臂架减振控制系统及控制方法、混凝土布料设备的制作方法[0002]目前应用于建筑施工的工程机械中，具有多节臂架的大型设备由于其操作灵活便捷得到越来越多的应用，如混凝土泵车和混凝土布料机，其主要用于连续输送和浇筑混凝土到指定施工位置，尤其是在高层建筑、地下建筑和大混凝土建筑物的施工过程中，以其高质量、高效率、低消耗、低成本、施工周期短、劳动强度低等优点，逐步成为建筑施工中不可缺少的关键设备。[0003]混凝土布料设备主要包括混凝土输送泵、混凝土输送管道和臂架系统三个主要部分。混凝土输送管道悬挂于臂架系统上并随臂架系统一同动作，混凝土输送泵的双供料油缸连续交替工作将混凝土推送入混凝土输送管道，并沿管道输送到布料目标位置。臂架系统是由回转台以及各短臂节通过油缸两两铰接而连接构成，一般情况下其臂架的构成包括4节臂、5节臂、6节臂等形式，其各臂节通过伸缩油缸两两铰接从而可使得臂架系统姿态多变，良好适用于施工场地复杂多变的工况。臂架系统的姿态变化通过各臂节之间的油缸伸缩实现，臂架系统的空间位置通过回转台的左右摆动来实现。[0004]臂架系统各节臂两两铰接展开成布料姿态，其动力学特性与悬臂梁结构在某些方面相同，即臂架越长，其系统的固有频率则越低。且臂架系统通过油缸两两连接组成，其油缸具有弹性特性，使得混凝土布料设备在工作时易受到压缩和拉伸。而混凝土布料设备由于其采用双砼缸交替连续循环供料的工作特性，不可避免的产生脉动冲击，当混凝土输料产生的脉动冲击频率接近于臂架系统的固有频率倍频时，臂架系统不可避免将产生大幅振动，这种臂架系统的振动危害性大，影响施工安全同时产生的动应力导致臂架结构件疲劳而减小使用寿命，影响设备整机性能和施工质量。
[0005]本发明旨在提供一种臂架减振控制系统及控制方法、混凝土布料设备，以解决现有技术中臂架系统振动较大而导致设备整机性能和施工质量降低的问题。[0006]为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种臂架减振控制方法，包括:确定臂架油缸活塞的被动位移的被动振动频率；根据被动振动频率确定用于减小臂架油缸活塞的被动位移最大幅值的主动位移；根据该主动位移生成控制臂架油缸活塞运动的控制信号，并通过该控制信号控制臂架油缸活塞动作。[0007]进一步地,确定臂架油缸活塞的被动位移的被动振动频率的步骤包括:监测并获取臂架油缸活塞由于臂架振动而产生的被动位移；根据被动位移确定臂架油缸活塞的被动振动频率。
[0008]进一步地，根据该被动振动频率确定减小臂架油缸活塞的被动位移最大幅值的主动位移的步骤包括:根据被动振动频率和被动位移拟合形成臂架振动的正弦或余弦曲线；根据臂架振动的正弦或余弦曲线确定减小被动位移最大幅值的主动位移的正弦或者余弦曲线；根据王动位移的正弦或者余弦曲线确定在被动振动频率下能够减小被动位移最大幅值的主动位移。
[0009]进一步地，根据该主动位移生成控制臂架油缸活塞运动的控制信号，并通过该控制信号控制臂架油缸动作的步骤包括:根据确定的主动位移生成主动位移信号；根据主动位移信号向臂架油缸输出控制电流；通过该控制电流控制臂架油缸的有杆腔和无杆腔的进油和出油。
[0010]进一步地,该主动位移与该被动位移的相位差为180度。
[0011]进一步地，该主动位移的最大幅值小于或等于该被动位移的最大幅值。
[0012]进一步地，根据被动振动频率确定减小臂架油缸活塞的被动位移最大幅值的主动位移的步骤之前还需确定是否需要进行减振控制。
