CN102322497A - 臂架振动抑制方法、***及臂架式工程机械 - Google Patents

臂架振动抑制方法、***及臂架式工程机械 Download PDF

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Abstract

本发明涉及臂架式工程机械技术领域，尤其公开了一种臂架振动抑制方法，包括以下步骤：步骤A，实时检测末节臂架的末端振动的振幅A、相位&及周期T；步骤B，将所述振幅A与预设值进行比较，若所述振幅A大于预设值则进入步骤C；若所述振幅A小于预设值，则结束；步骤C，驱动至少一节臂架上的臂架油缸动作，使得所述末节臂架的末端产生一个具有振幅A1、相位&1、周期T的运动分量，且所述振幅A1与所述振幅A的差值小于预设差值，相位&1与相位&的差值为nT/2，其中n为奇数。本发明还公开了一种臂架振动抑制***及具有上述臂架振动抑制***的臂架式工程机械。

Description

臂架振动抑制方法、***及臂架式工程机械
技术领域
本发明涉及臂架式工程机械技术领域，尤其涉及一种臂架振动抑制方法。本发明还涉及一种臂架振动抑制***及具有上述臂架振动抑制***的臂架式工程机械。
背景技术
混凝土泵车是一种常见的臂架式工程机械，混凝土泵车广泛用在基本建设工地上输送混凝土，特别是用于大型施工工地的混凝土输送作业，可大大的减轻施工工地混凝土输送的繁重体力劳动，提高施工进度和工作效率。
混凝土泵车是将混凝土泵送机构、臂架***、支撑机构等集成在汽车底盘上，集行驶、泵送、布料于一体的高效混凝土输送设备。臂架***是混凝土输送管的支撑和运动载体，臂架***是由多个臂架、连杆通过销轴铰接而成，采用设置在相应臂架上的液压油缸驱动来完成各种运动形态的机构。
混凝土泵车在泵送过程中，泵送油缸与摆缸的配合不协调使得混凝土在输送管道中流动不连续，导致臂架末端产生振动和摆动，使得施工时臂架末端的定位性较差；另外，由于臂架振动，容易导致臂架局部位置早期疲劳损坏而出现裂纹，直接影响混凝土泵车的使用寿命，带来安全隐患。
为了解决臂架振动过大的问题，现有技术中通常采用调节泵送频率的方法来实现，尽量的使得泵送频率远离臂架固有频率，从而防止臂架振动过大。这种臂架振动抑制方法，在调节泵送频率的同时限制了泵车排量的调节范围，而且泵车在不同工况下的固有频率难以获得，从而导致这种方法对臂架振动的抑制效果不佳，而且不具备移植性及通用性。
因此，如何在不限制泵车排量的调节范围的情况下，有效抑制臂架的振动，成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种臂架振动抑制方法，该臂架振动抑制方法可在不限制泵车排量的调节范围的情况下，有效抑制臂架的振动。本发明的第二个目的是提供一种臂架振动抑制***，本发明的第三个目的是提供一种具有上述臂架振动抑制***的臂架式工程机械。
为了实现上述第一个目的，本发明提供了一种臂架振动抑制方法，包括以下步骤：
步骤A，实时检测末节臂架的末端振动的振幅A、相位&及周期T；
步骤B，将所述振幅A与预设值进行比较，若所述振幅A大于预设值则进入步骤C；若所述振幅A小于预设值，则结束；
步骤C，驱动至少一节臂架上的臂架油缸动作，使得所述末节臂架的末端产生一个具有振幅A1、相位&1、周期T的运动分量，且所述振幅A1与所述振幅A的差值小于预设差值，相位&1与相位&的差值为nT/2，其中n为奇数。
优选的，所述步骤A具体包括：
步骤A1，实时检测末节臂架的末端的位置，
步骤A2，根据所述位置的变化，计算所述末节臂架的末端振动的振幅A、相位&及周期T。
优选的，所述步骤A具体为：实时检测末节臂架的末端振动的振幅A、相位&及周期T。
