專利名稱：一種臂架行程控制油缸裝置及臂架振動控制系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及工程機械領域，尤其涉及一種臂架行程控制油缸裝置及臂架振動控制系統。
背景技術：
混凝土泵車臂架是典型的柔性多體系統，臂架跨度大，剛度低，固有頻率較低。在實際泵送過程中，臂架系統特別是高節臂段易發生劇烈振動，這種劇烈振動不但影響泵車正常的施工，同時會降低泵車正常使用壽命。臂架產生劇烈振動的主要原因有以下幾個方面臂架姿態復雜多變，不同姿態的臂架系統的固有頻率相差較大，表現為泵車在某些姿態下工作時振動幅度明顯高于穩定工作狀態。當泵送工作油缸和換向油缸的工作頻率與臂架
系統的固有頻率比值在;d <及范圍內時，臂架系統的振動幅值加大，泵車臂架和車體發
生大幅度振動，會使得混凝土澆筑過程不穩定，尾部軟管劇烈振動而造成澆筑位置出現偏差。目前泵車臂架的振動已成為工程機械難以解決的問題之一，現有的混凝土泵車并沒有針對臂架進行有效的振動控制，混凝土泵送過程中，臂架和其輸送管經常處于劇烈振動，嚴重時會造成液壓元件、密封裝置的損壞以及結構連接位置的斷裂。隨著混凝土泵車作業高度的不斷提高，臂架跨度越來越大，臂架輕量化的趨勢，臂架在工作過程中的振動效應越發顯著，為了對泵車施工過程中的穩定性和安全性進行保障，亟需針對泵車臂架與臂架輸送管的振動進行控制。
發明內容
本發明提供一種臂架行程控制油缸裝置及臂架振動控制系統，用以實現對泵車臂架的振動實現有效地控制。本發明實施例提供的一種臂架行程控制油缸裝置，包括用于填充液壓油的第一腔體、位于所述第一腔體中的活塞和連接所述活塞的活塞桿，還包括磁流變阻尼器；所述磁流變阻尼器包括用于填充磁流變液的第二腔體以及位于磁流變液中的線圈；所述線圈纏繞在所述活塞桿上，用于根據輸入的控制信號，驅動所述活塞桿產生與臂架之間相對加速度相反的阻尼力，控制所述臂架之間的相對加速度。本發明實施例提供的一種臂架振動控制系統，包括本發明實施例提供的上述臂架行程控制油缸裝置中的磁流變阻尼器、控制器和安裝在臂架兩端的加速度傳感器，所述控制器分別與加速度傳感器和所述磁流變阻尼器相連；其中所述加速度傳感器，用于檢測臂架之間的相對加速度；所述控制器，用于采集加速度傳感器采集的臂架之間相對加速度的信號；對所述信號進行處理，得到臂架之間的相對位移和相對速度；按照設定的控制算法，計算所述臂架行程控制油缸裝置中磁流變阻尼器的驅動力；根據計算出的所述驅動力的大小，以及所述相對位移和相對速度，確定所述磁流變阻尼器的控制信號；根據確定的控制信號驅動所述磁流變阻尼器；所述磁流變阻尼器，用于根據所述控制器輸入的控制信號，驅動所述臂架行程控制油缸裝置中的活塞桿產生與臂架之間相對加速度相反的阻尼力，控制所述臂架之間的相對加速度。 本發明實施例的有益效果包括本發明實例提供的臂架振動控制系統以及針對臂架振動控制過程設計的臂架行程控制油缸，將磁流變阻尼器的結構融合到了行程控制油缸的具體結構中，并且通過對臂架加速度的采集，獲取臂架之間的相對位移和相對速度，根據預設的控制算法，計算出臂架行程控制油缸裝置中磁流變阻尼器的驅動力，根據計算出的驅動力的大小，以及臂架間相對位移和相對速度，確定磁流變阻尼器的控制信號，通過該控制信號驅動磁流變阻尼器對 臂架行程控制油缸裝置中的活塞桿產生與臂架間相對加速度相反的阻尼力，從而實現了對臂架之間振動的有效控制，保障了具有臂架系統的工程機械在工作時的穩定性和安全性。
