一种平衡阀不匹配导致负载抖动的测量方法及装置

摘要

本发明涉及一种平衡阀不匹配导致负载抖动的测量方法及装置，应用于含超越负载工况的机械设备中，含超越负载工况的机械设备包括液压泵、流量控制阀、平衡阀、液压执行器和负载；包括以下步骤：1）将负载置于超越负载工况；2）向流量控制阀输送驱动信号，使流量控制阀开启，并且回油通过平衡阀；3）采集负载的运动信息并输出；4）根据采集的负载的运动信息，判断运动信息的抖动是否超出预设范围；如果是，则调试平衡阀，并返回步骤1），反之，则抖动正常。本发明结构简单、操作方便、易实现。

说明书

技术领域

本发明涉及工程机械领域，尤其涉及一种平衡阀不匹配导致负载 抖动的测量方法及装置。

背景技术

平衡阀是工程机械领域常用的关键液压元件，尤其应用于起重机 械或混凝土泵车等含超越负载工况的机械设备中。平衡阀通过在执行 机构的回油路设置一定的背压(回油压力)来平衡超越负载，可以防止 执行机构的自行运动和超速。在负载运动过程中，合理的平衡阀选择 与设置能够保证系统安全性及平稳动作。若平衡阀参数的不匹配，会 造成负载运动的不平稳，尤其当液压系统出现压力波动和外界干扰时， 平衡阀的液控动作过度灵敏而导致频繁切换液压缸的起停动作。这种 情况会造成负载运动过程中发生较大的抖动，影响执行机构和负载的 寿命，严重时影响系统的安全性。

在现有技术中，还没有一种可用的直接测量由于平衡阀控制参数 不匹配导致负载运动不平稳，即造成负载抖动的装置和方法。在实际 调试工作中，仅仅是工作人员靠经验调节平衡阀，并用肉眼观察调节 后的效果。现有方法在平衡阀不匹配时调节过程中依赖于人的主观性， 存在很多不确定性和盲目性，调节后的效果无法精确度量。

发明内容

本发明的目的是提出一种结构简单、操作方便、易实现的平衡阀 不匹配导致负载抖动的测量方法及装置。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种平衡阀不匹配导致负载抖动的测量方法，该方法应用于含超 越负载工况的机械设备中，含超越负载工况的机械设备包括液压泵、 流量控制阀、平衡阀、液压执行器和负载；包括以下步骤：1）将负载 置于超越负载工况；2）向流量控制阀输送驱动信号，使流量控制阀开 启，并且回油通过平衡阀；3）采集负载的运动信息并输出；4）根据 采集的负载的运动信息，判断运动信息的抖动是否超出预设范围；如 果是，则调试平衡阀，并返回步骤1），反之，则抖动正常。

进一步地，步骤2）具体包括：2-1）测量实际负载工作过程中流 量控制阀的死区信号；2-2）在测得的死区信号的上限值之上，设定一 个作为流量控制阀驱动信号的余弦信号。

进一步地，步骤3）之后，还包括：对负载的运动信息进行显示。

进一步地，负载为臂架；运动信息为臂架的角度变化信息。

一种执行机构的抖动量测量装置，该装置应用于含超越负载工况 的机械设备中，含超越负载工况的机械设备包括液压泵、流量控制阀、 平衡阀、液压执行器和负载；包括：控制器、传感器、识别单元和输 出单元，其中：负载处于超越负载工况；控制器用于向流量控制阀输 送驱动信号，使流量控制阀开启，并且回油通过平衡阀；传感器用于 采集负载的运动信息并输入识别单元；识别单元用于根据采集到的负 载的运动信息，判断运动信息的抖动是否超出预设范围；输出单元用 于根据识别单元的判断结果，若运动信息的抖动超出预设范围，则输 出调试平衡阀的指令，反之，抖动量正常。

