自行式液压平板车四点支撑“面追逐式”调平策略的研究与应用.pdf

2 0 1 5年 8 月 第 4 3 卷 第 l 5 期 机床与液压 MACHI NE T 00L HYDRAUL I CS Au g ． 2 01 5 Vo 1 ． 4 3 No ．1 5 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 5 ． 1 5 ． 0 1 4 自行式液压平板车四点支撑 “ 面追逐式”调平策略的研究与应用 赵静 一 ，杨 宇静 ，康绍鹏 ，王滋佳 ，柳婷婷 燕山大学机械工程学院，河北秦皇岛 0 6 6 0 0 4 摘要自行式液压平板车是大型工程设备运输的关键设备，运输对象以超高、超宽、超重为重要特征，其运输过程需 保证运行的安全性。针对自行式液压平板车工作中出现的虚腿情况，提出了一种四点支撑的液压平台调平方法，即 “ 面追 逐式”误差控制法 ，并对 自动调平过程中控制逻辑进行了设计。实车试验表明，该方法可以有效预防平板车 自动调平过程 中虚腿的产生，提高了车辆运行的安全性。 关键词 自行式液压平板车；四点支撑 ；自动调平；面追逐式；调平策略 中图分类号T H- 3 9 文献标志码A 文章编号1 0 0 1 - 3 8 8 1 2 0 1 5 1 5 - 0 5 7 - 4 Re s e a r c h a n d Ap pl i c a t i o n o f Fo ur - po i nt S up po r t“ Fl a t Cha s i n g S t y l e’ ’ Le v e l i n g S t r a t e g y o n Se l f - pr o pe l l e d Hy d r a ul i c Tr a n s p o r t e r Z HA O J i n g y i ， Y A N G Y u j i n g ， K A N G S h a o p e n g ，WA N G Z i j i a ，L I U T i n g t i n g ． C o l l e g e o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ， Y a n s h a n U n i v e r s i t y ，Q i n h u a n g d a o H e b e i 0 6 6 0 0 4 ，C h i n a Ab s t r a c t S e l f - p r o p e l l e d h y d r a u l i c t r a n s p o r t e r i s t h e k e y d e v i c e o f l a r g e - s c a l e e q u i p me n t ． As t h e f e a t u r e o f t h e e q u i p me n t i s h i g h， w i d e a n d o v e r w e i g h t ，i t i s i mp o r t a n t t o e n s u r e t h e i r s a f e t y d u r i n g t r a n s p o r t o p e r a t i o n ．A n e w me t h o d o f f o u r p o i n t s u p p o rt c a l l e d“ fl a t c h a s i n g s t y l e ” l e v e l i n g s t r a t e g y wa s p r o p o s e d a c c o r d i n g t o t h e w e a k l e g o f s e l f - p r o p e U e d h y d r a u l i c t r a n s p o r t e r ． T h e c o n t r o l l o c o f t h e a u t o ma t i c l e v e l i n g p r o c e s s w a s d e s i g n e d ． T h e t e s t o n t h e s e l f - p r o p e l l e d h y d r a u l i c t r an s p o rte r s h o w s t h a t t h i s me tho d c a n p r e v e n t t h e s i t u a t i o n o f we a k l e g e f f e c t i v e l y a n d p r o g r e s s t h e s p e e d a n d s a f e t