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            新聞資訊

            混凝土泵車泵車支腿自動調平控制方法

            更新時間:2017-03-02 10:30:04   點擊量:

              混凝土泵車是一種用于輸送水泥混凝土的移動設備,同時也是在公路上行駛的工程機械,其操作使用,如行駛、作業等都有其特殊性。一般情況下,作業前須將泵車按規定要求支撐到位,然后遙控臂架到作業工作,再后才是泵送作業。作業前必須將各支腿伸出支撐車體(含臂架)以確保車體平穩,須保證整機處于水平狀態,整機前后左右水平最大偏差角度不超過3°,即必須對支腿進行找平以防止傾翻。

              現行做法是人工操作,通過人為觀察水平檢測儀或類似偏角檢測顯示儀的偏差數值,然后根據經驗進行支腿升降調整,如此反復操作,在四支腿中找到基本水平面。由于是人工操作,且泵車四支腿分布比較分散,對操作手業務技能需要比較高(重復勞動、可能造成傾翻);一般情況,只有經過嚴格訓練的熟練的操作手能快速、穩定確定水平位置。同時,當支撐面發生變化時,泵車支腿不能及時做出動作響應,也可能造成傾翻。

              在其它工程機械如起重機械、路面機械上也有類似運用。瀝青攤鋪機為確保平整度,一般采用專用控制器及其控制系統,成本相對比較昂貴、且技術不公開;在鐵道養護機械如軌檢儀上,采用傾角傳感器檢測,然后進行系統的數據分析處理的辦法來檢測軌道面的水平情況。

              攤鋪機、軌檢儀僅采用角度檢測,對前者采用了多位置檢測、系統診斷的處理辦法,對后者采用檢測技術加信號放大再用專用編程軟件進行分析;其共同點有:1)控制對象均為活動物體;2)被控對象要求控制精度(指標)比較高;3)找平技術設計比較專業,專業化的控制器或專業分析軟件。

              對泵車支腿找平系統而言,與上述有下述區別:1)泵車定位后為固定狀態,基本不存在動態變化過程;2)找平系統同時可用于防傾翻控制;3)作為非泵送作業技術,控制成本越低越好。

              一種起重機支腿調平裝置提出了用于起重機調平的一種控制實現結構,側重于對硬件結構的描述;自動調平系統的控制算法、一種底盤電業自動調平系統中,均給出了一種自動調平控制方法,但其實現方法、步驟均存在一定難度,且控制策略非最優。

              1.控制方案

              基于以上分析,需要解決以下問題:

              1)如何簡單、快速而準確進行四點確認平面問題;2)如何確認支腿動作順序并進行優化調節;3)如何進行支腿調節;4)如何和現有系統簡單切合。

              為解決上述問題,本論文一種利用簡單檢測+控制算法的找平系統;實現既可降低購置找平系統產品或專業開發所需成本,又可增加產品附加性能并對競爭對手形成技術優勢的找平功能方案:

              1).自動找平法。調整步驟可描述為:

             ?、僖阅骋恢葹閰⒖紝ο?,控制該支腿伸出動作,直至壓力檢測或重力檢測到該支腿受力,延時停止;啟動為手動,動作延續和停止自動;系統自動記錄油缸動作時間t0;

             ?、谇袚Q到自動狀態,系統按與預定支腿同樣的控制方式,即時間t0對余下支腿進行動作控制;

              --如果支撐平面水平,則支腿到位,直接跳到第⑥步;

             ?、巯到y自動將未裝檢測單元支腿收回,至對應檢測信號消失;系統自動記錄油缸動作時間t4;

              --如果其余三點水平,直接跳到第⑤步;

             ?、芟到y根據傾角傳感器檢測到的情況,根據控制邏輯(圖4)進行確定需要調整的支腿,按照調整公式?t=t0*(1-cosα)(公式1)分步進行水平找平;

             ?、菹到y自動將未裝檢測單元支腿按原時間t4進行伸出,然后按照調整公式?t=t0*(1-cosα)(公式1)將該支腿調平;

             ?、尴到y調平,各支腿均受力。結束。

              2).最優控制算法確定主要調節的支腿:

              利用最優控制算法中的動態規劃法(逆向思維法)查找最需要調節的支腿,以確保每一步調節的最優—算法最少、效果最佳,來實現系統調整的最優;利用雙閉環的控制方案(如圖1所示),減少系統調整的波動;

