臂架的运动控制方法、装置、系统及工程机械与流程

本发明涉及工程机械技术领域，特别是涉及一种臂架的运动控制方法、装置、系统及工程机械。

背景技术：

泵车又称混凝土泵车，是利用压力将混凝土沿管道连续输送的机械。折叠臂架作为泵车的主要组成部分之一，用于支撑混凝土输送管以及进行布料操作。折叠臂架在工作过程中，需要承受自身重力负载和外界负载，并且其臂姿和所受负载会发生较大的变化。

在现有技术中，主要由操作人员凭经验主观判断系统功率是否能够满足克服负载动作的功率需求，当系统负载较大，又错误采用过大的控制参数时，系统功率供给不足以满足系统功率需求，从而会导致系统功率过载，甚至造成设备损坏。此外，在系统功率供给足够，但综合负载较大时，由经验不足的操作人员操作，可能导致折叠臂架的动能过大，从而造成折叠臂架的自激扰动；或者，在折叠臂架需要紧急制动的情况下，产生较大的急停冲击，从而造成臂架的晃动或抖动。

综上，如何提高臂架运动的安全性，保障施工安全，是目前本领域人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种臂架的运动控制方法、装置、系统及工程机械，以提高臂架运动的安全性，保障施工安全。

本发明实施例所提供的臂架的运动控制方法，包括：

获取臂架的至少一个关键臂架油缸的输出力；

针对臂架的每一个液压执行元件，根据所述至少一个关键臂架油缸的输出力，确定所述液压执行元件的最大输出速度；

控制臂架的每一个液压执行元件的速度不超过对应的最大输出速度。

较佳的，所述控制臂架的每一个液压执行元件的速度不超过对应的最大输出速度，包括：

根据所述液压执行元件的最大输出速度，确定所述液压执行元件的流量上限值；

控制臂架的每一个液压执行元件的流量不超过对应的流量上限值。

较佳的，所述根据所述至少一个关键臂架油缸的输出力，确定所述液压执行元件的最大输出速度，包括：

根据所述至少一个关键臂架油缸的输出力，确定所述至少一个关键臂架油缸的稳态输出力；

根据所述至少一个关键臂架油缸的稳态输出力，确定所述液压执行元件的最大输出速度。

具体的，当液压执行元件为臂架油缸时，所述根据所述至少一个关键臂架油缸的稳态输出力，确定所述液压执行元件的最大输出速度，包括：

根据关系式F(F_wi)*V_maxj^m＝P1_j，确定所述臂架油缸的最大输出速度；其中，F_wi为关键臂架油缸的稳态输出力，F(F_wi)为所述至少一个关键臂架油缸的等效稳态输出力，V_maxj为所述臂架油缸的最大输出速度，m为最大输出速度指数，P1_j为所述臂架油缸对应的臂架系统功率常数；

当液压执行元件为回转马达时，所述根据所述至少一个关键臂架油缸的稳态输出力，确定所述液压执行元件的最大输出速度，包括：

根据关系式T(F_wi)*ω_maxjⁿ＝P2_j，确定所述回转马达的最大输出角速度；其中，F_wi为关键臂架油缸的稳态输出力，T(F_wi)为所述至少一个关键臂架油缸的等效稳态输出扭矩，ω_maxj为所述回转马达的最大输出角速度，n为最大输 出角速度指数，P2_j为所述回转马达对应的臂架系统功率常数。

优选的，所述获取臂架的至少一个关键臂架油缸的输出力，包括：获取臂架的每一个臂架油缸的输出力。

在本发明实施例的技术方案中，臂架臂节的自身重力负载和外界作用负载反映为臂架油缸的输出力，根据至少一个关键臂架油缸的输出力，确定液压执行元件的最大输出速度；从而依据该最大输出速度对液压执行元件进行速度限制。该方案充分考虑了臂架臂节的自身负载和外界负载，可以防止臂架的自激扰动和系统功率过载，因此，提高了臂架运动的安全性，保障了施工安全。

