CN115405575A - 一种折叠臂架类结构收回控制方法、控制系统及工程机械 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种折叠臂架类结构收回控制方法、控制系统及工程机械，所述折叠臂架类结构收回控制方法，包括：获取一节臂油缸的无杆腔压力PA；响应于PA大于等于预设压力PA0’，通过控制电控换向阀的电流从I0降低至It1，控制臂架收回的速度由高速转换为低速；臂架收回中获取到一节臂臂架位置的信号时，通过控制电控换向阀控制电流It1在预设时间段Δt1内减小至零，控制臂架收回的速度从低速逐渐减速至停止；臂架收回到位时获取一节臂油缸的无杆腔压力PA；若PA不在预设区间内，微调臂架，直到PA在预设区间内；若PA在预设区间内，完成臂架收回。本发明能够实现臂架平稳精准收回。

Description

一种折叠臂架类结构收回控制方法、控制系统及工程机械
技术领域
本发明涉及一种折叠臂架类结构收回控制方法、控制系统及工程机械，属于建筑工程机械技术领域。
背景技术
混凝土泵送设备是一种利用管道将混凝土输送到施工现场的建筑工程机械。它以柴油机为动力，驱动液压泵产生高压压力油，进而驱动主油缸及与其相连的两个混凝土输送缸实现交替往复运动，并在换向阀的有序配合动作下，使混凝土不断地从料斗吸入输送缸并通过输送管输送到施工现场，在机场、码头、道路、桥梁、建筑房屋等混凝土施工方面，具有重要作用。
混凝土泵车的臂架结构由臂架、连杆和油缸三大部分组成。当泵车处于非工作状态，尤其处于行驶状态时，出于安全考虑，需保证臂架始终出于折叠收拢状态，且臂架与臂架支撑保持一定的预应力紧密贴合。臂架油缸安装于臂架一节臂与回转支撑之间以及相邻臂架之间，用于驱动各节臂绕轴线旋转，实现臂架的伸展和收回动作。各臂架油缸的伸缩控制采用电控换向阀控制，通过控制电磁铁的得、失电状态实现驱动油缸的伸缩动作，通过控制阀芯开度，实现油缸运动速度控制。由此协同动作控制整个臂架展开或收回。
现有技术中，各臂架油缸的伸缩控制采用电控换向阀控制，通过控制电磁铁的得、失电状态实现驱动油缸的伸缩动作，通过控制阀芯开度，实现油缸运动速度控制。由此协同动作控制整个臂架展开或收回。臂架完成泵送作业后，臂架折叠收回并放置于车架上主支撑上。主支撑位置安装接近开关，当臂架收回至接近开关1-1信号接受范围，控制器在一段时间间隔Δt后使一节臂油缸对应的换向阀阀口开度降为零。
现有技术中由于臂架自重及运动惯性的原因，臂架在换向阀阀口关闭后一段时间还会继续运动，产生一段附加位移。此位移的大小与臂架下降速度、操作手经验及操作习惯有直接关系。如果臂架下降速度过快，附加位移就会增大。
除此之外，由于实际工况恶劣，接近开关可能由于污染导致探头灵敏度降低或杂物等原因导致弹簧卡滞，最终导致接受信号延迟也会导致控制一节臂油缸的换向阀延迟闭合。上述原因都会导致臂架和主支撑间“过压”或冲击碰撞，多次作用下将会使主支撑损坏，严重的甚至导致车架开裂，严重影响使用寿命。
相反的，如果臂架下落速度过慢，在相同时间间隔Δt下降位移减少，则会造成臂架和主支撑之间压不实，出现“欠压”现象，泵车行走过程，臂架就容易晃动，影响整车稳定性和安全性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种折叠臂架类结构收回控制方法、控制系统及工程机械，能够实现臂架平稳精准收回。为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
