专利名称：起重机及其复合动作的控制方法、控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及工程机械复合动作控制技术，具体涉及起重机及其复合动作的控制方 法、控制器。
背景技术：
随着社会发展节奏的加快，对于各种施工机械的要求不仅局限于安全、可靠等基 本的工作性能。如何提高作业效率已成为优化设计的要点，特别是，合理进行复合动作的设 计并提高其可操作性。以工程起重机为例，其具有整机行走、上车回转、起重臂伸缩、起重臂变幅及吊钩 升降等基本动作。为适应实际工况的需要，前述基本动作的复合可以有效地提高起重机的 作业效率，从而大大缩短了工作时间，满足不同用户的要求。传统的起重机只能通过不同的 油泵供油实现个别动作的复合，在这种情况下系统的具体实现较为复杂，实现复合动作需 要多个液压油泵和相互独立的液压管路，无疑增加了整个系统的生产成本和维护成本。基于此，单一液压油泵供油实现复合动作的技术在工程机械领域得以广泛的应 用。由于复合动作的工作原理是由一个泵同时给两个负载(比如，卷扬马达和变幅液压缸) 提供高压油，因此，需要在液压油总流量一定的前提下，按比例地将油液提供给各负载。众所周知，在液压系统中，流量是阀前、阀后的压差和阀口开口量的函数，当开口 一定时，压差是由负载决定的。显然，精确地进行负载流量分配的关键在于对主阀开口量进 行控制。目前，现有起重机液压控制系统中，阀的开口由手柄信号来控制，其控制技术主要 是开环式电液比例控制，也就是说，对于复合动作的控制主要是采用压力补偿阀来实现，主 要有两种方式LS(意为“负载敏感”)和LUDV(意为“与负载压力无关的流量分配”)。其 中，LS为阀前补偿，LUDV为阀后补偿，它们基本的工作原理是一致的，均通过设在主阀芯前 后的补偿阀来实现调速的作用。当系统通过手柄操纵多个主阀芯完成多个执行元件工作 时，通过减压阀使主阀芯前后的压差保证一致；理论上，当主阀前后的压差不变时通过主阀 的流量与开口面积成线性关系，从而达到复合动作的要求。通过分析上述复合动作控制原理可知，其主要有下面几个主要问题1)通过减压阀实现主阀前后的压力恒定，其调节范围过小。当通过减压阀流量过 低时，减压阀不能起到减压作用；当通过减压阀流量过高时，减压阀将会失灵。2)在实际工作中，液压系统受其它因数影响比较大。由于同样的开口和压差在不 同的工作条件下通过流量也是不相同的，因此，提高液压阀的精度需要较高的设计制造成 本。3)当泵的流量不饱和时，复合动作各执行元件的流量分配不均，从而导致运动速 度无法满足要求。以起重机的卷扬马达和变幅油缸复合动作工况为例，卷扬起吊时其马达 负载基本保持不变(省略次要的受力)，而随着工作幅度的减小，变幅油缸的负载不断减 小，而其进油口的压力是由最大负载决定的，变幅阀前、阀后的压差就会越来越大，这样，通 过进入变幅油缸的流量越来越大；因而卷扬的速度就会随之减慢，甚至出现停止动作的现象。
发明内容
针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种起重机复合动作的控制方 法，其利用执行元件的速度反馈控制其进液流量，以满足同步复合动作的速度满足要求。在 此基础上，本发明还提供一种控制器及具有该控制器的起重机。本发明提供的起重机复合动作的控制方法，用于控制液压油总流量分配至多个执 行元件，所述执行元件的进液流量通过调整控制阀的开度进行控制；该方法实时获取至少 一个执行元件的运动速度，并根据该至少一个执行元件的运动速度是否满足预设的判断条 件，获得调整控制该执行元件进液流量的控制阀阀口开度的判断结果。优选地，实时获取一个负载变化的执行元件的运动速度；若该执行元件的运动速 度大于预设值，则输出相应的控制信号，用于调小控制该执行元件进液流量的控制阀阀口 开度。优选地，若该执行元件的运动速度小于预设值，则输出相应的控制信号，用于调大 控制该执行元件进液流量的控制阀阀口开度。优选地，实时获取两个执行元件的运动速度，一个为负载变化的第一执行元件，另 一个为负载不变的第二执行元件；若第一执行元件的运动速度大于或者小于第二执行元件 的运动速度，则输出相应的控制信号，用于调小或者调大控制该执行元件进液流量的控制 阀阀口开度。优选地，实时获取各执行元件的运动速度；若各执行元件的运动速度不同，则输出 相应的控制信号，用于调小控制运动速度最大的执行元件进液流量的控制阀阀口开度。