專利名稱：臂架振動控制設備、方法、系統及工程機械的制作方法
技術領域：
本發明涉及工程機械領域，具體地，涉及一種臂架振動控制設備、方法、系統及包含該系統的工程機械。
背景技術：
混凝土泵車是一種用于輸送和澆注混凝土的專用機械，它配有特殊的管道，可以將混凝土沿管道連續輸送到澆注現場，尤其是在高層建筑、地下建筑和大混凝土建筑物的施工過程中，以其高質量、高效率、低消耗、低成本、施工周期短、勞動強度低等優點，逐步成為建筑施工中不可缺少的關鍵設備。混凝土泵車臂架大幅振動造成泵車臂架末端軟管無法精確定位，同時產生的動應力導致臂架疲勞而減小使用壽命，影響泵車的整機性能和施工質量，因此需要對泵車臂架減振過程進行監測和抑振控制，以保證泵車工作的平穩性。
發明內容
本發明的目的是提供一種臂架振動控制設備、方法、系統及包含該系統的工程機械，其可有效抑制臂架振動。為了實現上述目的，本發明提供一種臂架振動控制設備，該臂架包含至少兩個臂節，每一臂節由相應的臂架油缸驅動，該設備包括接收裝置，用于接收臂架末端垂向位置；以及控制裝置，用于根據所述臂架末端垂向位置，計算臂架末端垂向振動幅度，根據該垂向振動幅度選取與該垂向振動幅度相對應的數量的臂架油缸，并通過控制該數量的臂架油缸來進行振動抑制，其中臂架末端垂向振動幅度越高，所選取的臂架油缸的數量越多。相應地，本發明還提供一種臂架振動控制系統，該系統包括傾角檢測裝置，用于檢測每一臂節相對于水平面的夾角；臂架末端垂向位置計算裝置，用于根據所述每一臂節相對于水平面的夾角，計算臂架末端垂向位置；以及上述臂架振動控制設備。相應地，本發明還提供一種工程機械，該工程機械包含上述臂架振動控制系統。相應地，本發明還提供一種臂架振動控制方法，該臂架包含至少兩個臂節，每一臂節由相應的臂架油缸驅動，該方法包括接收臂架末端垂向位置；以及根據所述臂架末端垂向位置，計算臂架末端垂向振動幅度，根據該垂向振動幅度選取與該垂向振動幅度相對應的數量的臂架油缸，并通過控制該數量的臂架油缸來進行振動抑制，其中臂架末端垂向振動幅度越高，所選取的臂架油缸的數量越多。通過上述技術方案，可根據臂架末端垂向振動幅度確定與該幅度相對應的數量的臂架油缸，兼顧了系統能耗及振動抑制效果，可大大降低泵車減振系統的能耗，提高減振系統使用壽命。本發明的其他特征和優點將在隨后的具體實施方式
部分予以詳細說明。
附圖是用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式
一起用于解釋本發明，但并不構成對本發明的限制。在附圖中圖1為混凝土泵車的結構示意圖；圖2為本發明提供的臂架振動控制設備的結構示意圖；圖3為臂架末端垂向位置計算示意圖；圖4為本發明提供的臂架振動控制設備的方法流程圖；以及圖5為本發明提供的臂架振動控制系統的結構示意圖。附圖標記說明1、2、3、4、5 臂節10、20、30、40、50 臂架油缸 100底架200轉臺300接收裝置400控制裝置500傾角檢測裝置600臂架末端垂向位置計算裝置
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的具體實施方式
進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式