优选的，通过控制臂架油缸多路阀来控制所述臂架油缸动作。
优选的，所述步骤C具体可以包括：
步骤C 1，根据振幅A1，计算所述臂架油缸的运动量，其中，振幅A1与所述振幅A的差值小于预设差值；
步骤C2，确定所述臂架油缸多路阀的阀门开度及作用时长；
步骤C3，根据振动相位&1，确定多路阀控制的投入时刻，其中，相位&1与相位&的差值为nT/2，n为奇数；
步骤C4，驱动所述臂架油缸动作。
本发明提供的臂架振动抑制方法，首先实时检测末节臂架的末端振动的振幅A、相位&及周期T，再将振幅A与预设值进行比较，若振幅A大于预设值，则驱动至少一节臂架上的臂架油缸动作，使得末节臂架的末端产生一个具有振幅A1、相位&1、周期T的运动分量，且所述振幅A1与所述振幅A的差值小于预设差值，相位&1与相位&的差值为nT/2，其中n为奇数。
这种臂架振动抑制方法，在采集及分析了末节臂架的末端振动的振幅、相位及周期的基础上，控制至少一节臂架上的臂架油缸进行动作，使得末节臂架的末端产生一个运动分量，该运动分量具有振幅A1、相位&1、周期T，由减振投入时刻确定相位&1，减振施加量的大小确定振幅A1，减振作用时长确定周期T，该运动分量的振动方向与所检测到的末节臂架的末端振动的方向相反，因此，该运动分量可完全或部分抵消臂架末端的振动，从而使得末节臂架的末端的振动幅度在预设范围内。
这种臂架振动抑制方法是以振动方向施加运动分量来达到减振的目的，这种方法不用改动臂架的机械结构和泵送、臂架液压***，仅仅需要知道臂架振动情况，驱动臂架油缸实现减振，可在不限制泵车排量的调节范围的情况下，有效抑制臂架的振动。而且这种臂架振动抑制方法可在变排量、变姿态、变换泵送料的情况下均可抑制臂架的振动，其具有高度的智能性和自适应性。
为了实现上述第二个目的，本发明还提供了一种臂架振动抑制***，一种臂架振动抑制***，包括：
检测装置，用于实时检测末节臂架的末端的位置；
控制器，所述控制器根据所述位置的变化，计算所述末节臂架的末端振动的振幅A、相位&及周期T；
所述控制器将所述振幅A与预设值进行比较，若所述振幅A大于预设值，则发出驱动信号，驱动至少一节臂架上的臂架油缸动作，使得所述末节臂架的末端产生一个具有振幅A1、相位&1、周期T的运动分量，且所述振幅A1与所述振幅A的差值小于预设差值，相位&1与相位&的差值为nT/2，其中n为奇数。
优选的，所述检测装置包括设置于各臂架上的倾角传感器或/和旋转编码器或用于检测各臂架油缸位移的位移传感器。
优选的，所述控制器计算相应臂架油缸的运动量及运动频率，以使得所述末节臂架的末端产生一个具有振幅A1、相位&1、周期T的运动分量，且所述振幅A1与所述振幅A的差值小于预设差值，相位&1与相位&的差值为nT/2，n为奇数。
优选的，还包括臂架油缸多路阀，所述控制器根据振幅A1确定所述臂架油缸多路阀的阀门开度及作用时长，根据振动相位&1，确定多路阀控制的投入时刻，并向所述臂架油缸多路阀发送相应驱动信号，以驱动所述臂架油缸动作。。
本发明提供的臂架振动抑制***包括检测装置、控制器；检测装置实时检测末节臂架的末端的位置；所述控制器根据所述位置的变化，计算所述末节臂架的末端振动的振幅A、相位&及周期T；所述控制器将所述振幅A与预设值进行比较，若所述振幅A大于预设值，则发出驱动信号，驱动至少一节臂架上的臂架油缸动作，使得所述末节臂架的末端产生一个具有振幅A1、相位&1、周期T的运动分量，且所述振幅A1与所述振幅A的差值小于预设差值，相位&1与相位&的差值为nT/2，其中n为奇数。