此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本發明的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中圖I為本發明實施例提供的臂架行程控制油缸裝置的結構圖之一；圖2為本發明實施例提供的臂架行程控制油缸裝置的結構圖之二 ；圖3為本發明實施例提供的臂架振動控制系統的結構圖；圖4為本發明實施例提供的采用臂架振動控制系統的臂架的示意圖。
具體實施例方式下面結合說明書附圖，對本發明實施例提供的一種臂架行程控制油缸裝置及臂架振動控制系統的具體實施方式
進行說明。首先對本發明實施例提供的臂架行程控制油缸裝置的結構進行詳細地說明。為了能夠實現本發明實施例中磁流變阻尼器對臂架產生與相對加速度相反的阻尼力，本發明實施例對現有技術中控制臂架行程的油缸(簡稱臂架行程控制油缸)的結構進行了改進，將磁流變阻尼器的結構融合到了該行程控制油缸的具體結構中，為了區分原有行程控制油缸的腔體(裝有液壓油)以及磁流變阻尼器(裝有磁流變液)的腔體，在本發明實施例中，為了說明地更清楚，將原有行程控制油缸的腔體稱為第一腔體，將磁流變阻尼器的腔體稱為第二腔體。具體來說，本發明實施例提供的一種新的臂架行程控制油缸裝置，不僅包括用于填充液壓油的第一腔體(即液壓油缸腔體)、位于第一腔體中的活塞和連接活塞的活塞桿，還包括磁流變阻尼器；其中磁流變阻尼器包括用于填充磁流變液的第二腔體以及位于磁流變液中的線圈；該線圈纏繞在于活塞桿上，用于根據輸入的控制信號(例如可以為控制電壓信號、控制電流信號或其他電信號等)，驅動活塞桿產生與臂架之間相對加速度相反的阻尼力，控制臂架之間的相對加速度。上述這種結構，使得磁流變阻尼器能夠與傳統的臂架行程控制油缸串聯起來，磁流變阻尼器能夠在控制信號的驅動下通過對活塞桿施加阻尼力來控制臂架之間的相對加速度。具體地，在本發明實施例中，上述臂架行程控制油缸裝置，在具體實施時，其結構可以有兩種變形方式第一種方式如圖I所示，該結構采用兩級油缸的形式，換言之，臂架行程控制油缸裝置包括油缸，所述油缸包括相互隔離的兩級腔體，依次為用于填充磁流變液的第二腔體101和用于填充液壓油的第一腔體102 ；活塞桿103依次貫穿第二腔體101和第一腔體102，并且其末端與位于第一腔體102中的活塞104相連。第二腔體101中的磁流變液在線圈105磁場作用下可充當阻尼介質具有對臂架振 動控制的功能，而第一腔體102中的液壓油采用的是常用臂架行程控制油缸使用的傳統液壓油，兩者工作原理和作用并不相同，為了保證兩者互相獨立工作，互不干擾，較佳地，在第一腔體102和第二腔體101之間通過密封裝置106將液壓油和磁流變液相隔離。較佳地，如圖I所示，第二腔體101中還可以安裝有蓄能器107，該蓄能器107能夠起到位移限制保護和被動耗能隔振的作用，使得磁流變阻尼器能夠更好地發揮控制臂架振動的作用。第一腔體102采用現有臂架油缸的設計方法，活塞桿103通過第二腔體101之后進入第一腔體102內部，通過所連接的活塞104，實現臂架的各種工作姿態，同時在實現臂架的各種姿態的同時，會根據臂架加速度大小的情況，通過磁流變阻尼器的阻尼作用，減輕臂架的振動。較佳地，本發明實施例中，活塞桿在第一腔體102中的行程，應該大于等于現有臂架系統中臂架行程控制油缸中活塞桿的行程，以保證臂架系統能夠完成各種工作姿態的正常變換。較佳地，為了保證線圈105的長期穩定工作，在線圈105和磁流變液之間應設置密封裝置(圖I中未示意出)，例如在線圈外部包裹一層密封材料等。在第二種方式中，本發明實施例提供的臂架行程控制油缸裝置，未采用兩級油缸的結構形式，而是對傳統活塞桿的結構進行了改進。