專利名稱：起重機及其復合動作的控制方法、控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工程機械復合動作控制技術(shù)，具體涉及起重機及其復合動作的控制方 法、控制器。
背景技術(shù)：
隨著社會發(fā)展節(jié)奏的加快，對于各種施工機械的要求不僅局限于安全、可靠等基 本的工作性能。如何提高作業(yè)效率已成為優(yōu)化設(shè)計的要點，特別是，合理進行復合動作的設(shè) 計并提高其可操作性。以工程起重機為例，其具有整機行走、上車回轉(zhuǎn)、起重臂伸縮、起重臂變幅及吊鉤 升降等基本動作。為適應(yīng)實際工況的需要，前述基本動作的復合可以有效地提高起重機的 作業(yè)效率，從而大大縮短了工作時間，滿足不同用戶的要求。傳統(tǒng)的起重機只能通過不同的 油泵供油實現(xiàn)個別動作的復合，在這種情況下系統(tǒng)的具體實現(xiàn)較為復雜，實現(xiàn)復合動作需 要多個液壓油泵和相互獨立的液壓管路，無疑增加了整個系統(tǒng)的生產(chǎn)成本和維護成本?；诖?，單一液壓油泵供油實現(xiàn)復合動作的技術(shù)在工程機械領(lǐng)域得以廣泛的應(yīng) 用。由于復合動作的工作原理是由一個泵同時給兩個負載(比如，卷揚馬達和變幅液壓缸) 提供高壓油，因此，需要在液壓油總流量一定的前提下，按比例地將油液提供給各負載。眾所周知，在液壓系統(tǒng)中，流量是閥前、閥后的壓差和閥口開口量的函數(shù)，當開口 一定時，壓差是由負載決定的。顯然，精確地進行負載流量分配的關(guān)鍵在于對主閥開口量進 行控制。目前，現(xiàn)有起重機液壓控制系統(tǒng)中，閥的開口由手柄信號來控制，其控制技術(shù)主要 是開環(huán)式電液比例控制，也就是說，對于復合動作的控制主要是采用壓力補償閥來實現(xiàn)，主 要有兩種方式LS(意為“負載敏感”)和LUDV(意為“與負載壓力無關(guān)的流量分配”)。其 中，LS為閥前補償，LUDV為閥后補償，它們基本的工作原理是一致的，均通過設(shè)在主閥芯前 后的補償閥來實現(xiàn)調(diào)速的作用。當系統(tǒng)通過手柄操縱多個主閥芯完成多個執(zhí)行元件工作 時，通過減壓閥使主閥芯前后的壓差保證一致；理論上，當主閥前后的壓差不變時通過主閥 的流量與開口面積成線性關(guān)系，從而達到復合動作的要求。通過分析上述復合動作控制原理可知，其主要有下面幾個主要問題1)通過減壓閥實現(xiàn)主閥前后的壓力恒定，其調(diào)節(jié)范圍過小。當通過減壓閥流量過 低時，減壓閥不能起到減壓作用；當通過減壓閥流量過高時，減壓閥將會失靈。2)在實際工作中，液壓系統(tǒng)受其它因數(shù)影響比較大。由于同樣的開口和壓差在不 同的工作條件下通過流量也是不相同的，因此，提高液壓閥的精度需要較高的設(shè)計制造成 本。3)當泵的流量不飽和時，復合動作各執(zhí)行元件的流量分配不均，從而導致運動速 度無法滿足要求。以起重機的卷揚馬達和變幅油缸復合動作工況為例，卷揚起吊時其馬達 負載基本保持不變(省略次要的受力)，而隨著工作幅度的減小，變幅油缸的負載不斷減 小，而其進油口的壓力是由最大負載決定的，變幅閥前、閥后的壓差就會越來越大，這樣，通 過進入變幅油缸的流量越來越大；因而卷揚的速度就會隨之減慢，甚至出現(xiàn)停止動作的現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述缺陷，本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于，提供一種起重機復合動作的控制方 法，其利用執(zhí)行元件的速度反饋控制其進液流量，以滿足同步復合動作的速度滿足要求。