僅用于說明和解釋本發明，并不用于限制本發明。首先，以混凝土泵車臂架為例來對本發明的控制對象“臂架”進行說明。圖1為混凝土泵車的結構示意圖，如圖1所示，混凝土泵車包含底架I 00 ;轉臺200 ;臂節1、臂節2、臂節3、臂節4及臂節5 ;分別用于驅動該臂節1、臂節2、臂節3、臂節4及臂節5的臂架油缸10、臂架油缸20、臂架油缸30、臂架油缸40及臂架油缸50。雖然此處以5節臂泵車為例進行說明，但本發明并不限于此，亦可為其他臂節數目的泵車或其他含有臂架的工程機械。在本發明中，減振執行機構為臂架油缸，主要包括臂架油缸20、臂架油缸30、臂架油缸40 (臂架油缸10及臂架油缸50因動作時會牽涉過多臂節或過少臂節而不予考慮)，通過實時監測泵車工作過程中臂架末端振動情況，運用減振控制算法計算控制電流控制臂架油缸兩腔進泄高壓油來實現抑制控制，該減振控制算法為本領域技術人員所公知，且于多篇專利中均有披露(諸如CN102071809A)，故于此不再贅述。本發明的特點在于對減振執行機構的選取，即如何從上述臂架油缸20、臂架油缸30及臂架油缸40中選取合適的臂架油缸來執行減振操作。一般來說，臂架油缸20的兩腔體積要大于臂架油缸30的兩腔體積，且臂架油缸30的兩腔體積要大于臂架油缸40的兩腔體積。若減振系統在抑制控制時同時控制臂架油缸20、臂架油缸30及臂架油缸40，會導致系統能耗大，且持續工作容易造成這三個臂架油缸疲勞而影響使用壽命。同樣，臂架油缸20活塞動作導致臂架末端垂向位移相對于臂架油缸30動作導致的臂架末端垂向位移明顯，臂架油缸30活塞動作導致臂架末端垂向位移相對于臂架油缸40動作導致的臂架末端垂向位移明顯。因此，在選取減振控制執行機構時(即，選取臂架油缸時)，可以根據臂架末端振動幅度大小來進行優化選擇。圖2為本發明提供的臂架振動控制設備的結構示意圖。具體而言，如圖2所示，本發明提供了一種臂架振動控制設備，該臂架包含至少兩個臂節，每一臂節由相應的臂架油缸驅動，該設備包括接收裝置300，用于接收臂架末端垂向位置；以及控制裝置400，用于根據所述臂架末端垂向位置，計算臂架末端垂向振動幅度，根據該垂向振動幅度選取與該垂向振動幅度相對應的數量的臂架油缸，并通過控制該數量的臂架油缸來進行振動抑制，其中臂架末端垂向振動幅度越高，所選取的臂架油缸的數量越多。藉此，可根據臂架末端垂向振動幅度確定與該幅度相對應的數量的臂架油缸，兼顧了系統能耗及振動抑制效果。以下介紹如何獲取臂架末端垂向振動幅度及如何根據該振動幅度選取臂架油缸。臂架末端垂向振動幅度的獲取圖3為臂架末端垂向位置計算示意圖。如圖3所示，可利用傾角傳感器實時采集每一臂節相對于水平面的角度，即可換算得到臂架末端的位置。具體計算過程如下定義轉臺與水平面的高度為y0，臂節I的長度為LI，臂節2的長度為L2，臂節3的長度為L3，臂節4的長度為L4，臂節5的長度為L5。臂節I與水平面之間的角度為Θ1，臂節2與水平面之間的角度為Θ 2，臂節3與水平面之間的角度為Θ 3，臂節4與水平面之間的角度為Θ4，臂節5與水平面之間的角度為Θ5。由每節臂架的角度和長度可得到該節臂架的姿態和臂架 末端位置(I)臂節I末端的位置為(Xl，yi)，其中X1=Lfcos ( Θ j)，yeyo+LfsinC θ )；(2)臂節2末端的位置為(x2，y2)，其中X2=L1^cos ( Θ j) +L2*cos ( θ 2), Y2=Yo+L1^sin ( θ J +L2*sin ( θ 2)；(3)臂節3末端的位置為(x3，y3)，其中X3=L1^cos ( Θ j) +L2*cos ( Θ 2) +L3*cos ( Θ 3),yfyo+Lfsin ( Θ 丄)+L2*sin ( Θ 2) +L3*sin ( Θ 3)；(4)臂節4末端的位置為(x4，y4)，其中X4=L1^cos ( Θ j) +L2*cos ( Θ 2) +L3*cos ( Θ 3) +L4*cos ( Θ 4),y4=y0+Li*sin ( Θ J +L2^sin ( Θ 2) +L3^sin ( Θ 3) +L4^sin ( Θ 4)；(5)臂節5末端的位置為(x5，y5)，其中 X5=L1^cos (Q1) +L2*cos ( Θ 2) +L3*cos ( Θ 3) +L4*cos ( Θ 4) +L5*cos ( Θ 5),Y5=Yc^Lfsin ( Θ J +L2^sin ( Θ 2) +L3^sin ( Θ 3) +L4^sin ( Θ 4) L5^sin ( Θ 5)。