起重机械设备的防后倾控制方法、系统和起重机械设备

摘要

本发明提供一种起重机械设备的防后倾控制方法、系统和起重机械设备，属于起重机技术领域。所述方法包括：获取防后倾液压油缸的目标防后倾力F1、当前防后倾液压油缸的无杆腔压力参数P1和有杆腔压力参数P2；根据无杆腔压力参数P1和有杆腔压力参数P2，计算防后倾液压油缸当前提供的实际防后倾力F当前；在实际防后倾力F当前与目标防后倾力F1不相等的情况下，根据目标防后倾力F1和有杆腔压力参数P2，计算与防后倾液压油缸的无杆腔连通的电比例溢流阀的目标调节电流Ix；基于目标调节电流Ix调节电比例溢流阀的溢流压力，从而调节防后倾液压油缸提供的防后倾力，直到防后倾力等于目标防后倾力F1。

说明书

技术领域

本发明涉及起重机技术领域，具体地涉及一种起重机械设备的防后倾控制方法，一种起重机械设备的防后倾控制系统以及一种起重机械设备。

背景技术

防后倾装置是指起重机中为防止吊臂或超起桅杆等机械结构因为重力作用向后倾翻而采取的机械或液压等相结合的保护装置。

现有桁架式起重机械设备中，因臂架的重心的变化和臂架的桡度反弹导致后倾等原因，设置防后倾装置用于在臂架的运动过程或停止时防止臂架后倾翻。目前起重机技术领域中，防后倾装置种类繁多，包括有：弹簧提供支反力，随着臂架角度变化，防后倾力按弹簧行程改变而增减；液压油缸提供支反力，根据液压油缸无杆腔压力的变化提供不同的支反力，以满足臂架的后倾力要求，中、大吨位产品普遍采用油缸式防后倾。

图1所示是现有的一种油缸式防后倾装置，液压油缸提供支反力为臂架因重心、桡度反弹等原因导致的后倾翻提供安全保障。现有的油缸式防后倾装置通过二位二通电磁阀的得失电选择回油通道为液压油缸无杆腔提供不同压力，以及通过节流阀流量变化产生的压力增益，为液压油缸无杆腔提供压力增益，为臂架提供可选择的支反力。液压油缸提供支反力是间断不连贯和不可重复性，因为温度导致油液粘度的变化和流量的变化影响节流阀产生的压力增益，导致油缸的无杆腔提供的支反力无一致性，只能按臂架角度分段提供，不能保证油缸支反力的实时响应，即不能实现动态连续可跟随性、稳定性以及重复性。

发明内容

本发明实施方式的目的是提供一种起重机械设备的防后倾控制方法系统和起重机械设备，该控制方法实时采集当前的目标防后倾力，并根据实时防后倾力计算电比例溢流阀的目标调节电流I

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种起重机械设备的防后倾控制方法，所述起重机械设备设置有用于为其提供防后倾力的防后倾液压油缸，所述方法包括：

