阀流量变化来控制所述油缸2进行位移。

在本发明的一些实施例中，所述控制器还用于，在所述控制所述油缸2按照所述位移量与臂架1振动同向位移之后，根据预设的振幅阈值对比减振后臂架1振动的第二振幅，在第二振幅大于所述振幅阈值的情况下，所述控制器循环上文所公开的以下步骤进行减振并再次根据振幅预置对比第二振幅，直至所述第二振幅小于所述振幅阈值：

所述获取臂架1振动的第一振幅；

所述根据所述第一振幅计算与臂架1连接的油缸2用于减振所产生的位移量；

所述控制所述油缸2按照所述位移量与臂架1振动同向位。

在本发明的一些实施例中，在所述臂架1振动的任一振动周期中，包括在时间上接续的等待期和减振期。所述控制器还用于：在所述减振期的初始时刻控制所述油缸2按照所述位移量与臂架1振动同向位移。

如图8所示，下面对该系统的一个优选实施例进行详细说明：

控制器采用可编程电气控制系统单元，举高消防车通常自带有该单元，该单元能够接收传感器的检测信息并处理获得包括：加速度、最大速度、振动周期、油缸2位移量等相关参数，在需要对臂架1进行减振时，可以由相关工作人员主动发出减振指令；或者自动检测到第一振幅超出振幅阈值是自动发出减振指令给该单元，在确定需要减振的情况下，该单元将所述的油缸2的位移量转换成控制电磁比例阀的控制信号并发送，最终随着油缸2的位移实现了臂架1振动的消除。

本发明还公开了一种举高消防车，包括上述的臂架1的减振控制系统，并且该系统能够运行上述的臂架1的减振控制方法。

以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例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实施例的保护范围。

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，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，本发明实施例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实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims

1.一种臂架的减振控制方法，其特征在于，包括：

S1：获取臂架振动的第一振幅；

S2：根据所述第一振幅计算与臂架连接的油缸用于减振所产生的位移量，所述位移量的计算方式表征为：

其中ρ、a、b为所述油缸位移量的状态调节系数，A为所述臂架的第一振幅，e为自然系数，t表示时间；

S3：控制所述油缸按照所述位移量与臂架振动同向位移。

2.根据权利要求1所述的臂架的减振控制方法，其特征在于，所述获取臂架振动的第一振幅，包括：

实时接收检测到的臂架末端的加速度信息，根据所述加速度信息获得臂架振动的第一振幅。

3.根据权利要求1所述的臂架的减振控制方法，其特征在于，所述根据所述第一振幅计算与臂架连接的油缸用于减振所产生的位移量，包括：

根据预设的所述臂架的振动位移与所述油缸的位移量之间的对应关系，计算所述振幅所对应的所述位移量；

其中，所述臂架的振动位移达到最大时，即为所述臂架的第一振幅。

4.根据权利要求3所述的臂架的减振控制方法，其特征在于，所述控制所述油缸按照所述位移量与臂架振动同向位移，包括：

在同步位移的任一时刻，所述油缸的当前位移量与所述臂架的当前振动位移之间的关系，符合所述预设的所述臂架的振动位移与所述油缸的位移量之间的对应关系。

5.根据权利要求1所述的臂架的减振控制方法，其特征在于，所述控制所述油缸按照所述位移量与臂架振动同向位移，包括：

所述油缸位移过程中方向始终不变。

6.根据权利要求1所述的臂架的减振控制方法，其特征在于，所述控制所述油缸按照所述位移量与臂架振动同向位移，包括：

通过控制电磁比例阀流量变化来控制所述油缸进行位移。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的臂架的减振控制方法，其特征在于，该减振控制方法还包括：

S4：在所述控制所述油缸按照所述位移量与臂架振动同向位移完成之后，根据预设的振幅阈值对比减振后臂架振动的第二振幅；

S5：在第二振幅大于所述振幅阈值的情况下，循环执行步骤S1～S4，直至所述第二振幅小于所述振幅阈值。

8.一种臂架的减振的时间控制方法，其特征在于，在所述臂架振动的任一振动周期中，包括在时间上接续的等待期和减振期；

在所述减振期的初始时刻，进行如权利要求1～7中任一项所述的减振控制方法中的所述控制所述油缸按照所述位移量与臂架振动同向位移。

9.一种臂架的减振控制系统，其特征在于，包括控制器，用于：

获取臂架振动的第一振幅；

根据所述第一振幅计算与臂架连接的油缸用于减振所产生的位移量，所述位移量的计算方式表征为：

控制所述油缸按照所述位移量与臂架振动同向位移。

10.根据权利要求9所述的臂架的减振控制系统，其特征在于，所述获取臂架振动的第一振幅，包括：

11.根据权利要求9所述的臂架的减振控制系统，其特征在于，所述根据所述第一振幅计算与臂架连接的油缸用于减振所产生的位移量，包括：

12.根据权利要求11所述的臂架的减振控制系统，其特征在于，所述控制所述油缸按照所述位移量与臂架振动同向位移，包括：

13.根据权利要求9所述的臂架的减振控制系统，其特征在于，所述控制所述油缸按照所述位移量与臂架振动同向位移，包括：

所述油缸位移过程中方向始终不变。

14.根据权利要求9所述的臂架的减振控制系统，其特征在于，所述控制所述油缸按照所述位移量与臂架振动同向位移，包括：

通过控制电磁比例阀流量变化来控制所述油缸进行位移。

15.根据权利要求9～14中任一项所述的臂架的减振控制系统，其特征在于，所述控制器还用于，在所述控制所述油缸按照所述位移量与臂架振动同向位移完成之后，根据预设的振幅阈值对比减振后臂架振动的第二振幅，在第二振幅大于所述振幅阈值的情况下，所述控制器循环以下步骤进行减振并再次根据振幅阈值对比第二振幅，直至所述第二振幅小于所述振幅阈值：

所述获取臂架振动的第一振幅；

所述根据所述第一振幅计算与臂架连接的油缸用于减振所产生的位移量；

所述控制所述油缸按照所述位移量与臂架振动同向位移。

16.根据权利要求9～14中任一项所述的臂架的减振控制系统，其特征在于，在所述臂架振动的任一振动周期中，包括在时间上接续的等待期和减振期；

所述控制器还用于：

在所述减振期的初始时刻控制所述油缸按照所述位移量与臂架振动同向位移。

17.一种举高消防车，其特征在于，包括如权利要求9～16中任一项所述的臂架的减振控制系统。