[0013]根据本发明的另一方面，提供了一种臂架减振控制系统，包括:振动频率获取装置，用于获取臂架油缸活塞臂架振动的被动振动频率；活塞位移控制装置，用于根据振动频率获取装置获取的被动振动频率确定减小臂架油缸活塞的被动位移最大幅值的主动位移，并根据主动位移生成控制臂架油缸活塞运动的控制信号；控制执行装置，根据活塞位移控制装置生成的控制信号控制臂架油缸活塞的运动。
[0014]进一步地，臂架减振控制系统还包括活塞位移监测装置，活塞位移监测装置用于监测并获取臂架油缸活塞由于臂架振动而产生的被动位移，活塞位移控制装置根据被动位移确定臂架油缸活塞的被动振动频率，并根据该被动振动频率确定能够减小被动位移最大幅值的主动位移。
[0015]进一步地，臂架减振控制系统还包括减振控制启动装置，减振控制启动装置在需要进行减振控制时发出减振控制启动信号至活塞位移控制装置，活塞位移控制装置根据减振控制启动信号控制控制执行装置工作。
[0016]根据本发明的另一方面，提供了一种混凝土布料设备，包括臂架减振控制系统，该臂架减振控制系统为上述的臂架减振控制系统。
[0017]应用本发明的技术方案，臂架减振控制方法包括:确定臂架油缸活塞的被动振动频率；根据该被动振动频率确定减小臂架油缸活塞的被动位移最大幅值的主动位移；根据该主动位移生成控制臂架油缸活塞运动的控制信号，并通过该控制信号控制臂架油缸活塞动作。通过利用油缸活塞位移变化信号作为减振参考参数，信号受冲击、干扰等外部因素影响而导致失真的程度要小，因此可以更加准确的对臂架进行减振，提高臂架的减振效果。



[0018]构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0019]图1示出了根据本发明的实施例的臂架减振控制方法所作用的臂架结构图；
[0020]图2示出了本发明的实施例的臂架减振控制方法所利用的振动传递原理图；
[0021]图3示出了根据本发明的实施例的臂架减振控制系统的结构原理图；
[0022]图4示出了根据本发明的实施例的臂架减振控制方法流程图；以及[0023]图5示出了根据本发明的实施例的臂架减振控制方法的控制曲线图。
[0024]附图标记:10、第一臂节；20、第二臂节；30、臂架油缸；31、有杆腔；32、无杆腔；33、活塞杆；40、位移传感器。

[0025]下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0026]如图1所示，本发明的臂架减振控制方法所作用的臂架系统包括第一臂节10、第二臂节20以及连接在第一臂节10和第二臂节20之间的臂架油缸30，其中第一臂节10和第二臂节20之间铰接，并通过臂架油缸30来调整第一臂节10和第二臂节20之间的夹角，从而达到通过调节臂架的姿态来调节混凝土的布料位置的目的。臂架系统的姿态变化通过各臂节之间的油缸伸缩实现，臂架系统的空间位置通过回转台的左右摆动来实现。臂架系统由多个图1中的臂节和油缸组合形成悬臂梁系统，其中臂架油缸30的活塞杆33与臂节之间为刚性连接。混凝土输送管道悬挂于臂架系统上随臂架系统一同动作，混凝土输送泵的双供料油缸连续交替工作将混凝土推送入混凝土输送管道，并沿管道输送到布料目标位置。
[0027]当臂架系统垂向上下振动时，导致臂架油缸30的活塞杆33不断的受到压缩和拉伸，臂架油缸30的腔内充满液压油使得臂架油缸30成为一个弹性体，因此，当臂架油缸30的活塞杆33不断受到压缩和拉伸时导致臂架油缸30内部的活塞同样出现沿油缸腔体的来回振动，其振动的相位和臂架振动相位一致，但幅值会大大衰减。因此臂架末端的振动特性可以用臂架油缸活塞的振动特性来反映。