第一方面，本发明提供了一种折叠臂架类结构收回控制方法，所述折叠臂架类结构包括一节臂、用于控制一节臂运动的一节臂油缸和用于控制一节臂油缸动作的电控换向阀，所述折叠臂架类结构收回控制方法，包括：
获取一节臂油缸的无杆腔压力PA；
响应于PA大于等于预设压力PA0’，通过控制电控换向阀的电流从I0降低至It1，控制臂架收回的速度由高速转换为低速；
臂架收回中获取到一节臂臂架位置的信号时，通过控制电控换向阀控制电流It1在预设时间段Δt1内减小至零，控制臂架收回的速度从低速逐渐减速至停止；
臂架收回到位时获取一节臂油缸的无杆腔压力PA；
若PA不在预设区间内，微调臂架，直到PA在预设区间内；若PA在预设区间内，完成臂架收回。
结合第一方面，进一步地，所述折叠臂架类结构还包括臂架缓冲支撑装置，臂架收回完成后，臂架停止在与所述臂架缓冲支撑装置间相互作用的临界位置。
结合第一方面，进一步地，所述预设压力PA0’，通过以下步骤得到：
根据车架和主支撑的材质及结构，确定车架、主支撑及车架与主支撑间焊缝材料能安全作业的许用力F1；
根据许用力F1，通过下式计算一节臂油缸对一节臂的作用力F2：
F2×L3+F1×L2＝G×L1 (1)
式(1)中，L1为臂架重心所在线与臂架收回完成后一节臂销轴中心线的垂直距离；L2为许用应力所在线与臂架收回完成后一节臂销轴中心线的垂直距离；L3为一节臂油缸轴线与一节臂销轴中心线的距离；G为臂架重力；
根据一节臂油缸受力平衡，一节臂油缸无杆腔铰接点对一节臂油缸的作用力F2与一节臂油缸有杆腔铰接点对一节臂油缸的作用力F3大小相等，则F2＝F3；
对一节臂油缸及平衡阀进行受力分析：
P1＝P3KA+PL (2)
P1+P3KC＝PS (3)
PA＝P1 (4)
PB＝P3 (5)
式(2)-(5)中，P1为无杆腔平衡阀进油口压力；P3为有杆腔平衡阀进油口压力；KA为一节臂油缸有杆腔与无杆腔面积比；PL为有杆腔铰接点对一节臂油缸活塞作用力产生的压强，PL＝F3×SA；SA为有杆腔活塞横截面积；KC为平衡阀开启比；PS为平衡阀设定压力；PA为一节臂油缸无杆腔压力；PB为一节臂油缸有杆腔压力；
由式(2)-(5)计算一节臂油缸无杆腔压力PA，通过下式表示：
Figure BDA0003806544010000041
计算一节臂收回的目标位置对应的一节臂油缸无杆腔压力PA0；将PA0作为臂架不发生过压或欠压现象时一节臂油缸无杆腔的临界压力；
根据计算或测试得到修正值ΔP，则预设压力PA0’＝PA0-ΔP。
结合第一方面，进一步地，所述预设区间为：PkN＜PA0＜Pkσ，其中PkN为保证整机行驶转弯过程中不会发生甩尾时对应的一节臂油缸无杆腔压力，与臂架重力、摩擦系数、整机最小转弯半径相关；Pkσ为车架材质及结构能满足高周疲劳条件时对应的一节臂油缸无杆腔压力；PkN和Pkσ通过仿真或测试得到。
结合第一方面，进一步地，所述微调臂架，包括：
若PA大于预设区间的最大值，电控换向阀控制电流从0提高至It2，臂架反方向运动，其中所述It2与It1方向相反；
若PA小于预设区间的最小值，电控换向阀控制电流从0提高至It3，臂架继续收回，其中所述It3与It1方向相同。
结合第一方面，进一步地，臂架反方向运动时，响应于一节臂油缸的无杆腔压力PA在预设区间内，电控换向阀控制电流It2在预设时间段Δt2内减小至零，完成臂架收回。