基于相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种臂架的运动控制装置，包括：

获取单元，用于获取臂架的至少一个关键臂架油缸的输出力；

确定单元，用于针对臂架的每一个液压执行元件，根据所述至少一个关键臂架油缸的输出力，确定所述液压执行元件的最大输出速度；

监控单元，用于控制臂架的每一个液压执行元件的速度不超过对应的最大输出速度。

较佳的，所述监控单元，具体用于根据所述液压执行元件的最大输出速度，确定所述液压执行元件的流量上限值；及控制臂架的每一个液压执行元件的流量不超过对应的流量上限值。

优选的，所述确定单元，具体用于根据所述至少一个关键臂架油缸的输出力，确定所述至少一个关键臂架油缸的稳态输出力；根据所述至少一个关键臂架油缸的稳态输出力，确定所述液压执行元件的最大输出速度。

优选的，所述确定单元，具体用于当液压执行元件为臂架油缸时，根据关系式F(F_wi)*V_maxj^m＝P1_j，确定所述臂架油缸的最大输出速度；其中，F_wi为关键臂架油缸的稳态输出力，F(F_wi)为所述至少一个关键臂架油缸的等效稳态输出力，V_maxj为所述臂架油缸的最大输出速度，m为最大输出速度指数，P1_j为所述臂架油缸对应的臂架系统功率常数；及

当液压执行元件为回转马达时，根据关系式T(F_wi)*ω_maxjⁿ＝P2_j，确定所述回转马达的最大输出角速度；其中，F_wi为关键臂架油缸的稳态输出力，T(F_wi)为所述至少一个关键臂架油缸的等效稳态输出扭矩，ω_maxj为所述回转马达的最大输出角速度，n为最大输出角速度指数，P2_j为所述回转马达对应的臂架系统功率常数。

较佳的，所述获取单元，具体用于获取臂架的每一个臂架油缸的输出力。

采用该臂架的运动控制装置，充分考虑了臂架臂节的自身负载和外界负载，可以防止臂架的自激扰动和系统功率过载，因此，提高了臂架运动的安全性，保障了施工安全。

本发明实施例还提供了一种臂架的运动控制系统，包括：

臂架的至少一个关键臂架油缸上所安装的传感器，每个传感器用于检测对应关键臂架油缸的输出力；

控制设备，与每一个所述传感器信号连接，用于针对臂架的每一个液压执行元件，根据所述至少一个关键臂架油缸的输出力，确定所述液压执行元件的最大输出速度；控制臂架的每一个液压执行元件的速度不超过对应的最大输出速度。

