一种卷扬控制方法、装置及工程机械与流程

本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种卷扬控制方法、装置及工程机械。

背景技术：

起重机械是重要的基础施工机械，在国家基础设施建设中发挥着不可替代的作用。随着技术进步，起重机械正向着精确施工、安全舒适、自动化和无人化方向发展。当前起重机械提升重物实际操作中，人工推动手柄实现提升，进而实现重物由静止到钢丝绳预紧再到离地到一定高度。起重机械提升重物期间的电流等控制量大小依赖个人经验和责任心改变手柄位置实现，对操作者提出较高要求，目前存在起始阶段提升加力过快或随意，在预紧前后产生一定冲量引起臂架和重物晃动的情况；并且，在柔性绳索及铁链吊具比较长时，一旦操作随意会造成电流变化过快，最终造成臂架和重物晃动，不易平稳施工，进而影响施工的定位精度和安全舒适性。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明要解决的一个技术问题是提供一种卷扬控制方法、装置及工程机械。

根据本发明的一个实施例，提供一种卷扬控制装置，包括：控制器、拉力传感器、卷扬编码器和卷扬泵系统；拉力传感器用于检测卷扬绳上的拉力，并向所述控制器发送检测信号；安装于卷扬装置的转动部件上的所述卷扬编码器随转动部件同步转动，并向所述控制器发送与转动圈数相匹配的脉冲；所述控制器根据所述检测信号确定作用于臂架上的拉力，根据所述脉冲确定被吊物体提升高度，并基于所述作用于臂架上的拉力和提升高度确定在提升物体过程中的卷扬工作状态，根据所述卷扬工作状态控制卷扬泵系统输出压力油的排量。

可选地，所述卷扬泵系统包括：电控比例阀、卷扬泵；所述控制器控制发送到所述电控比例阀的控制电流，所述电控比例阀根据所述控制电流控制所述卷扬泵输出压力油的排量。

可选地，包括：缓提开关和卷扬制动阀；当所述控制器判断所述缓提开关按下，则控制卷扬制动阀打开并根据预设的自动缓提模式控制所述控制电流，

可选地，当所述控制器判断所述作用于臂架上的拉力小于吊具拉紧拉力阈值Lim_LuffPres时，则确定吊具绳索处于未拉紧状态，所述控制器将所述控制电流的初始值设置为卷扬泵的死区电流I_Deadband，并周期性地增大预设的电流增值；当判断所述控制电流等于预设的低位电流时，则所述控制器停止增大所述控制电流并保持恒定。

可选地，当所述控制器判断所述作用于臂架上的拉力大于或等于吊具拉紧拉力阈值Lim_LuffPres时，则确定吊具绳索处于拉紧状态，所述控制器控制所述控制电流为：I＝I_L+K*deltaH；其中，I为控制电流，I_L为低位电流，K为比例系数，deltaH为当前被吊物体高度与吊具绳索处于拉紧状态时被吊物体高度的差值。

可选地，当所述控制器判断所述控制电流大于或等于预设的高位电流时，则确定重物处于离地且上升状态，则停止增大所述控制电流并保持恒定，以使被吊物体上升速度恒定。

可选地，当所述控制器判断所述缓提开关复位或被吊物体提升高度超过预设的自动缓提高度阈值时，则按预设的规则将所述控制电流减小到0，并且控制卷扬制动阀关闭、切换到人工操控模式。

根据本发明的另一方面，提供一种工程机械，包括：如上所述的卷扬控制装置。

根据本发明的又一方面，提供一种卷扬控制方法，包括：接收拉力传感器发送的检测信号，其中，所述拉力传感器用于检测卷扬绳上的拉力；接收卷扬编码器发送的与卷扬装置转动部件的转动圈数相匹配的脉冲；根据所述检测信号确定作用于臂架上的拉力，根据所述脉冲确定物体提升高度，基于所述作用于臂架上的拉力和提升高度确定在提升物体过程中的卷扬工作状态，根据所述卷扬工作状态控制卷扬泵系统输出压力油的排量。