[0028]图2为臂架系统工作时的振动传递示意图，混凝土布料设备采用的是双缸交替输料来实现连续布料，在双缸交替输料的过程中由于两砼缸的换向冲击导致混凝土流动过程中产生脉动冲击，脉动冲击传递到臂架上易引起臂架振动，严重者会导致臂架谐振，当其谐振的频率接近于臂架固有频率的倍频时，将引起臂架系统产生大幅共振，而臂架系统大幅振动传递到臂架油缸30的活塞杆33上导致臂架油缸活塞位移不断发生变化，因此通过实时在线监测混凝土布料设备工作过程中臂架油缸30的活塞杆33的位移变化情况，即可反映出臂架末端的振动情况。通过对臂架油缸30的活塞杆33的位移变化情况进行控制，使其变化幅度处于一定的阈值范围内即可达到控制臂架系统末端振动幅值处于一定的范围内的目的。
[0029]基于上述的分析，并结合图1和图3所示，根据本发明的实施例，臂架减振控制方法包括:确定臂架油缸活塞的被动位移的被动振动频率；根据该被动振动频率确定减小臂架油缸活塞的被动位移最大幅值的主动位移；根据该主动位移生成控制臂架油缸活塞运动的控制信号，并通过该控制信号控制臂架油缸活塞动作。在获取臂架油缸30的活塞振动的被动振动频率之后，可以根据被动位移所产生的被动振动频率的变化获取臂架油缸30由于臂架振动而产生的油缸伸缩运动的振动频率，从而可以对臂架油缸30施加对应频率的作用力，来减小臂架油缸30受到臂架振动影响而产生的被动位移，进而通过控制臂架油缸30来降低臂架所产生的振动作用，提高臂架减振控制的精确度。而采用被动振动频率来作为生成主动位移的相关参数，可以保证在臂架进行减振控制时，能够实时连续地对臂架的被动位移进行主动减振控制，保证减振作用力的连续性和针对性，从而能够更加快速有效地减小臂架由于系统振动而产生的被动位移，起到有效的臂架减振作用。
[0030]该减振作用力可以使臂架油缸活塞产生一个与被动位移的被动振动频率相对应的主动位移，使得在被动位移处于最大幅值时主动位移可以与被动位移相抵消，从而起到降低臂架油缸活塞的被动位移最大幅值的目的。该主动位移并非是臂架油缸活塞实际发生的位移，只是为了更加便于描述如何对被动位移进行控制而虚拟的位移，表示的是臂架仅承受主动减振作用力的情况下所产生的位移。臂架被动位移的最大幅值是截取的某一参考段内的臂架振动最大幅值，该最大幅值会跟随参考段内的被动位移振幅的变化而相应发生变化，因此该被动位移最大幅值并不是固定不变的。
[0031]在本实施例中，确定臂架油缸活塞的被动位移的被动振动频率的步骤包括:监测并获取臂架油缸活塞由于臂架振动而产生的被动位移；根据被动位移确定所述臂架油缸活塞的被动振动频率。也即，本实施例中是采用由于臂架振动而导致的臂架油缸活塞的被动位移来作为臂架减振控制的控制参数的，在监测臂架油缸活塞由于臂架振动而产生的被动位移的基础上，可以将臂架油缸活塞的被动位移与臂架油缸活塞的振动频率关联起来，从而使得对臂架振动的减振控制更加快速准确。获取臂架振动的被动振动频率的方式可以为多种，由于臂架振动可以体现为臂架自身的振动，也可以体现为由于臂架振动而产生的臂架油缸活塞的被动位移，因此，无论选择哪部分结构来作为计算臂架振动的被动振动频率的参考均是可以的，而且这个振动频率也是一致的。而由于臂架振动的幅值与臂架油缸活塞位移的幅值也是一致的，因此，减小臂架油缸活塞的被动位移也即减小臂架的被动位移。
[0032]通过利用臂架油缸活塞位移变化信号作为减振参考参数，信号受冲击、干扰等外部因素影响而导致失真的程度要小，因此可以更加准确的对臂架进行减振，提高臂架的减振效果。在通过本控制方法对臂架油缸30进行控制时，可以根据臂架系统工作时臂架油缸30的位移变换确定臂架的振动状态，然后对臂架油缸30施加阻止臂架油缸30由于振动而发生的被动位移的液压作用力，从而降低臂架振动给臂架油缸30带来的伸缩幅度，减小臂架振动对臂架系统本身所造成的不利影响。