较佳的，所述控制设备，具体用于根据所述液压执行元件的最大输出速度，确定所述液压执行元件的流量上限值；及控制臂架的每一个液压执行元件的流量不超过对应的流量上限值。

优选的，所述控制设备包括低通滤波电路，所述低通滤波电路用于对每个传感器的检测结果进行低通滤波处理，得到所述至少一个关键臂架油缸的稳态输出力；

所述控制设备，具体用于针对臂架的每一个液压执行元件，根据所述至少一个关键臂架油缸的稳态输出力，确定所述液压执行元件的最大输出速度。

较佳的，所述臂架的各臂架油缸上均安装有所述传感器；所述臂架的液压执行元件为臂架油缸和/或回转马达。

所述系统还包括与所述控制设备信号连接的输出设备，所述输出设备用于输出所述液压执行元件的最大输出速度的信息。

采用该臂架的运动控制系统，可以防止臂架的自激扰动和系统功率过载，因此，提高了臂架运动的安全性，保障了施工安全。

本发明实施例还提供了一种工程机械，包括前述技术方案所述臂架的运动控制系统，该工程机械的臂架在工作时的安全性较高，从而为施工安全提供了保障。

附图说明

图1为本发明实施例臂架的运动控制方法流程示意图；

图2为折叠臂架示意图；

图3为臂架油缸的最大输出速度与关键臂架油缸的等效稳态输出力的对应关系示意图；

图4为本发明实施例臂架的运动控制装置结构示意图；

图5为本发明实施例臂架的运动控制系统结构示意图。

具体实施方式

为了提高臂架运动的安全性，保障施工安全，本发明实施例提供了一种臂架的运动控制方法、装置、系统及工程机械。

如图1所示，本发明一实施例提供的臂架的运动控制方法，包括如下步骤：

步骤101、获取臂架的至少一个关键臂架油缸的输出力；

步骤102、针对臂架的每一个液压执行元件，根据所述至少一个关键臂架油缸的输出力，确定液压执行元件的最大输出速度；

步骤103、控制臂架的每一个液压执行元件的速度不超过对应的最大输出速度。

该实施例方法应用于包含臂架的工程机械，例如泵车、举高喷射消防车、 臂架起重机等等。臂架的具体类型不限，可以为折叠臂架或者伸缩臂架。如图2所示，臂架200为折叠臂架，包括顺序铰接的多个臂节210，每个臂节210与至少一个臂架油缸211连接，由臂架油缸211驱动运动，从而可实现臂架200的展开和收拢。

在本发明实施例中，关键臂架油缸可以理解为对整个臂架受力影响较大的臂架油缸，可根据这些关键臂架油缸的输出力确定出每一个执行元件的最大输出速度。关键臂架油缸可根据工程机械的类型、臂节数量并结合具体经验来确定。

工程机械的臂架大多需要承受自身重力负载和外界负载的作用，并且在工作过程中，其臂姿和所受负载会发生较大的变化。对于臂架的臂节，其自身重力负载和外界作用负载会反映为臂架油缸的输出力，可通过传感装置检测关键臂架油缸的输出力。当然，上述输出力可以是检测得到的直接结果，也可以是通过一定处理技巧处理以后的结果，比如，可以对直接检测到的输出力进行低通滤波处理，得到稳态输出力。采用稳态输出力作为计算液压执行元件最大输出速度的依据，可以使输出力的值抗干扰能力强，不容易受到液压系统的冲击或系统冲击的影响，从而使计算结果更加准确。因此，可通过低通滤波电路对传感器的检测结果进行低通滤波处理，从而得到关键臂架油缸的稳态输出力。

因此，优选的，步骤102中，根据所述至少一个关键臂架油缸的输出力，确定液压执行元件的最大输出速度，包括：

根据所述至少一个关键臂架油缸的输出力，确定所述至少一个关键臂架油缸的稳态输出力；

根据所述至少一个关键臂架油缸的稳态输出力，确定液压执行元件的最大输出速度。

由于液压执行元件的最大输出速度与流量上限值存在一定的对应关系，而控制液压执行元件的流量上限值来限制液压执行元件的最大输出速度在技术上更容易实现，基于此，步骤103可以具体包括以下步骤：

根据液压执行元件的最大输出速度，确定液压执行元件的流量上限值；

控制臂架的每一个液压执行元件的流量不超过对应的流量上限值。

当关键臂架油缸的输出力较大时，可以控制液压执行元件的流量上限值减小，也就是降低液压执行元件的最大输出速度，因此，本发明根据综合负载对最大输出速度进行限制，即可将驱动臂架运动的能量时刻保持在可控范围内，从而达到防止臂架自激振动的目，从而防止系统过载或臂架的自激扰动。此外，当关键臂架油缸的输出力较小时，可允许增大液压执行元件的流量上限值，即提高液压执行元件的最大输出速度，从而提高臂架的运动效率。

在本发明实施例的技术方案中，臂架臂节的自身重力负载和外界作用负载反映为臂架油缸的输出力，根据至少一个关键臂架油缸的输出力，确定液压执行元件的最大输出速度，并且控制臂架的每一个液压执行元件的速度不超过对应的最大输出速度。该方案充分考虑了臂架臂节的自身负载和外界负载，可以防止臂架的自激扰动和系统功率过载，因此，提高了臂架运动的安全性，保障了施工安全。

在本发明的一个具体实施例中，当液压执行元件为臂架油缸时，步骤102具体为：根据关系式F(F_wi)*V_maxj^m＝P1_j，确定臂架油缸的最大输出速度；其中，F_wi为关键臂架油缸的稳态输出力，F(F_wi)为至少一个关键臂架油缸的等效稳态输出力，V_maxj为臂架油缸的最大输出速度，m为最大输出速度指数，为常数，P1_j为臂架油缸对应的臂架系统功率常数，不同的臂架油缸对应的臂架系统功率常数不同，比如，一臂的功率常数为Pl₁，二臂的功率常数为Pl₂，等等。F(Fwi)为至少一个关键臂架油缸的等效稳态输出力，此处的等效稳态输出力指的是，假如检测的一个关键臂架油缸的输出力，则该输出力即为该等效稳态输出力，假如检测的是两个以上的关键臂架油缸的输出力，则将该多个输出力以预设的计算规则等效成一个输出力，则该等效成一个输出力即为上述的等效稳态输出力。

