泵車及其控制方法和裝置

《泵車及其控制方法和裝置》是長沙中聯重工科技發展股份有限公司於2011年7月14日申請的專利，該專利的申請號為2011101974271，申請公布號為CN102330498A，公布日為2012年1月25日，發明人是吳斌興、李學俊、易偉春、李葵芳、岳紅旭。

《泵車及其控制方法和裝置》包括：獲取泵車的四個支腿的開度；根據開度確定泵車的四個支腿的末端點，連線四個支腿的末端點確定泵車的安全作業面邊界；根據泵車的下車重力、下車重心坐標以及泵車的整車重力計算泵車的整車穩心；根據泵車的下車重力、泵車的臂架重力、泵車的整車重力、泵車的臂架重心坐標以及泵車的下車重心坐標計算泵車的安全係數；以及根據安全係數控制泵車。通過該發明，能夠在泵車支腿不能完全展開時保證泵車的安全。

2013年10月，《泵車及其控制方法和裝置》獲得第十五屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《泵車及其控制方法和裝置》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：泵車及其控制方法和裝置
• 類別：發明專利
• 公布號：CN102330498A
• 公布日：2012年1月25日
• 申請號：2011101974271
• 申請日：2011年7月14日
• 申請人：長沙中聯重工科技發展股份有限公司
• 地址：湖南省長沙市嶽麓區銀盆南路361號
• 發明人：吳斌興、李學俊、易偉春、李葵芳、岳紅旭
• 分類號：E04G21/02（2006.01）I
• 專利代理機構：北京康信智慧財產權代理有限責任公司
• 代理人：吳貴明

專利背景

混凝土泵車在施工過程的安全性是很關鍵的技術問題。截至2011年7月泵車是以完全打開支腿來保障最大的安全作業面，如圖1所示，使泵車的輸送混凝土半徑可以達到最大，保證泵車可以在臂架水平姿態下安全泵送混凝土。但受作業空間的限制，支腿往往不能完全展開，從而限制了泵車的安全輸送半徑，從而也就不能保證臂架在任意姿態下泵送狀態的安全性，就有可能在有的狀況下出現整車傾翻的危險。在不完全打開支腿的情況下，如何動態地確定泵車安全工作範圍，從而把臂架動作限制在安全面內，是做好泵車防傾翻的首要問題。

針對相關技術中泵車支腿不能完全展開時無法保證泵車安全性的問題，截至2011年7月尚未提出有效的解決方案。

發明內容

專利目的

《泵車及其控制方法和裝置》的主要目的在於提供一種泵車及其控制方法和裝置，以解決泵車支腿不能完全展開時無法保證泵車安全性問題。

技術方案

《泵車及其控制方法和裝置》的一個方面，提供了一種泵車控制方法。

根據該發明的泵車控制方法包括：獲取泵車的四個支腿的開度；根據開度確定泵車的四個支腿的末端點，連線四個支腿的末端點確定泵車的安全作業面邊界；根據泵車的下車重力、下車重心坐標以及泵車的整車重力計算泵車的整車穩心；根據泵車的下車重力、泵車的臂架重力、泵車的整車重力、泵車的臂架重心坐標以及泵車的下車重心坐標計算泵車的整車重心；根據安全作業面邊界、整車穩心和整車重心計算泵車的安全係數；以及根據安全係數控制泵車。

《泵車及其控制方法和裝置》的另一方面，提供了一種泵車控制裝置。

根據該發明的泵車控制裝置包括：第一獲取模組，用於獲取泵車的四個支腿的開度；第一確定模組，用於根據開度確定泵車的四個支腿的末端點，連線四個支腿的末端點確定泵車的安全作業面邊界；第一計算模組，用於根據泵車的下車重力、下車重心坐標以及泵車的整車重力計算泵車的整車穩心；第二計算模組，用於根據泵車的下車重力、泵車的臂架重力、泵車的整車重力、泵車的臂架重心坐標以及泵車的下車重心坐標計算泵車的整車重心；第三計算模組，用於根據安全作業面邊界、整車穩心和整車重心計算泵車的安全係數；以及控制模組，用於根據安全係數控制泵車。

