专利名称：臂架末端振动评测装置、系统及方法
技术领域：
本发明涉及工程机械领域，具体地，涉及一种臂架末端振动评测装置、系统及方法。
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，可以将混凝土沿管道连续输送到浇注现场，目前混凝土泵车已经逐步成为建筑施工中不可缺少的关键设备。混凝土泵车在泵送混凝土的过程中，液压冲击和混凝土的流动冲击会导致臂架产生振动，目前已经研发出了多种臂架减振控制的方式。在臂架减振控制过程中，对臂架末端振动幅值大小的评测常常是导致减振效果好坏的关键，也就是说如何评测臂架末端振动是关键技术之一。在振动系统分析评价和振动控制系统设计过程中，臂架结构在使用时的振动位移幅度等振动信息常常是设计者非常关心的重要参数，因此，必须使用有效的方式进行测量或表征。因此，如何准确地测量或表征臂架的振动位移，成为混凝土泵车振动测试或者减振控制中亟待解决的问题。在混凝土泵车的臂架振动测试中，由于很难测得臂架末端的位移量，一般都是测量臂架末端的加速度量。如CN101221066A，是通过对加速度信号进行积分运算得到位移信号，以用于评测臂架末端的振动。然而，加速度积分转化成位移的这种技术对于处理混凝土泵车臂架等结构的低频振动容易发生畸变，精度不高。
发明内容
本发明针对现有技术中通过对加速度信号积分得到位移信号来评测臂架末端振动所产生的精度不高的问题，提供一种高精度的臂架末端振动评测装置、系统及方法。本发明的发明人经过大量测试研究发现，臂架油缸的压力与臂架末端的位移呈同步变化，因此如果检测臂架油缸的压力变化也就间接反映了臂架末端的位移变化。本发明就是基于这一发现而提出。根据本发明的一个方面，提供一种臂架末端振动评测装置，该装置包括信号采集单元，用于采集臂架的其中一节臂节的臂架油缸的有杆腔压力信号和无杆腔压力信号并根据所述有杆腔压力信号和无杆腔压力信号得到油缸压力信号；信号转换单元，用于将来自信号采集单元的油缸压力信号乘以一压力位移换算系数从而得到臂架末端位移信号。根据本发明的另一方面，提供一种臂架末端振动评测系统，该系统包括有杆腔压力传感器和无杆腔压力传感器，分别用于检测臂架的其中一节臂节的臂架油缸的有杆腔压力和无杆腔压力并生成有杆腔压力信号和无杆腔压力信号；以及本发明提供的上述臂架末端振动评测装置，该装置的信号采集单元与所述有杆腔压力传感器、无杆腔压力传感器相连接。根据本发明的又一方面，还提供一种臂架末端振动评测方法，该方法包括采集臂架的其中一节臂节的臂架油缸的有杆腔压力信号和无杆腔压力信号；根据所述有杆腔压力信号和无杆腔压力信号得到油缸压力信号；以及将该油缸压力信号乘以一压力位移换算系数从而得到臂架末端位移信号。本发明通过检测臂架油缸的压力变化从而可以根据压力信号得到相应的臂架末端位移信号，以该位移信号作为表征臂架末端的振动的信号，从而作为对臂架末端振动的评测。本发明所提供的方式相对于现有技术中利用加速度做时域或频域积分换算得到位移信号而言，更为简单实用，并且对于低频振动不易发生畸变，换算精度更高。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为根据本发明提供的臂架末端振动评测装置的框图；图2为根据本发明的优选实施方式提供的臂架末端振动评测装置的框图；图3为根据本发明提供的臂架末端振动评测系统的框图；图4为根据本发明的优选实施方式所涉及的传感器的安装位置图；图5为未实施减振控制时油 缸压力信号和臂架末端位移信号的波形图；图6为实施减振控制时油缸压力信号和臂架末端位移信号的波形图；图7为根据本发明的优选实施方式提供的臂架末端振动评测方法的流程图；图8A、8B和8C分别为未实施减振控制时通过转换得到的位移信号、实测的位移信号、二者对比的波形图；图9A、9B和9C分别为实施减振控制时通过转换得到的位移信号、实测的位移信号、二者对比的波形图。附图标记说明10 信号采集单元20 信号转换单元30 系数获取单元40 有杆腔压力传感器50 无杆腔压力传感器60 姿态传感器70 遥控器I 臂节2臂架油缸
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。如图1所示，本发明提供的臂架末端振动评测装置包括信号采集单元10，用于采集臂架的其中一节臂节的臂架油缸的有杆腔压力信号和无杆腔压力信号，并根据所述有杆腔压力信号和无杆腔压力信号得到油缸压力信号；信号转换单元20，用于将来自信号采集单元10的该油缸压力信号乘以一压力位移换算系数从而得到臂架末端位移信号。其中，所述信号采集单元10包括各种适用的输入电路，用于采集来自压力传感器的压力信号。根据本发明的优选实施方式，如图2所示，信号采集单元10还可以采集臂架的姿态信号和/或泵送档位信号，详细方案在后续说明。
