专利名称：臂架振动控制设备、方法、系统及工程机械的制作方法
技术领域：
本发明涉及工程机械领域，具体地，涉及一种臂架振动控制设备、方法、系统及包含该系统的工程机械。
背景技术：
混凝土泵车是一种用于输送和浇注混凝土的专用机械，它配有特殊的管道，可以将混凝土沿管道连续输送到浇注现场，尤其是在高层建筑、地下建筑和大混凝土建筑物的施工过程中，以其高质量、高效率、低消耗、低成本、施工周期短、劳动强度低等优点，逐步成为建筑施工中不可缺少的关键设备。混凝土泵车臂架大幅振动造成泵车臂架末端软管无法精确定位，同时产生的动应力导致臂架疲劳而减小使用寿命，影响泵车的整机性能和施工质量，因此需要对泵车臂架减振过程进行监测和抑振控制，以保证泵车工作的平稳性。
发明内容
本发明的目的是提供一种臂架振动控制设备、方法、系统及包含该系统的工程机械，其可有效抑制臂架振动。为了实现上述目的，本发明提供一种臂架振动控制设备，该臂架包含至少两个臂节，每一臂节由相应的臂架油缸驱动，该设备包括接收装置，用于接收臂架末端垂向位置；以及控制装置，用于根据所述臂架末端垂向位置，计算臂架末端垂向振动幅度，根据该垂向振动幅度选取与该垂向振动幅度相对应的数量的臂架油缸，并通过控制该数量的臂架油缸来进行振动抑制，其中臂架末端垂向振动幅度越高，所选取的臂架油缸的数量越多。相应地，本发明还提供一种臂架振动控制系统，该系统包括倾角检测装置，用于检测每一臂节相对于水平面的夹角；臂架末端垂向位置计算装置，用于根据所述每一臂节相对于水平面的夹角，计算臂架末端垂向位置；以及上述臂架振动控制设备。相应地，本发明还提供一种工程机械，该工程机械包含上述臂架振动控制系统。相应地，本发明还提供一种臂架振动控制方法，该臂架包含至少两个臂节，每一臂节由相应的臂架油缸驱动，该方法包括接收臂架末端垂向位置；以及根据所述臂架末端垂向位置，计算臂架末端垂向振动幅度，根据该垂向振动幅度选取与该垂向振动幅度相对应的数量的臂架油缸，并通过控制该数量的臂架油缸来进行振动抑制，其中臂架末端垂向振动幅度越高，所选取的臂架油缸的数量越多。通过上述技术方案，可根据臂架末端垂向振动幅度确定与该幅度相对应的数量的臂架油缸，兼顾了系统能耗及振动抑制效果，可大大降低泵车减振系统的能耗，提高减振系统使用寿命。本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式
部分予以详细说明。
附图是用来提供对本发明的进一步理解，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，但并不构成对本发明的限制。在附图中图1为混凝土泵车的结构示意图；图2为本发明提供的臂架振动控制设备的结构示意图；图3为臂架末端垂向位置计算示意图；图4为本发明提供的臂架振动控制设备的方法流程图；以及图5为本发明提供的臂架振动控制系统的结构示意图。附图标记说明1、2、3、4、5 臂节10、20、30、40、50 臂架油缸 100底架200转台300接收装置400控制装置500倾角检测装置600臂架末端垂向位置计算装置
具体实施例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。首先，以混凝土泵车臂架为例来对本发明的控制对象“臂架”进行说明。图1为混凝土泵车的结构示意图，如图1所示，混凝土泵车包含底架I 00 ;转台200 ;臂节1、臂节2、臂节3、臂节4及臂节5 ;分别用于驱动该臂节1、臂节2、臂节3、臂节4及臂节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。虽然此处以5节臂泵车为例进行说明，但本发明并不限于此，亦可为其他臂节数目的泵车或其他含有臂架的工程机械。在本发明中，减振执行机构为臂架油缸，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因动作时会牵涉过多臂节或过少臂节而不予考虑)，通过实时监测泵车工作过程中臂架末端振动情况，运用减振控制算法计算控制电流控制臂架油缸两腔进泄高压油来实现抑制控制，该减振控制算法为本领域技术人员所公知，且于多篇专利中均有披露(诸如CN102071809A)，故于此不再赘述。本发明的特点在于对减振执行机构的选取，即如何从上述臂架油缸20、臂架油缸30及臂架油缸40中选取合适的臂架油缸来执行减振操作。一般来说，臂架油缸20的两腔体积要大于臂架油缸30的两腔体积，且臂架油缸30的两腔体积要大于臂架油缸40的两腔体积。若减振系统在抑制控制时同时控制臂架油缸20、臂架油缸30及臂架油缸40，会导致系统能耗大，且持续工作容易造成这三个臂架油缸疲劳而影响使用寿命。