获取所述防后倾液压油缸的目标防后倾力F

根据所述无杆腔压力参数P

在所述实际防后倾力F

基于所述目标调节电流I

进一步地，所述根据所述目标防后倾力F

根据所述目标防后倾力F

根据所述目标溢流压力P

其中K

进一步地，所述基于所述目标调节电流I

根据所述无杆腔压力参数P

计算所述目标调节电流I

根据所述电流差值

可选的，所述获取所述防后倾液压油缸的目标防后倾力F

获取当前促使所述起重机械设备后倾的各第一作用力及相应的力臂；

获取除所述防后倾力之外，当前阻碍所述起重机械设备后倾的各第二作用力及相应的力臂；

获取所述目标防后倾力F

根据所述各第一作用力及相应的力臂、所述各第二作用力及相应的力臂、所述目标防后倾力F

可选的，所述获取所述防后倾液压油缸的目标防后倾力F

获取当前臂架长度；

获取当前臂架角度；

获取当前卷扬马达转速；

根据所述当前卷扬马达转速计算臂架变幅速度；

根据所述当前臂架长度、所述当前臂架角度和所述臂架变幅速度，计算所述目标防后倾力F

本发明第二方面提供一种起重机械设备的防后倾控制系统，所述系统包括：

防后倾液压油缸，用于为所述起重机械设备提供防后倾力；

电比例溢流阀，与所述防后倾液压油缸的无杆腔连通，通过调节所述电比例溢流阀的溢流压力来调节所述防后倾液压油缸提供的防后倾力；

控制器，用于：

获取所述防后倾液压油缸的目标防后倾力F

根据所述无杆腔压力参数P

在所述实际防后倾力F

基于所述目标调节电流I

进一步地，所述系统还包括：

液压油缸压力传感器，用于采集当前液压油缸无杆腔压力参数P

可选的，所述系统还包括：

第一压力传感器，用于采集当前促使所述起重机械设备后倾的各第一作用力，并将采集结果传输给所述控制器；

第一长度传感器，用于采集当前促使所述起重机械设备后倾的各第一作用力的力臂，并将采集结果传输给所述控制器；

第二压力传感器，用于采集除所述防后倾力之外，当前阻碍所述起重机械设备后倾的各第二作用力，并将采集结果传输给所述控制器；

第二长度传感器，用于采集除所述防后倾力之外，当前阻碍所述起重机械设备后倾的各第二作用力的力臂，并将采集结果传输给所述控制器；

第三长度传感器，用于采集目标防后倾力F

角度传感器，用于采集所述防后倾液压油缸当前的工作角度，并将采集结果传输给所述控制器；

所述控制器根据所述各第一作用力及相应的力臂、各第二作用力及相应的力臂、目标防后倾力F

可选的，所述系统还包括：

臂架角度传感器，用于采集当前臂架角度，并将采集结果传输给所述控制器；

卷扬马达转速传感器，用于采集当前卷扬马达转速，并将采集结果传输给所述控制器；

所述控制器根据所述当前卷扬马达转速计算臂架变幅速度，根据所述当前臂架长度、所述当前臂架角度和所述臂架变幅速度，计算所述起重机械设备当前所需的目标防后倾力F

进一步地，所述系统还包括：

三位四通换向阀，进油口与压力油源连通，B油口与液压油缸的有杆腔连通，用于控制压力油的通过方向；

第一溢流阀，进油口与三位四通换向阀的B油口连通，用于调节溢流压力；

第一单向阀，进油口与所述三位四通换向阀的A油口连通，出油口与液压油缸的有杆腔连通，用于单向通过所述压力油；

第二单向阀，进油口与所述第一溢流阀的出油口和所述电比例溢流阀的出油口连通，用于单向通过所述压力油。通过各种阀门、电比例溢流阀、液压油缸压力传感器和控制器形成控制装置，实现对液压油缸的液压油量和压力控制，从而控制液压油缸实时、连续的提供需要的防后倾力。实时监控，实现智能控制，避免了现有方案节流增压导致的防后倾支反力的不确定性和不可重复性。

可选的，所述电比例溢流阀为先导式电比例溢流阀、直动式电比例溢流阀或先导式液控比例溢流阀。

本发明第三方面提供一种起重机械设备，所述起重机械设备包括所述的起重机械设备的防后倾控制系统。采用本发明提供的起重机械设备的防后倾控制系统的起重机械设备，能够根据整车需要的不同支反力实现动态响应并实行闭环控制，能精准的为整车臂架系统提供所需的支反力。

通过上述技术方案，该控制方法实时采集当前的目标防后倾力，并根据实时防后倾力计算电比例溢流阀的目标调节电流I

本发明实施方式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方式的进一步理解，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方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：

