CN114408781B - 用于起重机的控制方法及装置、控制器和起重机 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种用于起重机的控制方法及装置、控制器和起重机，所述用于起重机的控制方法包括：获取当前时刻所述臂架在变幅运动中的仰角；获取当前时刻所述防后倾油缸的无杆腔的压力；以及根据所述仰角和所述无杆腔的压力执行防后倾油缸溢流措施。本发明实施例可以在起重机臂架变幅运动时，根据起重机臂架的仰角和防后倾油缸的无杆腔的压力执行不同的措施，在无杆腔的压力小于无杆腔溢流阀的最大工作压力且仰角不小于预设仰角的情况下，由防后倾油缸的不同位移来动态调节电比例调速阀的控制电流的大小，最终实现对臂架变幅速度的实时反馈、动态调节、闭环控制、匹配精准度高的动态控制。

Description

用于起重机的控制方法及装置、控制器和起重机
技术领域
本发明涉及起重机自动控制技术领域，具体地涉及一种用于起重机的控制方法及装置、控制器和起重机。
背景技术
现有桁架式起重机设备在进行提升重物作业过程中，臂架会有前倾趋势，当发生如突然卸载或者突发钢丝绳断裂等情况时，臂架系统积蓄的能量突然释放会产生臂架后倾的运动现象，针对此不利现象，设置有防后倾装置来防止臂架动作时或停止时发生后倾翻；目前有两大类防后倾装置，第一类为机械式，常用弹簧式防后倾装置，由弹簧提供支反力，随着臂架变幅角度的变化，通过弹簧行程的改变来调整防后倾装置提供的支反力大小；另一类为液压式，常用液压缸式装置，通过液压缸无杆腔压力的变化来调整防后倾装置提供的支反力大小；而对于防后倾装置速度的控制方式，前者依靠弹簧刚度和压缩量进行调节，后者依靠节流阀进行调节。桁架式起重机在臂架进行变幅作业(即臂架仰角变化)时，对应不同的臂架长度、不同吊重量，臂架的变幅角速度特性不同，作用在防后倾油缸上产生的油缸位移变化也不同；通过液压管路传递至节流阀的压力、流量特性也不同；现有防后倾装置的节流回路，调定节流阀大小后,就是固定阻尼了，它在某臂架长度时对臂架变幅角速度的匹配是最优值，但换到其它臂架长度、吊重量就不一定是最优值；不能够自主反馈调节液压回路的流量特性实现对臂架变幅角速度的动态匹配。因此，急需提出一种技术方案来解决现有技术中的上述技术问题。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种用于起重机的控制方法及装置、控制器和起重机，解决前述现有技术中存在的技术问题。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种用于起重机的控制方法，起重机包括臂架和防后倾油缸，控制方法包括：获取当前时刻臂架在变幅运动中的仰角；获取当前时刻防后倾油缸的无杆腔的压力；以及根据仰角和无杆腔的压力执行防后倾油缸溢流措施。
在本发明实施例中，起重机还包括：有杆腔溢流阀，有杆腔溢流阀的输入油口与无杆腔和防后倾油缸的有杆腔连通；无杆腔溢流阀，无杆腔溢流阀的输入油口与无杆腔连通，无杆腔溢流阀的输出油口与有杆腔溢流阀的输出油口连通；低压溢流阀，低压溢流阀的输入油口与无杆腔连通；电比例调速阀，电比例调速阀的输入油口与低压溢流阀的输出油口连通；第一电磁换向阀，第一电磁换向阀的输入油口与低压溢流阀的输出油口连通，第一电磁换向阀的输出油口与有杆腔溢流阀的输出油口连通；以及第二电磁换向阀，第二电磁换向阀的输入油口与电比例调速阀的输出油口连通，第二电磁换向阀的输出油口与有杆腔溢流阀的输出油口连通。
在本发明实施例中，根据仰角和无杆腔的压力执行防后倾油缸溢流措施包括：在无杆腔的压力小于无杆腔溢流阀的最大工作压力且仰角不小于预设仰角的情况下，控制第一电磁换向阀失电以及第二电磁换向阀得电；获取起重机的状态信息；以及根据无杆腔的压力和状态信息控制变幅运动速度。
在本发明实施例中，预设仰角的取值范围为65°至85°。
在本发明实施例中，状态信息包括当前时刻之前预设时长内防后倾油缸的活塞杆的位移、当前时刻电比例调速阀的节流口入口的压力和当前时刻电比例调速阀的控制电流。
在本发明实施例中，当前时刻之前预设时长内防后倾油缸的活塞杆的位移的获取包括：获取当前时刻活塞杆的位置；获取预设时刻活塞杆的位置，其中预设时刻位于当前时刻之前且预设时刻距离当前时刻的时长为预设时长；以及根据当前时刻活塞杆的位置和预设时刻活塞杆的位置确定位移。