[0033]根据该被动振动频率确定减小臂架油缸活塞的被动位移最大幅值的主动位移的步骤包括:根据所述被动振动频率和所述被动位移拟合形成臂架振动的正弦或余弦曲线；根据所述臂架振动的正弦或余弦曲线确定减小所述被动位移最大幅值的主动位移的正弦或者余弦曲线；根据所述主动位移的正弦或者余弦曲线确定在所述确定该被动振动频率下能够减小被动位移的最大幅值的主动位移。将主动位移和被动位移置于同一振动频率之下，能够保证被动位移与主动位移之间具有相同的振动周期，更加便于通过主动位移来控制被动位移，实现对臂架振动的精确控制。
[0034]根据该主动位移生成控制臂架油缸活塞运动的控制信号，并通过该控制信号控制臂架油缸30动作的步骤包括:根据确定的主动位移生成主动位移信号；根据主动位移信号向臂架油缸30输出控制电流；通过该控制电流控制臂架油缸30的有杆腔31和无杆腔32的进油和出油。通过控制臂架油缸30的有杆腔31和无杆腔32的进油和出油，可以通过液压油对臂架油缸活塞施加阻止被动位移的作用力，从而减小臂架油缸活塞的被动位移，降低臂架工作过程中所发生的振动。
[0035]优选地，该主动位移与该被动位移的相位差为180度，由于被动位移和主动位移的振动频率一致，因此可以使得主动位移信号在每一个周期内均能够控制臂架油缸30产生减小臂架的被动位移的作用力，并使臂架的振动保持平稳变化，能够在保证臂架稳定性的基础上最大程度低降低臂架的振动，提高臂架系统工作的稳定性和可靠性。
[0036]在其它的实施例当中，臂架油缸活塞的主动位移和被动位移的相位差也可以并非是180度，而是一个另外的固定的相位差，且它们的振动频率一致，这个固定的相位差需使得臂架油缸活塞在某一时段内是增大被动位移的，但从整体上要减小被动位移的最大幅值,也即对于在某一时段内正大被动位移的主动位移而言，其与被动位移自身的位移叠加之后不能超出原被动位移的最大幅值，且被动位移最大幅值所在时段应该位于与被动位移相反的主动位移所在时段内。在主动位移和被动位移的振动频率一致的情况下,可以使主动位移和被动位移支架始终沿该固定的相位差振动，从而也可以满足减小臂架油缸活塞的最大位移的目的。
[0037]被动位移和主动位移的振动频率也可以并不一致。在此种情况下,可以使主动位移具有一个不同于被动振动频率的固定的主动振动频率，由于被动位移和主动位移的振动频率和振动周期均不一致，因此，在此用此种方式来对主动位移进行控制时，如果主动位移始终采用一个固定的主动振动频率，那么在减振的过程中，就会出现在某一时刻增大被动位移最大幅值的现象，为了避免此种现象，在对主动位移进行控制的过程中，需要根据主动位移和被动位移的叠加结果来对主动位移的振动频率进行调整，以便保证在任意时刻主动位移和被动位移叠加后的幅值均是小于被动位移的最大幅值的。对于主动振动频率固定的情况而言，可以在一个固定的周期内对主动位移的相位进行调整，使得主动位移可以错开增加被动位移的最大幅值的这一时段，从而可以从整体上来降低被动位移最大幅值。
[0038]优选地，该主动位移的最大幅值小于或等于该被动位移的最大幅值。
[0039]在根据该被动位移确定减小臂架油缸活塞的被动位移最大幅值的主动位移的步骤之前还需确定是否需要进行减振控制。在臂架系统工作时，如果臂架产生的振动并不影响臂架系统的工作性能，无需对臂架系统进行减振处理时，可以不去控制臂架系统进行减振处理，以减低处理器等处理单元的负担，降低功率损耗，提高处理单元的运行效率。当需要对臂架系统进行减振控制时，可以像臂架减振控制系统输入控制信号，使得臂架系统进入减振控制状态，从而降低臂架在工作过程中的振动。