同样，臂架油缸20活塞动作导致臂架末端垂向位移相对于臂架油缸30动作导致的臂架末端垂向位移明显，臂架油缸30活塞动作导致臂架末端垂向位移相对于臂架油缸40动作导致的臂架末端垂向位移明显。因此，在选取减振控制执行机构时(即，选取臂架油缸时)，可以根据臂架末端振动幅度大小来进行优化选择。图2为本发明提供的臂架振动控制设备的结构示意图。具体而言，如图2所示，本发明提供了一种臂架振动控制设备，该臂架包含至少两个臂节，每一臂节由相应的臂架油缸驱动，该设备包括接收装置300，用于接收臂架末端垂向位置；以及控制装置400，用于根据所述臂架末端垂向位置，计算臂架末端垂向振动幅度，根据该垂向振动幅度选取与该垂向振动幅度相对应的数量的臂架油缸，并通过控制该数量的臂架油缸来进行振动抑制，其中臂架末端垂向振动幅度越高，所选取的臂架油缸的数量越多。藉此，可根据臂架末端垂向振动幅度确定与该幅度相对应的数量的臂架油缸，兼顾了系统能耗及振动抑制效果。以下介绍如何获取臂架末端垂向振动幅度及如何根据该振动幅度选取臂架油缸。臂架末端垂向振动幅度的获取图3为臂架末端垂向位置计算示意图。如图3所示，可利用倾角传感器实时采集每一臂节相对于水平面的角度，即可换算得到臂架末端的位置。具体计算过程如下定义转台与水平面的高度为y0，臂节I的长度为LI，臂节2的长度为L2，臂节3的长度为L3，臂节4的长度为L4，臂节5的长度为L5。臂节I与水平面之间的角度为Θ1，臂节2与水平面之间的角度为Θ 2，臂节3与水平面之间的角度为Θ 3，臂节4与水平面之间的角度为Θ4，臂节5与水平面之间的角度为Θ5。由每节臂架的角度和长度可得到该节臂架的姿态和臂架 末端位置(I)臂节I末端的位置为(Xl，yi)，其中X1=Lfcos ( Θ j)，yeyo+LfsinC θ )；(2)臂节2末端的位置为(x2，y2)，其中X2=L1^cos ( Θ j) +L2*cos ( θ 2), Y2=Yo+L1^sin ( θ J +L2*sin ( θ 2)；(3)臂节3末端的位置为(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)臂节4末端的位置为(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)臂节5末端的位置为(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)。从而，臂架末端的垂向位置为Y5=Yc^Lfsin ( Θ J +L2^sin ( θ 2) +L3^sin ( θ 3) +L4^sin ( θ 4) L5^sin ( θ 5)。泵车工作过程中臂架振动导致每节臂架相对于水平面的角度不断变化，由以上公式根据角度的变化可实时计算出臂架末端垂向位置的变化情况，即臂架末端垂向振动幅度。根据臂架末端垂向振动幅度选取臂架油缸根据该垂向振动幅度选取与该垂向振动幅度相对应的数量的臂架油缸，该相应数量的臂架油缸包含一种或多种臂架油缸组合，所述优先选取含最多更靠近臂架起始端的臂架油缸的臂架油缸组合。具体而言，图4为本发明提供的臂架振动控制设备的方法流程图。如图4所示，如果振动幅度小于200_，则控制装置认为臂架振动小，无需进行减振控制。如果臂架振动幅度大于200mm而小于500mm，则控制装置可只选择一个臂架油缸进行减振控制即可实现臂架振动衰减到200mm以下，即可选择臂架油缸20、臂架油缸30及臂架油缸40其中之一，优先选择臂架油缸20，其次为臂架油缸30，再次为臂架油缸40。如果臂架振动幅度大于500mm而小于800_，则控制装置可选择2个臂架油缸进行减振控制即可使得臂架振动烈度有效衰减到200mm以内，即可选择臂架油缸20、臂架油缸30及臂架油缸40其中之二，优先选择臂架油缸20及臂架油缸30，其次为臂架油缸20及臂架油缸40，再次为臂架油缸30及臂架油缸40。如果臂架振动幅度大于800mm，则控制装置可选择3个臂架油缸进行减振控制即可使得臂架振动烈度有效衰减到200mm以内，即选择臂架油缸20、臂架油缸30及臂架油缸40。在本发明中，减振执行机构为臂架油缸，需对臂架油缸进泄高压油操作来实现臂架振动的衰减。臂架油缸的活塞具有一定的行程限制，即油缸活塞在无杆腔端到头时，该臂架油缸所涉及的两臂节完全收拢，两者之间的夹角为O度，而油缸活塞在有杆腔端到头时，该臂架油缸所涉及的两臂节完全展开，两者之间的夹角为180度。当油缸活塞到头时，油缸无法正常实现进泄高压油操作，即无法实现臂架减振功能。