符 智，李海亮，朱 俊

（三一重工股份有限公司，湖南 長沙 414000）

在現(xiàn)代建筑施工中，混凝土泵車已經(jīng)在建造高層建筑、橋梁以及地下工程中得到了廣泛應(yīng)用。作為混凝土泵車的核心部分［1］，混凝土泵車臂架系統(tǒng)通常由多節(jié)臂架及之間的臂架油缸、連桿、鉸接軸等組成，每兩節(jié)臂架和其連桿構(gòu)成四桿機(jī)構(gòu)，由油缸驅(qū)動完成展開、收攏及旋轉(zhuǎn)等動作。根據(jù)四桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，當(dāng)臂架油缸以恒定速度驅(qū)動時(shí)，由于展開角度的變化，導(dǎo)致臂架本身轉(zhuǎn)動速度變化，臂架運(yùn)行過程中出現(xiàn)快開快收的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象會導(dǎo)致：（1）操作員在操作臂架運(yùn)行時(shí)，由于臂架運(yùn)動速度的變化，提高了操作難度，增加了操作過程的不確定性；（2）臂架運(yùn)行速度的變化增大了臂架運(yùn)行時(shí)的振動［2］，降低了臂架的結(jié)構(gòu)可靠性，增加了臂架運(yùn)動過程的危險(xiǎn)性。

目前國內(nèi)外對于臂架穩(wěn)定性的研究主要集中在減小臂架運(yùn)動啟動與停止時(shí)的慣性力及油缸運(yùn)動穩(wěn)定性方面。如胡鵬法［3］等人通過改善油缸伸縮控制策略，提高油缸同步穩(wěn)定性，減小啟動及停機(jī)時(shí)的慣性力，但其并沒有對臂架運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。對于泵車臂架振動的研究主要集中在泵送過程中液壓換向沖擊導(dǎo)致的振動，對臂架收攏與展開過程中的振動研究及慣性研究較少，如王佳茜［4］等人提出利用偏移控制抑制臂架在泵送過程中的振動。吳智勇［5］等人提出基于時(shí)滯補(bǔ)償?shù)幕炷帘奂軠p震方法。

針對以上問題，文章利用Adams多體動力學(xué)仿真軟件，模擬臂架勻速運(yùn)動時(shí)油缸速度與臂架展開角對應(yīng)關(guān)系，加裝臂架展開角傳感器，提出一種對臂架展開角實(shí)時(shí)監(jiān)測，利用油缸速度-臂架展開角對應(yīng)曲線進(jìn)行閉環(huán)反饋控制，通過調(diào)節(jié)電磁閥電流，實(shí)現(xiàn)臂架勻速運(yùn)行的方法。通過試驗(yàn)驗(yàn)證了此方法的實(shí)用性及可靠性，并運(yùn)用于實(shí)際工程中。

1 臂架運(yùn)行速度分析

混凝土泵由油缸驅(qū)動1個(gè)四桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)臂架展開與收攏，將臂架簡化為1個(gè)油缸推動1個(gè)四桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)臂架油缸以速度v伸長時(shí)，可推算出臂架運(yùn)行速度w2。如圖1所示。

圖1 臂架四桿機(jī)構(gòu)示意圖

根據(jù)封閉適量法，推算桿l1與桿l3角速度關(guān)系

計(jì)算可得

l1桿轉(zhuǎn)動速度w1由油缸伸長速度v和油缸轉(zhuǎn)動速度w合成

通過動力學(xué)仿真軟件Adams仿真可以得出臂架油缸在勻速運(yùn)動時(shí)臂架角速度的變化趨勢，如圖2所示。

圖2 Adams仿真界面

過去混凝土泵車臂架通過恒定伸縮速度的油缸推動展開或收攏，當(dāng)油缸速度恒定時(shí)，由于臂架展開角度不同時(shí)，導(dǎo)致展開或收攏時(shí)運(yùn)行速度波動，角速度最大時(shí)接近于角速度最小時(shí)的2倍，臂架展開或收攏過程運(yùn)行速度非常不穩(wěn)定。如圖3所示。

圖3 恒定油缸速度時(shí)臂架角速度變化曲線

2 臂架展開平穩(wěn)性提升方法

2.1 油缸伸長速度改進(jìn)

由式（6）可知，若需要運(yùn)行速度w3恒定，則油缸速度v需根據(jù)展開角度a3變化而變化。為得到v隨a3變化關(guān)系式，利用Adams建立了臂架四桿機(jī)構(gòu)模型，得到臂架速度恒定時(shí)油缸速度—臂架展開角曲線。如圖4所示。

