1.本发明属于工程机械技术领域，具体地，涉及一种基于速度补偿的起重机的自由落钩柔性制动控制方法。
背景技术：2.工程机械行业的发展，伴随施工需要，市场需求不断提升，履带式起重机不再是单纯应用负载的动力提升与动力下放，增加了包含自由落钩的强夯模式与孔内深层超强夯法sddc 模式，包括自由落钩和动力优先功能的抖料工况、多倍率下的动力加速功能、双卷扬的冲击抓斗功能等，现已成为集多功能为一身的多功能履带式起重机。
3.现在多功能起重机持续向大吨位发展，不断拓展型谱，更加注重安全设计，其次向模块化、智能化、人性化发展、将产品实现模块化、系列化开发、提高通用化和模块化程度，降低成本，逐步完善的计算机控制技术与集成传感技术在履带式起重机行业得到了广泛的应用。先进的电子控制技术在起重机运行，作业时的实时监控、作业诊断智能控制已经得到了初步发展，今后行业必然是向智能化发展。
4.目前，履带式起重机在自由落钩工况下，自由落钩操作完全由操作手人为操作，其中包括自由落钩允许开关的打开、负载吨位重量判断、根据吊重重量在车载显示屏上面手动选择合适的制动刹车力矩百分比即刹车制动档位。这样对于操作手来说，在长时间工作的情况下，既需要准确判断负载重量，又要记清楚不同负载重量对应的制动档位，同时需要手动操作选配，尤其在夜间条件下，操作手眼睛在周围环境黑暗的情况下长时间受到显示屏亮光照射，这样不仅工序复杂而且很容易造成操作手疲劳，导致操作失误，严重的话甚至造成钢丝绳或者臂架断裂或者啥刹车制动力不足、制动不及时等问题，产生灾难性后果。
5.公开号为cn 103612986 a的申请提出起重机的自由落钩控制方法、装置、系统及起重机，当要实现自由落钩工况时，该方法通过获取起重机的吊载重量和重物的初始静止高度，确定重物的起始制动高度，根据重物从起始制动高度下落到目标停止高度时制动设备的制动力和制动时间的对应关系，向制动设备控制阀输出制动力调整信号，控制重物在下落到重物的起始制动高度时的下落速度，同时根据设定的制动设备的制动力和制动时间的对应关系向制动设备控制阀输出第一制动信号，最终实现重物位于起始制动高度时的下落速度不大于允许最大下落速度，重物从起始制动高度下落至目标停止高度时，则钢丝绳在重物自由落钩过程中所受到的拉力不大于钢丝绳的允许最大拉力。该方法中没有明确不同重量负载与最合适的制动力大小与的匹配关系，造成制动力过充或者不足的问题，制动力控制不够精准。
6.公开号为cn204588513u提出一种起重机自由落钩工况下，对卷扬机卷筒转动速度的控制方法，该方法提出在自由落钩工况下工作人员将脚踏板松开到一定高度，供油装置向制动腔供油，制动腔活塞杆伸出，对卷筒提供制动力矩，以此来控制自由落钩负载下落速度，甚至可以做到将负载刹停。但是该方法中没有明确指出如何控制在不同重量负载下的制动腔供油量，控制手段单一，控制精度较低并且需要人为主动操作。
7.综上所述，现有的履带式起重机自由落钩系统针对不同重量负载情况下压力控制不够精确，踏板角度变化与压力分配不够合理，系统非线性因素没有避免，且没有实现不同吊重和不同制动档位的自动匹配，控制过程中能量损耗严重，或者控制变量单一不够灵活。
技术实现要素：8.针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于速度补偿的起重机自由落钩柔性制动控制方法，用于起重机做自由落钩工况时安全制动与柔性制动的控制，使得不同重量负载对应不同制动档位，并且在自由落钩和制动过程中实现转速和压力可控，避免了系统固有硬件性能和温度等非线性因素的影响，避免了操作手需要主观判断并手动选择匹配档位，最后实现柔性制动。
9.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于速度补偿的起重机自由落钩柔性制动控制方法，包括如下步骤：
10.(1)根据起重机自由落钩工况获取起重机液压系统中电控脚踏板的踏板角度最大值起重机液压系统中电控脚踏板的踏板角度最小值
11.(2)根据的踏板角度范围，将踏板角度划分成三段；
12.(3)根据起重机自由落钩工况下的负载重量划分五个制动档位，在制动档位下规划三段踏板角度下控制电比例减压阀的输出压力变化曲线；
13.(4)根据起重机自由落钩工况下负载做自由落体运动，在制动档位基础下规划踏板角度与负载下落过程中卷筒转速对应变化曲线；
14.(5)通过力限器测量起重机自由落钩上的负载重量以及压力传感器采集离合器制动腔压力，将负载划分到对应的制动档位上，操作手控制电控脚踏板的踏板角度变化，根据规划的输出压力变化曲线结合卷筒目标速度对应变化曲线，控制电比例减压阀的输出压力，实现起重机自由落钩柔性制动。