进一步地，控制器还用于测量实际负载工作过程中流量控制阀的 死区信号，并在测得的死区信号的上限值之上，设定一个作为流量控 制阀驱动信号的余弦信号。

进一步地，还包括数据采集仪，其中：传感器采集到的负载的运 动信息通过数据采集仪输入识别单元。

进一步地，负载为臂架；运动信息为臂架的角度变化信息。

由于本发明首先将负载置于超越负载工况，再向流量控制阀输送 驱动信号，使流量控制阀开启，然后采集负载的运动信息并输出，最 后根据采集的负载的运动信息，判断运动信息的抖动是否超出预设范 围；如果是，则调试平衡阀，反之，则抖动正常，本发明简单、操作 方便、易于实现，通过本发明所提供的平衡阀不匹配导致负载抖动的 测量方法，工作人员可以根据运动信息的抖动情况，判断是否超出预 设范围，以决定是否需要对平衡阀进行调节，从而提高了调节的直观 性和有效性，减少了调节的盲目性，缩短了调节时间，而且据此测量 方法对平衡阀实施有针对性的调节后对整机的平稳性和操作安全性也 有很大的提高，延长了平衡阀及其液压执行器的寿命。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请 的一部分，本发明的示意性实施例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为本发明所提供的平衡阀不匹配导致负载抖动的测量装置一 实施例的结构框图；

图2为本发明所提供的平衡阀不匹配导致负载抖动的测量装置另 一实施例的结构框图；

图3为本发明所提供的平衡阀不匹配导致负载抖动的测量方法一 实施例的流程图；

图4为本发明所提供的平衡阀不匹配导致负载抖动的测量方法另 一实施例的流程图；

图5为本发明应用到混凝土泵车上的部分结构示意图；

图6为本发明应用到混凝土泵车上的原理示意图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合 本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细 的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元 件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实 施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例 性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本 发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下 所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图 对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、 “横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、 “顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附 图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而 不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方 位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1、图2所示，本发明所提供的平衡阀不匹配导致负载抖动 的测量方法应用于含超越负载工况的机械设备中，含超越负载工况的 机械设备包括液压泵1、流量控制阀2、平衡阀3、液压执行器4和负 载5，液压泵1通过油路为流量控制阀2供油，流量控制阀2通过油 路与平衡阀3相连，平衡阀3通过阀块与液压执行器4相连，液压执 行器4与负载5相连。

如图3所示，本发明所提供方法包括以下步骤：

1）通过手控或电控的方式，驱动流量控制阀2，进而驱动液压执 行器4，将负载5置于所要调试平衡阀3的超越负载工况。

其中：超越负载是指与液压执行器4同向的负载，负载的反向词。 以卷扬马达提升或下放重物为例，提升时为负载；下放时，由于重物 本身的重力作用，会拉动卷扬马达下放，此时为负负载。所以此时必 须在回路中的平衡阀，可以保证下放重物的平稳性。但是有时候，由 于平衡阀与其自身合理的参数值不匹配,或者是平衡阀参数值不合理, 这样会大大影响负载的平稳性，所以还需要不断去调节平衡阀。

2）向流量控制阀2输送驱动信号，使流量控制阀2受驱动而开启， 来自于液压泵1的液压油经流量控制阀2输出，来自于流量控制阀2 的液压油经平衡阀3调节后进入液压执行器4，此时液压执行器4在 液压油的作用下处于超越负载工况。由于流量控制阀2存在信号死区， 即，阀的不灵敏区，阀输入信号变化，而输出量没有任何可察觉的变 化。因此，输送给流量控制阀2的驱动信号，需要足以使流量控制阀 2开启，而不能是死区信号。

3）采集负载5的运动信息并输出。该步骤所使用的采集设备可以 根据实际工况选择使用现有传感器，由该传感器感知负载5的运动信 息，并由数据采集仪对该运动信息进行采集和显示。

4）根据采集的负载5的运动信息，判断运动信息的抖动是否超出 预设范围。如果超出预设范围，说明平衡阀3的参数不匹配，需要调 试人员进行调节，并返回步骤1），如果抖动在预设范围内，说明平 衡阀3的参数匹配合理，无需调节。