因此，所述控制装置在选取臂架油缸时，还考虑臂架的姿态，将臂架姿态与振动幅度一起结合来优化选择臂架油缸作为减振执行机构。优选地，所述接收装置还用于接收每两臂节之间的夹角；所述控制装置用于根据每两臂节之间的夹角，从所述一种或多种臂架油缸组合中选取一臂架油缸组合，在该臂架油缸组合内，臂架油缸所连接的两臂节之间的夹角位于一预定范围；以及控制所选取臂架油缸组合中的臂架油缸来进行振动抑制。具体而言，如果臂架振动幅度大于200mm而小于500mm，则控制装置可选择臂架油缸20、臂架油缸30及臂架油缸40其中之一，优先选择臂架油缸20，其次为臂架油缸30，再次为臂架油缸40 ;此时在选择时，需考虑根据臂节2与臂节I之间的夹角、臂节3与臂节2之间的夹角、臂节4与臂节3之间的夹角，若臂节2与臂架I之间的夹角小于2度或大于178度(此处的2度及178度仅为示例性的，亦可根据实际需要，设置为其他角度)，则不选择臂架油缸20为执行机构，这时进一步判断臂节3与臂节2的夹角是否小于2度或大于178度，若满足要求则选择臂架油缸30，若不满足则进一步判断臂架油缸40是否满足。一般情况下，泵车施工过程中的臂架施工姿态不会使得这三个臂架油缸都不满足要求，大部分工况下每两节臂架之间的夹角都会处于2度到178度之间。如果臂架振动幅度大于500_而小于800mm，则控制装置可选择臂架油缸20、臂架油缸30及臂架油缸40其中之二，优先选择臂架油缸20及臂架油缸30的组合，其次为臂架油缸20及臂架油缸40的组合，再次为臂架油缸30及臂架油缸40的组合；此时可根据每两臂节之间的夹角并结合上述组合的优先级来选择执行机构的组合。如果臂架振动幅度大于800mm，则控制装置可选择臂架油缸20、臂架油缸30及臂架油缸40，此时若臂架姿态不满足同时开启臂架油缸20、30及40，即出现两节臂夹角不在2度到178度之间，则哪个不满足即关闭该臂架油缸。通过以上原理根据振动幅度及臂架姿态优化选择臂架油缸作为减振执行机构，可在臂架不同振动幅度情况下选择不同臂架油缸作为减振执行机构，同时可大大降低泵车减振系统的能耗，提高减振系统使用寿命。需要说明的是，以上仅是以五臂节泵车为例进行说明，本发明并不限于五臂节泵车、上述用于振动幅度判断的200mm、500mm及800mm、以及上述减振执行机构的组合。本发明的一般性原则为在振动幅度较小的情况下，则可只选择一个臂架油缸为减振执行机构即可；在振动较大的情况下，则可选择2个臂架油缸为减振执行机构；而振动很大的情况下，则可选择更多数目的臂架油缸同时进行减振控制来实现振动的衰减。
图5为本发明提供的臂架振动控制系统的结构示意图。如图5所示，相应地，本发明还提供了一种臂架振动控制系统，该系统包括倾角检测装置500，用于检测每一臂节相对于水平面的夹角；臂架末端垂向位置计算装置600，用于根据所述每一臂节相对于水平面的夹角，计算臂架末端垂向位置；以及上述臂架振动控制设备。其中，所述臂架末端垂向位置计算装置可对来自倾角检测装置的信号进行滤波处理，滤除泵车工作过程中液压换向冲击和混凝土流动冲击带来的高频信号部分，得到真实的臂节相对于水平面的角度。藉此，可提高臂节倾角检测精度。相应地，本发明还提供了一种工程机械，该工程机械包含上述臂架振动控制系统。相应地，本发明还提供了一种臂架振动控制方法，该臂架包含至少两个臂节，每一臂节由相应的臂架油缸驱动，该方法包括接收臂架末端垂向位置；以及根据所述臂架末端垂向位置，计算臂架末端垂向振动幅度，根据该垂向振动幅度选取与该垂向振动幅度相对应的数量的臂架油缸，并通过控制该数量的臂架油缸来进行振动抑制，其中臂架末端垂向振动幅度越高，所选取的臂架油缸的数量越多。其中，所述相应数量的臂架油缸包含一种或多种臂架油缸组合。其中，该方法还包括接收每两臂节之间的夹角，所述控制该数量的臂架油缸来进行振动抑制包括根据每两臂节之间的夹角，从所述一种或多种臂架油缸组合中选取一臂架油缸组合，在该臂架油缸组合内，臂架油缸所连接的两臂节之间的夹角位于一预定范围；以及控制所选取臂架油缸组合中的臂架油缸来进行振动抑制。其中，所述控制该数量的臂架油缸来进行振动抑制包括优先选取含最多更靠近臂架起始端的臂架油缸的臂架油缸组合；以及控制所选取臂架油缸组合中的臂架油缸来进行振动抑制。有关该方法的细节及益处与上述臂架振动控制设备相同，于此不再赘述。以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明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的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