这种臂架振动抑制***，在采集及分析了末节臂架的末端振动的振幅、相位及周期的基础上，控制至少一节臂架上的臂架油缸进行动作，使得末节臂架的末端产生一个运动分量，该运动分量具有振幅A1、相位&1、周期T，由减振投入时刻确定相位&1，减振施加量的大小确定振幅A1，减振作用时长确定周期T，该运动分量的振动方向与所检测到的末节臂架的末端振动的方向相反，因此，该运动分量可完全或部分抵消臂架末端的振动，从而使得末节臂架的末端的振动幅度在预设范围内。
这种臂架振动抑制***是以振动方向施加运动分量来达到减振的目的，这种***不用改动臂架的机械结构和泵送、臂架液压***，仅仅需要知道臂架振动情况，驱动臂架油缸实现减振，可在不限制泵车排量的调节范围的情况下，有效抑制臂架的振动。而且这种臂架振动抑制***可在变排量、变姿态、变换泵送料的情况下均可抑制臂架的振动，其具有高度的智能性和自适应性。
为了实现上述第三个目的，本发明还提供了一种臂架式工程机械，该臂架式工程机械设有上述的臂架振动抑制***，由于上述的臂架振动抑制***具有上述技术效果，具有该臂架振动抑制***的臂架式工程机械也应具有相应的技术效果。
附图说明
图1为本发明提供的臂架振动抑制方法的一种具体实施方式的流程框图；
图2为臂架***的坐标位置示意图；
图3为本发明所提供的臂架振动抑制***的一种具体实施方式的结构示意图。
具体实施方式
本发明的第一个核心是提供一种臂架振动抑制方法，该臂架振动抑制方法可在不限制泵车排量的调节范围的情况下，有效抑制臂架的振动。本发明的第二个核心是提供一种臂架振动抑制***，本发明的第三个核心是提供一种具有上述臂架振动抑制***的臂架式工程机械。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
请参看图1，图1为本发明提供的臂架振动抑制方法的一种具体实施方式的流程框图。
如图1所示，本发明所提供的臂架振动抑制方法包括以下步骤。
步骤S101，实时检测末节臂架的末端的位置。具体的方案中，可采用设置在各节臂架上的倾角传感器实时检测末节臂架的末端的坐标值，以确定末节臂架的末端的位置，以具有四节臂架的臂架***为例，如图2所示，四节臂架分别为臂架11、臂架12、臂架13、臂架14，臂架11、臂架12、臂架13、臂架14的长度分别为l1、l2、l3、l4，臂架11与水平面的夹角为θ1，臂架11与臂架12之间的夹角为θ2，臂架12与臂架13之间的夹角为θ3，臂架13与臂架14之间的夹角为θ4，根据各臂架的长度和相邻臂架之间的角度，可以推导出末节臂架的末端的计算公式：
x＝-l4c1234+l3c123-l2c12+l1c1
y＝-l4s1234+l3s123-l2s12+l1s1
其中，c1表示cosθ1，s1表示sinθ1，c12表示cos(θ1+θ2)，s12表示sin(θ1+θ2)，c123表示cos(θ1+θ2+θ3)，s123表示sin(θ1+θ2+θ3)，c1234表示cos(θ1+θ2+θ3+θ4)，s1234表示sin(θ1+θ2+θ3+θ4)。
步骤S102，根据所述位置的变化，计算所述末节臂架的末端振动的振幅A、相位&及周期T。通过实施计算末节臂架的末端在臂架平面内的x、y坐标值的变化，即可得出末节臂架末端振动的振幅A、相位&及周期T。
步骤S103，将所述振幅A与预设值进行比较，若所述振幅A大于预设值则进入步骤D；若所述振幅A小于预设值，则结束。可以预先设置末节臂架的末端可允许的振动范围，该振动范围设定为预设值，将步骤S102中计算所得到的振幅A与预设值进行比较，若振幅A大于预设值则进入步骤D中，若振幅A小于预设值，则不需对臂架进行减振操作。
步骤D，驱动至少一节臂架上的臂架油缸动作，使得所述末节臂架的末端产生一个具有振幅A1、相位&1、周期T的运动分量，且所述振幅A1与所述振幅A的差值小于预设差值，相位&1与相位&的差值为nT/2，其中n为奇数。