其中信号采集单元10所采集的压力信号可以来自臂架任一节臂节的臂架油缸(见图4中的标号2)，优选情况下，采用中间臂节的臂架油缸，例如图4中选用的就是第三臂节的臂节油缸2，这样油缸行程不会达到最大行程，压力信号较为准确。臂架油缸包括有杆腔和无杆腔，所以检测臂架油缸的压力需要分别检测有杆腔和无杆腔的压力，并进而对这两个压力作差可以得到臂架油缸的压力。因此，信号采集单元10还将所采集到的有杆腔压力信号和无杆腔压力信号(实际为压强信号)作差，转化为油缸压力信号(压强信号乘以活塞杆的截面积即可得到压力信号)并发送到信号转换单元20。这部分功能可以通过处理器、DSP等实现，并且检测油缸压力信号是本领域较为常用的手段，在此不再赘述。然后，所述信号转换单元20基于接收到的油缸压力信号进行从油缸压力到臂架末端位移的转换。本发明的发明人发现，臂架油缸的油缸压力与臂架末端的位移二者之间具有很好的同步性，因此，可以使用臂架油缸的油缸压力来间接表征臂架末端的位移，二者之间仅在幅值上相差一个系数，这个系数称为“压力位移换算系数”。所述压力位移换算系数可以为一预设值，该预设值可以根据大量实验测得，例如对一臂架进行多次振动测试，由压力传感器采集油缸压力信号并由例如位移传感器采集臂架末端位移信号，计算两者之间的比例系数为压力位移换算系数，并作为预设值设置在该臂架末端振动评测装置中。然后，当该装置运行时，通过将采集到的油缸压力信号乘以该压力位移换算系数就可以得到臂架末端位移信号，既简便，精度又高。为了对臂架末端位移进行更为精确地评测，优选情况下，所述压力位移换算系数可以根据臂架姿态和/或泵送排量而改变。因此，如图2所示，本发明提供的臂架末端振动评测装置中的信号采集单元10如前所述还可以采集臂架的姿态信号和/或泵送档位信号，并且该评测装置在该优选情况下还可以包括系数获取单元30，该系数获取单元30包括一存储有压力位移换算系数与姿态和/或档位的对应关系的数据库，该系数获取单元30用于根据姿态信号和/或泵送档位信号获取臂架的当前姿态和/或当前档位所对应的压力位移换算系数，并将该系数输出到信号转换单元20以供进行信号转换。所述数据库的示例见下表I。表I压力位移换算系数数据库
系数档位I档位2档位3档位4档位5档位6档位7档位8档位9档位10 姿态 I All~M2~M3~M4~M5~M6~M7~ A18~M9~MB 姿态 2 A21 ~ A22~ A23~ A2A~ A25~ A26~ A27~ A28~ A29~ A2B 姿态 3 A31 ~ A32~ A33~ A34~ A35~ A36~ A37~ A38~ A39~ A3B 姿态 4 A41 ~ A42~ A43~ A44~ A45~ A46~ A47~ A48~ A49~ MB 姿态 5 A51 ~ A52~ A53~ A54~ A55~ A56~ A57~ A58~ A59~ A5B 姿态 6 A61 ~ A62~ A63~ A64~ A65~ A66~ A67~ A68~ A69~ A6B
权利要求
1.一种臂架末端振动评测装置，包括 信号采集单元(10)，用于采集臂架的其中一节臂节(I)的臂架油缸(2)的有杆腔压力信号和无杆腔压力信号，并根据所述有杆腔压力信号和无杆腔压力信号得到油缸压力信号; 信号转换单元(20)，用于将来自信号采集单元(10)的油缸压力信号乘以一压力位移换算系数从而得到臂架末端位移信号。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述信号采集单元(10)所采集的有杆腔压力信号和无杆腔压力信号来自中间臂节的臂架油缸。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述信号采集单元(10)将所采集到的有杆腔压力信号和无杆腔压力信号作差，转化为油缸压力信号。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述压力位移换算系数根据臂架姿态和/或泵送排量而改变。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述信号采集单元(10)还采集臂架的姿态信号和/或泵送档位信号，并且该装置还包括系数获取单元(30)，该系数获取单元(30)包括一存储有压力位移换算系数与姿态和/或档位的对应关系的数据库，该系数获取单元(30 )用于根据姿态信号和/或泵送档位信号获取臂架的当前姿态和/或当前档位所对应的压力位移换算系数，并将该压力位移换算系数输出到所述信号转换单元(20)。
