一種基于臂架約束的高空作業(yè)車調(diào)平系統(tǒng)及控制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及工程機械技術領域，具體涉及一種基于臂架約束的高空作業(yè)車調(diào)平系 統(tǒng)及控制方法。
【背景技術】
[0002] 大高度高空作業(yè)車既要求有大的作業(yè)空間，又要求有較快的升降速度，同時對作 業(yè)的連貫性和調(diào)平精度也提出了很高的要求。常見作業(yè)平臺的調(diào)平方式包括自重式、機械 式、靜液壓式、電液式等多種，前三種調(diào)平方法存在調(diào)平精度低、滯后大，并受作業(yè)高度和服 役時間等因素的影響，故無法滿足大高度、大空間的作業(yè)要求。電液調(diào)平方式融合了電氣控 制和液壓傳動的優(yōu)點，克服了傳統(tǒng)調(diào)平方式的不足，響應速度快、控制精度較高、適應于非 結(jié)構(gòu)工況環(huán)境，滿足大空間、混合臂高空作業(yè)平臺的調(diào)平技術要求，具有廣闊的應用前景。
[0003] 除上述控制和調(diào)平性能要求外，實際應用中的大高度高空作業(yè)車，特別是混合臂 作業(yè)平臺，其作業(yè)空間越大所需的舉升幅角也越大，這就要求調(diào)平系統(tǒng)輸出較大的調(diào)平角 以平衡臂架舉升所引起的平臺傾斜。而現(xiàn)有的作業(yè)平臺調(diào)平機構(gòu)多采用四連桿結(jié)構(gòu)，受機 械約束和調(diào)平液壓缸擺角所限，輸出調(diào)平角通常不超過180°，難以滿足大空間下臂架舉升 時的調(diào)平要求。因此，保證輸出調(diào)平角與臂架舉升所引起的平臺傾斜量相匹配是高空作業(yè) 車調(diào)平系統(tǒng)需解決的首要問題。
[0004] 專利ZL 201320563219. 3提出的一種混合臂架高空作業(yè)車的自動調(diào)平系統(tǒng)、作業(yè) 車，雖然解決了雙級伸縮帶飛臂的混合臂式高空作業(yè)車作業(yè)中調(diào)平液壓缸輸出擺角受限的 問題，實現(xiàn)了臂架變幅角在260°的大空間范圍內(nèi)工作平臺的調(diào)平功能，但是，由于在臂架 舉升過程中存在包括下支臂變幅、上支臂變幅、飛臂變幅及工作平臺調(diào)平間的多動作組合， 易引起調(diào)平回路流量供給的不足，產(chǎn)生調(diào)平響應滯后，影響系統(tǒng)的控制精度。此外，采用雙 級調(diào)平時，存在前后調(diào)平控制對象的不同，當操作人員反應不及時，臂架易碰撞到周圍障礙 物。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種基于臂架約束的高空作業(yè)車調(diào)平系統(tǒng) 及控制方法，適用于大空間作業(yè)場合。
[0006] 為了達到上述目的，一種基于臂架約束的高空作業(yè)車調(diào)平系統(tǒng)，包括下支臂、上支 臂、飛臂和工作臺，下支臂通過下支臂變幅系統(tǒng)與地面鉸接，下支臂通過上支臂變幅系統(tǒng)與 上支臂鉸接，上支臂通過飛臂變幅系統(tǒng)與飛臂鉸接，工作臺通過工作臺調(diào)平系統(tǒng)與飛臂鉸 接；
[0007] 所述下支臂上設置有下支臂轉(zhuǎn)角傳感器，上支臂上設置有上支臂轉(zhuǎn)角傳感器，飛 臂上設置有飛臂轉(zhuǎn)角傳感器，工作臺上設置有傾角傳感器，下支臂轉(zhuǎn)角傳感器、上支臂轉(zhuǎn)角 傳感器、飛臂轉(zhuǎn)角傳感器和轉(zhuǎn)角傳感器均連接有約束控制器，約束控制器分別連接下支臂 變幅系統(tǒng)、上支臂變幅系統(tǒng)和飛臂變幅系統(tǒng)，傾角傳感器與工作臺調(diào)平系統(tǒng)連接。
[0008] 所述工作臺調(diào)平系統(tǒng)包括與傾角傳感器連接的控制放大器，控制放大器連接有工 作臺電液比例換向閥，工作臺電液比例換向閥的右位通過雙向平衡閥的右位驅(qū)動工作平臺 調(diào)平液壓缸的無桿腔，工作臺電液比例換向閥的左位通過雙向平衡閥的左位驅(qū)動工作平臺 調(diào)平液壓缸的有桿腔，工作平臺調(diào)平液壓缸的缸體鉸接在飛臂的內(nèi)部，飛臂上鉸接有第三 擺桿的一端，工作臺鉸接有第三連桿的一端，工作平臺調(diào)平液壓缸的活塞桿與第三擺桿的 一端和第三連桿的一端共同鉸接于點C。