y o f a u t o ma t i c l e v e l i n g p r o c e s s ． Ke y wo r d sS e l f - p r o p e l l e d h y dra u l i c t r ans p o rt e r ；F o u r - p o i n t s u p p o rt；Au t o ma t i c l e v e l i n g ；F l a t c h a s i n g s t y l e ；L e v e l i n g s t r a t e gy 0前 言 随着国内外经济建设的飞速发展 ，在港 口、造 船、施工建设、冶金、军事、机场 、石油化工及物流 等领域大型工程建设越来越多 ，许多工程装备以超 高、超宽、超重为主要特征，大型自行式液压平板车 以下简称平板车是此类货物陆路运输 的关键设 备 。平板车在运行过程中，会遇到爬坡、转弯、急 刹车及风载等工况 ，上述几种工况会引起负载重心位 置变化及车身平台倾斜 的现象。为确保运输的安全 性，防止物件倾翻或滑落，发生车毁人亡的严重事 故，行驶过程中车身平台必须保持一定的水平度，故 整车的升降调平控制问题涉及到车辆的安全运行。平 板车具有车身平台平升平降及自动调平功能，在运行 过程中要 求车身平 台保 持水平，而调平时 出现 的 “ 虚腿”问题也是车辆运行的一大安全隐患 。针对 目前平板车实际应用情况提出了一种新的调平控制策 略，即 “ 面追逐式”调平控制策略，并结合实际应 用对其进行了逻辑分析。该控制策略实现了调平过程 中四点保持一个平面的效果，有效地预防了虚腿问题 的产生 ，并且几个支腿同时动作 ，提高了调平过程的 运行安全性 。 1 常用调平控制方法及存在 问题 目前普遍应用的调平策略主要是位置误差调平法 和角度误差调平法 ，前者对各点速度控制的方式导致 在调平过程中容易出现虚腿现象 ，后者则因控制量之 间存在耦合关系使之在调平时间上不 占优势。 1 ． 1 位 置误 差调 平 法 位置误差调平法主要是 “ 追逐式”调平方法， “ 追逐式”调平法一般分为最高点不动、最低点不动 和中心点不动 3 种常见方法 。车身平台在进入调 平状态时一般都不在水平状态，在调平的过程中，保 持最高点／ 最低点／ 中心点位置不变 ，将其作为基准 点 ，通过调整其他支腿与基准点在竖直方向的位置误 差使之向基准点逐渐靠近 ，通常 ，在调整其他支腿靠 近基准点的过程中，各支腿的速度调节方式相同，都 与各点与基准点的竖直方向位置误差成一定比例。图 1 为以 “ 最高点”追逐法为例的速度控制方式，图中 将各点与最高点在竖直方向的误差值分为 4等分，运 收稿日期2 0 1 4 0 5 - 2 9 基金项目国家自然科学基金项目 5 1 1 7 5 4 4 8 ；河北省自然科学基金 E 2 0 1 2 2 0 3 0 7 1 作者简介赵静一 1 9 5 7 一 ，男 ，教授 ，博士生导师，主要从事新型液压系统开发和机电控制方面的研究。 通信作者 杨宇静，E m a i l y a n g y u j i n g 1 9 8 9 y e a h ． n e t 。 5 8 机床与液压 第 4 3卷 动一段 时问后较低 的 3个点运 动位移均为误差 的1 ／ 3 ， 即各 点的运 动速度均为各 自与竖直方向的位 置误差成 正比。该方法控制方式简单，可使各支点同时到达水 平面上，但是调节过程中无法保持 4个支点受力均 匀 ，容易出现虚腿 的情况 。 图 1 “ 最高点”追逐法速度控制方式 1 ． 2角度误 差调平 法 角度误差法将角度传感器检测到的车身平台在水 平两个方向的倾斜角作为参照 ，调整各支腿的高度直 至这两个倾角值都减小到设定极限值 。4个支撑 点有最高点、次高点、最低点和次低点之分，角度误 差法调节过程为为 1 先驱动最低点与次低点两 支撑液压缸支腿，采用同步联动方式向上运动，另两 个相邻支腿保持静止状态不变 ，调节一个方向上的水 平 ，直至该方向倾角值达到设定极限值； 2 驱动 最低 点和次高点两支液压支腿 ，调节另外一个方 向上 水平直到倾角为设定极限值。通过这两个步骤就可以 把车身平台调节成水平状态。角度误差法又叫两点调 平法 ，该方法算法简单，且很好地绕过了复杂的解耦 计算 ，但是在平台负载不均匀的情况下可能会遇到虚 腿的问题 ，同时因为独立调整一个方向时会影响另一 个方向的水平度，因此需要多次重复两个方向的调 平 ，故调平时 间较长 。 2 “ 面追逐式”调平法 由于车身平台的质量和惯性较大 ，当支腿在调平 过程中出现下降的动作时，会出现平台抖动的现象， 不利于调平，故选取最高点为追逐的参考点。“ 面追 逐式”调平法与前文提到的 “ 追逐式”调平法均属 于位置误差调平法，区别在于调平过程中对各支腿的 速度控制方式不 同，前 者具体 的控制方式 如下 文 所述 。 