本實用新型涉及正面吊設(shè)備制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種正面吊大臂自適應(yīng)控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

正面吊是一種用于集裝箱裝卸、堆碼和搬運作業(yè)的工程車輛，發(fā)動機功率除了供給行走外，還配有兩個主變量泵，提供液壓給大臂、吊具和轉(zhuǎn)向油缸所用。為降低操作者的勞動強度，并提高設(shè)備的安全性能，需有一套集電氣和液壓于一體的良好控制系統(tǒng)，而里面以大臂的自適應(yīng)控制系統(tǒng)最為重要，而現(xiàn)有技術(shù)下還沒有一種能實現(xiàn)根據(jù)不同的載荷重量，要求發(fā)動機能夠提供合適的轉(zhuǎn)速及扭矩，變量泵提供適當(dāng)?shù)呐帕浚龅焦β屎团帕孔赃m應(yīng)匹配，而且當(dāng)荷載突變，系統(tǒng)需能起到防發(fā)動機失速作用的控制系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決存在的技術(shù)問題，本實用新型提供一種正面吊大臂自適應(yīng)控制系統(tǒng)。

本實用新型解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：正面吊大臂自適應(yīng)控制系統(tǒng)，包括液壓動力泵、節(jié)流閥、壓力傳感器、大臂驅(qū)動執(zhí)行器，還包括LS控制器，所述LS控制器包括LS減壓閥、電比例減壓閥、液壓動力泵調(diào)整機構(gòu)，液壓動力泵的輸出端通過節(jié)流閥與大臂驅(qū)動執(zhí)行器相連，所述的液壓動力泵為變量柱塞泵，變量柱塞泵內(nèi)設(shè)置的斜盤的旋轉(zhuǎn)軸的一端與液壓動力泵調(diào)整機構(gòu)傳動連接，通過調(diào)節(jié)斜盤的傾斜角度從而控制變量柱塞泵的排量，LS減壓閥與液壓動力泵調(diào)整機構(gòu)通過液壓管實現(xiàn)液壓傳動連接，電比例減壓閥與LS減壓閥之間通過導(dǎo)線電性連接，LS減壓閥與液壓動力泵的輸出端的壓力傳感器電連接，大臂驅(qū)動執(zhí)行器端的壓力傳感器與LS減壓閥電連接，電比例減壓閥的輸入端和LS減壓閥的輸入端均與液壓動力泵的輸出端相連，電比例減壓閥的輸出端和LS減壓閥的輸出端均與液壓油箱連通，通過大臂驅(qū)動執(zhí)行器端的壓力傳感器與液壓動力泵的輸出端的壓力傳感器雙邊傳送信號的平衡關(guān)系，使液壓動力泵調(diào)整機構(gòu)動作進(jìn)而變量柱塞泵的排量，調(diào)整變量柱塞泵輸出端的壓力和大臂驅(qū)動執(zhí)行器端的負(fù)載壓力，形成閉環(huán)反饋系統(tǒng)，實現(xiàn)自動控制調(diào)節(jié)變量柱塞泵的排量。

本實用新型進(jìn)一步提供的正面吊大臂自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其還包括帶ECU控制的液壓動力泵發(fā)動機、電控單元，LS控制器與液壓動力泵發(fā)動機ECU電性連接，通過對液壓動力泵發(fā)動機ECU反饋的液壓動力泵發(fā)動機實際轉(zhuǎn)速和電控單元發(fā)出的TSC1轉(zhuǎn)速請求進(jìn)行比較，檢測到液壓動力泵發(fā)動機的失速情況，經(jīng)過電控單元PID反饋調(diào)節(jié)計算后發(fā)出動態(tài)的ΔPLS信號給LS控制器的電比例減壓閥改變節(jié)流閥兩端的壓降，輸出控制壓力到LS減壓閥右邊閥芯，使閥芯左移，液壓動力泵斜盤擺角變小，限制液壓動力泵的排量，減小扭矩，從而保證液壓動力泵發(fā)動機不過載，直至恢復(fù)TSC1轉(zhuǎn)速，防止液壓動力泵發(fā)動機過載熄火。

本實用新型在降低操作者的勞動強度方面，起吊集裝箱時，根據(jù)不同的載荷重量，要求發(fā)動機能夠提供合適的轉(zhuǎn)速及扭矩，變量泵提供適當(dāng)?shù)呐帕浚龅焦β屎团帕孔赃m應(yīng)匹配，大大節(jié)約驅(qū)動燃油，節(jié)能環(huán)保，而且當(dāng)荷載突變，系統(tǒng)需能起到防發(fā)動機失速作用，而這些全然不需要操作者操心；在安全性能方面，防傾覆至關(guān)重要，系統(tǒng)可根據(jù)載荷重量，自動限制大臂的伸縮和傾斜范圍。