在本发明实施例中，预设时长为0.1秒。
在本发明实施例中，根据无杆腔的压力和状态信息控制变幅运动速度包括：确定无杆腔的压力与节流口入口的压力之间的差值；在差值大于预设误差值的情况下，根据位移确定电比例调速阀的控制电流调整量；根据控制电流和控制电流调整量确定目标控制电流；以及将目标控制电流输出给电比例调速阀。
在本发明实施例中，预设误差值为1Mpa。
在本发明实施例中，位移与控制电流调整量之间的关系满足：
Figure BDA0003375698460000031
其中，ΔL为位移，Δt为预设时长，K1为电比例调速阀的等效比例系数，K2为电比例调速阀的阀芯复位弹簧刚度，K3为电比例调速阀的电磁特性等效系数，A4为无杆腔的面积，ΔI为控制电流调整量，x0为电比例调速阀的阀芯复位弹簧的初始预压缩量。
在本发明实施例中，等效比例系数被定义为：
Figure BDA0003375698460000032
其中，Cd为电比例调速阀的流量系数，
Figure BDA0003375698460000034
为电比例调速阀的阀芯面积梯度，Δp为电比例调速阀的压差，ρ为液压油液的密度；电磁特性等效系数被定义为：
Figure BDA0003375698460000033
其中，S0为电比例调速阀的电磁铁的气隙面积，μ0为电磁铁的空气导磁率，L为电磁铁的长度，D1为电磁铁的线圈的绕线外径，D2为线圈的绕线内径，δ为电磁铁的气隙长度，d为绕线的直径。
在本发明实施例中，根据仰角和无杆腔的压力执行防后倾油缸溢流措施还包括：在无杆腔的压力小于最大工作压力且仰角小于预设仰角的情况下，控制第一电磁换向阀得电以及第二电磁换向阀失电。
在本发明实施例中，根据仰角和无杆腔的压力执行防后倾油缸溢流措施还包括：在无杆腔的压力不小于最大工作压力的情况下，控制第一电磁换向阀失电以及第二电磁换向阀失电。
在本发明实施例中，无杆腔溢流阀的最大工作压力为28Mpa，有杆腔溢流阀的最大工作压力为25Mpa，低压溢流阀的最大工作压力为6Mpa。
本发明第二方面提供一种控制器，被配置成执行前述实施例的用于起重机的控制方法。
本发明第三方面提供一种用于起重机的控制装置，起重机包括臂架和防后倾油缸，控制装置包括：仰角传感器，被配置成检测臂架在变幅运动中的仰角；第一压力传感器，被配置成检测防后倾油缸的无杆腔的压力；以及前述实施例的控制器，分别与仰角传感器和第一压力传感器电连接。
在本发明实施例中，控制装置还包括：有杆腔溢流阀，有杆腔溢流阀的输入油口与无杆腔和防后倾油缸的有杆腔连通；无杆腔溢流阀，无杆腔溢流阀的输入油口与无杆腔连通，无杆腔溢流阀的输出油口与有杆腔溢流阀的输出油口连通；低压溢流阀，低压溢流阀的输入油口与无杆腔连通；电比例调速阀，电比例调速阀的输入油口与低压溢流阀的输出油口连通；第一电磁换向阀，第一电磁换向阀的输入油口与低压溢流阀的输出油口连通，第一电磁换向阀的输出油口与有杆腔溢流阀的输出油口连通；以及第二电磁换向阀，第二电磁换向阀的输入油口与电比例调速阀的输出油口连通，第二电磁换向阀的输出油口与有杆腔溢流阀的输出油口连通；其中，第一压力传感器与无杆腔连通；控制器分别与第一电磁换向阀、第二电磁换向阀和电比例调速阀电连接。
在本发明实施例中，控制装置还包括：第二压力传感器，与控制器电连接且第二压力传感器与电比例调速阀的输入油口连通，第二压力传感器被配置成检测节流口入口的压力；以及长度传感器，与控制器电连接，长度传感器被配置成检测活塞杆的位置。
本发明第四方面提供一种起重机，包括：臂架；防后倾油缸；以及前述实施例的用于起重机的控制装置。
在本发明实施例中，起重机为桁架式起重机。
本发明实施例通过前述技术方案可以在起重机臂架变幅运动时，根据起重机臂架的仰角和防后倾油缸的无杆腔的压力执行不同的措施，在无杆腔的压力小于无杆腔溢流阀的最大工作压力且仰角不小于预设仰角的情况下，由防后倾油缸的不同位移来动态调节电比例调速阀的控制电流的大小，最终实现对臂架变幅速度的实时反馈、动态调节、闭环控制、匹配精准度高的动态控制。
本发明实施例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实施例的进一步理解，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实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1是本发明实施例的用于起重机的控制方法100的流程示意图；