在 此基礎(chǔ)上，本發(fā)明還提供一種控制器及具有該控制器的起重機。本發(fā)明提供的起重機復合動作的控制方法，用于控制液壓油總流量分配至多個執(zhí) 行元件，所述執(zhí)行元件的進液流量通過調(diào)整控制閥的開度進行控制；該方法實時獲取至少 一個執(zhí)行元件的運動速度，并根據(jù)該至少一個執(zhí)行元件的運動速度是否滿足預設(shè)的判斷條 件，獲得調(diào)整控制該執(zhí)行元件進液流量的控制閥閥口開度的判斷結(jié)果。優(yōu)選地，實時獲取一個負載變化的執(zhí)行元件的運動速度；若該執(zhí)行元件的運動速 度大于預設(shè)值，則輸出相應(yīng)的控制信號，用于調(diào)小控制該執(zhí)行元件進液流量的控制閥閥口 開度。優(yōu)選地，若該執(zhí)行元件的運動速度小于預設(shè)值，則輸出相應(yīng)的控制信號，用于調(diào)大 控制該執(zhí)行元件進液流量的控制閥閥口開度。優(yōu)選地，實時獲取兩個執(zhí)行元件的運動速度，一個為負載變化的第一執(zhí)行元件，另 一個為負載不變的第二執(zhí)行元件；若第一執(zhí)行元件的運動速度大于或者小于第二執(zhí)行元件 的運動速度，則輸出相應(yīng)的控制信號，用于調(diào)小或者調(diào)大控制該執(zhí)行元件進液流量的控制 閥閥口開度。優(yōu)選地，實時獲取各執(zhí)行元件的運動速度；若各執(zhí)行元件的運動速度不同，則輸出 相應(yīng)的控制信號，用于調(diào)小控制運動速度最大的執(zhí)行元件進液流量的控制閥閥口開度。優(yōu)選地，所述控制方法中的控制信號采用PID算法計算獲得。本發(fā)明提供的控制器，用于控制液壓油總流量分配至多個執(zhí)行元件；其特征在于， 該控制器包括信號采集單元，用于獲取至少一個執(zhí)行元件的運動速度；判斷單元，用于根據(jù)該運動速度是否滿足預設(shè)的判斷條件，獲得調(diào)整控制該執(zhí)行 元件進液流量的控制閥閥口開度的判斷結(jié)果；控制信號輸出單元，用于根據(jù)判斷結(jié)果輸出相應(yīng)的控制信號至該執(zhí)行元件進液流 量的控制閥；和控制參數(shù)存儲單元，用于存儲有關(guān)預設(shè)條件的預設(shè)參數(shù)。優(yōu)選地，所述信號采集單元用于實時獲取一個執(zhí)行元件的運動速度；所述控制參 數(shù)存儲單元用于預存該執(zhí)行元件的運動速度闕值；所述判斷單元用于判斷該執(zhí)行元件的運 動速度是否大于或者小于該運動速度闕值，若大于，則獲得用于調(diào)小控制該執(zhí)行元件進液 流量的控制閥閥口開度的判斷結(jié)果，若小于，則獲得用于調(diào)大控制該執(zhí)行元件進液流量的 控制閥閥口開度的判斷結(jié)果。優(yōu)選地，所述信號采集單元用于實時獲取兩個執(zhí)行元件的運動速度；所述控制參 數(shù)存儲單元用于存儲兩個執(zhí)行元件運動速度的關(guān)系表；所述判斷單元用于根據(jù)該關(guān)系表 比較兩個執(zhí)行元件的運動速度，若一個執(zhí)行元件的運動速度大于另一個執(zhí)行元件的運動速 度，則獲得用于調(diào)小控制該執(zhí)行元件進液流量的控制閥閥口開度的判斷結(jié)果。