第二方面，本发明提供了一种折叠臂架类结构收回控制系统，与所述折叠臂架类结构连接，包括：
控制器，所述控制器用于执行第一方面所述折叠臂架类结构收回控制方法；
输入组件，所述输入组件连接所述控制器，用于将预设压力PA0’和预设区间输入所述控制器；
检测组件，所述检测组件连接所述控制器，用于获取一节臂油缸无杆腔压力PA和一节臂臂架位置的信号。
结合第二方面，进一步地，所述检测组件包括：
无杆腔压力检测装置：用于获取一节臂油缸无杆腔压力PA；
接近开关：用于获取一节臂臂架位置的信号。
结合第二方面，进一步地，还包括用于接收臂架收回的控制指令的接收器，所述接收器连接所述控制器，所述控制器接收到臂架收回的控制指令后执行第一方面所述折叠臂架类结构收回控制方法。
第二方面，本发明提供了一种工程设备，包括折叠臂架类结构和第二方面所述的折叠臂架类结构收回控制系统。
与现有技术相比，本发明实施例所提供的一种折叠臂架类结构收回控制方法、控制系统及工程机械所达到的有益效果包括：
本发明折叠臂架类结构收回控制方法，包括：获取一节臂油缸的无杆腔压力PA；响应于PA大于等于预设压力PA0’，通过控制电控换向阀的电流从I0降低至It1，控制臂架收回的速度由高速转换为低速；臂架收回中获取到一节臂臂架位置的信号时，通过控制电控换向阀控制电流It1在预设时间段Δt1内减小至零，控制臂架收回的速度从低速逐渐减速至停止；本发明在臂架收回过程中对电控换向阀控制电流进行可定制的分阶控制，从而使臂架回收过程速度分阶控制更可控，减少臂架对支撑或车架的冲击破坏，提升臂架和支撑的使用寿命。
本发明臂架收回到位时获取一节臂油缸的无杆腔压力PA；若PA不在预设区间内，微调臂架，直到PA在预设区间内；若PA在预设区间内，完成臂架收回；本发明通过预设区间和微调臂架，保证臂架与臂架支撑时合理的预应力作用，避免臂架在回收至臂架支撑时出现过压或欠压的情况，既保证了臂架和支撑的使用寿命，又保证了车辆行驶稳定性。
附图说明
图1是本发明实施例1中一种折叠臂架类结构收回控制方法的流程图；
图2是本发明实施例1中折叠臂架类结构的示意图；
图3是本发明实施例1中一种折叠臂架类结构收回控制方法中臂架收回过程受力分析图；
图4是本发明实施例1中一种折叠臂架类结构收回控制方法中一节臂油缸及平衡阀受力分析图；
图5是本发明实施例2中臂架收回过程中电控换向阀的控制电流变化曲线。
图中：1、车架，1-1、接近开关，1-2、臂架缓冲支撑装置；
2、回转支撑；
3、一节臂；3-1、一节臂油缸；3-2、无杆腔压力检测装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1：
如图2所示，折叠臂架类结构包括车架1、回转支撑2、臂架、一节臂3、用于控制一节臂3运动的一节臂油缸3-1和用于控制一节臂油缸3-1动作的电控换向阀。回转支撑2设于车架1的一侧端部，一节臂3与回转支撑2铰接。车架1的另一侧端部设有臂架缓冲支撑装置1-2，用于支撑收回的臂架。
一节臂3回收过程，一节臂油缸3-1由伸出状态逐渐收回，有杆腔进油，压力降低，无杆腔体积减小，压力增大，臂架绕一节臂3与回转支撑2铰点转动并逐渐下落至车架1上的缓冲支撑装置。
如图1所示，一种折叠臂架类结构收回控制方法，包括：获取一节臂油缸3-1的无杆腔压力PA；
响应于PA大于等于预设压力PA0’，通过控制电控换向阀的电流从I0降低至It1，控制臂架收回的速度由高速转换为低速；