《泵車及其控制方法和裝置》的另一方面，提供了一種泵車。

根據該發明的泵車包括：該發明提供的任意一種泵車的控制裝置；以及顯示界面，與控制裝置相連線，用於泵車的整車狀態。

通過該發明，採用包括以下步驟的泵車控制方法：獲取泵車的四個支腿的開度；根據開度確定泵車的四個支腿的末端點，連線四個支腿的末端點確定泵車的安全作業面邊界；根據泵車的下車重力、下車重心坐標以及泵車的整車重力計算泵車的整車穩心；根據泵車的下車重力、泵車的臂架重力、泵車的整車重力、泵車的臂架重心坐標以及泵車的下車重心坐標計算泵車的整車重心；根據安全作業面邊界、整車穩心和整車重心計算泵車的安全係數；以及根據安全係數控制泵車，解決了泵車支腿不能完全展開時無法保證泵車安全性的問題，進而達到了在泵車支腿不能完全展開時，能夠保證泵車安全的效果。

有益效果

《泵車及其控制方法和裝置》能夠動態地計算整車安全係數，通過整車的安全係數判斷整車傾翻的危險程度，並相應限制臂架向傾翻危險方向的動作，提高了泵車控制的靈活性，在支腿展開空間受限的情況下，能自動實現安全範圍內的泵送，保證了泵車施工的安全性、穩定性、連續性。

附圖說明

圖1是根據2011年7月以前技術的泵車控制示意圖；

圖2是根據《泵車及其控制方法和裝置》實施例的泵車控制方法的流程圖；

圖3是根據該發明實施例的泵車控制的示意圖；

圖4是根據該發明實施例的泵車的油缸力臂的計算示意圖；

圖5是根據該發明實施例的泵車控制方法的示意圖；以及

圖6是根據該發明實施例的泵車控制裝置的框圖。

權利要求

1.一種泵車控制方法，其特徵在於，包括：獲取所述泵車的四個支腿的開度；根據所述開度確定所述泵車的四個支腿的末端點，連線所述四個支腿的末端點確定所述泵車的安全作業面邊界；根據所述泵車的下車重力、下車重心坐標以及所述泵車的整車重力計算所述泵車的整車穩心；根據所述泵車的下車重力、所述泵車的臂架重力、所述泵車的整車重力、所述泵車的臂架重心坐標以及所述泵車的下車重心坐標計算所述泵車的整車重心；根據所述安全作業面邊界、所述整車穩心和所述整車重心計算所述泵車的安全係數；以及根據所述安全係數控制所述泵車。

2.根據權利要求1所述的泵車控制方法，其特徵在於，採用以下公式計算所述泵車的整車穩心：

X_stab=G_truck×x_truck/G_total

Y_stab=G_truck×y_truck/G_total

其中，所述X_stab為所述整車穩心的橫坐標，所述Y_stab為所述整車穩心的縱坐標，G_truck為所述下車重力，所述G_total為所述整車重力，所述（x_truck，y_truck）為所述下車重心坐標。

3.根據權利要求1所述的泵車控制方法，其特徵在於，採用以下公式計算所述泵車的整車重心：

x_center=（G_boom×x_boom+G_truck×x_truck）/G_total

y_center=（G_boom×y_boom+G_truck×y_truck）/G_total

其中，所述x_center為所述整車重心的橫坐標，所述y_center為所述整車重心的縱坐標，所述G_boom為所述臂架重力，所述G_truck為所述下車重力，所述G_total為所述整車重力，（x_boom，y_boom）為所述臂架重心坐標，（x_truck，y_truck）為所述下車重心坐標。