图2是本发明实施例的起重机200的结构示意图；
图3A是本发明示例的一种桁架式起重机的防后倾系统的电路和油路连接结构示意图；以及
图3B是本发明示例的仰角传感器10与防后倾油缸8、9以及桁架式起重机的臂架之间的安装关系示意图。
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。
需要说明，若本申请实施方式中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本申请实施方式中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。
如图1所示，在本发明实施例中，提供一种用于起重机的控制方法100，起重机包括臂架和防后倾油缸，控制方法100包括以下步骤：
步骤S110：获取当前时刻臂架在变幅运动中的仰角。具体例如通过仰角传感器获取仰角。
步骤S130：获取当前时刻防后倾油缸的无杆腔的压力。具体例如通过压力传感器获取无杆腔的压力。以及
步骤S150：根据仰角和无杆腔的压力执行防后倾油缸溢流措施。
进一步地，起重机例如还包括：有杆腔溢流阀、无杆腔溢流阀、低压溢流阀、电比例调速阀、第一电磁换向阀和第二电磁换向阀。
其中，有杆腔溢流阀的输入油口例如与无杆腔和防后倾油缸的有杆腔连通。
无杆腔溢流阀的输入油口例如与无杆腔连通，无杆腔溢流阀的输出油口例如与有杆腔溢流阀的输出油口连通。
低压溢流阀的输入油口例如与无杆腔连通。
电比例调速阀的输入油口例如与低压溢流阀的输出油口连通。
第一电磁换向阀的输入油口例如与低压溢流阀的输出油口连通，第一电磁换向阀的输出油口例如与有杆腔溢流阀的输出油口连通。
第二电磁换向阀的输入油口例如与电比例调速阀的输出油口连通，第二电磁换向阀的输出油口例如与有杆腔溢流阀的输出油口连通。
具体地，根据仰角和无杆腔的压力执行防后倾油缸溢流措施，也即步骤S150例如包括以下子步骤：
(a1)在无杆腔的压力小于无杆腔溢流阀的最大工作压力且仰角不小于预设仰角的情况下，控制第一电磁换向阀失电以及第二电磁换向阀得电。
(a2)获取起重机的状态信息。以及
(a3)根据无杆腔的压力和状态信息控制变幅运动速度。
具体地，预设仰角的取值范围例如为65°至85°。也即预设仰角可以取值为65°至85°之间的任意一个数值，例如65°、78°、80°、85°等等数值。
更具体地，预设仰角的取值范围例如为78°至80°。
具体地，状态信息例如包括当前时刻之前预设时长内防后倾油缸的活塞杆的位移、当前时刻电比例调速阀的节流口入口的压力和当前时刻电比例调速阀的控制电流。
具体地，当前时刻之前预设时长内防后倾油缸的活塞杆的位移的获取例如包括以下子步骤：
(b1)获取当前时刻活塞杆的位置。
(b2)获取预设时刻活塞杆的位置。其中预设时刻位于当前时刻之前且预设时刻距离当前时刻的时长为预设时长。以及
(b3)根据当前时刻活塞杆的位置和预设时刻活塞杆的位置确定位移。
具体地，预设时长例如为0.1秒。
具体地，根据无杆腔的压力和状态信息控制变幅运动速度，以及(a3)例如包括：
(a31)确定无杆腔的压力与节流口入口的压力之间的差值。
(a32)在差值大于预设误差值的情况下，根据位移确定电比例调速阀的控制电流调整量。
(a33)根据控制电流和控制电流调整量确定目标控制电流。以及
(a34)将目标控制电流输出给电比例调速阀。
具体地，预设误差值例如为1Mpa。
具体地，位移与控制电流调整量之间的关系例如满足：
Figure BDA0003375698460000081
其中，ΔL为位移，Δt为预设时长，K1为电比例调速阀的等效比例系数，K2为电比例调速阀的阀芯复位弹簧刚度，K3为电比例调速阀的电磁特性等效系数，A4为无杆腔的面积，ΔI为控制电流调整量，x0为电比例调速阀的阀芯复位弹簧的初始预压缩量。
具体地，等效比例系数例如被定义为：
Figure BDA0003375698460000082
其中，Cd为电比例调速阀的流量系数，
Figure BDA0003375698460000084
为电比例调速阀的阀芯面积梯度，Δp为电比例调速阀的压差，ρ为液压油液的密度。
具体地，电磁特性等效系数例如被定义为：
Figure BDA0003375698460000083