可选地，所述卷扬泵系统包括：电控比例阀、卷扬泵；控制发送到电控比例阀的控制电流，其中，所述电控比例阀根据所述控制电流控制所述卷扬泵的输出压力油的排量。

可选地，所述根据所述卷扬工作状态控制卷扬泵系统输出压力油的排量包括：当判断缓提开关按下，则控制卷扬制动阀打开并根据预设的自动缓提模式控制所述控制电流，

可选地，所述控制卷扬制动阀打开并根据预设的自动缓提模式控制所述控制电流包括：当判断所述作用于臂架上的拉力小于吊具拉紧拉力阈值Lim_LuffPres时，则确定吊具绳索处于未拉紧状态，将所述控制电流的初始值设置为卷扬泵的死区电流I_Deadband，并周期性地增大预设的电流增值；当判断所述控制电流等于预设的低位电流时，则停止增大所述控制电流并保持恒定。

可选地，所述控制卷扬制动阀打开并根据预设的自动缓提模式控制所述控制电流包括：当判断所述作用于臂架上的拉力大于或等于吊具拉紧拉力阈值Lim_LuffPres时，则确定吊具绳索处于拉紧状态，控制所述控制电流为：I＝I_L+K*deltaH；其中，I为控制电流，I_L为低位电流，K为比例系数，deltaH为当前重物高度与吊具绳索处于拉紧状态时重物高度的差值。

可选地，所述控制卷扬制动阀打开并根据预设的自动缓提模式控制所述控制电流包括：当判断所述控制电流大于或等于预设的高位电流时，则确定重物处于离地且上升状态，则停止增大所述控制电流并保持恒定，重物上升速度恒定。

可选地，所述根据所述卷扬工作状态控制卷扬泵系统输出压力油的排量包括：当判断所述缓提开关复位或物体提升高度超过预设的自动缓提高度阈值时，则按预设的规则将所述控制电流减小到0，并且控制卷扬制动阀关闭并切换到人工操控模式。

本发明的卷扬控制方法、装置及工程机械，根据卷扬工作状态实现卷扬升降速度控制，能够解决柔性绳索及铁链吊具比较长的工程机械在提升重物时的重物及臂架稳定问题，可以控制重物提升的施工精度和平稳性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明的卷扬控制装置的一个实施例的组成示意图；

图2为根据本发明的卷扬控制装置的一个实施例中传感器、编码器的安装示意图；

图3为卷扬提升物体的提升状态示意图；

图4和图5为各控制变量的变化示意图，其中，图4为现有的卷扬控制装置在控制提升物体时的各控制变量的变化示意图，图5为本发明的卷扬控制装置在控制提升物体时的各控制变量的变化示意图；

图6为根据本发明的卷扬控制方法的一个实施例的流程示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合各个图和实施例对本发明的技术方案进行多方面的描述。

如图1所示，本发明提供一种卷扬控制装置，包括：控制器11、拉力传感器12、卷扬编码器13、缓通开关14、卷扬升电磁阀15、卷扬泵系统16和卷扬制动阀17。拉力传感器12用于检测卷扬绳上的拉力，并向控制器11发送检测信号。安装于卷扬装置的转动部件上的卷扬编码器13随转动部件同步转动，并向控制器11发送与转动圈数相匹配的脉冲。例如，如图2所示，在臂架变幅钢丝绳靠近臂架顶端侧安装拉力传感器12，在主卷侧安装卷扬编码器13。

控制器11根据检测信号确定作用于臂架上的拉力，根据卷扬绳上的拉力能够计算出作用于臂架上的拉力。控制器11根据脉冲确定被吊物体的提升高度，并基于作用于臂架上的拉力和提升高度确定在提升物体过程中的卷扬工作状态，控制器11根据卷扬工作状态控制卷扬泵系统输出压力油的排量。如图3所示，卷扬工作状态包括：吊具上升状态、拉紧状态、重物离地状态等。