[0009] 所述下支臂變幅系統(tǒng)包括與約束控制器連接的放大器，放大器還連接有下支臂電 液比例換向閥，下支臂電液比例換向閥通過下支臂平衡閥驅(qū)動下支臂變幅液壓缸，下支臂 變幅液壓缸一端與地面鉸接，下支臂變幅液壓缸的活塞桿與下支臂鉸接；
[0010] 所述上支臂變幅系統(tǒng)包括與約束控制器連接的放大器，放大器還連接有上支臂電 液比例換向閥，上支臂電液比例換向閥通過上支臂平衡閥驅(qū)動上支臂變幅液壓缸，上支臂 變幅液壓缸的缸體鉸接在下支臂的內(nèi)部，下支臂上鉸接有第一擺桿的一端，上支臂上鉸接 有第一連桿的一端，支臂變幅液壓缸的活塞桿與第一擺桿的另一端和第一連桿的另一端共 同鉸接于點A ;
[0011] 所述飛臂變幅系統(tǒng)包括與約束控制器連接的放大器，放大器還連接有飛臂電液比 例換向閥，飛臂電液比例換向閥通過飛臂平衡閥驅(qū)動飛臂變幅液壓缸，飛臂變幅液壓缸的 缸體鉸接在上支臂的內(nèi)部，上支臂上鉸接有第二擺桿的一端，飛臂上鉸接有第二連桿的一 端，飛臂變幅液壓缸的缸桿與第二擺桿的另一端和第二連桿的另一端共同鉸接于點B。
[0012] 所述約束控制器與三個電液控制閥之間連接有變幅集成手柄。
[0013] 一種基于臂架約束的高空作業(yè)車調(diào)平系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：
[0014] 執(zhí)行步驟001 :采集當前時刻的下支臂轉(zhuǎn)角傳感器、上支臂轉(zhuǎn)角傳感器、飛臂轉(zhuǎn)角 傳感器和工作臺傾角傳感器的數(shù)據(jù)，記錄為i時刻的下支臂、上支臂和飛臂三個臂架轉(zhuǎn)角 與工作臺傾角信號；
[0015] 執(zhí)行步驟002 :下支臂轉(zhuǎn)角傳感器、上支臂轉(zhuǎn)角傳感器、飛臂轉(zhuǎn)角傳感器將各臂架 在變幅過程中的轉(zhuǎn)角信號反饋給約束控制器，計算當前時刻三臂架的轉(zhuǎn)角之和Φ ?;
[0016] 執(zhí)行步驟003 :將原"i時刻轉(zhuǎn)角和寄存器"中的值移位寄存至"i-1時刻轉(zhuǎn)角和寄 存器"，并更新" i時刻轉(zhuǎn)角和寄存器"中的值為Φ i;
[0017] 執(zhí)行步驟004:工作臺的傾角Θ與工作臺水平位進行比較，判斷平臺傾角是否在 ±5°的范圍內(nèi)，若是，則結(jié)束調(diào)平，即不進行調(diào)平動作，若否，則進行調(diào)平工作；
[0018] 執(zhí)行步驟005 :判斷臂架轉(zhuǎn)角和Oi是否在[0°，180° ]容許的范圍內(nèi)，若是，則 執(zhí)行工作臺自動調(diào)平系統(tǒng)II，若否執(zhí)行臂架約束控制系統(tǒng)I ;
[0019] 于臂架約束控制系統(tǒng)I中，為使論述更為明確，現(xiàn)對調(diào)平余角進行定義。調(diào)平余角 指工作臺最大或最小輸出調(diào)平角與當前輸出調(diào)平角間的差值，該值為正表示工作臺還可順 時針轉(zhuǎn)動輸出相應值的調(diào)平角，為負則剛好相反。具體執(zhí)行過程如下：
[0020] 執(zhí)行步驟201 :判斷臂架轉(zhuǎn)角和〇,是否大于180°，即判斷當飛臂姿態(tài)是否處于 舉升過程中的調(diào)平角上極限輸出位置，若是，執(zhí)行步驟202,若否，執(zhí)行212,即判斷當前臂 架姿態(tài)處于下降過程中的調(diào)平角的下極限輸出位置；
[0021] 執(zhí)行步驟202 :計算i時刻的轉(zhuǎn)角和〇1與i-ι時刻的轉(zhuǎn)角和Φ H之差是否大于 〇,即判斷臂架是否仍有向上舉升的趨勢，若是，則依次執(zhí)行步驟203和步驟204,否時，執(zhí)行 工作臺自動調(diào)平系統(tǒng)π;
[0022] 執(zhí)行步驟203 :約束控制器限制下支臂、上支臂和飛臂的舉升動作；
[0023] 執(zhí)行步驟204 :強制要求降低任一臂架進行回落，以釋放工作臺調(diào)平余角，直至 0° <Φ〈180°，解除限制并繼續(xù)臂架舉升動作，此時工作臺調(diào)平系統(tǒng)通過對之前釋放的調(diào) 平余角的調(diào)整與臂架變幅引起的平臺傾角再次相匹配；
[0024] 執(zhí)行步驟212 :判斷i-Ι時刻的轉(zhuǎn)角和Φη是否小于0°，若是，依次執(zhí)行步驟213 和步驟214,否則，執(zhí)行工作臺自動調(diào)平系統(tǒng)II ;