4.根據權利要求3所述的泵車控制方法，其特徵在於，所述臂架重心坐標通過以下公式計算得到：

x_boom=FL_cylinder×cos

y_boom=FL_cylinder×sin

其中，所述x_boom為所述臂架重心的橫坐標，所述y_boom為所述臂架重心的縱坐標，θ為所述臂架的迴轉角度，所述FL_cylinder為所述油缸的力臂。

5.根據權利要求1所述的泵車控制方法，其特徵在於，計算所述安全係數包括：計算第一距離，所述第一距離為所述整車重心與所述整車穩心之間的距離；計算第二距離，所述第二距離為所述整車重心到所述安全作業面邊界的最小距離；以及所述第二距離除以所述第一距離得到所述安全係數。

6.根據權利要求1所述的泵車控制方法，其特徵在於，根據所述安全係數控制所述泵車包括：根據所述安全係數控制所述泵車鎖定所述泵車的動作；控制所述泵車實施已經鎖定動作的相反動作；以及控制所述泵車將所述已經鎖定動作解鎖。

7.根據權利要求6所述的泵車控制方法，其特徵在於，根據所述安全係數控制所述泵車鎖定所述泵車的動作包括：當所述安全係數小於第一安全係數且大於或等於第二安全係數時，鎖臂架快檔，進入慢檔模式，鎖一節臂向下動作，鎖危險方向的一邊迴轉；當所述安全係數小於所述第二安全係數且大於或等於第三安全係數時，鎖臂架動作持續預設時間，鎖臂架快檔，進入慢檔模式，鎖一、二節臂的向下動作，鎖危險方向的一邊迴轉；以及當所述安全係數小於所述第三安全係數且大於或等於1時，鎖安全方向迴轉的臂架動作，鎖泵送，其中，所述第一安全係數大於所述第二安全係數，所述第二安全係數大於所述第三安全係數。

8.一種泵車控制裝置，其特徵在於，包括：第一獲取模組，用於獲取所述泵車的四個支腿的開度；第一確定模組，用於根據所述開度確定所述泵車的四個支腿的末端點，連線所述四個支腿的末端點確定所述泵車的安全作業面邊界；第一計算模組，用於根據所述泵車的下車重力、下車重心坐標以及所述泵車的整車重力計算所述泵車的整車穩心；第二計算模組，用於根據所述泵車的下車重力、所述泵車的臂架重力、所述泵車的整車重力、所述泵車的臂架重心坐標以及所述泵車的下車重心坐標計算所述泵車的整車重心；第三計算模組，用於根據所述安全作業面邊界、所述整車穩心和所述整車重心計算所述泵車的安全係數；以及控制模組，用於根據所述安全係數控制所述泵車。

9.根據權利要求8所述的泵車控制裝置，其特徵在於，所述第三計算模組包括：第一計運算元模組，用於計算第一距離，所述第一距離為所述整車重心與所述整車穩心之間的距離；第二計運算元模組，用於計算第二距離，所述第二距離為所述整車重心到所述安全作業面邊界的最小距離；以及第三計運算元模組，用於根據所述第一距離和所述第二距離計算所述安全係數。

10.根據權利要求8所述的泵車控制裝置，其特徵在於，所述控制模組包括：第一控制子模組，用於根據所述安全係數控制所述泵車鎖定所述泵車的動作；第二控制子模組，用於控制所述泵車實施已經鎖定動作的相反動作；以及第三控制子模組，用於控制所述泵車將所述已經鎖定動作解鎖。11.一種泵車，其特徵在於，包括：權利要求8至10任意一項所述的泵車控制裝置；以及顯示界面，與所述泵車控制裝置相連線，用於顯示所述泵車的整車狀態。