從而，臂架末端的垂向位置為Y5=Yc^Lfsin ( Θ J +L2^sin ( θ 2) +L3^sin ( θ 3) +L4^sin ( θ 4) L5^sin ( θ 5)。泵車工作過程中臂架振動導致每節臂架相對于水平面的角度不斷變化，由以上公式根據角度的變化可實時計算出臂架末端垂向位置的變化情況，即臂架末端垂向振動幅度。根據臂架末端垂向振動幅度選取臂架油缸根據該垂向振動幅度選取與該垂向振動幅度相對應的數量的臂架油缸，該相應數量的臂架油缸包含一種或多種臂架油缸組合，所述優先選取含最多更靠近臂架起始端的臂架油缸的臂架油缸組合。具體而言，圖4為本發明提供的臂架振動控制設備的方法流程圖。如圖4所示，如果振動幅度小于200_，則控制裝置認為臂架振動小，無需進行減振控制。如果臂架振動幅度大于200mm而小于500mm，則控制裝置可只選擇一個臂架油缸進行減振控制即可實現臂架振動衰減到200mm以下，即可選擇臂架油缸20、臂架油缸30及臂架油缸40其中之一，優先選擇臂架油缸20，其次為臂架油缸30，再次為臂架油缸40。如果臂架振動幅度大于500mm而小于800_，則控制裝置可選擇2個臂架油缸進行減振控制即可使得臂架振動烈度有效衰減到200mm以內，即可選擇臂架油缸20、臂架油缸30及臂架油缸40其中之二，優先選擇臂架油缸20及臂架油缸30，其次為臂架油缸20及臂架油缸40，再次為臂架油缸30及臂架油缸40。如果臂架振動幅度大于800mm，則控制裝置可選擇3個臂架油缸進行減振控制即可使得臂架振動烈度有效衰減到200mm以內，即選擇臂架油缸20、臂架油缸30及臂架油缸40。在本發明中，減振執行機構為臂架油缸，需對臂架油缸進泄高壓油操作來實現臂架振動的衰減。臂架油缸的活塞具有一定的行程限制，即油缸活塞在無桿腔端到頭時，該臂架油缸所涉及的兩臂節完全收攏，兩者之間的夾角為O度，而油缸活塞在有桿腔端到頭時，該臂架油缸所涉及的兩臂節完全展開，兩者之間的夾角為180度。當油缸活塞到頭時，油缸無法正常實現進泄高壓油操作，即無法實現臂架減振功能。因此，所述控制裝置在選取臂架油缸時，還考慮臂架的姿態，將臂架姿態與振動幅度一起結合來優化選擇臂架油缸作為減振執行機構。優選地，所述接收裝置還用于接收每兩臂節之間的夾角；所述控制裝置用于根據每兩臂節之間的夾角，從所述一種或多種臂架油缸組合中選取一臂架油缸組合，在該臂架油缸組合內，臂架油缸所連接的兩臂節之間的夾角位于一預定范圍；以及控制所選取臂架油缸組合中的臂架油缸來進行振動抑制。具體而言，如果臂架振動幅度大于200mm而小于500mm，則控制裝置可選擇臂架油缸20、臂架油缸30及臂架油缸40其中之一，優先選擇臂架油缸20，其次為臂架油缸30，再次為臂架油缸40 ;此時在選擇時，需考慮根據臂節2與臂節I之間的夾角、臂節3與臂節2之間的夾角、臂節4與臂節3之間的夾角，若臂節2與臂架I之間的夾角小于2度或大于178度(此處的2度及178度僅為示例性的，亦可根據實際需要，設置為其他角度)，則不選擇臂架油缸20為執行機構，這時進一步判斷臂節3與臂節2的夾角是否小于2度或大于178度，若滿足要求則選擇臂架油缸30，若不滿足則進一步判斷臂架油缸40是否滿足。一般情況下，泵車施工過程中的臂架施工姿態不會使得這三個臂架油缸都不滿足要求，大部分工況下每兩節臂架之間的夾角都會處于2度到178度之間。如果臂架振動幅度大于500_而小于800mm，則控制裝置可選擇臂架油缸20、臂架油缸30及臂架油缸40其中之二，優先選擇臂架油缸20及臂架油缸30的組合，其次為臂架油缸20及臂架油缸40的組合，再次為臂架油缸30及臂架油缸40的組合；此時可根據每兩臂節之間的夾角并結合上述組合的優先級來選擇執行機構的組合。