15.进一步地，起重机自由落钩工况下的负载为0～t1吨时，制动档位为10％，规划的输出压力变化曲线为：
[0016][0017][0018][0019]
其中，为10％制动档位压力变化曲线的第一阶段斜率，为10％制动档位压力变化曲线发热第一阶段曲线截距，为10％制动档位压力变化曲线的第二阶段斜率，为10％制动档位压力变化曲线的第二阶段曲线截距，为10％制动档位压力变化曲线的第三阶段斜率，为10％制动档位压力变化曲线的第三阶段曲线截距，y表示压力值，x表示踏板角度，为10％制动档位压力变化曲线中第一转折点对应踏板角度，为10％制动档位压力变化曲线中第二转折点对应踏板角度；
[0020]
所述卷筒转速对应变化曲线为：
[0021][0022]
其中，v为卷筒转速，n1为卷筒速度对应变化曲线与y轴的截距。
[0023]
进一步地，起重机自由落钩工况下的负载为t1～t2吨时，制动档位为30％，规划的输出压力变化曲线为：
[0024][0025][0026][0027]
其中，为30％制动档位压力变化曲线的第一阶段斜率，为30％制动档位压力变化曲线的第一阶段曲线截距，为30％制动档位压力变化曲线的第二阶段斜率，为30％制动档位压力变化曲线的第二阶段曲线截距，为30％制动档位压力变化曲线的第三阶段斜率，为30％制动档位压力变化曲线的第三阶段曲线截距，y表示压力值，x表示踏板角度，为30％制动档位压力变化曲线中第一转折点对应踏板角度，为30％制动档位压力变化曲线中第二转折点对应踏板角度；
[0028]
所述卷筒转速对应变化曲线为：
[0029][0030]
其中，v为卷筒转速，n2为卷筒速度对应变化曲线与y轴的截距。
[0031]
进一步地，起重机自由落钩工况下的负载为t2～t3吨时，制动档位为50％，规划的输出压力变化曲线为：
[0032][0033][0034][0035]
其中，为50％制动档位压力变化曲线的第一阶段斜率，为50％制动档位压力变化曲线的第一阶段曲线截距，为50％制动档位压力变化曲线的第二阶段斜率，为50％制动档位压力变化曲线的第二阶段曲线截距，为50％制动档位压力变化曲线的第三阶段斜率，为50％制动档位压力变化曲线第三阶段的曲线截距，y表示压力值，x表示踏板角度，为50％制动档位压力变化曲线中第一转折点对应踏板角度，为50％制动档位压力变化曲线中第二转折点对应踏板角度；
[0036]
所述卷筒转速对应变化曲线为：
[0037][0038]
其中，v为卷筒转速，n3为卷筒速度对应变化曲线与y轴的截距。
[0039]
进一步地，起重机自由落钩工况下的负载为t3～t4吨时，制动档位为70％，规划的输出压力变化曲线为：
[0040][0041][0042][0043]
其中，为70％制动档位压力变化曲线的第一阶段斜率，为70％制动档位压力变化曲线的第一阶段曲线截距，为70％制动档位压力变化曲线的第二阶段斜率，为70％制动档位压力变化曲线的第二阶段曲线截距，为70％制动档位压力变化曲线的第三阶段斜率，为70％制动档位压力变化曲线的第三阶段曲线截距，y表示压力值，x表示踏板角度，为70％制动档位压力变化曲线中第一转折点对应踏板角度，为70％制动档位压力变化曲线中第二转折点对应踏板角度；
[0044]
所述卷筒转速对应变化曲线为：
[0045][0046]
其中，v为卷筒转速，n4为卷筒速度对应变化曲线与y轴的截距。
[0047]
进一步地，起重机自由落钩工况下的负载超过t4吨时，制动档位为100％，规划的控制压力变化曲线为：
[0048][0049][0050][0051]
其中，为100％制动档位压力变化曲线的第一阶段斜率，为100％制动档位压力变化曲线的第一阶段曲线截距，为100％制动档位压力变化曲线的第二阶段斜率，为100％制动档位压力变化曲线的第二阶段曲线截距，为100％制动档位压力变化曲线的第三阶段斜率，为100％制动档位压力变化曲线的第三阶段曲线截距，y表示压力值，x表示踏板角度，为100％制动档位压力变化曲线中第一转折点对应踏板角度，为100％制动档位压力变化曲线中第二转折点对应踏板角度；
[0052]
所述卷筒转速对应变化曲线为：
[0053][0054]
其中，v为卷筒转速，n5为卷筒速度对应变化曲线与y轴的截距。
[0055]