这种臂架振动抑制方法，在采集及分析了末节臂架的末端振动的振幅、相位及周期的基础上，控制至少一节臂架上的臂架油缸进行动作，使得末节臂架的末端产生一个运动分量，该运动分量具有振幅A1、相位&1、周期T，由减振投入时刻确定相位&1，减振施加量的大小确定振幅A1，减振作用时长确定周期T，该运动分量的振动方向与所检测到的末节臂架的末端振动的方向相反，因此，该运动分量可完全或部分抵消臂架末端的振动，从而使得末节臂架的末端的振动幅度在预设范围内。
可以理解，若振幅A1等于振动A，从理论上可完全将臂架末端的振动抵消，到达减振的目的。
这种臂架振动抑制方法是以振动方向施加运动分量来达到减振的目的，这种方法不用改动臂架的机械结构和泵送、臂架液压***，仅仅需要知道臂架振动情况，驱动臂架油缸实现减振，可在不限制泵车排量的调节范围的情况下，有效抑制臂架的振动。而且这种臂架振动抑制方法可在变排量、变姿态、变换泵送料的情况下均可抑制臂架的振动，其具有高度的智能性和自适应性。
具体的方案中，可通过控制臂架油缸多路阀来控制所述臂架油缸动作。臂架油缸的动作通常由臂架液压***中的臂架油缸多路阀来控制，通过控制臂架油缸多路阀的开启时间(投入时刻)、阀门开度及作用时长可控制臂架油缸的开始动作时间，运动幅度的大小及运动时长。
进一步的方案中，上述步骤D具体可以包括以下步骤：
步骤S104，根据振幅A1，计算所述臂架油缸的运动量，其中，振幅A1与所述振幅A的差值小于预设差值。根据计算得到的振幅A，可以确定对末节臂架的末端作用的所述运动分量的振幅A1，根据A1的大小计算臂架油缸的所需的运动幅度。
步骤S105，确定所述臂架油缸多路阀的阀门开度及作用时长。根据上述臂架油缸所需的运动量，确定臂架油缸多路阀的阀门开度，具体的方案中，臂架油缸多路阀通常为电磁阀，可通过控制臂架油缸多路阀所需电流量的大小确定臂架油缸多路阀的阀门开度，更具体的方案中，可根据上述臂架油缸所需的运动量，确定臂架油缸多路阀所需电流量的大小；根据末节臂架的末端所需的运动分量的振动周期T，确定臂架油缸多路阀的作用时长，更具体的方案中，可进一步确定臂架多路阀的通电时间，以确定臂架油缸多路阀的作用时长。
步骤S106，根据振动相位&1，确定多路阀控制的投入时刻，其中，相位&1与相位&的差值为nT/2，n为奇数。可以考虑臂架油缸多路阀的动作延迟时间、相应传感器计算延迟时间及振动相位&1的大小等因素，确定多路阀控制的投入时刻，以保证臂架油缸所产生的末节臂架的末端运动分量的相位&1与限位&的差值为nT/2，进而保证该运动分量可更好的抵消末节臂架末端的振动。
步骤S107，驱动所述臂架油缸动作。根据步骤S104所确定的臂架油缸的运动量、步骤S105所确定的臂架油缸多路阀的阀门开度及作用时长、步骤S106所确定的多路阀控制的投入时刻，驱动臂架油缸进行相应动作。
上述实施例中，采用设置在各节臂架上的倾角传感器实时检测末节臂架的末端的坐标值，然后在通过计算得到末节臂架的末端振动的振幅A、相位&及周期T，本发明并不局限于此，还可以通过相应的传感器直接检测得到末节臂架的末端振动的振幅A、相位&及周期T，如可直接检测振幅A、相位&及周期T的倾角传感器等。
本发明还提供了一种臂架振动抑制***，以下实施例对其进行详细阐述。
请参看图3，图3为本发明所提供的臂架振动抑制***的一种具体实施方式的结构示意图。
如图3所示，本发明提供的臂架振动抑制***包括检测装置、控制器。
检测装置用于实时检测末节臂架的末端的位置；所述控制器根据所述位置的变化，计算所述末节臂架的末端振动的振幅A、相位&及周期T；所述控制器将所述振幅A与预设值进行比较，若所述振幅A大于预设值，则发出驱动信号，驱动至少一节臂架上的臂架油缸动作，使得所述末节臂架的末端产生一个具有振幅A1、相位&1、周期T的运动分量，且所述振幅A1与所述振幅A的差值小于预设差值，相位&1与相位&的差值为nT/2，其中n为奇数。