如果臂架振動幅度大于800mm，則控制裝置可選擇臂架油缸20、臂架油缸30及臂架油缸40，此時若臂架姿態不滿足同時開啟臂架油缸20、30及40，即出現兩節臂夾角不在2度到178度之間，則哪個不滿足即關閉該臂架油缸。通過以上原理根據振動幅度及臂架姿態優化選擇臂架油缸作為減振執行機構，可在臂架不同振動幅度情況下選擇不同臂架油缸作為減振執行機構，同時可大大降低泵車減振系統的能耗，提高減振系統使用壽命。需要說明的是，以上僅是以五臂節泵車為例進行說明，本發明并不限于五臂節泵車、上述用于振動幅度判斷的200mm、500mm及800mm、以及上述減振執行機構的組合。本發明的一般性原則為在振動幅度較小的情況下，則可只選擇一個臂架油缸為減振執行機構即可；在振動較大的情況下，則可選擇2個臂架油缸為減振執行機構；而振動很大的情況下，則可選擇更多數目的臂架油缸同時進行減振控制來實現振動的衰減。
圖5為本發明提供的臂架振動控制系統的結構示意圖。如圖5所示，相應地，本發明還提供了一種臂架振動控制系統，該系統包括傾角檢測裝置500，用于檢測每一臂節相對于水平面的夾角；臂架末端垂向位置計算裝置600，用于根據所述每一臂節相對于水平面的夾角，計算臂架末端垂向位置；以及上述臂架振動控制設備。其中，所述臂架末端垂向位置計算裝置可對來自傾角檢測裝置的信號進行濾波處理，濾除泵車工作過程中液壓換向沖擊和混凝土流動沖擊帶來的高頻信號部分，得到真實的臂節相對于水平面的角度。藉此，可提高臂節傾角檢測精度。相應地，本發明還提供了一種工程機械，該工程機械包含上述臂架振動控制系統。相應地，本發明還提供了一種臂架振動控制方法，該臂架包含至少兩個臂節，每一臂節由相應的臂架油缸驅動，該方法包括接收臂架末端垂向位置；以及根據所述臂架末端垂向位置，計算臂架末端垂向振動幅度，根據該垂向振動幅度選取與該垂向振動幅度相對應的數量的臂架油缸，并通過控制該數量的臂架油缸來進行振動抑制，其中臂架末端垂向振動幅度越高，所選取的臂架油缸的數量越多。其中，所述相應數量的臂架油缸包含一種或多種臂架油缸組合。其中，該方法還包括接收每兩臂節之間的夾角，所述控制該數量的臂架油缸來進行振動抑制包括根據每兩臂節之間的夾角，從所述一種或多種臂架油缸組合中選取一臂架油缸組合，在該臂架油缸組合內，臂架油缸所連接的兩臂節之間的夾角位于一預定范圍；以及控制所選取臂架油缸組合中的臂架油缸來進行振動抑制。其中，所述控制該數量的臂架油缸來進行振動抑制包括優先選取含最多更靠近臂架起始端的臂架油缸的臂架油缸組合；以及控制所選取臂架油缸組合中的臂架油缸來進行振動抑制。有關該方法的細節及益處與上述臂架振動控制設備相同，于此不再贅述。以上結合附圖詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明并不限于上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思范圍內，可以對本發明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發明的保護范圍。另外需要說明的是，在上述具體實施方式
中所描述的各個具體技術特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合。為了避免不必要的重復，本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。此外，本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發明的思想，其同樣應當視為本發明所公開的內容。
權利要求
