CN1225894A - 液压绞车减张力卷取装置的负载自动适应控制方法 - Google Patents

Abstract

一种液压绞车减张力卷取装置的负载自动适应控制方法,采用负载自动适应控制器对储绳卷筒进行闭环控制,使储绳卷筒液压马达两腔的压力差△P₂信号和摩擦卷筒液压马达两腔的压力差△P₁信号相适应,间接地使减张力F₂与缆绳的负载F₁相适应,因而很好地保证了卷取时摩擦卷筒与储绳卷筒的协调,并能获得最大的工作效率。

Description

液压绞车减张力卷取装置的负载自动适应控制方法

本发明涉及流体压力执行系统，具体地说是一种液压绞车减张力卷取装置的负载自动适应的控制方法。

液压绞车卷取装置在卷取长度较长、负载较大，而安装空间又受较大限制的情况下，单卷筒卷取不能满足最大排缆角的要求，需要采用由磨擦卷筒A和储绳卷筒C组成的双卷筒减张力卷取装置(如图1所示)，缆绳首先通过磨擦卷筒A，依靠缆绳与磨擦卷筒A间的静磨擦力减小缆绳张力，然后由储绳卷筒C通过排缆机构B将减小张力后的缆绳在储绳卷筒上整齐有序排放，图1中F₁与F₂分别表示缆绳的负载与减张力。

在国内、外现有技术领域中，液压减张力卷取装置的磨擦卷筒和储绳卷筒一般都采用独立控制的方式，一方面通过对磨擦卷筒的控制来控制收、放缆绳的速度，另一方面通过对储绳卷筒的控制将减张力F₂控制为恒定值。由于缆绳与磨擦卷筒间的静磨擦系数不可以超过其最大值，因此当F₁-F₂增大到一临界值，相应地静磨擦系数μ达到最大值μ_max时，缆绳与磨擦卷筒会发生相对运动，即打滑，这时μ瞬间变为动磨擦系数，其值通常为最大静磨擦系数的1/3～1/2，使F₂突然变化，从而对缆绳会产生一定的破坏作用。

本发明的目的是：提供一种采用负载自动适应控制器，对储绳卷筒进行闭环控制的液压绞车减张力卷取装置的负载自动适应控制方法，能解决现有技术中存在的问题。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：根据磨擦卷筒系统中液压马达两腔的压力差△P₁信号和储绳卷筒系统中液压马达两腔的压力差△P₂信号，采用负载自动适应控制器对储绳卷筒系统中的储绳卷筒进行闭环控制，使△P₂信号与△P₁信号相适应，间接地使储绳卷筒系统中的储绳卷筒和磨擦卷筒系统中的磨擦卷筒之间的减张力F₂随缆绳的负载F₁自动变化，在保证缆绳不打滑的前提下，尽可能地减小缆绳经磨擦卷筒后的减张力F₂。

本发明与现有技术相比，具有的有益的效果是：通过负载自动适应控制器对储绳卷筒进行闭环控制，使储绳卷筒液压马达两腔的压力差△P₂信号和磨擦卷筒液压马达两腔的压力差△P₁信号相适应，间接地使减张力F₂与缆绳的负载F₁相适应，因而很好地保证了卷取时磨擦卷筒与储绳卷筒的协调，并能获得最大的工作效率。

图1．双卷筒减张力卷取装置结构示意图；

图2．本发明的减张力卷取装置负载自动适应控制方法原理图。

如图2所示，采用负载自动适应控制器1对储绳卷筒系统Ⅱ中的储绳卷筒4进行闭环控制，是接受来自磨擦卷筒系统Ⅰ中的液压马达两腔压力差△P₁信号和储绳卷筒系统Ⅱ中的液压马达3两腔压力差△P₂信号，并以 $\[\frac{B_{m2}\•{\mathrm{\ω}}_{2\max }}{d_2}+\frac{\frac{D_{\mathrm{ml}}}{d_1}}{e^{\frac{{\mathrm{\μ}}_{\max }}{s_{\mathrm{\μ}}}\mathrm{\α}}-1}\mathrm{\Δ}{P}_1\]$ 作为给定值，

△P₂作为反馈值，对储绳卷筒系统Ⅱ中的液压马达3两腔的压力差△P₂信号进行闭环控制，负载自动适应控制器1输出的控制信号u₂控制储绳卷筒系统Ⅱ中的液压马达转速控制单元2，控制单元2输出的流量Q驱动液压马达3，液压马达3输出转速n控制储绳卷筒4转速，使△P₂信号与△P₁信号相适应，间接地使减张力F₂与缆绳的负载F₁相适应。式中：d₁、d₂——缆绳在磨擦卷筒和储绳卷筒上的卷绕直径；