優(yōu)選地，所述信號采集單元用于實時獲取各執(zhí)行元件的運動速度；所述控制參數(shù) 存儲單元用于存儲多個執(zhí)行元件運動速度的關(guān)系表；所述判斷單元用于根據(jù)該關(guān)系表比較 各執(zhí)行元件的運動速度，若各執(zhí)行元件的運動速度不同，則獲得用于調(diào)小控制運動速度最 大的執(zhí)行元件進液流量的控制閥閥口開度的判斷結(jié)果。本發(fā)明提供的起重機，具有多個可復合動作的執(zhí)行元件，所述執(zhí)行元件的進液流 量通過調(diào)整控制閥的開度進行控制；還包括如前所述的控制器。實際控制過程中，本發(fā)明實時根據(jù)該至少一個執(zhí)行元件的運動速度是否滿足預設(shè) 的判斷條件，獲得調(diào)整控制該執(zhí)行元件進液流量的控制閥閥口開度的判斷結(jié)果。該方法可 通過對工程機械的復合動作進行分析，確定調(diào)整控制閥閥口開度的預設(shè)判斷條件，從而實 時地基于執(zhí)行元件的運動速度有效控制總流量至各執(zhí)行元件的流量分配。此外，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本方案與現(xiàn)有技術(shù)中采用減壓閥控制主閥前后壓力恒定 的設(shè)計思路不同，因而，大大提高了復合動作控制的穩(wěn)定性；同時，由于本發(fā)明能夠?qū)崟r基 于執(zhí)行元件的運動速度調(diào)整流量分配，對于液壓閥的精度要求可以適當降低，以降低設(shè)計 制造成本。針對執(zhí)行元件的負載不發(fā)生變化的復合動作工況，本發(fā)明的優(yōu)選方案通過控制負 載變化的執(zhí)行元件的閥口進行動態(tài)控制，以協(xié)調(diào)復合動作各執(zhí)行元件之間的流量分配。本發(fā)明提供的控制方法，還可以適用其他具有復合動作的工程機械。


圖1是具體實施方式
中所述控制器的單元框圖；圖2是第一實施例中所述復合動作控制方法的方框圖；圖3是第二實施例中所述復合動作控制方法的方框圖；圖4是第三實施例中所述復合動作控制方法的方框圖；圖5是具體實施方式
中所述起重機的整體外形圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供的起重機復合動作的控制方法，用于控制液壓油總流量分配至多個執(zhí) 行元件，所述執(zhí)行元件的進液流量通過調(diào)整控制閥的開度進行控制；其核心是實時獲取至 少一個執(zhí)行元件的運動速度，并根據(jù)該至少一個執(zhí)行元件的運動速度是否滿足預設(shè)的判斷 條件，獲得調(diào)整控制該執(zhí)行元件進液流量的控制閥閥口開度的判斷結(jié)果。本發(fā)明輸出的控 制信號采用PID算法計算獲得，其利用執(zhí)行元件的速度反饋控制其進液流量，以滿足同步 復合動作的速度滿足要求?；谇笆隹刂品椒ǖ脑O(shè)計思想，用于控制液壓油總流量分配至多個執(zhí)行元件的控 制器如圖1所示，該圖示出了控制器的單元框圖。該控制器10包括信號采集單元11，用于執(zhí)行元件的運動速度。判斷單元12，用于根據(jù)該運動速度是否滿足預設(shè)的判斷條件，獲得調(diào)整控制該執(zhí) 行元件進液流量的控制閥閥口開度的判斷結(jié)果。控制信號輸出單元13，用于根據(jù)判斷結(jié)果輸出相應(yīng)的控制信號至該執(zhí)行元件進液 流量的控制閥；和
6
控制參數(shù)存儲單元14，用于存儲有關(guān)預設(shè)條件的預設(shè)參數(shù)。不失一般性，下面以起重機的變幅、起升復合動作工況為例進行詳細說明。該工況 下，隨著工作幅度的減小和卷揚起升的同步動作，卷揚起升的負載基本保持不變，變幅油缸 的負載是變化的。請參見圖2，該圖示出了該復合動作控制方法的一種實施例。步驟S201，實時獲取變幅油缸的運動速度。步驟S202，判斷變幅油缸的運動速度是否大于預設(shè)值。若是，則進入下一步驟 S203 ；若否，則進入下一步驟S204。步驟S203，輸出相應(yīng)的控制信號，用于調(diào)小控制該執(zhí)行元件進液流量的控制閥閥 口開度。步驟S204，判斷變幅油缸的運動速度是否小于預設(shè)值。