CN101417771B - 一种起重机起吊速度控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种起重机起吊速度控制方法，用于采用可变排量液压马达，以容积节流调速方式进行起吊驱动的起重机；包括：获得实测起吊重量；采用连续或者多档位离散方式获得在该实测起吊重量下的最大允许起吊速度；根据所述最大允许起吊速度，确定所述执行起吊驱动的可变排量液压马达的最大允许转速N；根据上述最大允许转速N，以及液压系统的最大流量Q，计算出此情况下的可变排量液压马达的最小排量P；在起吊过程中，限制所述可变排量液压马达的排量不小于该最小排量P。与现有技术相比，本发明提供的方法和装置，能够结合起重机实测起吊重量限制其起吊速度在允许的范围内，避免起重机由于起吊速度过快产生的风险，并降低起重机的操作难度。

Description

一种起重机起吊速度控制装置

技术领域

本发明涉及起重机，特别涉及一种起重机起吊速度的控制方法。本发明同时提供一种起重机起吊速度的控制装置。

背景技术

起重机是一种广泛应用的工程机械，不同种类的起重机一般都具有起吊机构，用于将重物拉起到较高位置。

起吊机构的功能是改变或保持工作对象在重力方向的位置，包括起吊、下放和保持等工况。完整的起吊机构包括动力源、动力传输装置、动力调节装置和吊具。起吊机构的动力源一般是内燃机或电动机等原动机。原动机的动力经过动力传输装置和动力调节装置驱动吊具运动，从而实现工作对象的运动。驾驶员通过操纵动力调节装置来控制起吊运动的方向和速度。

起重机的起吊速度是一项关键性能。当起重机的动力传输方式是液压传动时，起吊速度调节就是液压泵的流量调节。采用开式液压系统驱动的起吊速度调节包括容积调速、节流调速和容积节流调速等方式。

所谓容积调速是指通过调节液压泵或马达的排量来调节速度的方法。

所谓节流调速是指通过调节液压泵的液压油路的通流面积来调节速度的方法。

所谓容积节流调速是同时进行容积调速和节流调速的方法。

由于起重机起吊机构普遍采用开式液压系统，容积节流调速方式应用最为广泛，因为容积节流调速具有经济性好、响应速度快等特点，综合了容积调速和节流调速的优点，同时又克服了二者的缺点。

容积节流调速的开式液压系统由液压泵、比例方向阀、马达等主要元件组成。系统工作时，液压系统的流量决定于驾驶员对起吊机构提供的输入信号，该输入信号控制液压泵排量，使其流量略多于液压马达的流量需求。同时比例方向阀对液压泵的输出流量进行节流，使其更精确的与马达流量需求相匹配。这样，当输入信号最大时，液压泵输出流量最大，比例方向阀的节流作用最小，马达得到的流量最多，马达转速达到最大。当输入信号减小时，液压泵的输出流量逐渐减小，比例方向阀的节流作用逐渐增大，马达得到的流量逐渐减小，马达转速也逐渐降低。这样，实现了起吊速度在零到最大速度之间的比例控制。

上述对起吊机构速度的比例控制的缺点是最大起吊速度与负载无关。实际上，起吊负载的不同，对最大起吊速度的要求也不尽相同。当负载较重时，基于起重机安全性的考虑，需要限制最大起吊速度不超过预定值。当负载很大时，驾驶员输入很大的输入信号容易造成起重机的损坏。而当负载较轻或空载时，可以以更快的速度升降，以节约作业时间。但是目前起重机的起吊速度仅受驾驶员对输入信号的控制，没有考虑负载的大小，驾驶员需要根据自己的经验对起吊速度进行控制。

现有技术的上述控制方式过于依赖驾驶员的驾驶经验，加大了操纵起重机的难度。即使是对于有经验的起重机驾驶员，由于在不同起吊重量时，需要可以控制操作手柄的最大倾角，也会造成其操作体验不佳。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种起重机起吊速度控制方法及装置。该起重机起吊速度控制方法及装置能够根据实测起吊重量限制起重机的起吊速度，避免起吊速度过快造成的危险。同时，其优选方案还能够使驾驶员始终在全倾角范围内操纵操作手柄，改善驾驶员的操作体验。