附圖說明

圖1為本實用新型的LS控制器控制原理圖；

圖2為本實用新型的LS控制器控制連接結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實用新型實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1-液壓動力泵；2-節(jié)流閥；3-液壓動力泵發(fā)動機；4-大臂驅(qū)動執(zhí)行器；5-LS控制器；5.1-LS減壓閥；5.2-電比例減壓閥；5.3-液壓動力泵調(diào)整機構(gòu)；6-電控單元。

具體實施方式

如圖1、圖2所示的正面吊大臂自適應(yīng)控制系統(tǒng)，包括液壓動力泵1、節(jié)流閥2、壓力傳感器、大臂驅(qū)動執(zhí)行器4，還包括LS控制器5，所述LS控制器5包括LS減壓閥5.1、電比例減壓閥5.2、液壓動力泵調(diào)整機構(gòu)5.3，液壓動力泵1的輸出端通過節(jié)流閥2與大臂驅(qū)動執(zhí)行器4相連，所述的液壓動力泵1為變量柱塞泵，變量柱塞泵內(nèi)設(shè)置的斜盤的旋轉(zhuǎn)軸的一端與液壓動力泵調(diào)整機構(gòu)5.3傳動連接，通過調(diào)節(jié)斜盤的傾斜角度從而控制變量柱塞泵的排量，LS減壓閥5.1與液壓動力泵調(diào)整機構(gòu)5.3通過液壓管實現(xiàn)液壓傳動連接，電比例減壓閥5.2與LS減壓閥5.1之間通過導(dǎo)線電性連接，LS減壓閥5.1與液壓動力泵1的輸出端的壓力傳感器電連接，大臂驅(qū)動執(zhí)行器4端的壓力傳感器與LS減壓閥5.1電連接，電比例減壓閥5.2的輸入端和LS減壓閥5.1的輸入端均與液壓動力泵1的輸出端相連，電比例減壓閥5.2的輸出端和LS減壓閥5.1的輸出端均與液壓油箱連通，通過大臂驅(qū)動執(zhí)行器4端的壓力傳感器與液壓動力泵1的輸出端的壓力傳感器雙邊傳送信號的平衡關(guān)系，使液壓動力泵調(diào)整機構(gòu)5.3動作進(jìn)而變量柱塞泵的排量，調(diào)整變量柱塞泵輸出端的壓力和大臂驅(qū)動執(zhí)行器4端的負(fù)載壓力，形成閉環(huán)反饋系統(tǒng)，實現(xiàn)自動控制調(diào)節(jié)變量柱塞泵的排量。

所述的大臂驅(qū)動執(zhí)行器4端的壓力傳感器與液壓動力泵1的輸出端的壓力傳感器雙邊傳送信號的平衡關(guān)系具體為在LS減壓閥處5.1的壓力調(diào)節(jié)彈簧設(shè)定一個固定壓差，變量柱塞泵的輸出流量取決于節(jié)流閥2流口的通流面積A和其兩端的壓降ΔP，ΔP等于變量柱塞泵輸出端壓力與大臂驅(qū)動執(zhí)行器端的壓力之差，在LS控制器的作用下，ΔP始終與預(yù)設(shè)的固定壓差保持一致，即LS減壓閥保持平衡；根據(jù)流量公式：L＝K×A×ΔP；K為系數(shù)，流量L與通流面積A和壓降ΔP成正比例關(guān)系，當(dāng)驅(qū)動的大臂驅(qū)動執(zhí)行器數(shù)量變多時，即通流面積A發(fā)生變大，在瞬時L不變的情況下，LS減壓閥處的壓力變大，壓降ΔP變小，低于壓力調(diào)節(jié)彈簧壓差，LS減壓閥右移，變量柱塞泵排量加大，變量柱塞泵出口壓力也跟著增大，直至ΔP與壓力調(diào)節(jié)彈簧壓差恢復(fù)平衡；當(dāng)大臂驅(qū)動執(zhí)行器數(shù)量變少時，即通流面積A發(fā)生變小，在瞬時L不變的情況下，LS減壓閥處的壓力變小，壓降ΔP變大，高于壓力調(diào)節(jié)彈簧壓差，LS減壓閥左移，變量柱塞泵排量減小，變量柱塞泵輸出端壓力也跟著減小，直至ΔP與壓力調(diào)節(jié)彈簧壓差恢復(fù)平衡，負(fù)載的變化使ΔP偏離壓力調(diào)節(jié)彈簧壓差，進(jìn)而使LS減壓閥兩邊失去平衡，由此調(diào)節(jié)變量柱塞泵的閥芯開度，變量柱塞泵的排量和輸出端壓力自動做相應(yīng)改變，最終又使ΔP和壓力調(diào)節(jié)彈簧壓差保持平衡，形成閉環(huán)反饋系統(tǒng)，實現(xiàn)排量的自動補償。