其中，S0为电比例调速阀的电磁铁的气隙面积，μ0为电磁铁的空气导磁率，L为电磁铁的长度，D1为电磁铁的线圈的绕线外径，D2为线圈的绕线内径，δ为电磁铁的气隙长度，d为绕线的直径。
进一步地，根据仰角和无杆腔的压力执行防后倾油缸溢流措施，也即步骤S150例如还包括子步骤：
(a4)在无杆腔的压力小于最大工作压力且仰角小于预设仰角的情况下，控制第一电磁换向阀得电以及第二电磁换向阀失电。
进一步地，根据仰角和无杆腔的压力执行防后倾油缸溢流措施，也即步骤S150例如还包括子步骤：
(a5)在无杆腔的压力不小于最大工作压力的情况下，控制第一电磁换向阀失电以及第二电磁换向阀失电。
具体地，无杆腔溢流阀的最大工作压力例如为28Mpa，有杆腔溢流阀的最大工作压力例如为25Mpa，低压溢流阀的最大工作压力例如为6Mpa。
在本发明实施例中，提供一种控制器，其例如被配置成执行根据任意一项前述实施例的用于起重机的控制方法100。其中，用于起重机的控制方法100的具体功能和细节可参考前述实施例的相关描述，在此不再赘述。
具体地，控制器例如可为工控机、嵌入式系统、微处理器、可编程逻辑器件等控制设备。
在本发明实施例中，提供一种用于起重机的控制装置，起重机包括臂架和防后倾油缸，用于起重机的控制装置包括：仰角传感器、第一压力传感器和控制器。
其中，仰角传感器例如被配置成检测臂架在变幅运动中的仰角。
第一压力传感器例如被配置成检测防后倾油缸的无杆腔的压力。
控制器分别与仰角传感器和第一压力传感器电连接。控制器例如为根据任意一项前述实施例的控制器。其中，控制器的具体功能和细节可参考前述实施例的相关描述，在此不再赘述。
控制器例如可为工控机、嵌入式系统、微处理器、可编程逻辑器件等控制设备。
进一步地，用于起重机的控制装置例如还包括：有杆腔溢流阀、无杆腔溢流阀、低压溢流阀、电比例调速阀、第一电磁换向阀和第二电磁换向阀。
其中，有杆腔溢流阀的输入油口例如与无杆腔和防后倾油缸的有杆腔连通。
无杆腔溢流阀的输入油口例如与无杆腔连通，无杆腔溢流阀的输出油口例如与有杆腔溢流阀的输出油口连通。
低压溢流阀的输入油口例如与无杆腔连通。
电比例调速阀的输入油口例如与低压溢流阀的输出油口连通。
第一电磁换向阀的输入油口例如与低压溢流阀的输出油口连通，第一电磁换向阀的输出油口例如与有杆腔溢流阀的输出油口连通。
第二电磁换向阀的输入油口例如与电比例调速阀的输出油口连通，第二电磁换向阀的输出油口例如与有杆腔溢流阀的输出油口连通。
其中，第一压力传感器例如与无杆腔连通。
控制器例如分别与第一电磁换向阀、第二电磁换向阀和电比例调速阀电连接。
进一步地，用于起重机的控制装置例如还包括：第二压力传感器和长度传感器。
其中，第二压力传感器例如与控制器电连接且第二压力传感器与电比例调速阀的输入油口连通，第二压力传感器被配置成检测节流口入口的压力。
长度传感器例如与控制器电连接，长度传感器被配置成检测活塞杆的位置。
电比例调速阀例如可以是直动式电比例调速阀、先导式电比例调速阀等，电比例调速阀的结构形式例如可以是板式结构形式、插装式结构形式等。
防后倾油缸例如可以是双油缸布置形式，也可以是单油缸布置形式或多油缸布置形式。在本发明实施例中，提供一种起重机200，包括：臂架210、防后倾油缸220和控制装置230。其中，控制装置230例如为根据任意一项前述实施例的用于起重机的控制装置。其中，用于起重机的控制装置的具体功能和细节可参考前述实施例的相关描述，在此不再赘述。
具体地，起重机200例如为桁架式起重机。当然，本发明实施例并不局限于桁架式起重机，也可以是其他需要提供反向支撑且对臂架变幅运动速度有调节要求的设备。
下面以一种桁架式起重机的防后倾系统为示例来说明本发明实施例的用于起重机的控制方法100、控制器、用于起重机的控制装置和起重机200的功能和结构。以下示例仅为说明本发明实施例的技术方案的众多实现形式的一种，仅为说明本发明实施例的技术方案，并不用于限制本发明。
如图3A所示，为本发明示例的一种桁架式起重机的防后倾系统的电路和油路连接结构示意图。
本发明示例的桁架式起重机的防后倾系统包括手动换向阀1、有杆腔溢流阀2、第一电磁换向阀3、第二电磁换向阀4、电比例调速阀5、低压溢流阀6、无杆腔溢流阀7、防后倾油缸8和9、仰角传感器10、长度传感器11、第一压力传感器12、第二压力传感器13和控制器14。电比例调速阀5例如包括左侧的比例节流阀和右侧的定差减压阀。电比例调速阀5的压差也即P7-P5的值会在系统工作前进行调整，调定后为定值。