本发明提供的起重机起吊速度控制方法，用于采用可变排量液压马达，以容积节流调速方式进行起吊驱动的起重机；包括下述步骤：

检测起重机当前的实际起吊重量，获得实测起吊重量；

根据预先确定的公式计算或者通过查阅数据库，采用连续或者多档位离散方式获得在该实测起吊重量下的最大允许起吊速度；

根据所述最大允许起吊速度，确定所述执行起吊驱动的可变排量液压马达的最大允许转速N；

根据上述最大允许转速N，以及液压系统的最大流量Q，计算出此情况下的可变排量液压马达的最小排量P；

在起吊过程中，限制所述可变排量液压马达的排量不小于该最小排量P。

优选的，通过实际起吊重量计算最大允许起吊速度的计算步骤中，同时考虑起重机的相关工作状态参数。

优选的，在起吊过程中，控制所述可变排量液压马达的排量恰好为所述最小排量P。

本发明提供起重机起吊速度控制装置，包括起吊重量传感器和可变排量液压马达、液压泵、主控制阀、控制器；

所述起吊重量传感器检测起吊重量并将其作为实测起吊重量传递给控制器；

所述可变排量液压马达用于起吊驱动，其转速N与起吊速度成正比；

所述液压泵向液压系统提供液压流量；

所述主控制阀控制该液压泵输出流量的方向，并将其提供给所述可变排量液压马达；

所述控制器根据预先存储的公式或者数据库，依据所述起吊重量传感器提供的实测起吊重量，采用连续或者多档位离散方式获得当前的最大允许起吊速度，并根据该最大允许起吊速度以及液压系统的最大流量，计算出所述可变排量液压马达的最小允许排量；根据该最小允许排量输出对所述可变排量液压马达的控制参数，使其实际工作排量不小于所述最小允许排量。

优选的，所述起吊重量传感器为拉力传感器。

优选的，所述可变排量液压马达采用电液比例控制液压马达，其工作排量与控制电流成正相关或者成负相关；所述控制器根据可变排量液压马达的电流-排量控制曲线，计算出对应于所述最小允许排量的控制电流的临界数值；当采用工作排量与控制电流正相关的可变排量液压马达时，所述控制器根据对应所述最小允许排量的控制电流，控制提供给所述可变排量液压马达的控制电流不小于该临界数值；当采用工作排量与控制电流负相关的可变排量液压马达时，所述控制器根据对应所述最小允许排量的控制电流，控制提供给所述可变排量液压马达的控制电流不大于该临界数值。

优选的，所述电液比例控制液压马达为轴向柱塞变量马达。

优选的，对应实测起吊重量获得最大允许起吊速度时，考虑起重机的相关状态参数，包括机械结构件强度、起重机自身重量、起重机重心位置和支腿跨距。

优选的，所述液压泵为可变排量液压泵，所述主控制阀为比例方向控制阀；还具有向所述可变排量液压泵和主控制阀提供先导压力的先导手柄，当其提供的先导压力最大时，可变排量液压泵向液压系统提供最大的液压流量；所述控制器控制所述可变排量液压马达在计算获得的所述最小允许排量下工作。

与现有技术相比，本发明提供的方法和装置，能够结合起重机实测起吊重量限制其起吊速度在允许的范围内，避免了起重机由于起吊速度过快产生的风险，并且降低了起重机的操作难度。

在本发明提供的装置的优选方案中，可以为起重机建立一个以实测起吊重量对应的最大允许起吊速度为上限的手柄角度和起吊速度的关系曲线，使驾驶员不论在何种起吊重量之下，都能够在手柄倾角的全程范围内进行起吊操作，显著改善了其操作体验。

附图说明

图1是本发明第一实施例的流程图；

图2是本发明方法第二实施例的原理图；

图3是本发明第二实施例使用的液压马达的先导控制曲线；

图4是本发明第二实施例使用的液压泵的先导控制曲线；

图5是本发明第二实施例使用的比例方向控制阀的开口特性图；

图6是本发明第二实施例使用的先导手柄的偏转角度和输出(先导)压力之间的关系图。

具体实施方式

请参看图1，该图为本发明第一实施例提供的起重机起吊速度控制方法的流程图。以下结合该流程图，说明本发明第一实施例提供的起重机起吊速度控制方法。该方法用于采用可变排量液压马达进行起吊驱动的起重机。

步骤S101，检测起重机当前的实际起吊重量，获得实测起吊重量。

由于起重机的起吊速度主要取决于起重机的实时起吊重量，因此，需要通过传感器检测获得起重机当前状态下的实际起吊重量，将该实际起吊重量作为确定起吊速度的依据。由于检测获得的数值和实际数值必然存在误差，因此，此处将检测获得的起重机当前起吊重量称为实测起吊重量。

步骤S102，根据预先确定的公式计算或者通过查阅数据库，获得在该实测起吊重量下的最大允许起吊速度。

由于起重机的最大允许起吊速度还受到起重机的一些状态数据影响，因此，在这一计算步骤中，通常还需要考虑诸如机械结构件强度、起重机自身重量、起重机重心位置和支腿跨距等起重机状态参数。