若是，則進入下一步驟 S205。步驟S205，輸出相應(yīng)的控制信號，用于調(diào)大控制該執(zhí)行元件進液流量的控制閥閥 口開度。本實施例所述控制方法根據(jù)變幅速度動態(tài)地改變變幅控制閥口的開度，以實現(xiàn)兩 執(zhí)行元件的流量均衡。具體實現(xiàn)第一實施例所述控制方法的控制器的單元框圖，請參見圖 1。其中，信號采集單元用于獲取變幅油缸的運動速度；控制參數(shù)存儲單元用于預存該執(zhí)行 元件的運動速度闕值；判斷單元用于判斷變幅油缸的運動速度是否大于或者小于該運動速 度闕值，若大于，則獲得用于調(diào)小控制該執(zhí)行元件進液流量的控制閥閥口開度的判斷結(jié)果， 若小于，則獲得用于調(diào)大控制該執(zhí)行元件進液流量的控制閥閥口開度的判斷結(jié)果；控制信 號輸出單元用于根據(jù)判斷結(jié)果輸出相應(yīng)的控制信號至變幅油缸進液流量的控制閥。請參見圖3，該圖示出了該復合動作控制方法的第二種實施例。步驟S301，實時獲取變幅油缸的運動速度和卷揚馬達的運動速度。步驟S202，根據(jù)變幅油缸和卷揚馬達的運動速度關(guān)系表，判斷變幅油缸的運動 速度是否大于卷揚馬達的運動速度。若是，則進入下一步驟S303 ；若否，則進入下一步驟 S304。步驟S303，輸出相應(yīng)的控制信號，用于調(diào)小控制變幅油缸進液流量的控制閥閥口 開度。步驟S304，根據(jù)變幅油缸和卷揚馬達的運動速度關(guān)系表，判斷變幅油缸的運動速 度是否小于卷揚馬達的運動速度。若是，則進入下一步驟S305。步驟S305，輸出相應(yīng)的控制信號，用于調(diào)大控制變幅油缸進液流量的控制閥閥口 開度。本實施例所述控制方法動態(tài)地比較兩執(zhí)行元件的速度，以控制負載變化的變幅油 缸的進液量。同樣地，實現(xiàn)該控制方法的控制器的單元框圖，請參見圖1。其中，信號采集單 元用于獲取變幅油缸的運動速度和卷揚馬達的運動速度；控制參數(shù)存儲單元用于預存變幅 油缸和卷揚馬達的運動速度關(guān)系表；判斷單元用于比較判斷變幅油缸運動速度與卷揚馬達 運動速度的大小，若變幅油缸運動速度大于卷揚馬達運動速度，則獲得用于調(diào)小控制該執(zhí) 行元件進液流量的控制閥閥口開度的判斷結(jié)果，若變幅油缸運動速度小于卷揚馬達運動速 度，則獲得用于調(diào)大控制該執(zhí)行元件進液流量的控制閥閥口開度的判斷結(jié)果；控制信號輸出單元用于根據(jù)判斷結(jié)果輸出相應(yīng)的控制信號至變幅油缸進液流量的控制閥。請參見圖4，該圖示出了該復合動作控制方法的第三種實施例。步驟401，實時獲取各執(zhí)行元件的運動速度。步驟402，判斷各執(zhí)行元件的運動速度是否不相同。若是，則進入下一步驟403。步驟404，輸出相應(yīng)的控制信號，用于調(diào)小控制運動速度最大的執(zhí)行元件進液流量 的控制閥閥口開度。本實施例所述控制方法也是動態(tài)地比較兩執(zhí)行元件運動速度的大小，與第二實施 例不同的是，第三實施例通過控制運動速度相對較大的執(zhí)行元件的進液量，實現(xiàn)兩者流量 的均衡。同樣地，實現(xiàn)該控制方法的控制器的單元框圖，請參見圖1。其中，信號采集單元用 于獲取變幅油缸的運動速度和卷揚馬達的運動速度；控制參數(shù)存儲單元用于預存變幅油缸 和卷揚馬達的運動速度關(guān)系表；判斷單元用于根據(jù)該關(guān)系表比較判斷變幅油缸與卷揚馬達 運動速度是否相同，若是，則獲得用于調(diào)小控制運動速度大的執(zhí)行元件進液流量的控制閥 閥口開度的判斷結(jié)果；控制信號輸出單元用于根據(jù)判斷結(jié)果輸出相應(yīng)的控制信號至變幅油 缸進液流量的控制閥。