實施方式

圖2是根據《泵車及其控制方法和裝置》實施例的泵車控制方法的流程圖，如圖2所示，該方法包括如下的步驟S102至步驟S112：

步驟S102，獲取泵車的四個支腿的開度。

該步驟通過支腿感測器包括拉線、角度感測器實時測量支腿的開度，圖3是根據該發明實施例的泵車控制示意圖，如圖3所示，包括測量兩個前X支腿1和兩個後擺腿2的開度。

步驟S104，根據開度確定泵車的安全作業面邊界，然後由支腿端點連線四邊形構成泵車的整車安全作業面邊界，如圖3所示，根據兩個前X支腿1和兩個後擺腿2的開度根據泵車的安全作業面邊界7。

步驟S106，計算泵車的整車穩心。

如圖3所示，採用以下公式計算泵車的整車穩心6：

X_stab＝G_truck×x_truck/G_total

Y_stab＝G_truck×y_truck/G_total

其中，X_stab為整車穩心的橫坐標，Y_stab為整車穩心的縱坐標，G_truck為下車重力，G_total為整車重力，（x_truck，y_truck）為下車重心坐標，其中，下車重力、整車重力與下車重心坐標均為泵車的固有參數。

步驟S108，計算泵車的整車重心。

如圖3所示，以整車重心5為圓心得到重心迴轉圓4，以迴轉台3的中心為坐標原點，以車頭車尾方向為橫軸，其垂直方向為縱軸構成直角坐標系。根據泵車的下車重力、泵車的臂架重力、泵車的整車重力、泵車的臂架重心坐標以及泵車的下車重心坐標計算泵車的整車重心，採用以下公式計算泵車的整車重心：

x_center＝（G_boom×x_boom+G_truck×x_truck）/G_total

ycenter＝（G_boom×y_boom+G_truck×y_truck）/G_total

其中，x_center為整車重心的橫坐標，y_center為整車重心的縱坐標，G_boom為臂架重力，G_truck為下車重力，G_total為整車重力，（（x_boom，y_boom）為臂架重心坐標，（x_truck，y_truck）為下車重心坐標，其中，臂架重力、下車重力、整車重力以及下車重心坐標為泵車的固有參數，臂架重心坐標通過以下公式計算得到：

x_boom=FL_cylinder×cos

y_boom=FL_cylinder×sin

其中，x_boom為臂架重心的橫坐標，y_boom為臂架重心的縱坐標，θ為臂架的迴轉角度，FL_cylinder為油缸的力臂。

臂架的迴轉角度能夠通過角度感測器獲得。油缸的力臂與泵車大臂的傾角及結構尺寸有關，圖4是根據該發明實施例的泵車的油缸力臂的計算示意圖，如圖4所示，油缸上鉸點A，油缸下鉸點B、臂架的迴轉點O以及臂架迴轉點在油缸上下鉸點連線上的垂足C，OC的距離即為油缸的力臂，在計算油缸力臂時，利用油缸下鉸點B與臂架的迴轉點O之間的水平距離LD、油缸下鉸點B與臂架的迴轉點O之間的垂直距離LC、油缸上鉸點A與臂架的迴轉點O沿泵車大臂方向的距離LE、油缸上鉸點A與臂架的迴轉點O沿垂直泵車大臂方向的距離LF以及泵車大臂的的傾角，通過幾何關係計算得到，計算過程為純粹的數學幾何運算，此處不再描述。

步驟S110，根據安全作業面邊界、整車穩心和整車重心計算泵車的安全係數。

在計算安全係數時，首先計算整車重心與整車穩心之間的安全距離，其次計算整車重心到與安全作業面邊界的相對位置最小距離，利用該最小距離除以安全距離即為安全係數。

步驟S112，根據安全係數控制泵車。

根據安全係數控制泵車包括：根據安全係數控制泵車鎖定泵車的動作；控制泵車實施已經鎖定動作的相反動作；以及控制泵車將已經鎖定動作解鎖。首先通過危險級別相應鎖定泵車的動作，然後控制泵車通過實施被鎖動作的相反動作，以安全迴轉方向或臂節未鎖動作方向動作臂架，使安全係數變大進入安全區域，恢復整車防傾翻功能所限制的動作，能夠及時的防止整車傾翻。