具體來說，如圖2所示，臂架行程控制油缸裝置的油缸包括第一腔體201，活塞桿202中空，中空部分形成第二腔體203 ；這樣，活塞桿202實際上被分為兩個部分一部分伸入到第二腔體203中(稱為活塞桿的第一部分2021)，活塞桿202除了中空部分的其他部分與第二腔體203的腔體壁連接(活塞桿的第二部分2022)。其中，線圈204纏繞在活塞桿的第一部分2021上，活塞桿的第二部分2022的端部與活塞205相連。在這種方式中，實際上磁流變阻尼器成了活塞桿202的一部分，在臂架發生振動時，活塞桿的第一部分2021會產生相對加速度，通過輸入的到線圈204中的控制信號，可以驅動活塞桿的第一部分2021產生與臂架之間相對加速度相反的阻尼力，從而達到控制臂架振動的目的。較佳地，為了保證第二腔體203的密封性，較佳地，第二腔體203的腔體壁與活塞桿的第二部分2022之間通過密封圈206相連。與第一種方式類似，在第二種方式中，第二腔體203中也可以安裝有蓄能器(圖2中未示意出)，該蓄能器能夠起到位移限制保護和被動耗能隔振的作用，使得磁流變阻尼器能夠更好地發揮控制臂架振動的作用。與第一種方式類似，在第二種方式中，為了保證線圈204的長期穩定工作，在線圈204和磁流變液之間可設置密封裝置。本發明實施例提供的臂架行程控制油缸裝置的上述兩種結構方式，因為其各自不同的結構而具有不同的特點，第一種方式由于采用兩級油缸的方式，設計可以參考現有兩級液壓油缸的方式，缸體的設計的相對簡單容易實現，但缺點是雙級油缸方式會帶來體積龐大，密封性較差的問題。而第二種方式，由于對活塞桿進行了改進，整體結構體積較小，并 且第一腔體和第二腔體之間的密封性較好，彌補了第一種方式的缺點。較佳地，本發明實施例提供的上述臂架行程控制油缸裝置，在具體實施時，可以在泵車臂架的末2-3節臂架之間設置，因為這些部位往往是臂架振動較大的位置。當然，本發明實施例并不限于上述位置，可以根據臂架具體的振動情況，設置在任何需要的地方。基于同一發明構思，本發明實施例還提供了一種臂架振動控制系統，如圖3所示，包括本發明實施例提供的臂架行程控制油缸裝置中磁流變阻尼器301、控制器302和安裝在臂架兩端的加速度傳感器303，控制器302分別與加速度傳感器303和磁流變阻尼器301相連；其中加速度傳感器303，用于檢測臂架之間的相對加速度；控制器302，用于采集加速度傳感器303采集的臂架之間相對加速度的信號；并對該信號進行處理，得到臂架之間的相對位移和相對速度；按照設定的控制算法，計算臂架行程控制油缸裝置中磁流變阻尼器301的驅動力；根據計算出的驅動力的大小，以及臂架之間的相對位移和相對速度，確定磁流變阻尼器301的控制信號；根據確定的控制信號驅動磁流變阻尼器301 ；磁流變阻尼器301，用于根據控制器302輸入的控制信號，驅動臂架行程控制油缸裝置中的活塞桿產生與臂架之間相對加速度相反的阻尼力，控制臂架之間的相對加速度。在上述臂架振動控制系統中，類似地，控制信號可以采用控制電壓信號、控制電流信號或其它電信號等。圖4所示的是使用本發明實施例提供的臂架振動控制系統的工程機械的臂架示意圖，圖4中，臂架的倒數第I節和倒數第2節臂架之間以及倒數第2節和倒數第3節臂架之間安裝了加速度傳感器和磁流變阻尼器。本發明實例提供的臂架振動控制系統以及針對臂架振動控制過程設計的臂架行程控制油缸，將磁流變阻尼器的結構融合到了行程控制油缸的具體結構中，并且通過對臂架加速度的采集，獲取臂架之間的相對位移和相對速度，根據預設的控制算法，計算出臂架行程控制油缸裝置中磁流變阻尼器的驅動力，根據計算出的驅動力的大小，以及臂架間相對位移和相對速度，確定磁流變阻尼器的控制信號，通過該控制信號驅動磁流變阻尼器對臂架行程控制油缸裝置中的活塞桿產生與臂架間相對加速度相反的阻尼力，從而實現了對臂架之間振動的有效控制，保障了具有臂架系統的工程機械在工作時的穩定性和安全性。顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍 之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種臂架行程控制油缸裝置，包括用于填充液壓油的第一腔體、位于所述第一腔體中的活塞和連接所述活塞的活塞桿，其特征在于，還包括磁流變阻尼器； 所述磁流變阻尼器包括用于填充磁流變液的第二腔體以及位于磁流變液中的線圈；所述線圈纏繞在所述活塞桿上，用于根據輸入的控制信號，驅動所述活塞桿產生與臂架之間相對加速度相反的阻尼力，控制所述臂架之間的相對加速度。
2.如權利要求I所述的裝置，其特征在于，所述臂架行程控制油缸裝置的油缸包含相互隔離的兩級腔體，依次為第二腔體和第一腔體； 所述活塞桿貫穿所述第二腔體和第一腔體，并與位于所述第一腔體中的活塞相連。
3.如權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述第一腔體和所述第二腔體之間通過密封裝置隔離。
4.如權利要求I所述的裝置，其特征在于，所述臂架行程控制油缸裝置的油缸包括第一腔體；所述活塞桿中空，中空部分形成所述第二腔體； 所述活塞桿分為伸入第二腔體內的第一部分和與第二腔體的腔體壁連接的第二部分； 所述線圈纏繞在所述活塞桿的第一部分上； 所述活塞桿的第二部分的端部與活塞相連。
5.如權利要求4所述的裝置，其特征在干，所述第二腔體的腔體壁與所述活塞桿的第二部分之間通過密封圈相連。
6.如權利要求1-5任一項所述的裝置，其特征在于，所述第二腔體內還設置有蓄能器。
7.如權利要求1-5任一項所述的裝置，其特征在于，所述線圈和所述磁流變液之間通過密封裝置相隔離。
8.一種臂架振動控制系統，其特征在于，包括如權利要求1-7任一項所述的臂架行程控制油缸裝置中的磁流變阻尼器、控制器和安裝在臂架兩端的加速度傳感器，所述控制器分別與加速度傳感器和所述磁流變阻尼器相連；其中 所述加速度傳感器，用于檢測臂架之間的相對加速度； 所述控制器，用于采集加速度傳感器采集的臂架之間相對加速度的信號；對所述信號進行處理，得到臂架之間的相對位移和相対速度；按照設定的控制算法，計算所述臂架行程控制油缸裝置中磁流變阻尼器的驅動カ；根據計算出的所述驅動力的大小，以及所述相對位移和相対速度，確定所述磁流變阻尼器的控制信號；根據確定的控制信號驅動所述磁流變阻尼器； 所述磁流變阻尼器，用于根據所述控制器輸入的控制信號，驅動所述臂架行程控制油缸裝置中的活塞桿產生與臂架之間相對加速度相反的阻尼力，控制所述臂架之間的相對加速度。
全文摘要
本發明公開了一種臂架行程控制油缸裝置，包括用于填充液壓油的第一腔體、位于第一腔體中的活塞和連接活塞的活塞桿以及磁流變阻尼器，磁流變阻尼器包括用于填充磁流變液的第二腔體以及位于磁流變液中的線圈；線圈纏繞在活塞桿上，用于根據輸入的控制信號，驅動活塞桿產生與臂架之間相對加速度相反的阻尼力，控制臂架之間的相對加速度。本發明還公開了一種臂架振動控制系統，本發明可實現對臂架之間的相對加速度的有效控制，保障了具有臂架系統的工程機械在工作時的穩定性和安全性。
文檔編號E04G21/02GK102767285SQ20121023936
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月11日 優先權日2012年7月11日
發明者劉仰清, 吳德志, 曾光, 朱俊輝, 王惠科 申請人:中聯重科股份有限公司