圖4 恒定臂架速度時(shí)油缸速度變化曲線

2.2 油缸控制方法改進(jìn)

其中 v——油缸速度；

β——流量系數(shù)；

A油——油缸面積；

A——實(shí)際流通面積；

Δp——壓差。

由于二通流量閥的存在，多路閥進(jìn)出油口之間的壓差一定，當(dāng)油缸面積一定時(shí)，油缸速度v只與多路閥滑閥開度A成正比。在遙控狀態(tài)下，多路閥開度A由電磁閥控制，與電磁閥電流成正比，故控制電磁閥電流即可控制油缸速度，進(jìn)一步控制臂架運(yùn)行速度。

為保證臂架展開速度恒定，在臂架上加裝傾角傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測臂架展開角度，將展開角度和油缸隨展開角變化關(guān)系曲線相結(jié)合，通過控制電磁閥電流實(shí)現(xiàn)臂架展開收攏速度的閉環(huán)控制。

控制原理如圖5所示。

圖5 臂架勻速運(yùn)動控制原理圖

當(dāng)運(yùn)用角加速度傳感器反饋時(shí)，電流控制為實(shí)時(shí)瞬態(tài)控制，每一控制點(diǎn)都隨著相對角加速度瞬時(shí)值而改變。當(dāng)角加速度＞0時(shí)，減小電磁閥電流，減小液壓滑閥開度，減慢油缸運(yùn)行速度；反之，當(dāng)角加速度＜0時(shí)，增大電磁閥電流，增大滑閥開度，提高油缸運(yùn)行速度，最終實(shí)現(xiàn)臂架近似勻角速運(yùn)動。

3 改進(jìn)方法試驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證文章方法的有效性與實(shí)用性，以某單位量產(chǎn)的某型號泵車為試驗(yàn)對象，如圖7所示應(yīng)用Adams計(jì)算其油缸速度曲線，加裝傾角傳感器，優(yōu)化控制程序，對各節(jié)臂架的優(yōu)化控制程序前后臂架速度對比，結(jié)果如表1、表2，圖6、圖7所示。

表1 程序優(yōu)化后臂架運(yùn)行速度

表2 程序優(yōu)化前臂架運(yùn)行速度

圖6 臂架收攏角度時(shí)歷曲線

圖7 臂架展開角度時(shí)歷曲線

對比臂架展開與收攏時(shí)程序優(yōu)化前后臂架角位移曲線，可以看出程序優(yōu)化后臂架展開與收攏接近勻速運(yùn)動，臂架運(yùn)行速度波動大幅度減小。

4 結(jié)束語

（1）分析了混凝土泵車臂架與油缸運(yùn)行速度特點(diǎn)，由于臂架為四桿機(jī)構(gòu)，油缸勻速運(yùn)行時(shí)，臂架展開與收攏速度波動較大，導(dǎo)致臂架操作時(shí)存在快開快收現(xiàn)象，提高了操作難度，降低了臂架穩(wěn)定性。

（2）利用Adams軟件模擬臂架運(yùn)行過程，得到臂架勻速運(yùn)動時(shí)，油缸速度—臂架展開角曲線，提出利用傾角傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測臂架展開角，反饋控制電磁閥電流，進(jìn)而控制油缸速度，實(shí)現(xiàn)了臂架勻速展開與收攏，通過試驗(yàn)驗(yàn)證了方法的可行性。

［1］ 馮波. 混凝土泵車臂架系統(tǒng)的仿真分析［D］. 長沙：長沙理工大學(xué)，2012.

［2］ 劉會勇，李偉，彭秀英，等. 混凝土泵車臂架液壓系統(tǒng)建模與仿真研究［J］. 工程設(shè)計(jì)學(xué)報(bào)，2010，17（4）：253-257.

［3］ 胡鵬法. 高空消防車臂架控制關(guān)鍵技術(shù)研究與系統(tǒng)開發(fā)［D］. 武漢：武漢理工大學(xué)，2012.

［4］ 王佳茜，郭崗，黃露，等. 主動減振控制中泵車臂架末端偏移研究［J］. 建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理，2012（8）：91-94.

［5］ 吳智勇，周翔，胡德文，等. 基于時(shí)滯補(bǔ)償方法的混凝土泵車臂架主動減振［J］. 中國機(jī)械工程，2013，24（24）：3283-3288.