[0025] 執(zhí)行步驟213 :約束控制器限制下支臂、上支臂及飛臂的降低動作；
[0026] 執(zhí)行步驟214:強制要求舉升三臂架，以釋放調(diào)平余角，直至0° <Φ〈180°，解除 限制并繼續(xù)臂架的下降動作，工作臺調(diào)平系統(tǒng)同樣通過對先前釋放的調(diào)平余角的調(diào)整實現(xiàn) 與臂架變幅引起的平臺傾角再次相平衡；
[0027] 于工作臺自動調(diào)平系統(tǒng)II中：
[0028] 執(zhí)行步驟101 :判斷工作臺傾角傳感器的反饋信號Θ是否為正值，若此值為正，執(zhí) 行步驟102,若否，執(zhí)行步驟103 ;
[0029] 步驟102 :工作臺電液比例換向閥右位得電，工作平臺調(diào)平液壓缸的無桿腔進油， 帶動四連桿機構(gòu)驅(qū)動工作臺繞鉸點順時針轉(zhuǎn)動，減小正向傾角；
[0030] 步驟103 :工作臺電液比例換向閥左位得電，工作平臺調(diào)平液壓缸的有桿腔進油， 帶動四連桿機構(gòu)驅(qū)動工作臺17繞鉸點逆時針轉(zhuǎn)動，減小負向傾角；
[0031] 在調(diào)平過程中，傾角傳感器不斷反饋工作臺傾角信號Θ，執(zhí)行步驟104,將工作臺 傾角信號Θ與工作臺水平位進行比較，判斷平臺傾角是否在±5°的范圍內(nèi)，若是，調(diào)平結(jié) 束，若否，返回執(zhí)行步驟101，直至調(diào)平結(jié)束。
[0032] 與現(xiàn)有技術相比，基于臂架約束的高空作業(yè)車調(diào)平系統(tǒng)采用電液比例調(diào)平方式， 通過約束控制器約束或解鎖各臂架的舉升動作，在大空間范圍內(nèi)，如臂架舉升幅角在0~ 260°范圍，通過傳感器采集配合約束控制器控制臂架的變幅，實現(xiàn)工作平臺的自動調(diào)平功 能，同時解決組合動作可能導致的調(diào)平流量供給不足，使舉升過程中調(diào)平系統(tǒng)快速、安全、 穩(wěn)定地工作。
[0033] 進一步的，本發(fā)明設置有變幅集成手柄，能手動調(diào)節(jié)臂架的變幅，方便人工操作。
[0034] 基于臂架約束的高空作業(yè)車調(diào)平系統(tǒng)的控制方法，采用臂架約束控制方法，通過 傳感器采樣后送入變幅系統(tǒng)和調(diào)平系統(tǒng)進行對臂架的約束與控制，解決了在工作臺輸出較 小調(diào)平角（最大180° )而臂架舉升產(chǎn)生較大變幅角（最大260° )時作業(yè)平臺的調(diào)平功 能，既可實現(xiàn)工作臺在大空間舉升空間內(nèi)舉升時工作臺調(diào)平功能，又通過臂架的約束控制 實現(xiàn)臂的舉升幅角和與較小的調(diào)平輸出角相匹配，有效降低了調(diào)平輸出的難度，同時臂架 啟停與工作臺自動調(diào)平系統(tǒng)的啟停相一致，調(diào)平滯后性小，此外，工作臺作為單一控制對 象，控制系統(tǒng)簡單易于實施。
【附圖說明】
[0035] 圖1為基于臂架約束的高空作業(yè)車調(diào)平系統(tǒng)控制框圖；
[0036] 圖2為基于臂架約束的高空作業(yè)車調(diào)平系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037] 圖3為基于臂架約束的高空作業(yè)車的調(diào)平系統(tǒng)控制流程圖。
【具體實施方式】
[0038] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。
[0039] 參見圖1和圖2, 一種基于臂架約束的高空作業(yè)車調(diào)平系統(tǒng)，包括下支臂1、上支臂 7、飛臂13和工作臺17,下支臂1通過下支臂變幅系統(tǒng)與地面鉸接，下支臂1通過上支臂變 幅系統(tǒng)與上支臂7鉸接，上支臂7通過飛臂變幅系統(tǒng)與飛臂13鉸接，工作臺17通過工作臺 調(diào)平系統(tǒng)與飛臂13鉸接；
[0040] 下支臂1上設置有下支臂轉(zhuǎn)角傳感器4,上支臂7上設置有上支臂轉(zhuǎn)角傳感器8， 飛臂13上設置有飛臂轉(zhuǎn)角傳感器12,工作臺17上設置有傾角傳感器18,下支臂轉(zhuǎn)角傳感 器4、上支臂轉(zhuǎn)角傳感器8和飛臂轉(zhuǎn)角傳感器12均連