权利要求
1.一种臂架振动控制设备，该臂架包含至少两个臂节，每一臂节由相应的臂架油缸驱动，其特征在于，该设备包括 接收装置，用于接收臂架末端垂向位置；以及 控制装置，用于根据所述臂架末端垂向位置，计算臂架末端垂向振动幅度，根据该垂向振动幅度选取与该垂向振动幅度相对应的数量的臂架油缸，并通过控制该数量的臂架油缸来进行振动抑制，其中臂架末端垂向振动幅度越高，所选取的臂架油缸的数量越多。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述相应数量的臂架油缸包含一种或多种臂架油缸组合。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述一种或多种臂架油缸组合均未包含用于驱动首末两臂节的臂架油缸。
4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于， 所述接收装置还用于接收每两臂节之间的夹角； 所述控制装置用于 根据每两臂节之间的夹角，从所述一种或多种臂架油缸组合中选取一臂架油缸组合，在该臂架油缸组合内，臂架油缸所连接的两臂节之间的夹角位于一预定范围；以及控制所选取臂架油缸组合中的臂架油缸来进行振动抑制。
5.根据权利要求2-4中任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述控制装置用于 优先选取含最多更靠近臂架起始端的臂架油缸的臂架油缸组合；以及 控制所选取臂架油缸组合中的臂架油缸来进行振动抑制。
6.—种臂架振动控制系统,其特征在于,该系统包括 倾角检测装置，用于检测每一臂节相对于水平面的夹角； 臂架末端垂向位置计算装置，用于根据所述每一臂节相对于水平面的夹角，计算臂架末端垂向位置；以及 根据权利要求1-5中任一项权利要求所述的控制设备。
7.—种工程机械，其特征在于，该工程机械包含根据权利要求6所述的系统。
8.一种臂架振动控制方法，该臂架包含至少两个臂节，每一臂节由相应的臂架油缸驱动，其特征在于，该方法包括 接收臂架末端垂向位置；以及 根据所述臂架末端垂向位置，计算臂架末端垂向振动幅度，根据该垂向振动幅度选取与该垂向振动幅度相对应的数量的臂架油缸，并通过控制该数量的臂架油缸来进行振动抑制，其中臂架末端垂向振动幅度越高，所选取的臂架油缸的数量越多。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述相应数量的臂架油缸包含一种或多种臂架油缸组合。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述一种或多种臂架油缸组合均未包含用于驱动首末两臂节的臂架油缸。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，该方法还包括 接收每两臂节之间的夹角， 所述控制该数量的臂架油缸来进行振动抑制包括 根据每两臂节之间的夹角，从所述一种或多种臂架油缸组合中选取一臂架油缸组合，在该臂架油缸组合内，臂架油缸所连接的两臂节之间的夹角位于一预定范围；以及控制所选取臂架油缸组合中的臂架油缸来进行振动抑制。
12.根据权利要求9-11中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述控制该数量的臂架油缸来进行振动抑制包括优先选取含最多更靠近臂架起始端的臂架油缸的臂架油缸组合；以及控制所选取臂架油缸组合中的臂架油缸来进行振动抑制。
全文摘要
本发明公开了一种臂架振动控制设备、方法、系统及包含该系统的工程机械，该臂架包含至少两个臂节，每一臂节由相应的臂架油缸驱动，该设备包括接收装置，用于接收臂架末端垂向位置；以及控制装置，用于根据所述臂架末端垂向位置，计算臂架末端垂向振动幅度，根据该垂向振动幅度选取与该垂向振动幅度相对应的数量的臂架油缸，并通过控制该数量的臂架油缸来进行振动抑制，其中臂架末端垂向振动幅度越高，所选取的臂架油缸的数量越多。通过上述技术方案，可根据臂架末端垂向振动幅度确定与该幅度相对应的数量的臂架油缸，兼顾了系统能耗及振动抑制效果，可大大降低泵车减振系统的能耗，提高减振系统使用寿命。
文档编号E04G21/04GK103015729SQ20121055483
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月19日 优先权日2012年12月19日
发明者黄露, 黄毅, 王佳茜 申请人:中联重科股份有限公司