卷扬泵系统16包括：电控比例阀、卷扬泵。控制器11控制发送到电控比例阀的控制电流，电控比例阀根据控制电流控制卷扬泵输出压力油的排量。电控比例阀可以选取多种比例阀，根据控制电流的大小来调整阀芯的截面面积，从而达到调节卷扬泵输出的压力油流量大小，进而实现卷扬升降速度控制。

卷扬升电磁阀15可以采用开关阀，根据控制器11发出的指令，实现重物提升功能。卷扬制动器17根据控制器11发出的指令实现卷扬的制动是否抱死。当控制器11判断缓提开关14按下，则控制卷扬制动阀17打开并根据预设的自动缓提模式控制电流。缓提开关14实现当操作人员下达缓提指令时，控制器11控制卷扬制动阀17打开并执行缓提算法，复位时控制器11自动控制电流缓慢减小到0且卷扬制动阀17关闭、并切换到人工操控模式。

针对柔性绳索及铁链吊具比较长的起重机械实现自动缓提技术，能够实现自动平缓拉紧、自动加速并稳步提升到一定高度等功能，以辅助人工操作并提高施工精度和平稳性。自动缓提的控制先以周期性增加控制电流的方式，以克服静摩擦启动吊具上升过程，吊具缓慢上升直至拉紧重物，然后启动按起升高度改变控制电流的方式，以控制重物提升。

当控制器11判断作用于臂架上的拉力小于吊具拉紧拉力阈值Lim_LuffPres时，则确定吊具绳索处于未拉紧状态，控制器11将控制电流的初始值设置为卷扬泵的死区电流I_Deadband，并周期性地增大预设的电流增值，当判断控制电流等于预设的低位电流时，则控制器11停止增大控制电流并保持恒定。

当控制器11判断作用于臂架上的拉力大于或等于吊具拉紧拉力阈值Lim_LuffPres时，则确定吊具绳索处于拉紧状态，控制器11控制控制电流为：I＝I_L+K*deltaH，I为控制电流，I_L为低位电流，K为比例系数，deltaH为当前被吊物体高度与吊具绳索处于拉紧状态时被吊物体高度的差值。

当控制器11判断控制电流大于或等于预设的高位电流时，则确定重物处于离地且上升状态，则停止增大控制电流并保持恒定，以使被吊物体上升速度恒定。当控制器11判断缓提开关14复位或被吊物体的提升高度超过预设的自动缓提高度阈值时，则按预设的规则将控制电流减小到0，并且控制卷扬制动阀关闭、切换到人工操控模式。

如图4、5所示，1线型表示控制电流曲线，2线型表示提升高度曲线，3线型表示臂架拉力曲线。如图4所示，在未施加自动缓提时，臂架拉力有较大振幅。如图5所示，进行自动缓提时，在AC段对应上述原理的第一阶段，其中AB段为控制器以卷扬泵死区电流I_Deadband为基础，周期性增加deltaI，即I＝I+deltaI，直至I增至低位电流I_L,BC段吊具以低位电流I_L缓慢提升。

如图5所示，CD段对应第二阶段，当臂架拉力传感器检测值大于等于Lim_LuffPres，表征吊具绳索已经处于拉紧状态，这时控制器按起升高度缓慢增加控制电流I＝I_L+K*deltaH，其中K为比例系数，deltaH为当前重物高度与拉紧状态时重物高度的相对高度。DE段对应第三阶段，当控制电流大于等于高位电流I_H，此时重物已经处于离地状态且在稳健上升，控制电流I保持恒定。

在第一阶段的控制阶段中，缓提开关14按下，开始自动缓提，控制器11控制卷扬制动器17打开且卷扬升电磁阀15打开，控制器11以卷扬泵死区电流I_Deadband为基础，使控制电流I按周期性增加deltaI，deltaI为根据实验设定的固定值，即I＝I+deltaI，直至I增至低位电流I_L，I_L为根据实验设定的吊具低速提升状态对应的控制电流，吊具由静止状态到缓慢上升状态。