进一步地，步骤(5)中根据规划的输出压力变化曲线结合卷筒目标速度对应变化曲线，控制电比例减压阀的输出压力，实现起重机自由落钩柔性制动的具体过程为：由马达提供动力将负载上提升并稳定，通过力限器测量起重机自由落钩上的负载重量以及压力传感器采集离合器制动腔压力，将负载划分到对应的制动档位上，操作手打开自由落钩允许开关，控制电控脚踏板的踏板角度变化，同时控制器按照规划的控制压力与踏板角度对应变化曲线，将控制电比例减压阀输出阀后压力，进而控制离合器的制动腔和离合腔的压力
差变化，实现离合器摩擦片分离，当需要实施制动时，踩下电控脚踏板，控制器按照对应的控制压力变化曲线，使得电比例减压阀输出的压力依据规划曲线变化，使得离合器制动腔压力相应增大，使离合器动静摩擦片间隙减小，当摩擦力矩不断增大至足以平衡负载产生扭矩，自由落钩制动完成；同时，负载下落以及制动过程中，卷筒转速传感器实时监测卷筒转速大小，控制器在依据压力与踏板角度对应曲线给到比例阀基础指令信号控制阀后输出压力的同时，结合规划的踏板角度与目标转速变化关系曲线，通过设计的转速补偿控制器在线实时调节比例减压阀阀后输出压力，进而控制下落过程中的卷筒转速，两者共同作用实现柔性制动以及落钩速度可控。
[0056]
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明基于速度补偿的起重机自由落钩柔性制动控制方法根据负载的重量不同自动选择匹配合适制动档位，在保证减电控脚踏板上减速机输出制动扭矩足够的前提下，对电比例减压阀输出到离合器制动腔的压力变化趋势进行规划，同时对踏板角度和各档位压力和卷筒转速进行分配，最后实现通过控制电控踏板角度使得不同重量的负载柔性制动。本发明的自由落钩制动方法控制更加灵活，避免了系统硬件性能与温度等非线性因素的影响，有效减少了操作手的工作工序，提高了操作安全性，确保自由落钩工况下制动的可靠性与稳定性。
附图说明
[0057]
图1为本发明基于速度补偿的起重机自由落钩柔性制动控制方法所采用的液压系统配置图；
[0058]
图2为本发明基于速度补偿的起重机自由落钩柔性制动控制方法的流程图；
[0059]
图3为本发明中规划的控制压力变化曲线图；
[0060]
图4为本发明中规划的卷筒目标转速随踏板角度变化曲线图；
[0061]
其中，1-油泵，2-储能油箱，3-溢流阀，4-电比例减压阀阀前压力传感器，5-电比例减压阀阀后压力传感器，6-电比例减压阀，7-电比例减压阀电流传感器，8-离合器制动腔电磁换向阀，9-离合器离合腔电磁换向阀，10-离合器制动腔压力传感器，11-离合器离合腔压力传感器， 12-液压管路，13-负载，14-离合器，15-卷筒转速传感器，16-卷扬机，17-钢丝绳，18-力限器， 19-马达，20-控制器，21-电控脚踏板，22-显示器，23-操作手柄，24-电源线路。
具体实施方式
[0062]
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步详细描述。
[0063]
如图1为本发明基于速度补偿的起重机自由落钩柔性制动控制方法所采用的液压系统配置图，该液压系统包括：油泵1、储能油箱2、溢流阀3、电比例减压阀阀前压力传感器4、电比例减压阀阀后压力传感器5、电比例减压阀6、电比例减压阀电流传感器7、离合器制动腔电磁换向阀8、离合器离合腔电磁换向阀9、离合器制动腔压力传感器10、离合器离合腔压力传感器11、离合器14、卷筒转速传感器15、卷扬机16、钢丝绳17、力限器18、马达 19、控制器20、电控脚踏板21、显示器22、操作手柄23、电源线路24、电控脚踏板21、显示器22、操作手柄23、力限器18、电比例减压阀6均通过电源线路24与控制器20连接，力限器18设置于钢丝绳17上，钢丝绳17缠绕于卷扬机16上，卷扬机16的外侧设有卷筒转速传感器15，卷扬机16
与离合器14同轴连接，马达19的输出轴与卷扬机16的轴心连接，提供负载上提动力；溢流阀3控制油泵1输入到离合器离合腔的压力为恒压，溢流阀3的出油口通过液压管路和离合腔离合腔电磁换向阀9进油口连接，离合腔离合腔电磁换向阀9出油口通过液压管路和离合腔14的进油口连接，电比例减压阀阀前压力传感器4、电比例减压阀阀后压力传感器5分别设置于电比例减压阀6前后的液压管路上，电比例减压阀电流传感器7与电比例减压阀6连接，离合器制动腔压力传感器10设置于与离合器14的制动腔相连的液压管路上，离合器离合腔压力传感器11设置于与离合器14的离合腔相连的液压管路上；电比例减压阀阀前压力传感器4、电比例减压阀阀后压力传感器5、电比例减压阀电流传感器 