图1是现有的一种油缸式防后倾装置；

图2是本发明一种实施方式提供的起重机械设备的防后倾控制方法流程图；

图3是本发明一种实施方式提供的起重机械设备的防后倾控制系统框图；

图4是本发明一种具体实施方式提供的防后倾控制系统原理图。

附图标记说明

1-液压油缸，2-PLC控制器，3-液压油缸压力传感器，4-电比例溢流阀，5-第一溢流阀，6-三位四通换向阀，7-第一单向阀，8-第二单向阀。

具体实施方式

以下结合附图对本发明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，并不用于限制本发明。

图2是本发明一种实施方式提供的起重机械设备的防后倾控制方法流程图。起重机械设备设置有用于为其提供防后倾力的防后倾液压油缸，如图2所示，所述方法包括：

获取所述防后倾液压油缸的目标防后倾力F

根据所述无杆腔压力参数P

在所述实际防后倾力F

基于所述目标调节电流I

进一步地，所述根据所述目标防后倾力F

根据所述目标防后倾力F

根据所述目标溢流压力P

其中K

根据上述P

根据采集到的液压油缸压力参数计算液压油缸实时提供的防后倾力，将实时提供的防后倾力与目标防后倾力进行比较，当二者不相等时，跟据实时压力参数计算调节电比例溢流阀需要的目标电流，在实际应用过程中，起重机械设备需求目标防后倾力是动态变化的，提供的反支力也需要根据变化而变化，进行动态调节，满足车辆稳定性要求。

进一步地，所述基于所述目标调节电流I

根据所述无杆腔压力参数P

计算所述目标调节电流I

根据所述电流差值

在本发明的第一个实施例中，所述获取所述防后倾液压油缸的目标防后倾力F

获取当前促使所述起重机械设备后倾的各第一作用力及相应的力臂；

获取除所述防后倾力之外，当前阻碍所述起重机械设备后倾的各第二作用力及相应的力臂；

获取所述目标防后倾力F

根据所述各第一作用力及相应的力臂、所述各第二作用力及相应的力臂、所述目标防后倾力F

一般在起吊工况中，促使起重机械设备趋于后倾的作用力(本发明中记为第一作用力)为臂架装置的后部结构件重力GB1，而阻碍起重机械设备趋于后倾的作用力(本发明中记为第二作用力)有：臂架装置的前部结构件重力GF1、吊重重力GF2和液压油缸推力F3；为了描述方便，以下记：

促使起重机械设备趋于后倾的作用力力矩为MB；

阻碍起重机械设备趋于后倾的作用力力矩为MF；

臂架装置的后部结构件重力GB1的力臂为LB1；

臂架装置的前部结构件重力GF1的力臂为LF1；

吊重重力GF2的力臂为LF2；

当前目标防后倾力F

防后倾液压油缸当前的工作角度(防后倾液压油缸中活塞杆与水平方向的夹角)为α；

则根据力矩平衡关系，有以下公式成立：

MB＝GB1*LB1；

MF＝GF1*LF1+GF2*LF2+F

MF＝MB；

F

根据以上公式可计算得出：

F

即，基于促使起重机械设备后倾的力矩与阻碍起重机械设备后倾的力矩具有相互平衡的关系，以及采集得到的所述各第一作用力及相应的力臂、各第二作用力及相应的力臂、当前液压油缸推力的力臂和当前液压油缸的工作角度，可计算得出起重机械设备当前所需的目标液压油缸推力F

在本发明的另一个实施例中，所述获取所述防后倾液压油缸的目标防后倾力F

获取当前臂架长度；

获取当前臂架角度；

获取当前卷扬马达转速；

根据所述当前卷扬马达转速计算臂架变幅速度；

根据所述当前臂架长度、所述当前臂架角度和所述臂架变幅速度，计算所述目标防后倾力F

图3是本发明一种实施方式提供的起重机械设备的防后倾控制系统框图。如图3所示，所述系统包括：

防后倾液压油缸，用于为所述起重机械设备提供防后倾力；

电比例溢流阀，与所述防后倾液压油缸的无杆腔连通，通过调节所述电比例溢流阀的溢流压力来调节所述防后倾液压油缸提供的防后倾力；

控制器，用于：

获取所述防后倾液压油缸的目标防后倾力F

根据所述无杆腔压力参数P

在所述实际防后倾力F

基于所述目标调节电流I

通过控制器计算电比例溢流阀的目标调节电流并对电比例溢流阀进行调节，实现对整车支反力的调节，为臂架提供实时动态的可连续变化的支反力，闭环控制，动态调节，能精准的为整车臂架系统提供所需的支反力，预防因臂架稳定性导致的故障发生。