这种臂架振动抑制***，在采集及分析了末节臂架的末端振动的振幅、相位及周期的基础上，控制至少一节臂架上的臂架油缸进行动作，使得末节臂架的末端产生一个运动分量，该运动分量具有振幅A1、相位&1、周期T，由减振投入时刻确定相位&1，减振施加量的大小确定振幅A1，减振作用时长确定周期T，该运动分量的振动方向与所检测到的末节臂架的末端振动的方向相反，因此，该运动分量可完全或部分抵消臂架末端的振动，从而使得末节臂架的末端的振动幅度在预设范围内。
这种臂架振动抑制***是以振动方向施加运动分量来达到减振的目的，这种***不用改动臂架的机械结构和泵送、臂架液压***，仅仅需要知道臂架振动情况，驱动臂架油缸实现减振，可在不限制泵车排量的调节范围的情况下，有效抑制臂架的振动。而且这种臂架振动抑制***可在变排量、变姿态、变换泵送料的情况下均可抑制臂架的振动，其具有高度的智能性和自适应性。
具体的方案中，检测装置可以为设置于各臂架上的倾角传感器，以具有四节臂架的臂架***为例，如图2所示，四节臂架分别为臂架11、臂架12、臂架13、臂架14，臂架11、臂架12、臂架13、臂架14的长度分别为l1、l2、l3、l4，臂架11与水平面的夹角为θ1，臂架11与臂架12之间的夹角为θ2，臂架12与臂架13之间的夹角为θ3，臂架13与臂架14之间的夹角为θ4，根据各臂架的长度和相邻臂架之间的角度，可以推导出末节臂架的末端坐标的计算公式：
x＝-l4c1234+l3c123-l2c12+l1c1
y＝-l4s1234+l3s123-l2s12+l1s1
其中，c1表示cosθ1，s1表示sinθ1，c12表示cos(θ1+θ2)，s12表示sin(θ1+θ2)，c123表示cos(θ1+θ2+θ3)，s123表示sin(θ1+θ2+θ3)，c1234表示cos(θ1+θ2+θ3+θ4)，s1234表示sin(θ1+θ2+θ3+θ4)。
具体的方案中，可通过控制臂架油缸多路阀来控制所述臂架油缸动作，所述控制器向所述臂架油缸多路阀发送驱动信号，驱动所述臂架油缸动作。臂架油缸的动作通常由臂架液压***中的臂架油缸多路阀来控制，通过控制臂架油缸多路阀的开启时间(投入时刻)、阀门开度及作用时长可控制臂架油缸的开始动作时间，运动幅度的大小及运动时长。
进一步的方案，可根据计算得到的振幅A，可以确定对末节臂架的末端作用的所述运动分量的振幅A1，根据A1的大小计算臂架油缸的所需的运动幅度。
可根据上述臂架油缸所需的运动量，确定臂架油缸多路阀的阀门开度，具体的方案中，臂架油缸多路阀通常为电磁阀，可通过控制臂架油缸多路阀所需电流量的大小确定臂架油缸多路阀的阀门开度，更具体的方案中，可根据上述臂架油缸所需的运动量，确定臂架油缸多路阀所需电流量的大小；根据末节臂架的末端所需的运动分量的振动周期T，确定臂架油缸多路阀的作用时长，更具体的方案中，可进一步确定臂架多路阀的通电时间，以确定臂架油缸多路阀的作用时长。
可以考虑臂架油缸多路阀的动作延迟时间、相应传感器计算延迟时间及振动相位&1的大小等因素，确定多路阀控制的投入时刻，以保证臂架油缸所产生的末节臂架的末端运动分量的相位&1与限位&的差值为nT/2，进而保证该运动分量可更好的抵消末节臂架末端的振动。
根据上述所确定的臂架油缸的运动量、臂架油缸多路阀的阀门开度及作用时长、多路阀控制的投入时刻，驱动臂架油缸进行相应动作。
上述实施例中，检测装置采用设置于各臂架上的倾角传感器，通过检测各节臂架的倾斜角度及相应的计算得到末节臂架的末端的坐标值，本发明并不局限于此，检测装置还可采用在各臂架上的旋转编码器或用于检测各臂架油缸位移的位移传感器等，进而采用相应的计算方法可计算出末节臂架的末端的坐标值。