7、离合器制动腔压力传感器10、离合器离合腔压力传感器11、卷筒转速传感器15通过信号传输线路将监测信号传输给控制器20；电比例减压阀6的出油口通过液压管路与离合器制动腔电磁换向阀8的进油口连接，离合器制动腔电磁换向阀8的出油口通过液压管路与离合器 14的制动腔连接，离合器14的制动腔压力由比例减压阀6控制；溢流阀3的进口与储能油箱2连接，该液压系统做起重机自由落钩工况时，负载13被提升一定高度并保持稳定，负载 13由于自身重量使得钢丝绳17受到拉力作用，力限器18采集到钢丝绳17受到的拉力，并将拉力信号传输给控制器20，控制器20接收到此拉力信号后，将拉力信号转换为当前负载 13重量值并在显示屏上显示，通过本发明多功能起重机自由落钩工况的档位匹配方法，选取对应制动档位，完成吊重与合适档位的自动匹配，改变电控脚踏板21的角度，控制器20接收到对应电信号，同时控制器20按照规划的控制压力变化曲线，将控制电比例减压阀6输出阀后压力，电比例减压阀6输出阀后压力等于离合器14的制动腔压力，进而控制离合器14 的制动腔和离合腔的压力差变化进而控制离合器14摩擦片结合与分离，同时，负载下落过程中，卷筒转速传感器15实时监测卷筒转速大小，并依据规划的踏板角度与目标转速变化关系曲线，通过设计的转速控制器在线实时调节比例减压阀6阀后输出压力，进而控制下落过程中的卷筒转速，最终实现自由落钩柔性制动。
[0064]
具体地，本发明基于速度补偿的起重机自由落钩柔性制动控制方法的流程图如图2，该控制方法具体包括如下步骤：
[0065]
(1)根据起重机自由落钩工况获取起重机液压系统中电控脚踏板的踏板角度最大值起重机液压系统中电控脚踏板的踏板角度最小值
[0066]
(2)根据的踏板角度范围，将踏板角度划分成三段，记为第一段、第二段、第三段；具体地，第一段的踏板角度区域的电比例减压阀6的输出压力较小，不能提供足够的制动力矩，通过增加压力密度使得压力上升斜率大于第二段的踏板角度区域的控制压力上升斜率，使得电控脚踏板21在制动过程中可以快速度过第一段的踏板角度区域，进入到第二段的踏板角度区域；第二段的踏板角度区域为有效制动阶段，此阶段控制压力可以提供足够的制动力矩，该阶段的控制压力上升曲线斜率小于第一段的踏板角度的斜率，能够有效放缓控制压力的上升速率，同时，该踏板角度分配占整个踏板区间的63％，扩大有效制动区间，缩小无效区间，能够实现柔性制动；第三段的踏板角度区域为安全保障区域，此区域电控脚踏板21的控制压力继续上升，液压系统提供足够多的制动压力与力矩，保障制动临界点的操作安全性。
[0067]
(3)根据起重机自由落钩工况下负载稳定时的重量划分制动档位，如表1所示，由于起重机在单倍率工况下，最大起重负载为t5吨，同时考虑力限器18的采集精度有上下0.5
吨的误差，故在利用不同重量负载对钢丝绳拉力不同的条件下，划分为五个制动档位，分别为负载重量0≤t＜t1时，为10％制动档位，减压阀后输出压力变化p
0-p0’‑
p0”‑
p1，负载为t1吨时，当负载产生的扭矩与电控脚踏板21控制的减速机制动力矩相等时，对应的制动腔压力为p0’
；当负载可以完全制动，并且刹停时，此时对应的控制压力为p
0”；负载重量t1≤t＜t2时，为 30％制动档位，减压阀后输出压力变化p
1-p1’‑
p1”‑
p2，负载为t2吨时，当负载产生的扭矩与电控脚踏板21上减速机制动力矩相等时，对应的控制压力为p1’；当负载可以完全制动，并且刹停时，此时对应的控制压力为p
1”。负载重量t2≤t＜t3时，为50％制动档位，减压阀后输出压力变化p
2-p2’‑
p2”‑
p3，负载为t3吨时，当负载产生的扭矩与电控脚踏板21上减速机制动力矩相等时，对应的控制压力为p2’
；当负载可以完全制动，并且刹停时，此时对应的控制压力为p
2”。负载重量t3≤t＜t4时，为70％制动档位，减压阀后输出压力变化p
3-p3’‑
p3”‑
p4，负载为t4吨时，当负载产生的扭矩与电控脚踏板21上减速机制动力矩相等时，对应的控制电流为p3’
；当负载可以完全制动，并且刹停时，此时对应的控制电流为p
3”。负载重量t4≤t ＜t5时，为100％制动档位，减压阀后输出压力变化p
4-p4’‑
p4”‑
p5，负载为t5吨时，当负载产生的扭矩与电控脚踏板21上减速机制动力矩相等时，对应的控制电流为p4’
；当负载可以完全制动，并且刹停时，此时对应的控制电流为p