如图2所示为四点支撑平台的示意图，在车身几 何中心处安装有双轴传感器，用以检测车身平台在在 、l ， 两个方 向的倾斜角。O X Y Z为平台水平时的坐 标系，称该坐标系为参考坐标系，该坐标系中心点为 车身平台几何中心点，坐标系保持水平。平台坐标系 为 O X ， Y z ，该坐标系随车身平台的转动而转动，坐 标中心点与 O X Y Z中心点始终保持重合，称该坐标系 为动坐标系。动坐标系相对参考坐标系沿两个方向的 倾斜角分别为 、』B ，即绕 轴旋转的角度为 a，绕 y 轴旋转的角度为 ，由双轴传感器测量得到。 『 0 0 ] T 1 R o t X ， R o t Y ， 卢 1 0 C O S O ／一 s i m x I l 0 s i n c o s j [ 0 亳] T R o t Y ， 卢 R o t X ， l 0 1 0 1 ． 1 一 s i 0 c 。 j 0 - s i n o t [ 兰 。三] 由于倾斜角很小 ， 故 s i n ／ 3 1 3 ， s i n a a ， s i n a s i n ,8 0 ， c o s c 0 1 ， 分别代入代入 T l 及 T 2 得 l 1 j 中坐标为 P P P 。 ， 点P固结在运动坐标系中， 无 坐标 系中的坐标 ” P P ，P ，P ，则 ㈩ 其中P 0 ，则 P ； P 0 ／ P 。如此便可求各 6 0 机床与液压 第4 3卷 调平系统由检测装置、调平机构和控制系统组 成。检测装置包括一个双轴传感器 ，安装于车体平 台的几何中心，用来检测车体平台在 、l ， 两个方 向的倾斜角；压力传感器 ，用以检测各悬挂液压缸 的压力 ，检测值作为判断是否产生虚腿 的重要 参 数。调平执行机构以悬挂液压缸和电液 比例方向阀 构成的液压系统。控制系统采用计算机微 电自动控 制系统 。 如图 7 所示为 自动调平系统的流程 图。 开 始 根据双轴传感器信号 计算各高度及高度差 给出各方向阀控制信号 图 7自动调平流程 图 自动调平控制过程如下 1 自动调平开始时，双轴传感器采集车身平 台在两个方向的倾斜角并传至采集信号的控制器，控 制器根据式 5 计算出各点的相对高低并计算出其 余三点与最高点之间在竖直方向的位置误差。 2 判断最高点与最低点之间竖直方向的位置 误差值 A Z 与 z 之间的关系 Z 为判断是否进行调 平动作的设定界限值 ，若 △ z z 则控制器给各方向 控制阀电信 号控制各支撑点悬挂液 压缸动作，若 △ z ≤z ，则程序返回第一步根据双轴传感器采集信 号计算各点与最高点之间竖直方向的位置误差。 3 同时各悬挂回路上都安装的压力传感器实 时监测各点液压缸内部的压力情况，当任意点压力值 P ≤P P 为根据车辆 自重及货物质量之和计算出各 悬挂的承重范围设定的报警值时，证明某点出现 虚腿情况则马上停止调平，先将出现虚腿的悬挂支 撑伸出，到达合理 的压 力值时再重新进行调平操 作 ⋯。若没有点发生虚腿，则调平过程继续，直至 △ Z 4 ≤z ，此时调平过程结束。 对 l O O T液压平板 车进行满载调平试验，采用 P L C和数据采集模块进行模拟量的采集，再将数据采 集卡与计算机相连接，采集系统运行得到的各支撑点 处液压缸压力数据，将数据转换为曲线如图 8 所示， 结果显示 4个液压缸的压力值基本保持一致，无虚腿 情况发生 。 ．2 0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 时 闻『 s 图 8 实验所得各柱塞缸缸压力曲线图 实车运行 显示 ，车身平 台在实时调平过程中 ，车 身平台前后左 右误差在 1 5 S 之 内可达到 8 m m之 内。 4 结 论 1 “ 面追逐式”调平控制方法，相比现有的常 用 的调平方法 ，有效地减少 和预 防了调平过程 中虚腿 的产生 ，保证 了调平过程 的安全性和稳定性 。 2 实 车试 验 表 明该 方 法 用在 重 型车 中安 全 、 可靠 。 3 该方法还可 以应用到发射车、车载雷达、 静力压桩机等设备的调平。 参考文献 [ 1 ]赵静一， 李侃． 重型平板车发展现状与趋势[ J ] ． 东北大 学学报， 2 0 0 8 ， 2 9 2 2 5 8 2 6 1 ． [ 2 ]王智勇， 赵静一 ， 张齐生． 负荷传感技术在重型平板车液 压控制系统上的应用[ J ] ． 中国工程机械学报 ， 2 0 0 5 4 4 3 5 -4 3 8 ． [ 3 ]肖飞， 张之善 ， 王顺． 工程机械支腿 自动调平的研究[ J ] ． 液压与气动， 2 0 1 3 1 2 5 6 - 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