其中，有杆腔溢流阀2的输入油口例如与无杆腔和防后倾油缸8、9的有杆腔连通。无杆腔溢流阀7的输入油口例如与无杆腔连通，无杆腔溢流阀7的输出油口例如与有杆腔溢流阀2的输出油口连通。低压溢流阀6的输入油口例如与无杆腔连通。电比例调速阀5的输入油口例如与低压溢流阀6的输出油口连通。第一电磁换向阀3的输入油口例如与低压溢流阀6的输出油口连通，第一电磁换向阀3的输出油口例如与有杆腔溢流阀2的输出油口连通。第二电磁换向阀4的输入油口例如与电比例调速阀5的输出油口连通，第二电磁换向阀4的输出油口例如与有杆腔溢流阀2的输出油口连通。
第一压力传感器12与无杆腔连通，以检测防后倾油缸8、9的无杆腔的压力。
第二压力传感器13与电比例调速阀5的输入油口连通，检测节流口入口的压力也即电比例调速阀5的输入油口的压力。
长度传感器11用于检测活塞杆的位置。
如图3B所示，为仰角传感器10与防后倾油缸8、9以及桁架式起重机的臂架之间的安装关系示意图。仰角传感器10用于检测臂架在变幅运动中的仰角θ。
控制器14分别与第一电磁换向阀3、第二电磁换向阀4、电比例调速阀5、仰角传感器10、第一压力传感器12、第二压力传感器13及长度传感器11电连接，以获取仰角传感器10、第一压力传感器12、第二压力传感器13和长度传感器11的检测数据以及输出信号给第一电磁换向阀3、第二电磁换向阀4和电比例调速阀5。
手动换向阀1的A口分别与防后倾油缸8和9的无杆腔、有杆腔溢流阀2的输入油口和无杆腔溢流阀的输入油口连通。手动换向阀的B口分别与防后倾油缸8和9的有杆腔及有杆腔溢流阀2的输入油口连通。手动换向阀1的P口例如与泵连通，泵具体可为恒压泵，手动换向阀1的T口与有杆腔溢流阀2的输出油口、第一电磁换向阀3的输出油口及第二电磁换向阀4的输出油口连通。手动换向阀1的T口例如还与液压油箱连通。
第一电磁换向阀3、第二电磁换向阀4例如为常闭的二位二通换向阀。
防后倾系统系统的工作过程如下：
桁架式起重机在臂架进行变幅运动(即臂架仰角θ变化)时，通过仰角传感器10检测臂架的仰角θ以及通过第一压力传感器12检测防后倾油缸8、9的无杆腔的压力P4。
当防后倾油缸8、9的无杆腔的压力P4大于或等于也即不小于无杆腔溢流阀7的最大工作压力例如28Mpa的情况下，此时控制器14控制第一电磁换向阀3和第二换向阀4处于失电闭合状态，防后倾系统依靠无杆腔溢流阀7来限制防后倾油缸8和9所提供的最大压力F，也即防后倾油缸8和9所提供的最大压力F由无杆腔溢流阀7的最大工作压力决定，例如为28Mpa。
当防后倾油缸8、9的无杆腔的压力P4小于无杆腔溢流阀7的最大工作压力且θ小于预设仰角例如65°时，此时控制器14控制第一电磁换向阀3得电且第二电磁换向阀4失电，第一电磁换向阀3得电后由常闭状态切换为常开状态，防后倾油缸8和9所提供的最大压力F由低压溢流阀6的最大工作压力决定，例如为6Mpa。
当防后倾油缸8、9的无杆腔的压力P4小于无杆腔溢流阀7的最大工作压力且θ大于或等于也即不小于预设仰角时，此时控制器14控制第一电磁换向阀3失电且第二电磁换向阀4得电，第二电磁换向阀4得电后由常闭状态切换为常开状态，会对臂架变幅运动的速度进行控制调节。
具体地对臂架变幅运动的速度进行控制调节过程为：
控制器14会获取电比例调速阀5的节流口入口压力也即电比例调速阀5的输入油口的压力P7。然后控制器14会比较获取的无杆腔的压力P4与P7之间的差值。在差值大于预设误差值例如1Mpa的情况下，会执行如下调整过程，直至下一次检测得到的差值小于或等于预设误差值。预设误差值也并不限制于1Mpa，还可以是更小的数值例如0.5Mpa、0.3Mpa或0.1Mpa等。
一次调整过程包括：通过防后倾油缸8、9上设置的长度传感器11检测当前时刻之前的预设时长△t内防后倾油缸8、9的活塞杆的位移△L，具体通过长度传感器11获取当前时刻和预设时刻的活塞杆的位置得到位移，预设时刻例如为距离当前时刻之前△t如0.1秒或其他合适的时长如0.2秒、0.05秒、1秒等的时刻。通过控制器14的运算，得到电比例调速阀5的控制电流调整量△I，控制器14根据当前电比例调速阀5的控制电流和控制电流调整量△I输出目标控制电流给电比例调速阀5，再由电比例调速阀5的电流-节流开度特性来调整电比例调速阀5的节流口开度，进而调节防后倾系统的液压油流量，不停的循环以上过程，如此形成闭环反馈，直至P4与P7之间的差值不大于预设误差值甚至是为0，此时防后倾油缸8、9的位移变化速度接近或达到定值，防后倾系统完成对变幅速度的动态匹配调节，达到平衡状态，最终实现对臂架变幅速度动态调整控制的目的。在此值得一提的是，预设时刻的活塞杆的位置的获取例如也可以是直接读取上次检测得到的活塞杆的位置，预设时刻距离当前时刻的时长例如可以设置为检测周期。