所述的正面吊大臂自適應(yīng)控制系統(tǒng)還包括帶ECU控制的液壓動力泵發(fā)動機3、電控單元6，LS控制器5與液壓動力泵發(fā)動機3的ECU電性連接，通過對液壓動力泵發(fā)動機3的ECU反饋的液壓動力泵發(fā)動機3實際轉(zhuǎn)速和電控單元6發(fā)出的TSC1轉(zhuǎn)速請求進(jìn)行比較，檢測到液壓動力泵發(fā)動機3的失速情況，經(jīng)過電控單元PID反饋調(diào)節(jié)計算后發(fā)出動態(tài)的ΔPLS信號給LS控制器5的電比例減壓閥5.2改變節(jié)流閥2兩端的壓降，輸出控制壓力到LS減壓閥5.1右邊閥芯，使閥芯左移，液壓動力泵1的斜盤擺角變小，限液壓動力制泵1的排量，減小扭矩，從而保證液壓動力泵發(fā)動機3不過載，直至恢復(fù)TSC1轉(zhuǎn)速，防止液壓動力泵發(fā)動機3過載熄火。

如圖3為了正面吊大臂垂直起升，通過電比例控制方式，正面吊大臂的伸縮和起升由操作手柄電比例控制，手柄前后左右擺動分別控制大臂的下降起升縮回和伸出。手柄采用電位計將擺動角度等比例轉(zhuǎn)換成電壓信號，電壓信號經(jīng)過控制器一系列換算和計算后輸出等比例的電流信號給電比例先導(dǎo)閥，電比例先導(dǎo)閥輸出比例先導(dǎo)壓力給比例流量控制閥，調(diào)節(jié)節(jié)流閥的通流面積A，控制流量，從而實現(xiàn)操作手柄對正面吊大臂起升和伸縮速度的無極控制。與此同時，控制器還將手柄的電壓信號換算成0-100％，并通過J1939協(xié)議TSC1轉(zhuǎn)速請求通道將該信號發(fā)送給發(fā)動機ECU，發(fā)動機響應(yīng)相應(yīng)的轉(zhuǎn)速，提供相應(yīng)的轉(zhuǎn)速和扭矩。

正面吊在實際使用中要求正面吊大臂可以垂直起升，實現(xiàn)正面吊大臂垂直起升的關(guān)鍵在于控制器PID通道和電比例控制技術(shù)的融合應(yīng)用。

進(jìn)入垂直起升模式時，正面吊大臂起升的信號依然由手柄電比例控制輸出，而大臂的伸出信號則由PID控制輸出。PID目標(biāo)值為垂直起升開始時刻集裝箱的離前輪的中心距Z，測量值為經(jīng)過對大臂長度X和角度a的實時測量和換算得來的中心距Z’，得出偏差ΔZ，偏差經(jīng)PID比例積分和微分環(huán)節(jié)計算后獲得調(diào)節(jié)信號Ex，調(diào)節(jié)信號Ex等比例換算成電流信號傳輸給大臂伸縮電比例先導(dǎo)閥，控制正面吊大臂伸縮，使起升的同時集裝箱中心距保持不變，實現(xiàn)垂直起升。

正面吊在吊運集裝箱時，不同重量的集裝箱都必須要有相應(yīng)的中心半徑Z限制，否則如果貨物對前輪的力矩操過了車體對前輪的力矩，就會發(fā)生前翻。實際操作中，當(dāng)貨物即將操過限制的中心半徑時，控制器就會限制大臂的下降和伸出，以保證安全。以下是控制器的控制計算步驟：

1.中心半徑計算

控制器實時接收長度傳感器和角度傳感器發(fā)送的電壓信號，并換算成大臂伸出量X和大臂傾斜角度a，再配合幾個設(shè)備的固定尺寸量，經(jīng)過計算便可得出載荷中心半徑Z。