[0040]结合参见图4所示，根据本发明的实施例，臂架减振控制系统包括:振动频率获取装置，用于获取臂架油缸活塞臂架振动的被动振动频率；活塞位移控制装置，用于根据振动频率获取装置获取的被动振动频率确定减小臂架油缸活塞的被动位移最大幅值的主动位移，并根据主动位移生成控制臂架油缸活塞运动的控制信号；控制执行装置，根据活塞位移控制装置生成的控制信号控制臂架油缸活塞的运动。
[0041]臂架减振控制系统还包括活塞位移监测装置，所述活塞位移监测装置用于监测并获取所述臂架油缸活塞由于臂架振动而产生的被动位移，活塞位移控制装置根据被动位移确定臂架油缸活塞的被动振动频率，并根据该被动振动频率确定能够减小被动位移的最大幅值的主动位移。活塞位移控制装置可以根据被动位移生成被动位移变化曲线，并根据被动位移变化曲线确定被动位移的振动频率和振动幅度等，然后可以结合这些参数确定合适的控制电流。
[0042]在本实施例中，活塞位移监测装置为传感器，该传感器用于测量臂架油缸活塞的位置，该传感器具体可以为内/外置式的位移传感器40。活塞位移控制装置为处理器，该处理器具有信号采集和分析的功能，可以根据活塞位移监测装置获取的被动位移生成被动位移变化信号，并根据被动位移变化信号确定被动位移的振动频率以及振动幅度，然后可以根据被动位移的振动频率以及振动幅度确定降低被动位移的最大振动幅度所需的主动位移的振动幅度，并将主动位移的振动幅度转换成为主动位移变化信号，然后将主动位移变化信号转换为控制臂架油缸30的主动位移的控制电流，并输送至控制执行装置。控制执行装置为与臂架油缸30的有杆腔31和无杆腔32相连接的液压控制油路，液压控制油路与活塞位移控制装置连接，根据活塞位移控制装置发出的控制电流对臂架油缸30进行控制，在臂架油缸活塞具有收缩的被动位移时，向臂架油缸30的无杆腔32输入压力油，阻止臂架油缸活塞收缩，在臂架油缸活塞具有伸出的被动位移时，向臂架油缸30的有杆腔31输入压力油，阻止臂架油缸活塞伸出，从而对臂架系统进行减振处理。
[0043]臂架减振控制系统还包括减振控制启动装置，减振控制启动装置在需要进行减振控制时发出减振控制启动信号至活塞位移控制装置，活塞位移控制装置根据减振控制启动信号控制控制执行装置工作。
[0044]下面结合图1至图4来说明本发明的实施例的臂架减振控制装置的工作过程，图1中的位移传感器40为用于测量臂架油缸活塞位置的传感器。当混凝土布料设备工作时，通过臂架油缸30的活塞控制装置输出控制电流控制控制执行装置(电/液控制阀块)打开或关闭来对臂架油缸30的无杆腔32输入或泄出压力油，同时有杆腔31会泄出或输入压力油来推动臂架油缸活塞在油缸活塞腔内来回动作，臂架油缸活塞动作联动臂架油缸30的活塞杆33动作，而臂架油缸30的活塞杆33与臂架是刚性连接的，从而可使第一臂节10和第二臂节20收展并产生一定程度的相对运动。当臂架系统展开成图1所示的姿态进行布料工作时，油缸可以简化为一个单自由度弹簧阻尼系统，其刚度一定。当臂架系统由于输料产生的脉动冲击导致臂架振动时，第一臂节10和第二臂节20的动作幅度大小不一可使得两臂之间产生相对运动从而导致臂架油缸30的活塞杆33受压缩和拉伸，从而使得臂架油缸活塞位置不断发生变化，其变化的趋势和相位与臂架末端的振动趋势和相位一致。此时，可利用位移传感器40得到臂架油缸活塞位置变化情况，计算控制信号控制臂架油缸30的有杆腔31和无杆腔32输入或泄出压力油来调整臂架油缸活塞的位置，使臂架油缸活塞形成主动位移的变化趋势，使得该主动位移的变化趋势与臂架系统振动导致的臂架油缸活塞被动位移变化趋势相位相差180度且变化幅值小于或等于被动位移的变化幅度，使得臂架油缸活塞位移变化程度处于一定范围内，即可实现臂架系统振动幅度的衰减。