该步骤的具体执行方式包括公式计算和查阅预先准备好的数据库。

公式计算的方式是根据试验获得的经验公式或者根据理论获得的公式，建立根据实际起吊重量计算最大允许起吊速度的计算式，将实测起吊重量以及其他相关参数带入该公式，获得所述最大允许起吊速度。

查阅数据库的方式是事先使用试验或者理论推导的方式，计算一系列实际起吊重量和最大允许起吊速度之间的对应关系，并将之存储在数据库中。在执行本步骤时，就可以直接根据实测起吊重量查阅该数据库，获得当前起吊重量下对应的最大允许起吊速度。

步骤S103，根据所述最大允许起吊速度，确定所述执行起吊驱动的可变排量液压马达的最大允许转速N。

由于该起重机采用液压马达作为起吊驱动，所以，该液压马达的转速和起吊速度成正比，根据上一步骤获得的最大允许起吊速度，根据其机械传动比，经过简单的计算，就可以获得该液压马达的最大允许转速N。

步骤S104，根据上述最大允许转速N，以及液压系统的最大流量Q，计算出此情况下的可变排量液压马达的最小排量P。

在该起重机系统中，采用容积节流调速方式进行起吊驱动，因此，液压马达排量乘以液压马达转速等于液压流量。这样，根据该液压系统的最大流量Q除以最大允许转速N，就可获得可变排量液压马达的最小排量P。在该液压系统的流量处于最大流量时，若可变排量液压马达的处于该最小排量P，则其转速恰好等于最大允许转速N。

步骤S105，在起吊过程中，限制所述可变排量液压马达的排量不小于该最小排量P。

即使液压马达已经处于上述最小排量P，该排量在液压系统的流量达到最大时，该液压马达也不会超过所述最大允许转速N，所以只要控制该可变排量液压马达不小于该最小排量P，就可以起到限制起吊速度在最大允许起吊速度之下的效果。

为了充分利用起吊能力，可以将可变排量液压马达的排量直接设定为等于最小排量P，此时，系统处于最大液压流量时，液压马达提供的起吊驱动速度正好达到最大允许转速。由于驾驶员是通过操作手柄控制供给液压系统的流量来控制起重机起吊速度的，因此，此时驾驶员可以在控制手柄的整个控制倾角范围中进行起吊速度控制，并且流量达到最大时，起重机起吊速度也不会超速。

本发明第二实施例提供一种起重机起吊速度控制装置。请参看图2，该图为该装置的原理图。

本发明装置的第二实施例包括液压泵201、主控制阀202、先导控制手柄203、液压马达204、控制器205和拉力传感器206。

所述拉力传感器206安装在起重机起吊绳上，通过检测起吊绳在起吊时承受的拉力，获得起吊重量的检测数值，作为起吊重量实测值，该数值被送入控制器205。该拉力传感器206也可以采用其他形式的重量传感器。

所述液压马达204用于起吊驱动，其转速N与起吊速度成正比。该液压马达204使用可变排量液压马达，优选为轴向柱塞式可变排量液压马达。图3示出本实施例使用的电流比例压力控制排量的轴向柱塞式可变排量液压马达的先导控制曲线。从该曲线可以看出，该液压马达的控制电流和该液压马达的排量成反比，在控制电流为0.6A时，该液压马达的排量为160ml/r；在控制电流为1.2A时，该液压马达的排量为100ml/r。

所述液压泵201向液压系统提供液压流量。该液压泵201采用轴向柱塞变量泵，通过先导压力可以控制该液压泵的输出液压流量。图4示出该液压泵201的先导控制曲线。可以看出，在先导压力为0.4MPa时，其排量为15/r；当先导压力为1.2MPa时，其排量为100ml/r。由于该液压泵201的转速基本不变，因此，其排量就可确定其输出的液压流量。一般来说，该液压泵201输出的液压流量略大于系统实际液压流量，这是由于管路中会有少许损失。

所述主控制阀202采用三位四通Y型中位的比例方向控制阀。图5示出该比例方向控制阀的开口特性图。由该图可知，在先导压力为0.5MPa时，该主控制阀202的阀芯位移为零；在先导压力为3MPa时，阀芯达到最大位移。该主控制阀202阀芯位移的方向也可以变化，使流向所述液压马达204的液压流向发生变化，从而改变其输出的旋转方向。

所述先导控制手柄203向液压泵201和主控制阀202提供先导压力，以控制液压马达204的排量和主控制阀202的阀芯位移。本实施例中，该先导控制手柄203采用液压先导手柄，图6示出该先导手柄203的偏转角度和输出(先导)压力之间的关系，可以看出，其偏转角度和其输出的先导压力成正比。

