[發明專利]回轉機構平穩啟制動的控制方法及裝置

有效

• 申請號: 200810149344.3
• 申請日: 2008-09-19
• 公開（公告）號: CN101397849A
• 公開（公告）日: 2009-04-01
• 發明（設計）人: 易小剛;易秀明;李建濤;劉永紅;朱紅;郭承志
• 申請（專利權）人: 三一重工股份有限公司
• 主分類號: E04G21/02
• 分類號: E04G21/02;F15B11/00;F15B13/02
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司
• 代理人: 沈 泳

技術領域

本發明涉及工程機械回轉機構控制技術，具體涉及回轉機構平穩啟制動的控制方法及裝置。

背景技術

對于上車相對于底盤作旋轉運動的工程機械來說，回轉機構的啟制動平穩性是整機性能的重要指標之一，因此，優化設計避免回轉機構啟制動過程中慣性沖擊的影響是行業的研發熱點，比如：混凝土泵車回轉機構。

混凝土泵車臂架用于輸送混凝土到指定位置，主要通過展開、收攏及旋轉等動作來完成上述功能。由于臂架通常由若干節臂及之間的臂架油缸、連桿、鉸接軸、輸送管等組成，并且在施工過程中輸送管里充滿混凝土，轉動慣量很大；在臂架旋轉過程中主要存在下述問題：一是旋轉運動的不平穩性，運動過程為“一快一慢”的擺動前進；二是制動后將產生很大的擺幅，不能精確的停到預定的位置。在臂架旋轉過程中，臂架大慣性擺動將造成臂架、固定轉塔、支腿等結構件的較大應力變化，縮短泵車疲勞壽命；同時，會造成液壓管道中的液壓沖擊，降低各相關液壓元件的使用壽命，進而降低整車的使用壽命。

目前，國內外工程機械行業改善回轉慣性、減小擺動沖擊的方法主要有兩種方式：一是輸入信號低通與降低安全閥壓力；二是通過內部或外部控制進出油口壓力的補償法。但是，第一種方式存在啟制動速度慢且制動距離增大等問題，嚴重影響系統響應時間、降低工程機械的效率，特別是混凝土泵車臂架在接近障礙物制動時，極易發生臂架與障礙物相撞的事故。第二種方式通過進出油口的聯動調節而較快地啟動回轉、通過增加阻尼而較快的制動，這種控制方法對于混凝土泵車、起重機臂架等長懸臂梁結構來說，無疑會導致末端的運行不平穩及制動的慣性位移。

請參見圖1，圖1a、圖1b和圖1c分別示出了回轉機構啟動、運行及制動過程的角速度信號曲線圖。其中，圖1a為未采取控制回轉慣性措施的角速度信號曲線圖；圖1b和圖1c分別為現有技術中采取液壓系統改進措施后的角速度信號曲線圖。圖中，t0～t1之間為啟動階段，(t1-t0)為啟動時間，回轉機構從t0時刻開始啟動，至t1時刻達到預定的最大角速度ω0；t1～t2之間為運行階段，(t2-t1)為正常運行時間；t2～t3之間為制動階段，(t3-t2)為臂架的制動時間，t2時刻開始制動，至t3時刻完全停止。實際上，若不能平穩啟動，t1～t2段將為非恒定值，而平衡值為ω0的衰減阻尼振動。

請參見圖2，該圖是基于現有回轉機構的一個完整的回轉過程所示出的混凝土泵車臂架尾端(因尾端是臂架上擺幅最大的點，故以該點評價)的角速度及位移曲線。圖中，線1為臂架尾端的角速度變化曲線，線2為臂架尾端的角位移曲線，A段、B段、C段分別為回轉機構的啟動、運行及制動階段。如A段所示，由于長懸臂梁本身具有一定的柔性，回轉裝置開始旋轉后，尾端會延遲一段時間后開始旋轉；如B段所示，臂架運行一段時間后開始制動；如C段所示，制動后開始自由阻尼振動，速度將最終衰減至零，趨近于線E，臂架停止在一定位置，趨近于線D。

通過對角速度線1及角位移線2分析可以得出：a～b段的角速度產生c～d段的角位移，而c～d段正為臂架制動慣性產生的最大擺幅，是影響主要結構件及制動器壽命、操作手對產品信賴度的最主要因素。如果通過液壓控制的方法，如：控制出油口背壓等，c～d段角位移變化將減小，進而減小了慣性沖擊；但制動距離將增大，不能有效及時的實現制動。

有鑒于此，亟待研制開發出一種回轉機構平穩啟制動的控制方法，有效規避回轉慣性沖擊對整機平穩運行帶來的影響。

發明內容

針對上述缺陷，本發明解決的技術問題在于，從動力學角度研究臂架尾端的運行軌跡，提供一種既能快速啟動又能平穩運行、制動的回轉機構平穩啟制動的控制方法及裝置，確保制動后臂架尾端產生較小的擺幅、制動距離較小。

基于由旋轉動力輸出機構驅動的回轉機構，本發明提供的回轉機構平穩啟制動的控制方法具體為：回轉機構啟動時，輸入至旋轉動力輸出機構的控制信號隨時間的變化呈逐級斜坡階躍上升；回轉機構制動時，輸入至旋轉動力輸出機構的控制信號隨時間的變化呈逐級斜坡階躍下降。

優選地，所述旋轉動力輸出機構為液壓馬達。

進一步優選地，輸入至液壓馬達的壓力油流量采用電液流量控制閥控制；在回轉機構啟動時輸入至電液流量控制閥的啟動信號波形隨時間的變化呈逐級斜坡階躍上升；在回轉機構制動時輸入至電液流量控制閥的制動信號波形隨時間的變化呈逐級斜坡階躍下降。

優選地，所述逐級斜坡階躍上升過程至少分為兩級，所述逐級斜坡階躍下降過程至少分為兩級。