4”。在电比例减压阀6的输出压力达到初始压力前，此阶段电比例减压阀6的输出压力太小，可视为在该挡位下比例减压阀死区，离合器 14输出的制动扭矩可以忽略，制动腔压力约等于电比例减压阀6的阀后压力；同时电控脚踏板21的角度变化没有控制效果，视为电控脚踏板21的空行程；在p0之后的控制压力开始有制动效果，故为了直接跳过电比例减压阀6的死区区间，以及消除电控脚踏板21无用的空行程，使得液压系统快速响应，因此将10％档位初始压力分别设为p0bar，依据10％档位负载区间对应压力范围为p
0-p1bar，设定30％档位初始压力为10％档位压力区间的最大值即p1bar，同理50％、70％、100％各档位初始压力为p2bar、p3bar、p4bar。由于本发明中制动档位最大为100％，计算出满足制动要求控制压力为(p
5-3)bar，故考虑实际数据采集误差和人工操作误差，将最大控制压力设置在制动临界点(p
5-3)bar具有危险性，故在每一个制动档位电流满足制动要求的条件下，设置最终压力为p5bar作为安全值，从而保证压力和制动力矩足够满足工况需求，并且增加安全性。
[0068]
表1：本发明中负载-制动档位
‑‑
压力范围-踏板角度对应关系
[0069][0070]
在制动档位下规划三段踏板角度对应电比例减压阀6的输出压力变化曲线，具体
地，本发明的规划的输出压力变化曲线如图3：
[0071]
当起重机自由落钩工况下的负载为0～t1吨时，制动档位为10％，规划的输出压力变化曲线为：
[0072][0073][0074][0075]
其中，为50％制动档位压力变化曲线的第一阶段斜率，为50％制动档位压力变化曲线的第一阶段曲线截距，为50％制动档位压力变化曲线的第二阶段斜率，为50％制动档位压力变化曲线的第二阶段曲线截距，为50％制动档位压力变化曲线的第三阶段斜率，为50％制动档位压力变化曲线的第三阶段曲线截距。y表示压力值，x表示踏板角度，为50％制动档位压力变化曲线中第一转折点对应踏板角度，为50％制动档位压力变化曲线中第二转折点对应踏板角度；
[0076]
当起重机自由落钩工况下的负载为t1～t2吨时，制动档位为30％，规划的输出压力变化曲线为：
[0077][0078][0079][0080]
其中，为30％制动档位压力变化曲线的第一阶段斜率，为30％制动档位压力变化曲线的第一阶段曲线截距，为30％制动档位压力变化曲线的第二阶段斜率，为30％制动档位压力变化曲线的第二阶段曲线截距，为30％制动档位压力变化曲线的第三阶段斜率，为30％制动档位压力变化曲线的第三阶段曲线截距，y表示压力值，x表示踏板角度，为30％制动档位压力变化曲线中第一转折点对应踏板角度，为30％制动档位压力变化曲线中第二转折点对应踏板角度；
[0081]
当起重机自由落钩工况下的负载为t2～t3吨时，制动档位为50％，规划的输出压力变化曲线为：
[0082][0083][0084][0085]
其中，为50％制动档位压力变化曲线的第一阶段斜率，为50％制动档位压力变化曲线的第一阶段曲线截距，为50％制动档位压力变化曲线的第二阶段斜率，为50％制动档位压力变化曲线的第二阶段曲线截距，为50％制动档位压力变化曲线的第三阶段斜率，为50％制动档位压力变化曲线的第三阶段曲线截距。y表示压力值，x表示踏
板角度，为 50％制动档位压力变化曲线中第一转折点对应踏板角度，为50％制动档位压力变化曲线中第二转折点对应踏板角度；
[0086]
当起重机自由落钩工况下的负载为t3～t4吨时，制动档位为70％，规划的输出压力变化曲线为：
[0087][0088][0089][0090]
其中，为70％制动档位压力变化曲线的第一阶段斜率，为70％制动档位压力变化曲线的第一阶段曲线截距，为70％制动档位压力变化曲线的第二阶段斜率，为70％制动档位压力变化曲线的第二阶段曲线截距，为70％制动档位压力变化曲线的第三阶段斜率，为70％制动档位压力变化曲线的第三阶段曲线截距。y表示压力值，x表示踏板角度，为 70％制动档位压力变化曲线中第一转折点对应踏板角度，为70％制动档位压力变化曲线中第二转折点对应踏板角度；
[0091]
当起重机自由落钩工况下的负载超过t4吨时，制动档位为100％，规划的输出压力变化曲线为：
[0092][0093][0094][0095]
其中，为100％制动档位压力变化曲线的第一阶段斜率，为100％制动档位压力变化曲线的第一阶段曲线截距，为100％制动档位压力变化曲线的第二阶段斜率，为100％制动档位压力变化曲线的第二阶段曲线截距，为100％制动档位压力变化曲线的第三阶段斜率，为100％制动档位压力变化曲线的第三阶段曲线截距，y表示压力值，x表示踏板角度，为100％制动档位压力变化曲线中第一转折点对应踏板角度，为100％制动档位压力变化曲线中第二转折点对应踏板角度；