工程机械的臂架通常还包括回转马达，用于驱动臂架回转；而某些工程机 械的臂架，为实现特定的作业动作，可能包括两个或者两个以上的回转马达。

当液压执行元件为回转马达时，步骤102具体为：根据关系式T(F_wi)*ω_maxjⁿ＝P2_j，确定回转马达的最大输出角速度；其中，F_wi为关键臂架油缸的稳态输出力，T(F_wi)为至少一个关键臂架油缸的等效稳态输出扭矩，ω_maxj为回转马达的最大输出角速度，n为最大输出角速度指数，P2_j为回转马达对应的系统功率常数，不同的回转马达对应的系统功率常数不同，比如，在有多个回转马达的情况下，多个回转马达对应的功率常数可以分别为P2₁、P2₂等等。T(F_wi)为至少一个关键臂架油缸的等效稳态输出扭矩，此处的等效稳态输出扭矩即为根据上述的等效稳态输出力对应计算出相应的扭矩。

臂架油缸的最大输出速度V_maxj与所述至少一个关键臂架油缸的等效稳态输出力F(F_wi)的对应关系示意如图3所示。可以看出，当所述至少一个关键臂架油缸的等效稳态输出力F(F_wi)较大时，为防止臂架的自激扰动和系统功率过载，臂架油缸的最大输出速度V_maxj应控制在较小的值；当所述至少一个关键臂架油缸的等效稳态输出力F(F_wi)较小时，可以适当增大臂架油缸的最大输出速度V_maxj，从而提高臂架的运动效率。对于本领域人员可知，通过电磁阀对臂架油缸的输出流量进行限制，也即对臂架油缸的输出速度进行限制。

同理，当所述至少一个关键臂架油缸的等效稳态输出扭矩T(F_wi)较大时，为防止臂架的自激扰动和系统功率过载，回转马达的最大输出角速度ω_maxj应控制在较小的值；当所述至少一个关键臂架油缸的等效稳态输出扭矩T(F_wi)较小时，可以适当增大回转马达的最大输出角速度ω_maxj，从而提高臂架的回转运动效率。对于本领域人员可知，通过电磁阀对回转马达的输出流量进行限制，也即对回转马达的输出角速度进行限制。

需要说明的是，在同一设备上，上述的液压执行元件既可以只是臂架油缸；也可以只是回转马达；还可以同时既包括臂架油缸又包括回转马达，即根据至少一个关键臂架油缸的输出力既作为控制臂架油缸的运动依据又作为控制回转马达运动的依据。

在本发明的一实施例中，可预先建立臂架的全姿态受力模型，即所述至少一个关键臂架油缸的稳态输出力与臂架的等效臂姿信息的对应关系。根据该对应关系可作为上述最大输出速度指数m以及最大输出角速度指数n确立的依据。

在本发明的优选实施例中，步骤101具体为：获取臂架的每一个臂架油缸的输出力。根据臂架的每一个臂架油缸的输出力进行相关计算，控制精确度更高。

如图4所示，基于相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种臂架的运动控制装置，包括：

获取单元31，用于获取臂架的至少一个关键臂架油缸的输出力；

确定单元32，用于针对臂架的每一个液压执行元件，根据所述至少一个关键臂架油缸的输出力，确定液压执行元件的最大输出速度；

监控单元33，用于控制臂架的每一个液压执行元件的速度不超过对应的最大输出速度。

作为较佳的方案，监控单元33，具体用于根据液压执行元件的最大输出速度，确定液压执行元件的流量上限值；及控制臂架的每一个液压执行元件的流量不超过对应的流量上限值。

作为优选方案，确定单元32，具体用于根据所述至少一个关键臂架油缸的输出力，确定所述至少一个关键臂架油缸的稳态输出力；根据所述至少一个关键臂架油缸的稳态输出力，确定液压执行元件的最大输出速度。