當整車安全係數等於1時，整車的傾翻力矩與整車力矩平衡，此時整車為臨界翻車，當整車安全係數小於1時，整車會出現翻車事故，為了保障整車不翻車，安全係數均應大於1，根據整車傾翻的危險程度，對應a，b，c三個安全係數，其中a＞b＞c，分為a、b、c三個危險級別，安全係數越小，傾翻危險程度越大，用不同級別的安全係數表示整車的傾翻的不同危險程度。如果安全係數小於a且大於或等於b時，屬於a級危險，就會在控制器程式中控制：鎖臂架快檔，進入慢檔模式，鎖一臂向下動作，鎖危險方向的一邊迴轉；如果安全係數小於b且大於或等於c時，屬於b級危險，鎖臂架動作持續若干秒，可選地，鎖臂架動作5秒，鎖臂架快檔，進入慢檔模式，鎖一、二節臂的向下動作，鎖危險方向的一邊迴轉；如果安全係數小於c且大於或等於1時，屬於c級危險，鎖安全迴轉方向的臂架動作，鎖泵送。通過分級控制，確保整車的安全，當泵車有危險傾向時，限制危險方向臂架動作，可以確保在安全方向操作臂架使整車的安全回位，當泵車的危險到最高級別危險時，限制所有可能的危險整車動作，確保整車的安全狀態。在整車解除危險後，可以通過功能禁止開關禁止整車防傾翻功能，則解除了防傾翻功能對整車的所有限制。

需要說明的是，根據整車安全係數可以對泵車做不同級別的控制，控制方式不限於對臂架、迴轉、泵送的控制，如對遙控器的功能控制等。

圖5是根據該發明實施例的泵車控制方法的示意圖，如圖5所示，在計算過程中，對參數的測量不局限於一種或多種感測器的測量方式，也不限於感測器的類型，如對支腿開度的測量，可以是拉線感測器、角度感測器、雷射感測器等一種或多種方式。

採用該實施例的泵車控制方法，能夠使泵車的防傾翻智慧型化，可以動態地計算整車安全係數，用來判斷整車傾翻的危險程度並做出相應控制，限制了臂架向傾翻危險方向的動作，並同時直接操作臂架使整車重心回到更安全的工作範圍，提高了泵車使用的靈活性，在支腿展開空間受限的情況，仍能自動實現安全範圍內的泵送，保證了泵車施工的安全性、穩定性、連續性。

根據《泵車及其控制方法和裝置》的實施例，提供了一種泵車控制裝置。

圖6是根據該發明實施例的泵車控制裝置框圖，如圖6所示，該控制裝置包括：第一獲取模組10，用於獲取泵車的四個支腿的開度，可以通過支腿感測器包括拉線、角度感測器實時測量；第一確定模組20，用於根據開度確定泵車的安全作業面邊界，由支腿端點連線四邊形構成泵車的整車安全作業面邊界；第一計算模組30，用於根據泵車的下車重力、下車重心坐標以及泵車的整車重力計算泵車的整車穩心；第二計算模組40，用於根據泵車的下車重力、泵車的臂架重力、泵車的整車重力、泵車的臂架重心坐標以及泵車的下車重心坐標計算泵車的整車重心；第三計算模組50，用於根據安全作業面邊界、整車穩心和整車重心計算泵車的安全係數；以及控制模組60，用於根據安全係數控制泵車。

採用該實施例的泵車控制裝置，可以動態地計算整車安全係數，通過整車的安全係數判斷整車傾翻的危險程度，並相應限制臂架向傾翻危險方向的動作，能夠使泵車的防傾翻功能更智慧型化，提高了泵車使用的靈活性，在支腿展開空間受限的情況，仍能自動實現安全範圍內的泵送，保證了泵車施工的安全性、穩定性、連續性。