臂架收回中获取到一节臂3臂架位置的信号时，通过控制电控换向阀控制电流It1在预设时间段Δt1内减小至零，控制臂架收回的速度从低速逐渐减速至停止；
臂架收回到位时获取一节臂油缸3-1的无杆腔压力PA；
若PA不在预设区间内，微调臂架，直到PA在预设区间内；若PA在预设区间内，完成臂架收回。
具体的，臂架收回完成后，臂架停止在与所述臂架缓冲支撑装置1-2间相互作用的临界位置。
预设压力PA0’，通过以下步骤得到：
如图3所示，根据车架1和主支撑的材质及结构，确定车架1、主支撑及车架1与主支撑间焊缝材料能安全作业的许用力F1；
如图3所示，根据许用力F1，通过下式计算一节臂油缸3-1对一节臂3的作用力F2：
F2×L3+F1×L2＝G×L1 (1)
式(1)中，L1为臂架重心所在线与臂架收回完成后一节臂3销轴中心线的垂直距离；L2为许用应力所在线与臂架收回完成后一节臂3销轴中心线的垂直距离；L3为一节臂油缸3-1轴线与一节臂3销轴中心线的距离；G为臂架重力；
根据一节臂油缸3-1受力平衡，一节臂油缸3-1无杆腔铰接点对一节臂油缸3-1的作用力F2与一节臂油缸3-1有杆腔铰接点对一节臂油缸3-1的作用力F3大小相等，则F2＝F3；
对一节臂油缸3-1及平衡阀进行受力分析，如图4所示，得到：
P1＝P3KA+PL (2)
P1+P3KC＝PS (3)
PA＝P1 (4)
PB＝P3 (5)
式(2)-(5)中，P1为无杆腔平衡阀进油口压力；P3为有杆腔平衡阀进油口压力；KA为一节臂油缸3-1有杆腔与无杆腔面积比；PL为有杆腔铰接点对一节臂油缸3-1活塞作用力产生的压强，PL＝F3×SA；SA为有杆腔活塞横截面积；KC为平衡阀开启比；PS为平衡阀设定压力；PA为一节臂油缸3-1无杆腔压力；PB为一节臂油缸3-1有杆腔压力；
由式(2)-(5)计算一节臂油缸3-1无杆腔压力PA，通过下式表示：
Figure BDA0003806544010000081
计算一节臂3收回的目标位置对应的一节臂油缸3-1无杆腔压力PA0；将PA0作为臂架不发生过压或欠压现象时一臂驱动油缸3-1无杆腔的临界压力；
根据计算或测试得到修正值ΔP，则预设压力PA0’＝PA0-ΔP。
本实施例提供的预设压力PA0’，能够避免臂架在回收至臂架支撑时出现过压或欠压的情况，既保证了臂架和支撑的使用寿命，又保证了车辆行驶稳定性。
预设区间为PkN＜PA0＜Pkσ，其中PkN为保证整机行驶转弯过程中不会发生甩尾时对应的一节臂油缸3-1无杆腔压力，与臂架重力、摩擦系数、整机最小转弯半径相关；Pkσ为车架1材质及结构能满足高周疲劳条件时对应的一节臂油缸3-1无杆腔压力；PkN和Pkσ通过仿真或测试得到。
微调臂架，包括：
若PA大于预设区间的最大值，电控换向阀控制电流从0提高至It2，臂架反方向运动，其中所述It2与It1方向相反；臂架反方向运动时，相应于一节臂油缸3-1的无杆腔压力PA在预设区间内，电控换向阀控制电流It2在预设时间段Δt2内减小至零，完成臂架收回；
若PA小于预设区间的最小值，电控换向阀控制电流从0提高至It3，臂架继续收回，其中所述It3与It1方向相同。
本实施例提供的预设区间和微调臂架，保证臂架与臂架支撑时合理的预应力作用，避免臂架在回收至臂架支撑时出现过压或欠压的情况，既保证了臂架和支撑的使用寿命，又保证了车辆行驶稳定性，能够精准控制臂架和支撑间的作用力。
实施例2：
本实施例提供了实施例1所述的一种折叠臂架类结构收回控制方法的具体应用场景。