在该装置中，所述液压泵201在电机或者发动机的驱动下旋转，泵出一定压力和流量的液压油。所述主控制阀202的输入侧的进油管设在液压泵201的输出管路上，其输入侧的回油管连接到油箱；该主控制阀202控制流向液压马达204的液压油的方向和流量。在不同先导压力下，其阀芯位移不同，可以改变提供给液压马达204的液压流量，更为精确的调整系统液压流量。所述液压马达204的两个油管连接所述主控制阀202输出侧的两个油管，构成一个液压回路。通过上述液压油可驱动其旋转，该旋转通过输出轴提供给起重机吊绳，实现起重机起吊。

所述控制器205根据预先存储的公式或者数据库，依据所述拉力传感器206提供的实测起吊重量，计算或者查得当前的最大允许起吊速度，并根据该最大允许起吊速度以及系统的最大流量，计算出所述液压马达204的最小允许排量；根据该最小允许排量输出对所述液压马达204的最大控制电流，只要提供给液压马达204的控制电流小于该最大控制电流值，就可以确保液压马达204的排量大于最小允许排量。

在上述计算过程中，对最大允许起吊速度的计算还需要考虑机械结构件强度、起重机自身重量、起重机重心位置和支腿跨距等起重机状态参数，这些参数都可能影响起重机的最大允许起吊速度，具体的计算方法包括理论推导以及试验获得的经验数据等，最终，考虑上述各种因素后，可以获得最大允许起吊速度。上述起重机状态参数可以通过传感器检测获得，也可以由驾驶员直接输入。

对于本实施例而言，所述控制器向所述液压马达204提供的控制电流恰好为对应液压马达204最小允许排量的最大允许电流，这样，液压马达204就始终工作在最小允许排量上。此时，驾驶员将先导控制手柄203打到最大倾角时，所述液压系统的系统流量达到最大，则起重机达到最大起吊速度，这样，可以充分发挥起重机的起吊能力。

需要说明的是，在计算不同实测起吊重量下的最大允许起吊速度时，获得的最大允许起吊速度可以与起吊重量呈连续变化也可以呈阶梯变化，这取决于选用的计算方法。如果为连续变化，控制器205对液压马达204的控制为连续调节；如果为阶梯变化，则控制器205对液压马达204的控制为多档位离散调节。

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。

Claims (5)

1.一种起重机起吊速度控制装置，包括起吊重量传感器和可变排量液压马达、液压泵、主控制阀、控制器；

所述起吊重量传感器检测起吊重量并将其作为实测起吊重量传递给控制器；

所述可变排量液压马达用于起吊驱动，其转速N与起吊速度成正比；

所述液压泵向液压系统提供液压流量；

所述主控制阀控制该液压泵输出流量的方向，并将其提供给所述可变排量液压马达；

所述控制器根据预先存储的公式或者数据库，依据所述起吊重量传感器提供的实测起吊重量，采用连续或者多档位离散方式获得当前的最大允许起吊速度，并根据该最大允许起吊速度以及液压系统的最大流量，计算出所述可变排量液压马达的最小允许排量；根据该最小允许排量输出对所述可变排量液压马达的控制参数，使其实际工作排量不小于所述最小允许排量；

所述可变排量液压马达采用电液比例控制液压马达，其工作排量与控制电流成正相关或者成负相关；所述控制器根据可变排量液压马达的电流-排量控制曲线，计算出对应于所述最小允许排量的控制电流的临界数值；当采用工作排量与控制电流正相关的可变排量液压马达时，所述控制器根据对应所述最小允许排量的控制电流，控制提供给所述可变排量液压马达的控制电流不小于该临界数值；当采用工作排量与控制电流负相关的可变排量液压马达时，所述控制器根据对应所述最小允许排量的控制电流，控制提供给所述可变排量液压马达的控制电流不大于该临界数值。

2.根据权利要求1所述的起重机起吊速度控制装置，其特征在于，所述起吊重量传感器为拉力传感器。

3.根据权利要求1所述起重机起吊速度控制装置，其特征在于，所述电液比例控制液压马达为轴向柱塞变量马达。

4.根据权利要求1所述起重机起吊速度控制装置，其特征在于，对应实测起吊重量获得最大允许起吊速度时，考虑起重机的相关状态参数，包括机械结构件强度、起重机自身重量、起重机重心位置和支腿跨距。

5.根据权利要求1所述的起重机起吊速度控制装置，其特征在于，所述液压泵为可变排量液压泵，所述主控制阀为比例方向控制阀；还具有向所述可变排量液压泵和主控制阀提供先导压力的先导手柄，当其提供的先导压力最大时，可变排量液压泵向液压系统提供最大的液压流量；所述控制器控制所述可变排量液压马达在计算获得的所述最小允许排量下工作。

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