位移△L与控制电流调整量△I之间的关系满足：
Figure BDA0003375698460000141
其中，ΔL为位移，Δt为预设时长，K1为电比例调速阀的等效比例系数，K2为电比例调速阀的阀芯复位弹簧刚度，K3为电比例调速阀的电磁特性等效系数，A4为无杆腔的面积，ΔI为控制电流调整量，x0为电比例调速阀的阀芯复位弹簧的初始预压缩量。
Figure BDA0003375698460000142
其中，Cd为电比例调速阀的流量系数，
Figure BDA0003375698460000144
为电比例调速阀的阀芯面积梯度，Δp为电比例调速阀的压差，ρ为液压油液的密度；
Figure BDA0003375698460000143
其中，S0为电比例调速阀的电磁铁的气隙面积，μ0为电磁铁的空气导磁率，L为电磁铁的长度，D1为电磁铁的线圈的绕线外径，D2为线圈的绕线内径，δ为电磁铁的气隙长度，d为绕线的直径。
位移△L与控制电流调整量△I之间的关系根据以下几个关系式获得：
防后倾油缸8、9位移引起的流量变化量：
Figure BDA0003375698460000151
(1)式中，ΔQ为防后倾油缸8、9的流量变化量，单位为L/min；ΔL为防后倾油缸8、9的位移，单位为mm；A4为防后倾油缸8、9的无杆腔的面积，单位为mm2；v为防后倾油缸8、9的活塞杆的移动速度，单位为mm/s。
电比例调速阀5通过的流量：
Figure BDA0003375698460000152
(2)式中，Cd为电比例调速阀5的流量系数；A5为电比例调速阀5的阀芯截面积，单位为mm2；Δx为电比例调速阀5的阀芯位移量，单位为mm；Δp为电比例调速阀5的压差，Δp＝P7-P5，，单位为Mpa；p7为电比例调速阀5的节流口入口的压力，单位为Mpa；p5为电比例调速阀5的节流口出口的压力，单位为Mpa；ρ为防后倾系统所用液压油液的密度，单位为kg/m3；
Figure BDA0003375698460000154
为电比例调速阀5的阀芯面积梯度，单位为mm；K1为电比例调速阀5的等效比例系数，为自定义的系数；
电比例调速阀5的阀芯受力分析：
电比例调速阀5的阀芯的复位弹簧力：
F1＝K2[Δx+x0](3)
(3)式中，K2为电比例调速阀5的阀芯复位弹簧刚度，单位为N/mm；x0为电比例调速阀5阀芯复位弹簧的初始预压缩量，单位为mm；
电比例调速阀5的阀芯的电磁力：
Figure BDA0003375698460000153
(4)式中，B0为电比例调速阀5电磁铁的电磁感应强度，单位为T；S0为电比例调速阀5的电磁铁的气隙面积，单位为mm2；μ0为电比例调速阀5的电磁铁的空气导磁率，4π×10-7H/m；L为磁介质也即电比例调速阀5的电磁铁的长度，单位为mm；D1为电磁铁的线圈的绕线外径，单位为mm；D2为电磁铁的线圈的绕线内径，单位为mm；δ为电磁铁的气隙长度，单位为mm；d为漆包线也即绕线的直径，单位为mm；K3为电比例调速阀5电磁特性等效系数，为自定义的系数。
电比例调速阀5的阀芯的复位弹簧力F1与电比例调速阀5的阀芯的电磁力F2相等。
综上所述，本发明实施例通过前述技术方案可以在起重机臂架变幅运动时，根据起重机臂架的仰角和防后倾油缸的无杆腔的压力执行不同的措施，在无杆腔的压力小于无杆腔溢流阀的最大工作压力且仰角不小于预设仰角的情况下，由防后倾油缸的不同位移来动态调节电比例调速阀的控制电流的大小，最终实现对臂架变幅速度的实时反馈、动态调节、闭环控制、匹配精准度高的动态控制。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (19)

1.一种用于起重机的控制方法，其特征在于，所述起重机包括臂架和防后倾油缸，所述控制方法包括：
获取当前时刻所述臂架在变幅运动中的仰角；
获取当前时刻所述防后倾油缸的无杆腔的压力；以及
根据所述仰角和所述无杆腔的压力执行防后倾油缸溢流措施；