如图5所示为臂架收回过程中电控换向阀的控制电流变化曲线。
电控换向阀控制电流由I0在△t内降至It，臂架收回的速度由高速转换为低速。
臂架收回中，接近开关1-1检测到臂架位置信号后，电控换向阀控制电流It在Δt11内减小为零，理想状态是一节臂3与臂架支撑之间的压应力在预设区间内，对应臂架不发生过压或欠压现象时一节臂油缸3-1无杆腔的临界压力PA0。
但由于臂架自重及运动惯性影响，实际检测到的一节臂油缸3-1的无杆腔压力PA可能与目标值存在差异，进入第一次微调臂架区间(△t1)。控制电控换向阀控制电流使臂架向反方向运动(t1-t3段)，监测一节臂油缸3-1的无杆腔压力值到达预设区间时，电控换向阀的控制电流It2在Δt14内减小为零，臂架完成收回过程第一次微调。
若实际检测到的一节臂油缸3-1的无杆腔压力PA在预设区间内，则臂架完成收回。若实际检测到的一节臂油缸3-1的无杆腔压力PA仍不在预设区间内，则进入第二次微调臂架区间△t2。若PA大于预设区间的最大值，电控换向阀控制电流从0提高至It2，臂架反方向运动。若PA小于预设区间的最小值，电控换向阀控制电流从0提高至It3，臂架继续收回。上述控制方式能够精准控制臂架和支撑间的作用力。
实施例3：
本实施例提供了一种折叠臂架类结构收回控制系统，与所述折叠臂架类结构连接，包括：
控制器，所述控制器用于执行权利要求1-6所述折叠臂架类结构收回控制方法；
输入组件，所述输入组件连接所述控制器，用于将预设压力PA0’和预设区间输入所述控制器；
检测组件，所述检测组件连接所述控制器，用于获取一节臂油缸3-1无杆腔压力PA和一节臂3臂架位置的信号；
以及接收器，所述接收器用于接收臂架收回的控制指令。
接收器连接控制器，控制器接收到臂架收回的控制指令后执行实施例1所述折叠臂架类结构收回控制方法。
具体的，检测组件包括：
无杆腔压力检测装置3-2：用于获取一节臂油缸3-1无杆腔压力PA；
接近开关1-1：用于获取一节臂3臂架位置的信号。
实施例4：
本实施例提供了一种工程设备，包括折叠臂架类结构和实施例3所述的折叠臂架类结构收回控制系统。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种折叠臂架类结构收回控制方法，所述折叠臂架类结构包括一节臂、用于控制一节臂运动的一节臂油缸和用于控制一节臂油缸动作的电控换向阀，其特征在于，所述折叠臂架类结构收回控制方法，包括：
获取一节臂油缸的无杆腔压力PA；
响应于PA大于等于预设压力PA0’，通过控制电控换向阀的电流从I0降低至It1，控制臂架收回的速度由高速转换为低速；
臂架收回中获取到一节臂臂架位置的信号时，通过控制电控换向阀控制电流It1在预设时间段Δt1内减小至零，控制臂架收回的速度从低速逐渐减速至停止；
臂架收回到位时获取一节臂油缸的无杆腔压力PA；
若PA不在预设区间内，微调臂架，直到PA在预设区间内；若PA在预设区间内，完成臂架收回。
2.根据权利要求1所述的折叠臂架类结构收回控制方法，其特征在于，所述折叠臂架类结构还包括臂架缓冲支撑装置，臂架收回完成后，臂架停止在与所述臂架缓冲支撑装置间相互作用的临界位置。
3.根据权利要求1所述的折叠臂架类结构收回控制方法，其特征在于，所述预设压力PA0’，通过以下步骤得到：
根据车架和主支撑的材质及结构，确定车架、主支撑及车架与主支撑间焊缝材料能安全作业的许用力F1；
根据许用力F1，通过下式计算一节臂油缸对一节臂的作用力F2：
