[发明专利]回转机构平稳启制动的控制方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及工程机械回转机构控制技术，具体涉及回转机构平稳启制动的控制方法及装置。

背景技术

对于上车相对于底盘作旋转运动的工程机械来说，回转机构的启制动平稳性是整机性能的重要指标之一，因此，优化设计避免回转机构启制动过程中惯性冲击的影响是行业的研发热点，比如：混凝土泵车回转机构。

混凝土泵车臂架用于输送混凝土到指定位置，主要通过展开、收拢及旋转等动作来完成上述功能。由于臂架通常由若干节臂及之间的臂架油缸、连杆、铰接轴、输送管等组成，并且在施工过程中输送管里充满混凝土，转动惯量很大；在臂架旋转过程中主要存在下述问题：一是旋转运动的不平稳性，运动过程为“一快一慢”的摆动前进；二是制动后将产生很大的摆幅，不能精确的停到预定的位置。在臂架旋转过程中，臂架大惯性摆动将造成臂架、固定转塔、支腿等结构件的较大应力变化，缩短泵车疲劳寿命；同时，会造成液压管道中的液压冲击，降低各相关液压元件的使用寿命，进而降低整车的使用寿命。

目前，国内外工程机械行业改善回转惯性、减小摆动冲击的方法主要有两种方式：一是输入信号低通与降低安全阀压力；二是通过内部或外部控制进出油口压力的补偿法。但是，第一种方式存在启制动速度慢且制动距离增大等问题，严重影响系统响应时间、降低工程机械的效率，特别是混凝土泵车臂架在接近障碍物制动时，极易发生臂架与障碍物相撞的事故。第二种方式通过进出油口的联动调节而较快地启动回转、通过增加阻尼而较快的制动，这种控制方法对于混凝土泵车、起重机臂架等长悬臂梁结构来说，无疑会导致末端的运行不平稳及制动的惯性位移。

请参见图1，图1a、图1b和图1c分别示出了回转机构启动、运行及制动过程的角速度信号曲线图。其中，图1a为未采取控制回转惯性措施的角速度信号曲线图；图1b和图1c分别为现有技术中采取液压系统改进措施后的角速度信号曲线图。图中，t0～t1之间为启动阶段，(t1-t0)为启动时间，回转机构从t0时刻开始启动，至t1时刻达到预定的最大角速度ω0；t1～t2之间为运行阶段，(t2-t1)为正常运行时间；t2～t3之间为制动阶段，(t3-t2)为臂架的制动时间，t2时刻开始制动，至t3时刻完全停止。实际上，若不能平稳启动，t1～t2段将为非恒定值，而平衡值为ω0的衰减阻尼振动。

请参见图2，该图是基于现有回转机构的一个完整的回转过程所示出的混凝土泵车臂架尾端(因尾端是臂架上摆幅最大的点，故以该点评价)的角速度及位移曲线。图中，线1为臂架尾端的角速度变化曲线，线2为臂架尾端的角位移曲线，A段、B段、C段分别为回转机构的启动、运行及制动阶段。如A段所示，由于长悬臂梁本身具有一定的柔性，回转装置开始旋转后，尾端会延迟一段时间后开始旋转；如B段所示，臂架运行一段时间后开始制动；如C段所示，制动后开始自由阻尼振动，速度将最终衰减至零，趋近于线E，臂架停止在一定位置，趋近于线D。

通过对角速度线1及角位移线2分析可以得出：a～b段的角速度产生c～d段的角位移，而c～d段正为臂架制动惯性产生的最大摆幅，是影响主要结构件及制动器寿命、操作手对产品信赖度的最主要因素。如果通过液压控制的方法，如：控制出油口背压等，c～d段角位移变化将减小，进而减小了惯性冲击；但制动距离将增大，不能有效及时的实现制动。

有鉴于此，亟待研制开发出一种回转机构平稳启制动的控制方法，有效规避回转惯性冲击对整机平稳运行带来的影响。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，从动力学角度研究臂架尾端的运行轨迹，提供一种既能快速启动又能平稳运行、制动的回转机构平稳启制动的控制方法及装置，确保制动后臂架尾端产生较小的摆幅、制动距离较小。

基于由旋转动力输出机构驱动的回转机构，本发明提供的回转机构平稳启制动的控制方法具体为：回转机构启动时，输入至旋转动力输出机构的控制信号随时间的变化呈逐级斜坡阶跃上升；回转机构制动时，输入至旋转动力输出机构的控制信号随时间的变化呈逐级斜坡阶跃下降。

优选地，所述旋转动力输出机构为液压马达。

进一步优选地，输入至液压马达的压力油流量采用电液流量控制阀控制；在回转机构启动时输入至电液流量控制阀的启动信号波形随时间的变化呈逐级斜坡阶跃上升；在回转机构制动时输入至电液流量控制阀的制动信号波形随时间的变化呈逐级斜坡阶跃下降。

优选地，所述逐级斜坡阶跃上升过程至少分为两级，所述逐级斜坡阶跃下降过程至少分为两级。