[0096]
上述五条输出压力变化曲线是基于实际现有工作条件和技术，根据负载的重量不同所需要的控制压力大小不同，同时考虑电控脚踏板角度与压力分配与阀组固有死区特性等因素，能够保证制动扭矩足够满足不同吨位负载制动需求的前提下考虑安全并且柔性要求，针对多目标，多元件控制更加灵活方便，有效减少了操作手的工作工序，提高了操作安全性，避开了阀组元件的固有缺陷，减速机离合器制动扭矩输出更加精准，提高了自由落钩系统快速响应能力和可靠性与稳定性。
[0097]
根据起重机自由落钩工况下负载做自由落体运动，在制动档位基础下规划踏板角度与负载下落过程中卷筒转速对应变化曲线，具体地，本发明的规划的卷筒转速曲线如图4：
[0098]
当起重机自由落钩工况下的负载为0～t1吨时，制动档位为10％，规划的卷筒转速
变化曲线为：
[0099][0100]
其中，v为卷筒转速，n1为卷筒速度对应变化曲线与y轴的截距。
[0101]
当起重机自由落钩工况下的负载为t1～t2吨时，制动档位为30％，规划的卷筒转速变化曲线为：
[0102][0103]
其中，v为卷筒转速，n2为卷筒速度对应变化曲线与y轴的截距。
[0104]
当起重机自由落钩工况下的负载为t2～t3吨时，制动档位为50％，规划的卷筒转速变化曲线为：
[0105][0106]
其中，v为卷筒转速，n3为卷筒速度对应变化曲线与y轴的截距。
[0107]
当起重机自由落钩工况下的负载为t3～t4吨时，制动档位为70％，规划的卷筒转速变化曲线为：
[0108][0109]
其中，v为卷筒转速，n4为卷筒速度对应变化曲线与y轴的截距。
[0110]
当起重机自由落钩工况下的负载为大于t4吨时，制动档位为100％，规划的卷筒转速变化曲线为：
[0111][0112]
其中，v为卷筒转速，n5为卷筒速度对应变化曲线与y轴的截距。
[0113]
上述五条卷筒转度变化曲线是基于实际现有工作条件和技术，根据负载的重量不同所需要的控制卷筒转速大小不同，同时考虑电控脚踏板角度与转速分配以及惯性冲击等因素，能够保证制动扭矩足够满足不同吨位负载制动需求以及自由落钩工况工作实际需求的前提下考虑安全并且柔性。
[0114]
(5)负载被提升并在一定高度稳定后，力限器18测量起重机自由落钩上的负载的重量，将负载划分到对应的制动档位上，操作手控制电控脚踏板21的踏板角度变化，根据规划的输出压力变化曲线和卷筒目标转速变化关系曲线，控制电比例减压阀6的输出压力，实现起重机自由落钩和柔性带载制动以及落钩速度可控；具体地，当负载13被提升到一定高度并稳定后，离合器制动腔电磁换向阀8和离合器离合腔电磁换向阀9均不得电时离合器14的制动腔与离合腔压力相等，压差为零，离合器14内置弹簧利用预紧力将动静摩擦片贴合，摩擦力产生扭矩和负载13引起的扭矩相等，负载13保持稳定，力限器18采集钢丝绳17受到拉力，力限器18将此拉力信号传输给控制器20，控制器20通过控制程序将拉力信号转化为负载重量，选择负载重量规划制动档位，并在显示器22上显示换挡成功，完成负载与制动档位的自动匹配过程。此时电控脚踏板21踩到底，控制器20接收到踏板角度变化信号，将控制压力变化曲线输出到电比例减压阀6，使得电比例减压阀6输出到最大压力，此时电比例减
压阀6 阀芯移动，阀口开度最大，当准备自由落钩时，按下操作手柄23上自由落钩允许按钮，控制器20接收到操作手柄的操作信号后，控制器20将电信号发送给离合器制动腔电磁换向阀8，使得离合器制动腔电磁换向阀8通电换位。操作手松开电控脚踏板21，控制器20接收到踏板角度变化信号，同时控制器20按照对应的控制压力变化曲线，将对应压力信号输出到电比例减压阀6，使得电比例减压阀6接收到的压力相应减小，离合器14制动腔压力降低，两腔压差增大，使得离合器液压缸活塞向一侧移动，制动腔和离合腔两腔压差克服弹簧预紧力使离合器14动静摩擦片间隙增大，当摩擦力矩不足以平衡负载产生扭矩时，负载利用自身重力做自由落体运动。负载下落过程中，卷筒转速传感器15实时监测卷筒转速大小，并依据规划的踏板角度与目标转速变化关系曲线，通过设计的转速控制器在线实时调节比例减压阀6阀后输出压力，进而控制下落过程中的卷筒转速。当需要实施制动时，踩下电控脚踏板21，控制器20接收到踏板角度变化信号，同时控制器20按照对应的控制压力变化曲线，将对应压力信号输出到电比例减压阀6，使得电比例减压阀6输出的压力依据规划曲线变化，离合器 14制动腔压力相应增大，两腔压差减小，使得离合器液压缸活塞向相反一侧移动，弹簧预紧力克服制动腔和离合腔两腔压差使离合器14动静摩擦片间隙减小，当摩擦力矩不断增大至足以平衡负载产生扭矩，自由落钩制动完成。在负载下落与制动过程中，在踏板控制减压阀压力输出曲线基础指令控制的前提下，转速补偿控制器依据踏板角度与转速对应关系曲线实时调整阀后压力。