在本发明的一个实施例中控制器采用PLC控制器，其他满足工业级需求，且可进行闭环控制的控制器也可以应用于实现本申请。

进一步地，所述系统还包括：

液压油缸压力传感器，用于采集当前液压油缸无杆腔压力参数P

可选的，所述系统还包括：

第一压力传感器，用于采集当前促使所述起重机械设备后倾的各第一作用力，并将采集结果传输给所述控制器；

第一长度传感器，用于采集当前促使所述起重机械设备后倾的各第一作用力的力臂，并将采集结果传输给所述控制器；

第二压力传感器，用于采集除所述防后倾力之外，当前阻碍所述起重机械设备后倾的各第二作用力，并将采集结果传输给所述控制器；

第二长度传感器，用于采集除所述防后倾力之外，当前阻碍所述起重机械设备后倾的各第二作用力的力臂，并将采集结果传输给所述控制器；

第三长度传感器，用于采集目标防后倾力F

角度传感器，用于采集所述防后倾液压油缸当前的工作角度，并将采集结果传输给所述控制器；

所述控制器根据所述各第一作用力及相应的力臂、各第二作用力及相应的力臂、目标防后倾力F

可选的，所述系统还包括：

臂架角度传感器，用于采集当前臂架角度，并将采集结果传输给所述控制器；

卷扬马达转速传感器，用于采集当前卷扬马达转速，并将采集结果传输给所述控制器；

所述控制器根据所述当前卷扬马达转速计算臂架变幅速度，根据所述当前臂架长度、所述当前臂架角度和所述臂架变幅速度，计算所述起重机械设备当前所需的目标防后倾力F

电比例溢流阀提供的压力与液压油缸无杆腔压力是一致的，因此液压油缸压力传感器采集当前液压油缸无杆腔压力参数P

可选的，所述电比例溢流阀至少包括先导式电比例溢流阀、直动式电比例溢流阀或先导式液控比例溢流阀，电比例溢流阀可以设置溢流阀的最高允许值，防止由于压力增益过高导致臂架受损的情况发生。

需要说明的是，本发明的起重机械设备的防后倾控制系统不仅可以应用与起重机械设备，还可以应用于有油缸提供支反力提供防后倾力的工程机械或者其余类似的应用领域，无论是桁架式或其它形式。

如图4所示为本发明的防后倾控制系统的一种具体实施方式，在该实施例中采用PLC控制器作为控制器，系统还包括：

三位四通换向阀6，进油口与压力油源连通，B油口与液压油缸1的有杆腔连通，用于控制压力油的通过方向，可以是手动的，电液比例控制或其它换向控制等多种形式，在保证可以满足压力切换的功能条件下均允许；

第一溢流阀5，进油口与三位四通换向阀6的B油口连通，用于调节溢流压力；

第一单向阀7，进油口与三位四通换向阀6的A油口连通，出油口与液压油缸1的有杆腔连通，用于单向通过压力油；

第二单向阀8，进油口与第一溢流阀5的出油口和电比例溢流阀4的出油口连通，用于单向通过压力油。通过各种阀门、电比例溢流阀4、液压油缸压力传感器3和控制器形成控制装置，实现对液压油缸的液压油量和压力控制，从而控制液压油缸实时、连续的提供需要的防后倾力。实时监控，实现智能控制，避免了现有方案节流增压导致的防后倾支反力的不确定性和不可重复性。

传感器采集到的状态参数传输到PLC控制器2用于计算目标防后倾力F

本发明第三方面提供一种起重机械设备，所述起重机械设备包括所述的起重机械设备的防后倾控制系统。采用本发明提供的起重机械设备的防后倾控制系统的起重机械设备，能够根据整车需要的不同支反力实现动态响应并实行闭环控制，能精准的为整车臂架系统提供所需的支反力。

通过以上方案解决臂架连续变化和动态变化时对防后倾不同支反力要求，以及提供支反力的准确性、可连续变化性，实现实时反馈，闭环控制。精准度高，解决现有防后倾压力按臂架角度进行分段设置导致的不连续性和因臂架变幅速度变化要求提供防后倾支反力动态跟随，解决现有控制方式无法准确提供的的难题；同时解决节流增益由于温度导致液压油粘度变化影响压力增益、臂架变幅速度的变化影响压力增益的问题，保证整车臂架系统防后倾支反力的实时准确动态响应，确保整车的安全稳定性。

以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式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方式的保护范围。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，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明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方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。