其中，所述起重机还包括：
有杆腔溢流阀，所述有杆腔溢流阀的输入油口与所述无杆腔和所述防后倾油缸的有杆腔连通；
无杆腔溢流阀，所述无杆腔溢流阀的输入油口与所述无杆腔连通，所述无杆腔溢流阀的输出油口与所述有杆腔溢流阀的输出油口连通；
低压溢流阀，所述低压溢流阀的输入油口与所述无杆腔连通；
电比例调速阀，所述电比例调速阀的输入油口与所述低压溢流阀的输出油口连通；
第一电磁换向阀，所述第一电磁换向阀的输入油口与所述低压溢流阀的输出油口连通，所述第一电磁换向阀的输出油口与所述有杆腔溢流阀的输出油口连通；以及
第二电磁换向阀，所述第二电磁换向阀的输入油口与所述电比例调速阀的输出油口连通，所述第二电磁换向阀的输出油口与所述有杆腔溢流阀的输出油口连通。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述仰角和所述无杆腔的压力执行防后倾油缸溢流措施包括：
在所述无杆腔的压力小于所述无杆腔溢流阀的最大工作压力且所述仰角不小于预设仰角的情况下，控制所述第一电磁换向阀失电以及所述第二电磁换向阀得电；
获取所述起重机的状态信息；以及
根据所述无杆腔的压力和所述状态信息控制所述变幅运动速度。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述预设仰角的取值范围为65°至85°。
4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述状态信息包括当前时刻之前预设时长内所述防后倾油缸的活塞杆的位移、当前时刻所述电比例调速阀的节流口入口的压力和当前时刻所述电比例调速阀的控制电流。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述当前时刻之前预设时长内所述防后倾油缸的活塞杆的位移的获取包括：
获取当前时刻所述活塞杆的位置；
获取预设时刻所述活塞杆的位置，其中所述预设时刻位于所述当前时刻之前且所述预设时刻距离所述当前时刻的时长为所述预设时长；以及
根据所述当前时刻所述活塞杆的位置和所述预设时刻所述活塞杆的位置确定所述位移。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述预设时长为0.1秒。
7.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述无杆腔的压力和所述状态信息控制所述变幅运动速度包括：
确定所述无杆腔的压力与所述节流口入口的压力之间的差值；
在所述差值大于预设误差值的情况下，根据所述位移确定所述电比例调速阀的控制电流调整量；
根据所述控制电流和所述控制电流调整量确定目标控制电流；以及
将所述目标控制电流输出给所述电比例调速阀。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述预设误差值为1Mpa。
9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述位移与所述控制电流调整量之间的关系满足：
Figure FDA0003906211020000031
其中，ΔL为所述位移，Δt为所述预设时长，K1为所述电比例调速阀的等效比例系数，K2为所述电比例调速阀的阀芯复位弹簧刚度，K3为所述电比例调速阀的电磁特性等效系数，A4为所述无杆腔的面积，ΔI为所述控制电流调整量，x0为所述电比例调速阀的阀芯复位弹簧的初始预压缩量。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述等效比例系数被定义为：
Figure FDA0003906211020000032
其中，Cd为所述电比例调速阀的流量系数，
Figure FDA0003906211020000033
为所述电比例调速阀的阀芯面积梯度，Δp为所述电比例调速阀的压差，ρ为液压油液的密度；
所述电磁特性等效系数被定义为：
Figure FDA0003906211020000034
其中，S0为所述电比例调速阀的电磁铁的气隙面积，μ0为所述电磁铁的空气导磁率，L为所述电磁铁的长度，D1为所述电磁铁的线圈的绕线外径，D2为所述线圈的绕线内径，δ为所述电磁铁的气隙长度，d为所述绕线的直径。