第一計算模組30在計算泵車的穩心時採用以下的計算方法：

X_stab＝G_truck×x_truck/G_total

Y_stab＝G_truck×y_truck/G_total

其中，X_stab為整車穩心的橫坐標，Y_stab為整車穩心的縱坐標，G_truck為下車重力，G_total為整車重力，（x_truck，y_truck）為下車重心坐標，，其中，下車重力、整車重力與下車重心坐標均為泵車的固有參數。

第二計算模組40在計算泵車的整車重心時採用以下的計算方法：

xcenter＝（G_boom×x_boom+G_truck×x_truck）/G_total

ycenter＝（G_boom×y_boom+G_truck×y_truck）/G_total

其中，x_center為整車重心的橫坐標，y_center為整車重心的縱坐標，G_boom為臂架重力，G_truck為下車重力，G_total為整車重力，（x_boom，y_boom）為臂架重心坐標，（x_truck，y_truck）為下車重心坐標，其中，臂架重力、下車重力、整車重力以及下車重心坐標為泵車的固有參數，臂架重心坐標通過以下公式計算得到：

x_boom=FL_cylinder×cos

y_boom=FL_cylinder×sin

其中，x_boom為臂架重心的橫坐標，y_boom為臂架重心的縱坐標，θ為臂架的迴轉角度，FL_cylinder為油缸的力臂。

臂架的迴轉角度能夠通過角度感測器獲得。油缸的力臂與泵車大臂的傾角及結構尺寸有關，圖4是根據該發明實施例的泵車的油缸力臂的計算示意圖，此處不再重複描述。

優選地，第三計算模組50包括：第一計運算元模組，用於計算第一距離，第一距離為整車重心與整車穩心之間的距離；第二計運算元模組，用於計算第二距離，第二距離為整車重心到安全作業面邊界的最小距離；以及第三計運算元模組，用於根據第一距離和第二距離計算安全係數。

在該實施例中，整車重心與整車穩心之間的距離為安全距離，即第一距離；整車重心到與安全作業面邊界的相對位置最小距離為第二距離，該最小距離除以安全距離即為安全係數。

控制模組60包括：第一控制子模組，用於根據安全係數控制泵車鎖定泵車的動作；第二控制子模組，用於控制泵車實施已經鎖定動作的相反動作；以及第三控制子模組，用於控制泵車將已經鎖定動作解鎖。

在該實施例中，首先通過危險級別相應鎖定泵車的動作，然後控制泵車通過實施被鎖動作的相反動作，以安全迴轉方向或臂節未鎖動作方向動作臂架，使安全係數變大進入安全區域，恢復整車防傾翻功能所限制的動作。

第一控制子模組在控制泵車鎖定泵車的動作時，參照安全係數的大小：當安全係數小於第一安全係數且大於或等於第二安全係數時，鎖臂架快檔，進入慢檔模式，鎖一臂向下動作，鎖危險方向的一邊迴轉；當小於第二安全係數且大於或等於第三安全係數時，鎖臂架動作持續預設時間，鎖臂架快檔，進入慢檔模式，鎖一、二節臂的向下動作，鎖危險方向的一邊迴轉；以及當所述安全係數小於第三安全係數且大於或等於1時，鎖安全方向迴轉的臂架動作，鎖泵送。

在該實施例中，根據泵車的情況將危險定義為三個級別並對其進行相應的控制，使得泵車在不同情況下能夠採取最少的措施達到防止傾翻的目的。

根據《泵車及其控制方法和裝置》的實施例，提供了一種泵車。該泵車包括：該發明提供的任意一種泵車的控制裝置；以及顯示界面，與控制裝置相連線，用於泵車的整車狀態。將支腿坐標、重心坐標、穩心坐標等坐標傳送到顯示界面形成泵車安全俯視圖，如圖3所示，結合感測器參數構成安全人機界面，使機手能及時知道整車狀態並作相應調整，保障了機手安全，節約設備，並提高了泵車的使用壽命。

榮譽表彰

2013年10月，《泵車及其控制方法和裝置》獲得第十五屆中國專利優秀獎。