F2×L3+F1×L2＝G×L1 (1)
式(1)中，L1为臂架重心所在线与臂架收回完成后一节臂销轴中心线的垂直距离；L2为许用应力所在线与臂架收回完成后一节臂销轴中心线的垂直距离；L3为一节臂油缸轴线与一节臂销轴中心线的距离；G为臂架重力；
根据一节臂油缸受力平衡，一节臂油缸无杆腔铰接点对一节臂油缸的作用力F2与一节臂油缸有杆腔铰接点对一节臂油缸的作用力F3大小相等，则F2＝F3；
对一节臂油缸及平衡阀进行受力分析：
P1＝P3KA+PL (2)
P1+P3KC＝PS (3)
PA＝P1 (4)
PB＝P3 (5)
式(2)-(5)中，P1为无杆腔平衡阀进油口压力；P3为有杆腔平衡阀进油口压力；KA为一节臂油缸有杆腔与无杆腔面积比；PL为有杆腔铰接点对一节臂油缸活塞作用力产生的压强，PL＝F3×SA；SA为有杆腔活塞横截面积；KC为平衡阀开启比；PS为平衡阀设定压力；PA为一节臂油缸无杆腔压力；PB为一节臂油缸有杆腔压力；
由式(2)-(5)计算一节臂油缸无杆腔压力PA，通过下式表示：
Figure FDA0003806543000000021
计算一节臂收回的目标位置对应的一节臂油缸无杆腔压力PA0；将PA0作为臂架不发生过压或欠压现象时一节臂油缸无杆腔的临界压力；
根据计算或测试得到修正值ΔP，则预设压力PA0’＝PA0-ΔP。
4.根据权利要求3所述的折叠臂架类结构收回控制方法，其特征在于，所述预设区间为：PkN＜PA0＜Pkσ，其中PkN为保证整机行驶转弯过程中不会发生甩尾时对应的一节臂油缸无杆腔压力，与臂架重力、摩擦系数、整机最小转弯半径相关；Pkσ为车架材质及结构能满足高周疲劳条件时对应的一节臂油缸无杆腔压力；PkN和Pkσ通过仿真或测试得到。
5.根据权利要求1所述的折叠臂架类结构收回控制方法，其特征在于，所述微调臂架，包括：
若PA大于预设区间的最大值，电控换向阀控制电流从0提高至It2，臂架反方向运动，其中所述It2与It1方向相反；
若PA小于预设区间的最小值，电控换向阀控制电流从0提高至It3，臂架继续收回，其中所述It3与It1方向相同。
6.根据权利要求5所述的折叠臂架类结构收回控制方法，其特征在于，臂架反方向运动时，响应于一节臂油缸的无杆腔压力PA在预设区间内，电控换向阀控制电流It2在预设时间段Δt2内减小至零，完成臂架收回。
7.一种折叠臂架类结构收回控制系统，与所述折叠臂架类结构连接，其特征在于，包括：
控制器，所述控制器用于执行权利要求1-6任一项所述折叠臂架类结构收回控制方法；
输入组件，所述输入组件连接所述控制器，用于将预设压力PA0’和预设区间输入所述控制器；
检测组件，所述检测组件连接所述控制器，用于获取一节臂油缸无杆腔压力PA和一节臂臂架位置的信号。
8.根据权利要求7所述的折叠臂架类结构收回控制系统，其特征在于，所述检测组件包括：
无杆腔压力检测装置：用于获取一节臂油缸无杆腔压力PA；
接近开关：用于获取一节臂臂架位置的信号。
9.根据权利要求7所述的折叠臂架类结构收回控制系统，其特征在于，还包括用于接收臂架收回的控制指令的接收器，所述接收器连接所述控制器，所述控制器接收到臂架收回的控制指令后执行权利要求1-6任一项所述折叠臂架类结构收回控制方法。
10.一种工程设备，其特征在于，包括折叠臂架类结构和权利要求7-9任一项所述的折叠臂架类结构收回控制系统。
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