請參見圖5，該圖是本實施方式所述起重機的整體外形圖。該汽車起重機的底盤、卷揚裝置、吊臂裝置及動力裝置等主要功能部件與現(xiàn)有技 術(shù)完全相同，應(yīng)當理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員基于技術(shù)完全可以實現(xiàn)，故本文不再贅述。 基于前述第一實施例，需要設(shè)置一個變幅角度傳感器，用于結(jié)合相關(guān)參數(shù)確定變幅運動速 度；基于前述第二、三實施例，還需要設(shè)置一個卷揚速度傳感器，用于獲得變幅運動速度。特別說明的是，本方案不局限應(yīng)用于圖中所示的汽車起重機，它還能夠應(yīng)用于履 帶式起重機，或者其他需要復合動作的工程機械。綜上，本發(fā)明通過對工程機械的復合動作進行分析，確定調(diào)整控制閥閥口開度的 預設(shè)判斷條件，從而實時地根據(jù)執(zhí)行元件的運動速度控制總流量至各執(zhí)行元件的流量分 配。同時，大大提高了復合動作控制的穩(wěn)定性；且由于本發(fā)明能夠?qū)崟r基于執(zhí)行元件的運動 速度調(diào)整流量分配，對于液壓閥的精度要求可以適當降低，以降低設(shè)計制造成本。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.起重機復合動作的控制方法，用于控制液壓油總流量分配至多個執(zhí)行元件，所述執(zhí) 行元件的進液流量通過調(diào)整控制閥的開度進行控制；其特征在于，該方法實時獲取至少一 個執(zhí)行元件的運動速度，并根據(jù)該至少一個執(zhí)行元件的運動速度是否滿足預設(shè)的判斷條 件，獲得調(diào)整控制該執(zhí)行元件進液流量的控制閥閥口開度的判斷結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的起重機復合動作的控制方法，其特征在于，實時獲取一個負 載變化的執(zhí)行元件的運動速度；若該執(zhí)行元件的運動速度大于預設(shè)值，則輸出相應(yīng)的控制 信號，用于調(diào)小控制該執(zhí)行元件進液流量的控制閥閥口開度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的起重機復合動作的控制方法，其特征在于，若該執(zhí)行元件的 運動速度小于預設(shè)值，則輸出相應(yīng)的控制信號，用于調(diào)大控制該執(zhí)行元件進液流量的控制 閥閥口開度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的起重機復合動作的控制方法，其特征在于，實時獲取兩個執(zhí) 行元件的運動速度，一個為負載變化的第一執(zhí)行元件，另一個為負載不變的第二執(zhí)行元件； 若第一執(zhí)行元件的運動速度大于或者小于第二執(zhí)行元件的運動速度，則輸出相應(yīng)的控制信 號，用于調(diào)小或者調(diào)大控制該執(zhí)行元件進液流量的控制閥閥口開度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的起重機復合動作的控制方法，其特征在于，實時獲取各執(zhí)行 元件的運動速度；若各執(zhí)行元件的運動速度不同，則輸出相應(yīng)的控制信號，用于調(diào)小控制運 動速度最大的執(zhí)行元件進液流量的控制閥閥口開度。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中任一項所述的起重機復合動作的控制方法，其特征在于，所述 控制方法中的控制信號采用PID算法計算獲得。