[0115]
自由落钩系统作为一种涉及多工况、工作环境复杂多变、非线性影响因素多的液压传动系统，通过本发明基于速度补偿的起重机自由落钩柔性制动控制方法，使得系统具备高稳定性、快速响应性以及高安全性等诸多能力，本发明针对单倍率工况将允许吊载的吨位划分为五个区间，考虑系统阀组死区特性和离合器扭矩输出特性针对每一个区间单独设计控制压力变化曲线，并且针对不同的控制压力变化曲线结合电控踏板角度进行分配，最终划分为五个制动档位。通过力限器和传感器采集、控制器编程实现自动负载重量判断、自动选配制动档位，在此基础上直接有踏板角度控制比例阀后压力以及卷筒转速。针对多目标，多元件系统控制更加灵活方便，有效减少了操作手的工作工序，提高了操作安全性，避开了阀组元件的固有缺陷和温度等非线性因素的影响，使得不同情况下减速机离合器制动扭矩输出更加精准，实现了完全柔性制动，提高了自由落钩系统快速响应能力和可靠性与稳定性。
[0116]
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施方式，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
技术特征：1.一种基于速度补偿的起重机自由落钩柔性制动控制方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)根据起重机自由落钩工况获取起重机液压系统中电控脚踏板的踏板角度最大值θ1°
，起重机液压系统中电控脚踏板的踏板角度最小值θ4°
；(2)根据θ1°
～θ4°
的踏板角度范围，将踏板角度划分成三段；(3)根据起重机自由落钩工况下的负载重量划分五个制动档位，在制动档位下规划三段踏板角度下控制电比例减压阀的输出压力变化曲线；(4)根据起重机自由落钩工况下负载做自由落体运动，在制动档位基础下规划踏板角度与负载下落过程中卷筒转速对应变化曲线；(5)通过力限器测量起重机自由落钩上的负载重量以及压力传感器采集离合器制动腔压力，将负载划分到对应的制动档位上，操作手控制电控脚踏板的踏板角度变化，根据规划的输出压力变化曲线结合卷筒目标速度对应变化曲线，控制电比例减压阀的输出压力，实现起重机自由落钩柔性制动。2.根据权利要求1所述基于速度补偿的起重机液压系统的自由落钩柔性制动方法，其特征在于，起重机自由落钩工况下的负载为0～t1吨时，制动档位为10％，规划的输出压力变化曲线为：变化曲线为：变化曲线为：其中，为10％制动档位压力变化曲线的第一阶段斜率，为10％制动档位压力变化曲线发热第一阶段曲线截距，为10％制动档位压力变化曲线的第二阶段斜率，为10％制动档位压力变化曲线的第二阶段曲线截距，为10％制动档位压力变化曲线的第三阶段斜率，为10％制动档位压力变化曲线的第三阶段曲线截距，y表示压力值，x表示踏板角度，为10％制动档位压力变化曲线中第一转折点对应踏板角度，为10％制动档位压力变化曲线中第二转折点对应踏板角度；所述卷筒转速对应变化曲线为：其中，v为卷筒转速，n1为卷筒速度对应变化曲线与y轴的截距。3.根据权利要求1所述基于速度补偿的起重机液压系统的自由落钩柔性制动控制方法，其特征在于，起重机自由落钩工况下的负载为t1～t2吨时，制动档位为30％，规划的输出压力变化曲线为：压力变化曲线为：压力变化曲线为：其中，为30％制动档位压力变化曲线的第一阶段斜率，为30％制动档位压力变化
曲线的第一阶段曲线截距，为30％制动档位压力变化曲线的第二阶段斜率，为30％制动档位压力变化曲线的第二阶段曲线截距，为30％制动档位压力变化曲线的第三阶段斜率，为30％制动档位压力变化曲线的第三阶段曲线截距，y表示压力值，x表示踏板角度，为30％制动档位压力变化曲线中第一转折点对应踏板角度，为30％制动档位压力变化曲线中第二转折点对应踏板角度；所述卷筒转速对应变化曲线为：其中，v为卷筒转速，n2为卷筒速度对应变化曲线与y轴的截距。4.