本发明简单、操作方便、易于实现，通过本发明所提供的平衡阀 不匹配导致负载抖动的测量方法，工作人员可以根据运动信息的抖动 情况，判断是否超出预设范围，以决定是否需要对平衡阀进行调节， 从而提高了调节的直观性和有效性，减少了调节的盲目性，缩短了调 节时间，而且据此测量方法对平衡阀实施有针对性的调节后对整机的 平稳性和操作安全性也有很大的提高，延长了平衡阀及其液压执行器 的寿命。

如图4所示，上述方法中，步骤2）具体包括：

2-1）测量实际的负载5工作过程中流量控制阀2的死区信号。

流量控制阀的死区可以理解为阀的不灵敏区，阀输入信号变化， 而输出量没有任何可察觉的变化。实际中，若想让负载动作，给流量 控制阀的输入信号必须大于死区（即在死区之上）的上限值。也就是 说，只要大于死区上限值的任何值都可以使液压缸动作，而且，值越 大，动作越快；值越小，动作越慢。

2-2）在测得的死区信号的上限值之上，设定一个作为流量控制阀 驱动信号的余弦信号，然后以一定的功率和流量控制阀能接受的方式 输出该驱动信号给流量控制阀2。

步骤2-2）是为了协调液压执行器4和负载5之间的关系，从而 使液压执行器4呈超越负载工况，设定流量控制阀2的驱动信号，具 体方法是以所测得的死区上限值为基准，在该基准上方给定一个余弦 信号即可。

上述方法中，步骤3）之后，还包括：

对负载5的运动信息进行显示的步骤，这样可以提高负载5的运 动信息的直观性，使工作人员判断更加便利。

如图1所示，本发明还提供一种平衡阀不匹配导致负载抖动的测 量装置，该装置应用于含超越负载工况的机械设备中，含超越负载工 况的机械设备包括液压泵1、流量控制阀2、平衡阀3、液压执行器4 和负载5。液压泵1通过油路为流量控制阀2供油，流量控制阀2通 过油路与平衡阀3相连，平衡阀3通过阀块与液压执行器4相连，液 压执行器4与负载5相连。

本发明所提供的测量装置包括控制器6、传感器7、识别单元8 和输出单元9，其中：

负载5处于超越负载工况。可以通过手控或电控的方式，驱动流 量控制阀2，进而驱动液压执行器4，将负载5置于所要调试平衡阀3 的超越负载工况。该方法是现有技术，在此不再赘述。

控制器6通过输出端口与流量控制阀2的电磁铁相连，用于向流 量控制阀2输送驱动信号，使流量控制阀2开启，之后来自于液压泵 1的液压油经流量控制阀2输出，然后来自于流量控制阀2的液压油 经平衡阀3调节后进入液压执行器4，此时液压执行器4和负载5在 液压油的作用下处于超越负载工况。

传感器7位于负载5上感知其运动信息，用于采集负载5的运动 信息，传感器7输出的电信号接入识别单元9，比如负载5是臂架的 时候，本发明所采用的传感器7是倾角传感器，此时所采集到的运动 信息是臂架的角度随时间的变化曲线。但是，由于本发明可以应用于 含超越负载工况的机械设备中，因此，一旦应用的机械设备不同，负 载不同，其所使用的传感器也将会相应的有所变化。

识别单元8用于根据采集到的负载5的运动信息，判断运动信息 的抖动是否超出预设范围。

输出单元9用于根据识别单元8的判断结果，若运动信息的抖动 超出预设范围，则输出调试平衡阀的指令，反之，抖动量正常。如果 超出预设范围，说明平衡阀3的参数不匹配，需要调试人员对平衡阀 3进一步调节。如果抖动在预设范围内，说明平衡阀3的参数匹配合 理，无需调节。