优选地，所述控制方法中的控制信号采用PID算法计算获得。本发明提供的控制器，用于控制液压油总流量分配至多个执行元件；其特征在于， 该控制器包括信号采集单元，用于获取至少一个执行元件的运动速度；判断单元，用于根据该运动速度是否满足预设的判断条件，获得调整控制该执行 元件进液流量的控制阀阀口开度的判断结果；控制信号输出单元，用于根据判断结果输出相应的控制信号至该执行元件进液流 量的控制阀；和控制参数存储单元，用于存储有关预设条件的预设参数。优选地，所述信号采集单元用于实时获取一个执行元件的运动速度；所述控制参 数存储单元用于预存该执行元件的运动速度阙值；所述判断单元用于判断该执行元件的运 动速度是否大于或者小于该运动速度阙值，若大于，则获得用于调小控制该执行元件进液 流量的控制阀阀口开度的判断结果，若小于，则获得用于调大控制该执行元件进液流量的 控制阀阀口开度的判断结果。优选地，所述信号采集单元用于实时获取两个执行元件的运动速度；所述控制参 数存储单元用于存储两个执行元件运动速度的关系表；所述判断单元用于根据该关系表 比较两个执行元件的运动速度，若一个执行元件的运动速度大于另一个执行元件的运动速 度，则获得用于调小控制该执行元件进液流量的控制阀阀口开度的判断结果。
优选地，所述信号采集单元用于实时获取各执行元件的运动速度；所述控制参数 存储单元用于存储多个执行元件运动速度的关系表；所述判断单元用于根据该关系表比较 各执行元件的运动速度，若各执行元件的运动速度不同，则获得用于调小控制运动速度最 大的执行元件进液流量的控制阀阀口开度的判断结果。本发明提供的起重机，具有多个可复合动作的执行元件，所述执行元件的进液流 量通过调整控制阀的开度进行控制；还包括如前所述的控制器。实际控制过程中，本发明实时根据该至少一个执行元件的运动速度是否满足预设 的判断条件，获得调整控制该执行元件进液流量的控制阀阀口开度的判断结果。该方法可 通过对工程机械的复合动作进行分析，确定调整控制阀阀口开度的预设判断条件，从而实 时地基于执行元件的运动速度有效控制总流量至各执行元件的流量分配。此外，与现有技术相比，本方案与现有技术中采用减压阀控制主阀前后压力恒定 的设计思路不同，因而，大大提高了复合动作控制的稳定性；同时，由于本发明能够实时基 于执行元件的运动速度调整流量分配，对于液压阀的精度要求可以适当降低，以降低设计 制造成本。针对执行元件的负载不发生变化的复合动作工况，本发明的优选方案通过控制负 载变化的执行元件的阀口进行动态控制，以协调复合动作各执行元件之间的流量分配。本发明提供的控制方法，还可以适用其他具有复合动作的工程机械。
图1是具体实施方式
中所述控制器的单元框图；图2是第一实施例中所述复合动作控制方法的方框图；图3是第二实施例中所述复合动作控制方法的方框图；图4是第三实施例中所述复合动作控制方法的方框图；图5是具体实施方式
中所述起重机的整体外形图。
具体实施例方式本发明提供的起重机复合动作的控制方法，用于控制液压油总流量分配至多个执 行元件，所述执行元件的进液流量通过调整控制阀的开度进行控制；其核心是实时获取至 少一个执行元件的运动速度，并根据该至少一个执行元件的运动速度是否满足预设的判断 条件，获得调整控制该执行元件进液流量的控制阀阀口开度的判断结果。本发明输出的控 制信号采用PID算法计算获得，其利用执行元件的速度反馈控制其进液流量，以满足同步 复合动作的速度满足要求。基于前述控制方法的设计思想，用于控制液压油总流量分配至多个执行元件的控 制器如图1所示，该图示出了控制器的单元框图。该控制器10包括信号采集单元11，用于执行元件的运动速度。判断单元12，用于根据该运动速度是否满足预设的判断条件，获得调整控制该执 行元件进液流量的控制阀阀口开度的判断结果。控制信号输出单元13，用于根据判断结果输出相应的控制信号至该执行元件进液 流量的控制阀；和
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控制参数存储单元14，用于存储有关预设条件的预设参数。不失一般性，下面以起重机的变幅、起升复合动作工况为例进行详细说明。该工况 下，随着工作幅度的减小和卷扬起升的同步动作，卷扬起升的负载基本保持不变，变幅油缸 的负载是变化的。请参见图2，该图示出了该复合动作控制方法的一种实施例。步骤S201，实时获取变幅油缸的运动速度。步骤S202，判断变幅油缸的运动速度是否大于预设值。若是，则进入下一步骤 S203 ；若否，则进入下一步骤S204。步骤S203，输出相应的控制信号，用于调小控制该执行元件进液流量的控制阀阀 口开度。步骤S204，判断变幅油缸的运动速度是否小于预设值。若是，则进入下一步骤 S205。步骤S205，输出相应的控制信号，用于调大控制该执行元件进液流量的控制阀阀 口开度。本实施例所述控制方法根据变幅速度动态地改变变幅控制阀口的开度，以实现两 执行元件的流量均衡。具体实现第一实施例所述控制方法的控制器的单元框图，请参见图 1。其中，信号采集单元用于获取变幅油缸的运动速度；控制参数存储单元用于预存该执行 元件的运动速度阙值；判断单元用于判断变幅油缸的运动速度是否大于或者小于该运动速 度阙值，若大于，则获得用于调小控制该执行元件进液流量的控制阀阀口开度的判断结果， 若小于，则获得用于调大控制该执行元件进液流量的控制阀阀口开度的判断结果；控制信 号输出单元用于根据判断结果输出相应的控制信号至变幅油缸进液流量的控制阀。请参见图3，该图示出了该复合动作控制方法的第二种实施例。步骤S301，实时获取变幅油缸的运动速度和卷扬马达的运动速度。步骤S202，根据变幅油缸和卷扬马达的运动速度关系表，判断变幅油缸的运动 速度是否大于卷扬马达的运动速度。若是，则进入下一步骤S303 ；若否，则进入下一步骤 S304。步骤S303，输出相应的控制信号，用于调小控制变幅油缸进液流量的控制阀阀口 开度。步骤S304，根据变幅油缸和卷扬马达的运动速度关系表，判断变幅油缸的运动速 度是否小于卷扬马达的运动速度。若是，则进入下一步骤S305。步骤S305，输出相应的控制信号，用于调大控制变幅油缸进液流量的控制阀阀口 开度。本实施例所述控制方法动态地比较两执行元件的速度，以控制负载变化的变幅油 缸的进液量。同样地，实现该控制方法的控制器的单元框图，请参见图1。其中，信号采集单 元用于获取变幅油缸的运动速度和卷扬马达的运动速度；控制参数存储单元用于预存变幅 油缸和卷扬马达的运动速度关系表；判断单元用于比较判断变幅油缸运动速度与卷扬马达 运动速度的大小，若变幅油缸运动速度大于卷扬马达运动速度，则获得用于调小控制该执 行元件进液流量的控制阀阀口开度的判断结果，若变幅油缸运动速度小于卷扬马达运动速 度，则获得用于调大控制该执行元件进液流量的控制阀阀口开度的判断结果；控制信号输出单元用于根据判断结果输出相应的控制信号至变幅油缸进液流量的控制阀。请参见图4，该图示出了该复合动作控制方法的第三种实施例。步骤401，实时获取各执行元件的运动速度。步骤402，判断各执行元件的运动速度是否不相同。若是，则进入下一步骤403。步骤404，输出相应的控制信号，用于调小控制运动速度最大的执行元件进液流量 的控制阀阀口开度。本实施例所述控制方法也是动态地比较两执行元件运动速度的大小，与第二实施 例不同的是，第三实施例通过控制运动速度相对较大的执行元件的进液量，实现两者流量 的均衡。同样地，实现该控制方法的控制器的单元框图，请参见图1。其中，信号采集单元用 于获取变幅油缸的运动速度和卷扬马达的运动速度；控制参数存储单元用于预存变幅油缸 和卷扬马达的运动速度关系表；判断单元用于根据该关系表比较判断变幅油缸与卷扬马达 运动速度是否相同，若是，则获得用于调小控制运动速度大的执行元件进液流量的控制阀 阀口开度的判断结果；控制信号输出单元用于根据判断结果输出相应的控制信号至变幅油 缸进液流量的控制阀。请参见图5，该图是本实施方式所述起重机的整体外形图。该汽车起重机的底盘、卷扬装置、吊臂装置及动力装置等主要功能部件与现有技 术完全相同，应当理解，本领域的普通技术人员基于技术完全可以实现，故本文不再赘述。 基于前述第一实施例，需要设置一个变幅角度传感器，用于结合相关参数确定变幅运动速 度；基于前述第二、三实施例，还需要设置一个卷扬速度传感器，用于获得变幅运动速度。特别说明的是，本方案不局限应用于图中所示的汽车起重机，它还能够应用于履 带式起重机，或者其他需要复合动作的工程机械。综上，本发明通过对工程机械的复合动作进行分析，确定调整控制阀阀口开度的 预设判断条件，从而实时地根据执行元件的运动速度控制总流量至各执行元件的流量分 配。同时，大大提高了复合动作控制的稳定性；且由于本发明能够实时基于执行元件的运动 速度调整流量分配，对于液压阀的精度要求可以适当降低，以降低设计制造成本。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
权利要求
1.起重机复合动作的控制方法，用于控制液压油总流量分配至多个执行元件，所述执 行元件的进液流量通过调整控制阀的开度进行控制；其特征在于，该方法实时获取至少一 个执行元件的运动速度，并根据该至少一个执行元件的运动速度是否满足预设的判断条 件，获得调整控制该执行元件进液流量的控制阀阀口开度的判断结果。
2.根据权利要求1所述的起重机复合动作的控制方法，其特征在于，实时获取一个负 载变化的执行元件的运动速度；若该执行元件的运动速度大于预设值，则输出相应的控制 信号，用于调小控制该执行元件进液流量的控制阀阀口开度。
3.根据权利要求2所述的起重机复合动作的控制方法，其特征在于，若该执行元件的 运动速度小于预设值，则输出相应的控制信号，用于调大控制该执行元件进液流量的控制 阀阀口开度。
4.根据权利要求1所述的起重机复合动作的控制方法，其特征在于，实时获取两个执 行元件的运动速度，一个为负载变化的第一执行元件，另一个为负载不变的第二执行元件； 若第一执行元件的运动速度大于或者小于第二执行元件的运动速度，则输出相应的控制信 号，用于调小或者调大控制该执行元件进液流量的控制阀阀口开度。
5.根据权利要求1所述的起重机复合动作的控制方法，其特征在于，实时获取各执行 元件的运动速度；若各执行元件的运动速度不同，则输出相应的控制信号，用于调小控制运 动速度最大的执行元件进液流量的控制阀阀口开度。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的起重机复合动作的控制方法，其特征在于，所述 控制方法中的控制信号采用PID算法计算获得。
7.控制器，用于控制液压油总流量分配至多个执行元件；其特征在于，该控制器包括信号采集单元，用于获取至少一个执行元件的运动速度；判断单元，用于根据该运动速度是否满足预设的判断条件，获得调整控制该执行元件 进液流量的控制阀阀口开度的判断结果；控制信号输出单元，用于根据判断结果输出相应的控制信号至该执行元件进液流量的 控制阀；和控制参数存储单元，用于存储有关预设条件的预设参数。
8.根据权利要求7所述的控制器，其特征在于，所述信号采集单元用于实时获取一个 执行元件的运动速度；所述控制参数存储单元用于预存该执行元件的运动速度阙值；所述 判断单元用于判断该执行元件的运动速度大于或者小于该运动速度阙值，若大于，则获得 用于调小控制该执行元件进液流量的控制阀阀口开度的判断结果，若小于，则获得用于调 大控制该执行元件进液流量的控制阀阀口开度的判断结果。
9.根据权利要求7所述的控制器，其特征在于，所述信号采集单元用于实时获取两个 执行元件的运动速度；所述控制参数存储单元用于存储两个执行元件运动速度的关系表； 所述判断单元用于根据该关系表比较两个执行元件的运动速度，若一个执行元件的运动速 度大于另一个执行元件的运动速度，则获得用于调小控制该执行元件进液流量的控制阀阀 口开度的判断结果。
10.根据权利要求7所述的控制器，其特征在于，所述信号采集单元用于实时获取各 执行元件的运动速度；所述控制参数存储单元用于存储多个执行元件运动速度的关系表； 所述判断单元用于根据该关系表比较各执行元件的运动速度，若各执行元件的运动速度不同，则获得用于调小控制运动速度最大的执行元件进液流量的控制阀阀口开度的判断结
11.起重机，具有多个可复合动作的执行元件，所述执行元件的进液流量通过调整控制 阀的开度进行控制；其特征在于，还包括如权利要求7至10中任一项所述的控制器。
全文摘要
本发明公开一种起重机复合动作的控制方法，用于控制液压油总流量分配至多个执行元件，所述执行元件的进液流量通过调整控制阀的开度进行控制；该方法实时获取至少一个执行元件的运动速度，并根据该至少一个执行元件的运动速度是否满足预设的判断条件，获得调整控制该执行元件进液流量的控制阀阀口开度的判断结果。本发明通过对工程机械的复合动作进行分析，确定调整控制阀阀口开度的预设判断条件，从而实时地基于执行元件的运动速度有效控制总流量至各执行元件的流量分配。在此基础上，本发明还提供一种控制器及具有该控制器的起重机。
文档编号B66C13/20GK102079482SQ20091024654
公开日2011年6月1日 申请日期2009年11月30日 优先权日2009年11月30日
发明者单增海, 曹立峰, 胡金萍 申请人:徐州重型机械有限公司