根据权利要求1所述基于速度补偿的起重机自由落钩柔性制动控制方法，其特征在于，起重机自由落钩工况下的负载为t2～t3吨时，制动档位为50％，规划的输出压力变化曲线为：线为：线为：其中，为50％制动档位压力变化曲线的第一阶段斜率，为50％制动档位压力变化曲线的第一阶段曲线截距，为50％制动档位压力变化曲线的第二阶段斜率，为50％制动档位压力变化曲线的第二阶段曲线截距，为50％制动档位压力变化曲线的第三阶段斜率，为50％制动档位压力变化曲线第三阶段的曲线截距，y表示压力值，x表示踏板角度，为50％制动档位压力变化曲线中第一转折点对应踏板角度，为50％制动档位压力变化曲线中第二转折点对应踏板角度；所述卷筒转速对应变化曲线为：其中，v为卷筒转速，n3为卷筒速度对应变化曲线与y轴的截距。5.根据权利要求1所述基于速度补偿的起重机自由落钩柔性制动控制方法，其特征在于，起重机自由落钩工况下的负载为t3～t4吨时，制动档位为70％，规划的输出压力变化曲线为：线为：线为：其中，为70％制动档位压力变化曲线的第一阶段斜率，为70％制动档位压力变化曲线的第一阶段曲线截距，为70％制动档位压力变化曲线的第二阶段斜率，为70％制动档位压力变化曲线的第二阶段曲线截距，为70％制动档位压力变化曲线的第三阶段斜
率，为70％制动档位压力变化曲线的第三阶段曲线截距，y表示压力值，x表示踏板角度，为70％制动档位压力变化曲线中第一转折点对应踏板角度，为70％制动档位压力变化曲线中第二转折点对应踏板角度；所述卷筒转速对应变化曲线为：其中，v为卷筒转速，n4为卷筒速度对应变化曲线与y轴的截距。6.根据权利要求1所述基于速度补偿的起重机自由落钩柔性制动控制方法，其特征在于，起重机自由落钩工况下的负载超过t4吨时，制动档位为100％，规划的控制压力变化曲线为：线为：线为：其中，为100％制动档位压力变化曲线的第一阶段斜率，为100％制动档位压力变化曲线的第一阶段曲线截距，为100％制动档位压力变化曲线的第二阶段斜率，为100％制动档位压力变化曲线的第二阶段曲线截距，为100％制动档位压力变化曲线的第三阶段斜率，为100％制动档位压力变化曲线的第三阶段曲线截距，y表示压力值，x表示踏板角度，为100％制动档位压力变化曲线中第一转折点对应踏板角度，为100％制动档位压力变化曲线中第二转折点对应踏板角度；所述卷筒转速对应变化曲线为：其中，v为卷筒转速，n5为卷筒速度对应变化曲线与y轴的截距。7.根据权利要求1所述基于速度补偿的起重机自由落钩柔性制动控制方法，其特征在于，步骤(5)中根据规划的输出压力变化曲线结合卷筒目标速度对应变化曲线，控制电比例减压阀的输出压力，实现起重机自由落钩柔性制动的具体过程为：由马达提供动力将负载上提升并稳定，通过力限器测量起重机自由落钩上的负载重量以及压力传感器采集离合器制动腔压力，将负载划分到对应的制动档位上，操作手打开自由落钩允许开关，控制电控脚踏板的踏板角度变化，同时控制器按照规划的控制压力与踏板角度对应变化曲线，将控制电比例减压阀输出阀后压力，进而控制离合器的制动腔和离合腔的压力差变化，实现离合器摩擦片分离，当需要实施制动时，踩下电控脚踏板，控制器按照对应的控制压力变化曲线，使得电比例减压阀输出的压力依据规划曲线变化，使得离合器制动腔压力相应增大，使离合器动静摩擦片间隙减小，当摩擦力矩不断增大至足以平衡负载产生扭矩，自由落钩制动完成；同时，负载下落以及制动过程中，卷筒转速传感器实时监测卷筒转速大小，控制器在依据压力与踏板角度对应曲线给到比例阀基础指令信号控制阀后输出压力的同时，结合规划的踏板角度与目标转速变化关系曲线，通过设计的转速补偿控制器在线实时调节比例
减压阀阀后输出压力，进而控制下落过程中的卷筒转速，两者共同作用实现柔性制动以及落钩速度可控。
技术总结本发明公开了一种基于速度补偿的起重机自由落钩柔性制动控制方法，包括：根据起重机自由落钩工况获取起重机液压系统中电控脚踏板的踏板角度最大值和最小值；根据踏板角度范围，将踏板角度划分成三段；根据起重机自由落钩工况下的负载划分制动档位，在制动档位下规划三段踏板角度控制电比例减压阀输出压力变化曲线和踏板角度与卷筒转速对应关系曲线；通过力限器测量起重机自由落钩上的负载，将负载划分到对应的制动档位上，操作手控制电控脚踏板的踏板角度变化，根据规划的控制压力变化曲线和卷筒转速曲线，控制电比例减压阀的输出压力，实现起重机自由落钩柔性制动。本发明柔性制动控制方法提高了操作稳定性安全性。制动控制方法提高了操作稳定性安全性。制动控制方法提高了操作稳定性安全性。
技术研发人员：高伟 宋世恒 王春义 艾超 许文强 杨贵胜 陈立娟 贾存德
受保护的技术使用者：南京工程学院
技术研发日：2022.07.20
技术公布日：2022/11/1