6.根据权利要求5所述的装置，其中所述姿态信号为一组倾角信号，代表臂架的各个臂节相对于水平面或竖直面的倾角。
7.根据权利要求5所述的装置，其中所述泵送档位信号为来自遥控器(70)的泵送档位信号。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的装置，其中所述信号转换单元(20)对油缸压力信号进行高通滤波处理，以得到滤波后的油缸压力信号，然后再将滤波后的油缸压力信号与压力位移换算系数相乘以得到臂架末端位移信号。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的装置，其中如果臂架处于减振控制模式，则所述信号转换单元(20)在得到油缸压力信号之后，先对油缸压力信号进行低通滤波处理，以得到滤波后的油缸压力信号，然后再将滤波后的油缸压力信号与压力位移换算系数相乘以得到臂架末端位移信号。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述信号采集单元(10)还用于接收关于减振控制是否开启的信息，并输出给信号转换单元(20);所述信号转换单元(20)根据该信息判断臂架是否处于减振控制模式。
11.一种臂架末端振动评测系统，该系统包括 有杆腔压力传感器(40)和无杆腔压力传感器(50)，分别用于检测臂架的其中一节臂节(I)的臂架油缸(2)的有杆腔压力和无杆腔压力并生成有杆腔压力信号和无杆腔压力信号；以及 根据权利要求ι- ο中任一项所述的臂架末端振动评测装置，该装置的信号采集单元(10)与所述有杆腔压力传感器(40)、无杆腔压力传感器(50)相连接。
12.根据权利要求11所述的系统，其中该系统还包括姿态传感器(60)，用于检测臂架的姿态并生成姿态信号，所述信号采集单元(10 )与该姿态传感器(60 )相连接。
13.根据权利要求11所述的系统，其中该系统还包括遥控器(70)，与所述信号采集单元(10 )通信，该遥控器(70 )用于发送泵送档位信号到所述信号采集单元(10 )。
14.一种臂架末端振动评测方法，包括 采集臂架的其中一节臂节的臂架油缸的有杆腔压力信号和无杆腔压力信号； 根据所述有杆腔压力信号和无杆腔压力信号得到油缸压力信号；以及 将该油缸压力信号乘以一压力位移换算系数从而得到臂架末端位移信号。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述压力位移换算系数根据臂架姿态和/或泵送排量而改变。
16.根据权利要求15所述的方法，其中该方法还包括 采集臂架的姿态信号和/或泵送档位信号； 根据姿态信号和/或泵送档位信号从存储有压力位移换算系数与姿态和/或档位的对应关系的数据库中获取臂架的当前姿态和/或当前档位所对应的压力位移换算系数。
17.根据权利要求14-16中任一项权利要求所述的方法，其中该方法还包括 在得到油缸压力信号之后，先对油缸压力信号进行高通滤波处理，以得到滤波后的油缸压力信号，然后再将滤波后的油缸压力信号与压力位移换算系数相乘以得到臂架末端位移信号。
18.根据权利要求14-17中任一项权利要求所述的方法，其中该方法还包括 当开启减振控制时，在得到油缸压力信号之后，先对油缸压力信号进行低通滤波处理，以得到滤波后的油缸压力信号，然后再将滤波后的油缸压力信号与压力位移换算系数相乘以得到臂架末端位移信号。
全文摘要
本发明公开了一种臂架末端振动评测装置、系统及方法。所述臂架末端振动评测装置包括信号采集单元(10)，用于采集臂架的其中一节臂节(1)的臂架油缸(2)的有杆腔压力信号和无杆腔压力信号；信号转换单元(20)，用于根据所述有杆腔压力信号和无杆腔压力信号得到油缸压力信号，并将该油缸压力信号乘以一压力位移换算系数从而得到臂架末端位移信号。本发明通过检测臂架油缸的压力变化从而可以根据压力信号得到相应的臂架末端位移信号，以该位移信号作为表征臂架末端的振动的信号，从而作为对臂架末端振动的评测。本发明更为简单实用，并且对于低频振动不易发生畸变，换算精度更高。
文档编号G01H17/00GK103048040SQ20121055486
公开日2013年4月17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