在上述优选方案的基础上，确定单元32，具体用于当液压执行元件为臂架油缸时，根据关系式F(F_wi)*V_maxj^m＝P1_j，确定臂架油缸的最大输出速度；其中，F_wi为关键臂架油缸的稳态输出力，F(F_wi)为至少一个关键臂架油缸的等效稳态输出力，V_maxj为臂架油缸的最大输出速度，m为最大输出速度指数，P1_j为臂架油缸对应的臂架系统功率常数；及

当液压执行元件为回转马达时，根据关系式T(F_wi)*ω_maxjⁿ＝P2_j，确定回 转马达的最大输出角速度；其中，F_wi为关键臂架油缸的稳态输出力，T(F_wi)为至少一个关键臂架油缸的等效稳态输出扭矩，ω_maxj为回转马达的最大输出角速度，n为最大输出角速度指数，P2_j为回转马达对应的臂架系统功率常数。

较佳的，获取单元31，具体用于获取臂架的每一个臂架油缸的输出力。

采用该臂架的运动控制装置，充分考虑了臂架臂节的自身负载和外界负载，可以防止臂架的自激扰动和系统功率过载，因此，提高了臂架运动的安全性，保障了施工安全。

如图5所示，本发明实施例还提供了一种臂架的运动控制系统，包括：

臂架的至少一个关键臂架油缸44a、44b上所安装的传感器41a、41b(图中仅示意了两个关键臂架油缸上的传感器，但关键臂架油缸和传感器的数量不限于此，可根据臂架的具体结构来确定)，每个传感器用于检测对应关键臂架油缸的输出力；

控制设备43，与每个传感器信号连接，用于针对臂架的每一个液压执行元件，根据至少一个关键臂架油缸的输出力，确定液压执行元件的最大输出速度；控制臂架的每一个液压执行元件的速度不超过对应的最大输出速度。

作为较佳的方案，控制设备43，具体用于根据液压执行元件的最大输出速度，确定液压执行元件的流量上限值；及控制臂架的每一个液压执行元件的流量不超过对应的流量上限值。

作为优选方案，控制设备43包括低通滤波电路42，低通滤波电路42用于对每个传感器的检测结果进行低通滤波处理，得到所述至少一个关键臂架油缸的稳态输出力；控制设备43，具体用于针对臂架的每一个液压执行元件，根据所述至少一个关键臂架油缸的稳态输出力，确定液压执行元件的最大输出速度。

臂架的液压执行元件可以是上述的这些关键臂架油缸44a、44b，也可以是非关键臂架油缸44c，还可以是回转马达(图中未示出)等。

较佳的，臂架的各臂架油缸上均安装有传感器；臂架的液压执行元件为臂 架油缸和/或回转马达。

在本发明实施例的优选方案中，所述系统还可包括与控制设备信号连接的输出设备，输出设备用于输出液压执行元件的最大输出速度的信息，以提示操作者。输出设备的具体类型不限，例如可以为显示装置以显示具体的数值；也可以是扬声器设备；或者颜色分别对应不同速度值的一组信号灯，等等。例如，可以是用不同颜色的显示灯泡代表不同的速度区域，比如红色代表高速区，蓝色代表中速区，黄色代表低速区，当操作人员开到显示为黄色时，就知道此时应以较小速度进行操作，当操作者在操作之前没有看到该显示装置，而以较大的档位进行操作时，由于此时系统已经对最大输出速度进行了限制，即使使用较大档位，操作对象也只会在最大输出速度以下缓慢进行，如果此时操作者看到了该显示装置，就会意识到，这种现象的发生不是由于系统出现了故障，而是由于系统对最大速度进行限制，以此达到对操作人员进行提示的目的。

采用该臂架的运动控制系统，可以防止臂架的自激扰动和系统功率过载，因此，提高了臂架运动的安全性，保障了施工安全。

本发明实施例还提供了一种工程机械，包括前述技术方案臂架的运动控制系统，该工程机械的臂架在工作时的安全性较高，从而为施工安全提供了保障。工程机械的具体类似不限，例如可以为泵车、举高喷射消防车等。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。