11.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述仰角和所述无杆腔的压力执行防后倾油缸溢流措施还包括：
在所述无杆腔的压力小于所述最大工作压力且所述仰角小于所述预设仰角的情况下，控制所述第一电磁换向阀得电以及所述第二电磁换向阀失电。
12.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述仰角和所述无杆腔的压力执行防后倾油缸溢流措施还包括：
在所述无杆腔的压力不小于所述最大工作压力的情况下，控制所述第一电磁换向阀失电以及所述第二电磁换向阀失电。
13.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述无杆腔溢流阀的最大工作压力为28Mpa，所述有杆腔溢流阀的最大工作压力为25Mpa，所述低压溢流阀的最大工作压力为6Mpa。
14.一种控制器，其特征在于，被配置成执行根据权利要求1至13中任意一项所述的用于起重机的控制方法。
15.一种用于起重机的控制装置，其特征在于，所述起重机包括臂架和防后倾油缸，所述控制装置包括：
仰角传感器，被配置成检测所述臂架在变幅运动中的仰角；
第一压力传感器，被配置成检测所述防后倾油缸的无杆腔的压力；以及
根据权利要求14所述的控制器，分别与所述仰角传感器和所述第一压力传感器电连接。
16.根据权利要求15所述的控制装置，其特征在于，还包括：
有杆腔溢流阀，所述有杆腔溢流阀的输入油口与所述无杆腔和所述防后倾油缸的有杆腔连通；
无杆腔溢流阀，所述无杆腔溢流阀的输入油口与所述无杆腔连通，所述无杆腔溢流阀的输出油口与所述有杆腔溢流阀的输出油口连通；
低压溢流阀，所述低压溢流阀的输入油口与所述无杆腔连通；
电比例调速阀，所述电比例调速阀的输入油口与所述低压溢流阀的输出油口连通；
第一电磁换向阀，所述第一电磁换向阀的输入油口与所述低压溢流阀的输出油口连通，所述第一电磁换向阀的输出油口与所述有杆腔溢流阀的输出油口连通；以及
第二电磁换向阀，所述第二电磁换向阀的输入油口与所述电比例调速阀的输出油口连通，所述第二电磁换向阀的输出油口与所述有杆腔溢流阀的输出油口连通；
其中，所述第一压力传感器与所述无杆腔连通；
所述控制器分别与所述第一电磁换向阀、所述第二电磁换向阀和所述电比例调速阀电连接。
17.根据权利要求16所述的控制装置，其特征在于，还包括：
第二压力传感器，与所述控制器电连接且所述第二压力传感器与所述电比例调速阀的输入油口连通，所述第二压力传感器被配置成检测所述电比例调速阀的节流口入口的压力；以及
长度传感器，与所述控制器电连接，所述长度传感器被配置成检测所述防后倾油缸的活塞杆的位置。
18.一种起重机，其特征在于，包括：
臂架；
防后倾油缸；以及
根据权利要求15至17中任意一项所述用于起重机的控制装置。
19.根据权利要求18所述的起重机，其特征在于，所述起重机为桁架式起重机。
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Denomination of invention: Control methods and devices, controllers, and cranes for cranes

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Assignee: Zoomlion Heavy Industry Science and Technology Co.,Ltd.

Assignor: ZOOMLION HEAVY INDUSTRY SCIENCE AND TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Contract record no.: X2023980044881

Denomination of invention: Control methods and devices, controllers, and cranes for cranes

Granted publication date: 20221213

License type: Common License

Record date: 20231030

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract