专利名称：起重机及其复合动作的控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型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。
实用新型内容针对上述缺陷，本实用新型解决的技术问题在于，提供一种复合动作的控制 器，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，本实用新型还提供一种具有该控制器的起重机。本实用新型提供的控制器，用于控制液压油总流量分配至多个执行元件；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；所述判断单元用于根据该执行元件的运 动速度和该运动速度阙值，获得用于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，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 表和两个执行元件的运动速度，获得用于调整控制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 和各执行元件的运动速度，则获得用于调整控制执行元件进液流量的控制阀阀口开度的 判断结果。本实用新型提供的起重机，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，本实用新型所述控制器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。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，由于本实用新 型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，本实用新型的优选方案通过 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。本实用新型提供的控制器，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。
具体实施方式
本实用新型提供的起重机复合动作的控制器，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。本实 用新型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。请参见图1，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，本实用新型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；且由于本实用新型能够实时基于 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。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通 技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些 改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.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。
2.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1所述的控制器。
专利摘要本实用新型公开一种控制器，用于控制液压油总流量分配至多个执行元件；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。本实用新型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，本实用新型还提供一种具有该控制器的起重机。
文档编号B66C13/20GK201801313SQ20092027358
公开日2011年4月20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