  D₂——缆绳在储绳卷筒上的最大卷绕直径；

  D_m1、D_m2——磨擦卷筒马达和储绳卷筒马达的排量；

  B_m2——储绳卷筒马达的磨擦阻尼系数；

  μ_max——最大静磨擦系数；

  e——自然指数；

  S_μ——保证缆绳不打滑的安全系数，用以保证在磨擦系数μ低于最大

          静磨擦系数的前提下，最大限度地减少减张力F2；

  α——缆绳与磨擦卷筒间的包角；

  ω_2max——储绳卷筒的最大可能转速。

负载自动适应控制器可以用电控器或用液压阀来实现。当用电控器实现时，可以采用PID调节器等成熟的闭环控制策略，输出的电信号作为液压马达转速控制单元的输入量，相应的液压马达转速控制单元为电压或电流输入。当用液压阀实现时，可以采用阀芯两端压力均可调的减压阀，其两端压力分别为△P₁与△P₂，其中△P₁作用在有弹簧的一侧，作用面积比为 $\frac{\frac{D_{\mathrm{ml}}}{d_1}}{e^{\frac{{\mathrm{\μ}}_{\max }}{s_{\mathrm{\μ}}}\mathrm{\α}}-1}$

，阀的弹簧预压缩力为 $\frac{B_{m2}\•{\mathrm{\ω}}_{2\max }}{d_2}$ ，输出的压力信号作为液压马达转速控制单元的输入量，相应的液压马达转速控制单元为压力输入。

Claims (2)

1．一种液压绞车减张力卷取装置的负载自动适应控制方法，其特征于在于：根据磨擦卷筒系统[Ⅰ]中液压马达两腔的压力差△P₁信号和储绳卷筒系统[Ⅱ]中液压马达两腔的压力差△P₂信号，采用负载自动适应控制器[1]对储绳卷筒系统[Ⅱ]中的储绳卷筒[4]进行闭环控制，使△P₂信号与△P₁信号相适应，间接地使储绳卷筒系统[Ⅱ]中的储绳卷筒[4]和磨擦卷筒系统[Ⅰ]中的磨擦卷筒之间的减张力F₂随缆绳的负载F₁自动变化，在保证缆绳不打滑的前提下，尽可能地减小缆绳经磨擦卷筒后的减张力F₂。

2．根据权利要求1所述的液压绞车减张力卷取装置的负载自动适应控制方法，其特征在于：所述的负载自动适应控制器[1]对储绳卷筒系统[Ⅱ]中的储绳卷筒[4]进行闭环控制，是接受来自磨擦卷筒系统[Ⅰ]中的液压马达两腔压力差△P₁信号和储绳卷筒系统[Ⅱ]中的液压马达[3]两腔压力差△P₂信号，并以 $\[\frac{B_{m2}\·{\mathrm{\ω}}_{2\max }}{d_2}+\frac{\frac{D_{\mathrm{ml}}}{d_1}}{e^{\frac{{\mathrm{\μ}}_{\max }}{s_{\mathrm{\μ}}}\mathrm{\α}}-1}\mathrm{\Δ}{P}_1\]$ 作为给定值， △P₂作为反馈值，对储绳卷筒系统[Ⅱ]中的液压马达[3]两腔的压力差△P₂信号进行闭环控制，负载自动适应控制器[1]输出的控制信号u₂控制储绳卷筒系统[Ⅱ]中的液压马达转速控制单元[2]，控制单元[2]输出的流量Q驱动液压马达[3]，液压马达[3]输出转速n控制储绳卷筒[4]转速，使△P₂信号与△P₁信号相适应，间接地使减张力F₂与缆绳的负载F₁相适应，

式中：

d₁、d₂——缆绳在磨擦卷筒和储绳卷筒上的卷绕直径；

D₂——缆绳在储绳卷筒上的最大卷绕直径；

D_m1、D_m2——磨擦卷筒马达和储绳卷筒马达的排量；

B_m2——储绳卷筒马达的磨擦阻尼系数；

μ_max——最大静磨擦系数；

e——自然指数；

S_μ——保证缆绳不打滑的安全系数，用以保证在磨擦系数μ低于最大静

       磨擦系数的前提下，最大限度地减少减张力F₂；

α——缆绳与磨擦卷筒间的包角；

ω_2max——储绳卷筒的最大可能转速。

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