[0045]结合参见图5所示，臂架展开成布料姿态并且摆到布料点时，臂架油缸活塞位移监测装置能采集和分析出当前的臂架油缸活塞位置信息，并以此信息为臂架油缸活塞位移的平衡位置，及图5的控制曲线图中y=0的位置即X轴，图中的T为被动位移的振动周期，变化曲线中幅度较大的实线部分为未减振之前的被动位移变化曲线，虚线部分为主动位移变化曲线，幅值较小的实现部分为经本发明的减振装置减振之后的活塞被动位移变化曲线。臂架系统在泵送混凝土过程中产生振动，会导致臂架油缸活塞位置在平衡位置上下变化。臂架油缸30的活塞位移监测装置将臂架油缸30的活塞位移的变化信息传递到臂架油缸活塞位移控制装置，臂架油缸活塞位移控制装置计算臂架油缸活塞位移信号的振动频率，并利用该信号的振动频率计算一个控制信号输出到控制执行机构，控制执行装置通过对臂架油缸30的两腔输入或泄出压力油使得臂架油缸活塞产生一个与臂架振动导致的臂架油缸活塞被动位移变化方向相反，幅值小于或等于臂架振动导致的臂架油缸活塞位移变化程度的作用力，实现臂架油缸活塞位移变化程度处于一定的范围内，从而可使臂架末端的振动处于一定的范围内，达到对臂架减振的有效控制。
[0046]如图5所示，臂架减振控制装置开始工作时，活塞位移控制装置可读取臂架油缸活塞位移变化信号的同时读取臂架减振控制开启使能，当检测到减振控制开启使能时，活塞位移控制装置则计算臂架油缸活塞位移信号第一个周期的时间长度，即信号的振动周期T。第一个周期时间长度的计算方法可以为:当减振控制开启时计算臂架油缸活塞位移信号过平衡点的次数，并同时计算出第一次过平衡点到第三次过平衡点之间的信号点数n，由信号点数η乘以信号的采样率fs即可得到减振控制开启第一个周期的时间长度，即臂架油缸活塞位移信号的振动周期T，根据振动周期T可得出臂架油缸活塞位移信号的振动频率f=l/T ;在减振控制开启的第二周期则计算控制信号。减振控制开启的第二周期即控制信号输出的起始点为臂架油缸活塞位移信号第三次过平衡点的时刻，控制信号如图5的虚曲线所示。控制信号的计算方法为y=A*sin (2*pi*f*t)，其中A为控制信号输出的幅值，其大小由控制执行装置即电液比例阀的工作电流来选取，f为臂架油缸活塞位移信号振动频率，t为采样时间大小。由以上方案即可实现在减振控制开启的第二周期即活塞位移信号第三次过平衡点时输出控制信号，控制信号控制电液比例阀开闭来对油缸有杆腔31和无杆腔32进泄压力油，从而实现臂架油缸活塞位移的变化相位与由臂架系统振动导致的臂架油缸活塞位移变化相差180°，其幅值小于或等于臂架油缸活塞位移变化幅值，从而可衰减臂架油缸活塞位移变化幅值，使其变化处于一定的范围内，从而可使得臂架末端振动位移衰减并处于一定的幅值范围内。通过以上方法结合控制，即可实现臂架振动幅值进行减振控制。
[0047]根据本发明的实施例，混凝土布料设备包括臂架减振控制系统，该臂架减振控制系统为上述的臂架减振控制系统。
[0048]从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果:
[0049]1、利用活塞油缸位移变化作为参考条件来控制臂架振动，信号受冲击等外部干扰所产生的失真程度小，控制更加准确，能够有效实现臂架减振。
[0050]2、被动位移和主动位移具有共同的振动频率，且被动位移和主动位移的相位差相差180度，使得主动位移能够更好地减小被动位移的振动幅度，提高了臂架减振控制装置的减振性能。
[0051]3、臂架的各臂节之间的减振控制通过连接在相邻两臂节之间的臂架油缸进行控制，能够实现对臂架系统的全面减振。
[0052]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。