2.貨物重量的計算

如圖4，大臂和車架的旋轉(zhuǎn)點上有三個逆時針扭矩和一個順時針扭矩，四個扭矩關(guān)系如下：

F×S＝T1+T2+T0

貨物的重量就是通過這個關(guān)系式推導(dǎo)計算得出。

其中：F是傾斜油缸的支撐力，S是F的力臂，F(xiàn)由壓力傳感器獲取的傾斜油缸油液壓力換算得到，S由大臂傾角及一些固定尺寸推導(dǎo)計算。

T0是貨物的扭矩，T0＝G0×S0，G0即為貨物的重量，S0為貨物重心到旋轉(zhuǎn)點的垂直力臂。

T1是固定臂的扭矩，T1＝G1×S1，G1為固定臂重量，S1為固定臂重心到旋轉(zhuǎn)點的垂直力臂。

T2是移動臂的扭矩，T2＝G2×S2，G2為移動臂重量，S2為移動臂重心到旋轉(zhuǎn)點的垂直力臂。

以上公式中的參數(shù)除了要求解的貨物重量外，其余都能由已知條件和測量量計算得到，當(dāng)然以上力矩平衡公式只是計算的基本原理，簡化了計算過程，實際上為得到精準(zhǔn)的重量，控制程序計算過程要復(fù)雜得多，既要考慮的發(fā)動機轉(zhuǎn)速對油缸壓力的影響，還要考慮使用中風(fēng)力的影響等等。

3.中心半徑對應(yīng)安全載荷查詢表

通過穩(wěn)定性計算，得出各個載荷中心距對應(yīng)的安全載荷重量G’，并在控制器的程序里面形成一個中心半徑-重量表(Z-G’)以供查詢(如下表)，表格里面取幾個確定的中心半徑對應(yīng)的安全載荷重量，程序運行時根據(jù)載荷當(dāng)前的中心半徑和大臂伸出量，自動查詢表格后取中間量自動算出當(dāng)前中心半徑對應(yīng)的安全載荷重量G’。

4.大臂下降和伸出操作的限制

計算出中心半徑對應(yīng)的安全重量G’和貨物重量G0后，控制器實時對兩者進(jìn)行比較，安全重量G’根據(jù)大臂伸出量和傾斜角度時刻在變化，當(dāng)貨物重量即將超過安全重量時，控制器立即發(fā)出指令，限制大臂下降和伸出操作。

1、系統(tǒng)采用電比例技術(shù)，根據(jù)手柄的擺動角度，發(fā)動機提供相應(yīng)的轉(zhuǎn)速，液壓系統(tǒng)比例閥改變相應(yīng)的節(jié)流口大小，進(jìn)而等比例地控制油缸動作的快慢，操作舒適簡單，柔和順暢，減少操作者勞動強度。

2、采用高可靠性的負(fù)載傳感變量泵，可自動感應(yīng)負(fù)載情況，調(diào)節(jié)泵的排量，減小發(fā)動機功率浪費，起到很好的節(jié)能減排作用。

3、通過使用長度傳感器、角度傳感器和壓力傳感器以及控制器的一系列算法，計算出貨物重量，并很好地實現(xiàn)設(shè)備的防傾覆安全要求，可靠性高，經(jīng)濟性好。

4、根據(jù)控制器監(jiān)測到的發(fā)動機失速狀況，采用電氣越權(quán)信號減小泵排量，進(jìn)而減小泵的扭矩，使發(fā)動機迅速恢復(fù)轉(zhuǎn)速，防止失速。

5、采用控制器對系統(tǒng)信號的集中控制處理，并部分采用CAN總線信號傳輸，使設(shè)計需求成為可能，并極大地減少了物理電路系統(tǒng)，提高系統(tǒng)可靠性以及可維護性。

6、參數(shù)可調(diào)性，比如可以調(diào)節(jié)發(fā)動機最低怠速轉(zhuǎn)速、PID通道的參數(shù)值等等，同時，還可根據(jù)操作習(xí)慣調(diào)整手柄擺動對應(yīng)的油缸動作速度。

從以上的控制過程可以看出，操作者只需要根據(jù)自己的意愿操控手柄來控制大臂的動作，系統(tǒng)可自動提供功率來響應(yīng)操作快慢，并自動防止因過載而熄火，而且根據(jù)荷載大小自動限制動作范圍，大大降低了操作者的勞動強度和技能要求，操作安全舒適。

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本實用新型不限于上述示范性實施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本實用新型的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本實用新型。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本實用新型的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本實用新型內(nèi)。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。