              3).利用時間調整油缸動作快速進行定位:通過對結構和油缸動作特性的分析,建立簡單的時間調整算法(公式),智能進行支腿運動;

              4).建立和泵車控制系統并行的設計方案,易于簡單和現有系統配合動作。

              2.具體實施

              為實現上述找平系統控制,本論文著重闡述:1)如何進行檢測和控制?2)如何確定調整支腿對象?3)如何進行支腿調整等方案。

              2.1 檢測方法

              實現的方式如圖2所示:

              即:采用傾角傳感器檢測+模擬量模塊采集:在車體下部中心位置的左右(橫向)水平方向、前后(縱向)水平方向各安裝一個傾角傳感器;在支腿垂直伸縮動作中,將傾角傳感器檢測的模擬量信號分別采集進泵車控制器模擬量單元。壓力檢測用于判斷支腿伸縮時是否處于受力狀態,也可采用重力檢測的判斷方式。

              2.2 控制方法

              相應地,需要增加傾角傳感器及相關連接、固定單元各2套,增加相應的模擬量單元(SYMC如有剩余,不用增加);對應的控制系統組成如下圖3所示:

              為有效快速實現找平,控制方式分為手動和自動:在手動粗調定位(如第4)支腿期間,事先預定支腿穩定大致位置如80%伸縮量(壓力檢測單元給出允許狀態指示燈),然后切入自動:系統通過PLC運算自動確定剩余(如第1/2/3)支腿動作控制。

              控制方法詳細描述如下:

              1)粗調時,定位(如第4)支腿調整時,支腿伸縮量須能滿足泵車支撐(采用支腿壓力檢測開關檢測,當支腿受到壓力時延時自動停止;同時須考慮現場場地實際情況,以最高點(油缸伸出量最小)為最佳,避免后續調整時支腿出現完全伸出仍不能調節的情況。

              定位后,轉入自動粗調,系統自動調整余下支腿至相同位置。

              2)粗調后,如傳感器檢測到車體存在非水平情況,系統自動進行細調整:首先預先將第4(非檢測)支腿降低(收回)一點,然后按控制規律自動查找最優調整支腿,自動按照調整算法對第1/2/3(檢測)支腿進行找平,最后再次調整第4(非檢測)支腿。

              3)在泵車找平過程(手自動)中,系統給出動態偏差信息、調整方向信息及報警信息;在泵車作業過程中,還可對支腿位置狀態進行動態預警。出現嚴重報警時,須對找平工作重新進行。

              2.3 調整算法

              算法推導

              本論文設計的具體的調整算法可分析如下圖5所示:

              調整算法可如下公式1所示:

              t= t0 *(1-cosα) …調整公式

              --- t0:定位腿動作時間 …系統自動計算

              --- α:傾斜角度(0) …傳感器檢測

              --- t:油缸動作時間(0.1s) …控制參數

              公式1—時間調整算法

              即,根據上述變量很容易將當前的偏差(傾斜角度)通過簡單的時間算法進行調整。

              油缸速度

              為減少系統波動情況,支腿油缸動作(即線速度,由液壓回路確定)越小越有利于系統快速穩定;可在液壓回路設計時增加對支腿油缸節流設計。

              液壓控制采用開關量時間控制或將時間轉化為相應為比例電磁閥調節控制都是易于實現的。

              3. 結論

              本論文提出的制動調平算法具有以下特點:

              1)利用簡單檢測技術和智能控制算法,實現支腿的自動找平控制和自動放傾翻控制,降低人工操作、提高泵車穩定性。

              2)具備手自動找平功能,在找平過程中動態給出找平指示,便于操作和及時人工干預;在泵送過程中,給予及時預警和控制;

              3)定位支腿任意確定(最高位—油缸伸出量最小最佳)可確定粗調整;細調整時采用最優控制理念實現最小步驟的高效支腿確定方案,避免調整對象不確定的反復操作性,確保系統穩定性。

              4)利用簡單的時間控制算法進行開關量液壓電磁閥動作,穩定將支腿調節至設計平衡狀態;液壓支腿速度可設置節流裝置進行調節。同時,也可將時間關系轉換為采用比例閥控制的模式;

              5)易于和原系統集成,增加檢測單元和算法即可;可應用于與泵車類似找平情況如起重機系統。

              綜上所述,本算法是一種最優的、易于實現的控制策略,可很好解決現有手動調平的不足和提高設備的使用安全系數。當然,具體的程序實現,如調節算法可再行深入,在此僅拋磚引玉。


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