本发明还提供了一种臂架式工程机械，该臂架式工程机械设有上述的臂架振动抑制***，由于上述的臂架振动抑制***具有上述技术效果，具有该臂架振动抑制***的臂架式工程机械也应具有相应的技术效果，在此不再做详细介绍。
以上所述仅是发明的优选实施方式的描述，应当指出，由于文字表达的有限性，而在客观上存在无限的具体结构，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。

Claims (10)

1.一种臂架振动抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A，实时检测末节臂架的末端振动的振幅A、相位&及周期T；
步骤B，将所述振幅A与预设值进行比较，若所述振幅A大于预设值则进入步骤C；若所述振幅A小于预设值，则结束；
步骤C，驱动至少一节臂架上的臂架油缸动作，使得所述末节臂架的末端产生一个具有振幅A1、相位&1、周期T的运动分量，且所述振幅A1与所述振幅A的差值小于预设差值，相位&1与相位&的差值为nT/2，其中n为奇数。
2.根据权利要求1所述的臂架振动抑制方法，其特征在于，所述步骤A具体包括：
步骤A1，实时检测末节臂架的末端的位置，
步骤A2，根据所述位置的变化，计算所述末节臂架的末端振动的振幅A、相位&及周期T。
3.根据权利要求1所述的臂架振动抑制方法，其特征在于，所述步骤A具体为：直接实时检测末节臂架的末端振动的振幅A、相位&及周期T。
4.根据权利要求1-3任一项所述的臂架振动抑制方法，其特征在于，通过控制臂架油缸多路阀来控制所述臂架油缸动作。
5.根据权利要求4所述的臂架振动抑制方法，其特征在于，所述步骤C具体可以包括：
步骤C 1，根据振幅A1，计算所述臂架油缸的运动量，其中，振幅A1与所述振幅A的差值小于预设差值；
步骤C2，确定所述臂架油缸多路阀的阀门开度及作用时长；
步骤C3，根据振动相位&1，确定多路阀控制的投入时刻，其中，相位&1与相位&的差值为nT/2，n为奇数；
步骤C4，驱动所述臂架油缸动作。
6.一种臂架振动抑制***，其特征在于，包括：
检测装置，用于实时检测末节臂架的末端的位置；
控制器，所述控制器根据所述位置的变化，计算所述末节臂架的末端振动的振幅A、相位&及周期T；
所述控制器将所述振幅A与预设值进行比较，若所述振幅A大于预设值，则发出驱动信号，驱动至少一节臂架上的臂架油缸动作，使得所述末节臂架的末端产生一个具有振幅A1、相位&1、周期T的运动分量，且所述振幅A1与所述振幅A的差值小于预设差值，相位&1与相位&的差值为nT/2，其中n为奇数。
7.根据权利要求6所述的臂架振动抑制***，其特征在于，所述检测装置包括设置于各臂架上的倾角传感器或/和旋转编码器或用于检测各臂架油缸位移的位移传感器。
8.根据权利要求6或7所述的臂架振动抑制***，其特征在于，所述控制器计算相应臂架油缸的运动量及运动频率，以使得所述末节臂架的末端产生一个具有振幅A1、相位&1、周期T的运动分量，且所述振幅A1与所述振幅A的差值小于预设差值，相位&1与相位&的差值为nT/2，n为奇数。
9.根据权利要求6所述的臂架振动抑制***，其特征在于，还包括臂架油缸多路阀，所述控制器根据振幅A1确定所述臂架油缸多路阀的阀门开度及作用时长，根据振动相位&1，确定多路阀控制的投入时刻，并向所述臂架油缸多路阀发送相应驱动信号，以驱动所述臂架油缸动作。
10.一种臂架式工程机械，其特征在于，该臂架式工程机械设有权利要求6-9任一项所述的臂架振动抑制***。
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