符 智，李海亮，朱 俊

（三一重工股份有限公司，湖南 长沙 414000）

在现代建筑施工中，混凝土泵车已经在建造高层建筑、桥梁以及地下工程中得到了广泛应用。作为混凝土泵车的核心部分［1］，混凝土泵车臂架系统通常由多节臂架及之间的臂架油缸、连杆、铰接轴等组成，每两节臂架和其连杆构成四杆机构，由油缸驱动完成展开、收拢及旋转等动作。根据四杆机构的特点，当臂架油缸以恒定速度驱动时，由于展开角度的变化，导致臂架本身转动速度变化，臂架运行过程中出现快开快收的现象，这种现象会导致：（1）操作员在操作臂架运行时，由于臂架运动速度的变化，提高了操作难度，增加了操作过程的不确定性；（2）臂架运行速度的变化增大了臂架运行时的振动［2］，降低了臂架的结构可靠性，增加了臂架运动过程的危险性。

目前国内外对于臂架稳定性的研究主要集中在减小臂架运动启动与停止时的惯性力及油缸运动稳定性方面。如胡鹏法［3］等人通过改善油缸伸缩控制策略，提高油缸同步稳定性，减小启动及停机时的惯性力，但其并没有对臂架运行过程中的稳定性进行分析。对于泵车臂架振动的研究主要集中在泵送过程中液压换向冲击导致的振动，对臂架收拢与展开过程中的振动研究及惯性研究较少，如王佳茜［4］等人提出利用偏移控制抑制臂架在泵送过程中的振动。吴智勇［5］等人提出基于时滞补偿的混凝土臂架减震方法。

针对以上问题，文章利用Adams多体动力学仿真软件，模拟臂架匀速运动时油缸速度与臂架展开角对应关系，加装臂架展开角传感器，提出一种对臂架展开角实时监测，利用油缸速度-臂架展开角对应曲线进行闭环反馈控制，通过调节电磁阀电流，实现臂架匀速运行的方法。通过试验验证了此方法的实用性及可靠性，并运用于实际工程中。

1 臂架运行速度分析

混凝土泵由油缸驱动1个四杆机构实现臂架展开与收拢，将臂架简化为1个油缸推动1个四杆机构，当臂架油缸以速度v伸长时，可推算出臂架运行速度w2。如图1所示。

图1 臂架四杆机构示意图

根据封闭适量法，推算杆l1与杆l3角速度关系

计算可得

l1杆转动速度w1由油缸伸长速度v和油缸转动速度w合成

通过动力学仿真软件Adams仿真可以得出臂架油缸在匀速运动时臂架角速度的变化趋势，如图2所示。

图2 Adams仿真界面

过去混凝土泵车臂架通过恒定伸缩速度的油缸推动展开或收拢，当油缸速度恒定时，由于臂架展开角度不同时，导致展开或收拢时运行速度波动，角速度最大时接近于角速度最小时的2倍，臂架展开或收拢过程运行速度非常不稳定。如图3所示。

图3 恒定油缸速度时臂架角速度变化曲线

2 臂架展开平稳性提升方法

2.1 油缸伸长速度改进

由式（6）可知，若需要运行速度w3恒定，则油缸速度v需根据展开角度a3变化而变化。为得到v随a3变化关系式，利用Adams建立了臂架四杆机构模型，得到臂架速度恒定时油缸速度—臂架展开角曲线。如图4所示。

图4 恒定臂架速度时油缸速度变化曲线

2.2 油缸控制方法改进

其中 v——油缸速度；

β——流量系数；

A油——油缸面积；

A——实际流通面积；

Δp——压差。

由于二通流量阀的存在，多路阀进出油口之间的压差一定，当油缸面积一定时，油缸速度v只与多路阀滑阀开度A成正比。在遥控状态下，多路阀开度A由电磁阀控制，与电磁阀电流成正比，故控制电磁阀电流即可控制油缸速度，进一步控制臂架运行速度。

为保证臂架展开速度恒定，在臂架上加装倾角传感器，实时监测臂架展开角度，将展开角度和油缸随展开角变化关系曲线相结合，通过控制电磁阀电流实现臂架展开收拢速度的闭环控制。

控制原理如图5所示。

图5 臂架匀速运动控制原理图

当运用角加速度传感器反馈时，电流控制为实时瞬态控制，每一控制点都随着相对角加速度瞬时值而改变。当角加速度＞0时，减小电磁阀电流，减小液压滑阀开度，减慢油缸运行速度；反之，当角加速度＜0时，增大电磁阀电流，增大滑阀开度，提高油缸运行速度，最终实现臂架近似匀角速运动。

3 改进方法试验验证

为验证文章方法的有效性与实用性，以某单位量产的某型号泵车为试验对象，如图7所示应用Adams计算其油缸速度曲线，加装倾角传感器，优化控制程序，对各节臂架的优化控制程序前后臂架速度对比，结果如表1、表2，图6、图7所示。

表1 程序优化后臂架运行速度

表2 程序优化前臂架运行速度

图6 臂架收拢角度时历曲线

图7 臂架展开角度时历曲线

对比臂架展开与收拢时程序优化前后臂架角位移曲线，可以看出程序优化后臂架展开与收拢接近匀速运动，臂架运行速度波动大幅度减小。

4 结束语

（1）分析了混凝土泵车臂架与油缸运行速度特点，由于臂架为四杆机构，油缸匀速运行时，臂架展开与收拢速度波动较大，导致臂架操作时存在快开快收现象，提高了操作难度，降低了臂架稳定性。

（2）利用Adams软件模拟臂架运行过程，得到臂架匀速运动时，油缸速度—臂架展开角曲线，提出利用倾角传感器实时监测臂架展开角，反馈控制电磁阀电流，进而控制油缸速度，实现了臂架匀速展开与收拢，通过试验验证了方法的可行性。

［1］ 冯波. 混凝土泵车臂架系统的仿真分析［D］. 长沙：长沙理工大学，2012.

［2］ 刘会勇，李伟，彭秀英，等. 混凝土泵车臂架液压系统建模与仿真研究［J］. 工程设计学报，2010，17（4）：253-257.

［3］ 胡鹏法. 高空消防车臂架控制关键技术研究与系统开发［D］. 武汉：武汉理工大学，2012.

［4］ 王佳茜，郭岗，黄露，等. 主动减振控制中泵车臂架末端偏移研究［J］. 建设机械技术与管理，2012（8）：91-94.

［5］ 吴智勇，周翔，胡德文，等. 基于时滞补偿方法的混凝土泵车臂架主动减振［J］. 中国机械工程，2013，24（24）：3283-3288.