7.控制器，用于控制液壓油總流量分配至多個執(zhí)行元件；其特征在于，該控制器包括信號采集單元，用于獲取至少一個執(zhí)行元件的運動速度；判斷單元，用于根據(jù)該運動速度是否滿足預設(shè)的判斷條件，獲得調(diào)整控制該執(zhí)行元件 進液流量的控制閥閥口開度的判斷結(jié)果；控制信號輸出單元，用于根據(jù)判斷結(jié)果輸出相應(yīng)的控制信號至該執(zhí)行元件進液流量的 控制閥；和控制參數(shù)存儲單元，用于存儲有關(guān)預設(shè)條件的預設(shè)參數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制器，其特征在于，所述信號采集單元用于實時獲取一個 執(zhí)行元件的運動速度；所述控制參數(shù)存儲單元用于預存該執(zhí)行元件的運動速度闕值；所述 判斷單元用于判斷該執(zhí)行元件的運動速度大于或者小于該運動速度闕值，若大于，則獲得 用于調(diào)小控制該執(zhí)行元件進液流量的控制閥閥口開度的判斷結(jié)果，若小于，則獲得用于調(diào) 大控制該執(zhí)行元件進液流量的控制閥閥口開度的判斷結(jié)果。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制器，其特征在于，所述信號采集單元用于實時獲取兩個 執(zhí)行元件的運動速度；所述控制參數(shù)存儲單元用于存儲兩個執(zhí)行元件運動速度的關(guān)系表； 所述判斷單元用于根據(jù)該關(guān)系表比較兩個執(zhí)行元件的運動速度，若一個執(zhí)行元件的運動速 度大于另一個執(zhí)行元件的運動速度，則獲得用于調(diào)小控制該執(zhí)行元件進液流量的控制閥閥 口開度的判斷結(jié)果。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制器，其特征在于，所述信號采集單元用于實時獲取各 執(zhí)行元件的運動速度；所述控制參數(shù)存儲單元用于存儲多個執(zhí)行元件運動速度的關(guān)系表； 所述判斷單元用于根據(jù)該關(guān)系表比較各執(zhí)行元件的運動速度，若各執(zhí)行元件的運動速度不同，則獲得用于調(diào)小控制運動速度最大的執(zhí)行元件進液流量的控制閥閥口開度的判斷結(jié)
11.起重機，具有多個可復合動作的執(zhí)行元件，所述執(zhí)行元件的進液流量通過調(diào)整控制 閥的開度進行控制；其特征在于，還包括如權(quán)利要求7至10中任一項所述的控制器。
全文摘要
本發(fā)明公開一種起重機復合動作的控制方法，用于控制液壓油總流量分配至多個執(zhí)行元件，所述執(zhí)行元件的進液流量通過調(diào)整控制閥的開度進行控制；該方法實時獲取至少一個執(zhí)行元件的運動速度，并根據(jù)該至少一個執(zhí)行元件的運動速度是否滿足預設(shè)的判斷條件，獲得調(diào)整控制該執(zhí)行元件進液流量的控制閥閥口開度的判斷結(jié)果。本發(fā)明通過對工程機械的復合動作進行分析，確定調(diào)整控制閥閥口開度的預設(shè)判斷條件，從而實時地基于執(zhí)行元件的運動速度有效控制總流量至各執(zhí)行元件的流量分配。在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明還提供一種控制器及具有該控制器的起重機。
文檔編號B66C13/20GK102079482SQ20091024654
公開日2011年6月1日 申請日期2009年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月30日
發(fā)明者單增海, 曹立峰, 胡金萍 申請人:徐州重型機械有限公司