在第二阶段的控制阶段中，当拉力传感器12检测值大于等于Lim_LuffPres，Lim_LuffPres为根据实验测定，表征吊具绳索已经处于充分拉紧状态时，控制器11改为按起升高度缓慢增加控制电流I＝I_L+K*deltaH，其中K为比例系数，deltaH为当前重物高度与拉紧状态时重物高度的相对高度。

在第三阶段的控制阶段中，当控制电流增加至大于等于高位电流I_H，I_H为根据实验设定的高速提升状态对应的控制电流，此时重物已经处于离地状态且在上升，控制电流I保持恒定，重物上升速度恒定。

在第四阶段的控制阶段中，当复位缓提开关14或超过自动缓提限制高度时，控制电流缓慢减小到0，且卷扬制动阀17关闭、卷扬升电磁阀15关闭，切换到人工操控模式。

上述实施例提供的卷扬控制装置，实现自动加速并稳步提升到一定高度等功能，先以周期性增加控制电流的方式，以克服静摩擦启动吊具上升过程，吊具缓慢上升直至拉紧重物；然后启动按起升高度改变控制电流的方式，以控制重物提升的施工精度和平稳性，对起重机械向精确施工、智能化和无人化方向发展有着较大的意义。

在一个实施例中，本发明提供一种工程机械，包括：如上的卷扬控制装置。

图6为根据本发明的卷扬控制方法的一个实施例的流程示意图，如图6所示：

步骤601，接收拉力传感器发送的检测信号，拉力传感器用于检测卷扬绳上的拉力。

步骤602，接收卷扬编码器发送的与卷扬装置转动部件的转动圈数相匹配的脉冲。

步骤603，根据检测信号确定作用于臂架上的拉力，根据脉冲确定物体提升高度，基于作用于臂架上的拉力和提升高度确定在提升物体过程中的卷扬工作状态，根据卷扬工作状态控制卷扬泵系统输出压力油的排量。

在一个实施例中，卷扬泵系统包括：电控比例阀、卷扬泵。控制发送到电控比例阀的控制电流，其中，电控比例阀根据控制电流控制卷扬泵的输出压力油的排量。当判断缓提开关按下，则控制卷扬制动阀打开并根据预设的自动缓提模式控制控制电流，

当判断作用于臂架上的拉力小于吊具拉紧拉力阈值Lim_LuffPres时，则确定吊具绳索处于未拉紧状态，将控制电流的初始值设置为卷扬泵的死区电流I_Deadband，并周期性地增大预设的电流增值；当判断控制电流等于预设的低位电流时，则停止增大控制电流并保持恒定。

当判断作用于臂架上的拉力大于或等于吊具拉紧拉力阈值Lim_LuffPres时，则确定吊具绳索处于拉紧状态，控制控制电流为：I＝I_L+K*deltaH；其中，I为控制电流，I_L为低位电流，K为比例系数，deltaH为当前重物高度与吊具绳索处于拉紧状态时重物高度的差值。

当判断控制电流大于或等于预设的高位电流时，则确定重物处于离地且上升状态，则停止增大控制电流并保持恒定，重物上升速度恒定。当判断缓提开关复位或物体提升高度超过预设的自动缓提高度阈值时，则按预设的规则将控制电流减小到0，并且控制卷扬制动阀关闭并切换到人工操控模式。

上述实施例提供的卷扬控制方法、装置及工程机械，根据卷扬工作状态实现卷扬升降速度控制，解决柔性绳索及铁链吊具比较长的工程机械在提升重物时的重物及臂架稳定问题，实现自动加速并稳步提升到一定高度等功能，先以周期性增加控制电流的方式，以克服静摩擦启动吊具上升过程，吊具缓慢上升直至拉紧重物；然后启动按起升高度改变控制电流的方式，以控制重物提升的施工精度和平稳性，对起重机械向精确施工、智能化和无人化方向发展有着较大的意义。

可能以许多方式来实现本发明的方法和系统。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本发明的方法和系统。用于方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本发明的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本发明实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本发明的方法的机器可读指令。因而，本发明还覆盖存储用于执行根据本发明的方法的程序的记录介质。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。