本发明简单、操作方便、易于实现，通过本发明所提供的平衡阀 不匹配导致负载抖动的测量方法，工作人员可以根据运动信息的抖动 情况，判断是否超出预设范围，以决定是否需要对平衡阀进行调节， 从而提高了调节的直观性和有效性，减少了调节的盲目性，缩短了调 节时间，而且据此测量方法对平衡阀实施有针对性的调节后对整机的 平稳性和操作安全性也有很大的提高，延长了平衡阀及其液压执行器 的寿命。

上述实施例中，为了防止控制器6输出的死区信号，控制器6还 用于测量实际负载5工作过程中流量控制阀2的死区信号，并在测得 的死区信号的上限值之上，设定一个作为流量控制阀2驱动信号的余 弦信号。然后通过控制器6以一定的功率和流量控制阀2能接受的方 式输出该驱动信号给流量控制阀2，以使流量控制阀2能够响应于驱 动信号。

如图2所示，上述各实施例中，本发明所提供的测量装置还包括 数据采集仪10，其中：传感器7输出的电信号接入数据采集仪10中， 采集到的负载5的运动信息通过数据采集仪10输入识别单元8。另外， 数据采集仪10还用于对负载5的运动信息进行显示。在数据采集仪 10的显示设备上可以观测到负载5的运动时间历程曲线和抖动的强 度。

下面以泵车、负载5为臂架以及运动信息为臂架的角度变化信息 为例，对本发明进一步进行说明。

图5是泵车臂架示意图，以一臂M和二臂N之间的液压油缸为 例，因为该油缸在泵车的全工作空间中承受双向超越负载，因此，采 用单作用式平衡阀A和平衡阀B安装在泵车臂架油缸两端的进出油口 上以平衡双向负载，为了增加液压油缸运动的平稳性，一般在平衡阀 的控制油路中会装有阻尼机构，阻尼机构由一些固定节流孔和可调节 流孔组成。阻尼机构的选择与调节既影响平衡阀的开启比又关系到运 动的平稳性，因此，对平衡阀阻尼的合理选择与调节对实现臂架的平 稳控制非常重要。

图6是泵车平衡阀A的检测装置示意图。所述的控制器采用工程 机械通用控制器，倾角传感器和数据采集仪通过CAN总线连接。倾 角传感器安装于泵车臂架上，用于采集臂架运动过程中角度随时间的 变化曲线；数据采集仪用于记录预设的角度随时间变化的信号以及传 感器所采集到的臂架角度随时间变化的信号，并通过数据采集仪上的 显示设备进行显示。

在调整平衡阀A的过程中，本发明的具体实施流程如下：（1） 通过控制器测定泵车臂架流量控制阀的死区；（2）手动或电控驱动臂 架至所在油缸呈超越负载工况（图6为测试平衡阀A）；（3）通过控 制器输出基于死区之上的缓变余弦控制信号给泵车流量控制阀，使回 油通过平衡阀A；（4）泵车臂架流量控制阀在控制器驱动信号作用下 开启，从而驱动臂架油缸动作；（5）臂架角度在油缸运动时会不断变 化，使得倾角传感器值随之变化；（6）控制器将流量控制阀的驱动信 号发送至数据采集仪，数据采集仪接收来自倾角传感器的CAN总线 信号；（7）数据采集仪的显示设备显示CAN总线输入数据采集仪的 信号，工作人员研判测得的臂架运动曲线，如果该信号的抖动量超过 许可范围，说明平衡阀的阻尼参数匹配不合理，需要工作人员重新选 择和调解平衡阀的固定节流孔和可调节流孔；如果抖动量在许可范围 之内，说明平衡阀的阻尼参数匹配合理，无需调节。

本发明提供了一种简单易行的检测平衡阀不匹配导致负载运动不 平稳的测量方法和装置，根据监测的曲线，能直观清楚地看到抖动的 频率和幅度，从而指导工作人员有目的的调节平衡阀的阻尼。

为阐述原理方便，各元器件连接均采用简化画法，仅列出本发明 相关环节，本发明仅以在混凝土泵车的二臂N平衡阀上实施为例，但 本发明的其它任何变体都应该在保护范围内。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而 非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属 领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进 行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案 的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。