1.一種臂架振動控制設備，該臂架包含至少兩個臂節，每一臂節由相應的臂架油缸驅動，其特征在于，該設備包括 接收裝置，用于接收臂架末端垂向位置；以及 控制裝置，用于根據所述臂架末端垂向位置，計算臂架末端垂向振動幅度，根據該垂向振動幅度選取與該垂向振動幅度相對應的數量的臂架油缸，并通過控制該數量的臂架油缸來進行振動抑制，其中臂架末端垂向振動幅度越高，所選取的臂架油缸的數量越多。
2.根據權利要求1所述的設備，其特征在于，所述相應數量的臂架油缸包含一種或多種臂架油缸組合。
3.根據權利要求2所述的設備，其特征在于，所述一種或多種臂架油缸組合均未包含用于驅動首末兩臂節的臂架油缸。
4.根據權利要求2所述的設備，其特征在于， 所述接收裝置還用于接收每兩臂節之間的夾角； 所述控制裝置用于 根據每兩臂節之間的夾角，從所述一種或多種臂架油缸組合中選取一臂架油缸組合，在該臂架油缸組合內，臂架油缸所連接的兩臂節之間的夾角位于一預定范圍；以及控制所選取臂架油缸組合中的臂架油缸來進行振動抑制。
5.根據權利要求2-4中任一項權利要求所述的設備，其特征在于，所述控制裝置用于 優先選取含最多更靠近臂架起始端的臂架油缸的臂架油缸組合；以及 控制所選取臂架油缸組合中的臂架油缸來進行振動抑制。
6.—種臂架振動控制系統,其特征在于,該系統包括 傾角檢測裝置，用于檢測每一臂節相對于水平面的夾角； 臂架末端垂向位置計算裝置，用于根據所述每一臂節相對于水平面的夾角，計算臂架末端垂向位置；以及 根據權利要求1-5中任一項權利要求所述的控制設備。
7.—種工程機械，其特征在于，該工程機械包含根據權利要求6所述的系統。
8.一種臂架振動控制方法，該臂架包含至少兩個臂節，每一臂節由相應的臂架油缸驅動，其特征在于，該方法包括 接收臂架末端垂向位置；以及 根據所述臂架末端垂向位置，計算臂架末端垂向振動幅度，根據該垂向振動幅度選取與該垂向振動幅度相對應的數量的臂架油缸，并通過控制該數量的臂架油缸來進行振動抑制，其中臂架末端垂向振動幅度越高，所選取的臂架油缸的數量越多。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述相應數量的臂架油缸包含一種或多種臂架油缸組合。
10.根據權利要求9所述的方法，其特征在于，所述一種或多種臂架油缸組合均未包含用于驅動首末兩臂節的臂架油缸。
11.根據權利要求9所述的方法，其特征在于，該方法還包括 接收每兩臂節之間的夾角， 所述控制該數量的臂架油缸來進行振動抑制包括 根據每兩臂節之間的夾角，從所述一種或多種臂架油缸組合中選取一臂架油缸組合，在該臂架油缸組合內，臂架油缸所連接的兩臂節之間的夾角位于一預定范圍；以及控制所選取臂架油缸組合中的臂架油缸來進行振動抑制。
12.根據權利要求9-11中任一項權利要求所述的方法，其特征在于，所述控制該數量的臂架油缸來進行振動抑制包括優先選取含最多更靠近臂架起始端的臂架油缸的臂架油缸組合；以及控制所選取臂架油缸組合中的臂架油缸來進行振動抑制。
全文摘要
本發明公開了一種臂架振動控制設備、方法、系統及包含該系統的工程機械，該臂架包含至少兩個臂節，每一臂節由相應的臂架油缸驅動，該設備包括接收裝置，用于接收臂架末端垂向位置；以及控制裝置，用于根據所述臂架末端垂向位置，計算臂架末端垂向振動幅度，根據該垂向振動幅度選取與該垂向振動幅度相對應的數量的臂架油缸，并通過控制該數量的臂架油缸來進行振動抑制，其中臂架末端垂向振動幅度越高，所選取的臂架油缸的數量越多。通過上述技術方案，可根據臂架末端垂向振動幅度確定與該幅度相對應的數量的臂架油缸，兼顧了系統能耗及振動抑制效果，可大大降低泵車減振系統的能耗，提高減振系統使用壽命。
文檔編號E04G21/04GK103015729SQ20121055483
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月19日 優先權日2012年12月19日
發明者黃露, 黃毅, 王佳茜 申請人:中聯重科股份有限公司