大型液压起重机同步控制的研究

作者简介： 尹海兵 （1982-） ， 男， 浙江台州人， 工程师， 工程硕士， 现从事
图 1 主起升钢丝绳缠绕示意图
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液压气动与密封/2017 年第 05 期
1.2 起升液压系统 起升绞车通过安装在其上的液压马达来驱动， 而 液压马达则是通过动力房的液压闭式泵来提供动力， 并且在液压马达上装有速度传感器， 用来采集马达的 转速。液压原理简图如图 2 所示， 电机带动闭式泵以恒 定转速旋转， 闭式泵通过其上的比例阀电流的大小和 方向来改变行程油缸的方向和位置， 从而改变闭式泵 的流量输出大小和方向， 来实现马达的正反转和转动 的快慢。两个起升绞车分别由两组相互独立的闭式泵 控制定量马达调速系统组成， 两个系统元件的各个参 数及性能指标几乎相同。
收稿日期： 2017-03-13 液压系统设计工作。
船上的 360 吨和 1000 吨， 均都可以采用液压驱动的起
1 液压起重机系统分析
1.1 起升机构 示， 两个起升绞车分别经过改向滑轮， 定滑轮组， 动滑 轮组来共同带动起升钩头。 某大型液压起重机的主起升钢丝绳缠绕如图 1 所
1-起升绞车 2-转速传感器 3-人字架改向滑轮 4-臂架改向滑轮 5-测力传感器 6-定向滑轮组 7-动滑轮组 8-起升钩头
文献标志码： A 文章编号： 1008-0813 （2017） 05-0001-05
尹海兵， 吴建奎
Research on Synchronous Control for Large Hydraulic Crane
YIN Hai-bing, WU Jian-kui
（Shanghai Zhenhua Heavy Industries Company Limited, Shanghai 200125, China）
Abstract： The large hydraulic crane can't use single winch to drive the main hoist or boom usually, then need to adopt dual winches to drive at the same time, so there are synchronization errors. To solve this problem, study a large hydraulic crane hoisting system, analyze its mechanical and hydraulic system, and thus establish the mathematical model of the hydraulic system in this paper. And use master-slave synchronization control principle and PID synchronous control method. Then simulate from speed synchronous and torque synchronous. Finally, compare results and get a good control effect. Key words： hydraulic; crane; synchronous; speed; torque
Hydraulics Pneumatics & Seals/No.05.2017
doi:10.3969/j.issn.1008-0813.2017.05.001
大型液压起重机同步控制的研究
（上海振华重工 （集团） 股份有限公司， 上海 200125）
摘 要： 由于大型液压起重机往往无法用一组绞车带动主起升或者变幅臂架， 故需要采用双绞车同时驱动， 因此往往存在着同步误 差。为解决这个问题， 该文以某大型液压起重机的主起升系统为研究对象， 分析了该设备的机械系统和液压系统， 从而建立了其液压 系统数学模型， 再利用主从同步控制原理， 对双绞车进行 PID 同步控制， 并分别从转速同步和转矩同步两个方面进行仿真分析，键词： 液压； 起重机； 同步； 转速； 转矩
0 引言
围内。因绞车是用马达来驱动的， 因此双绞车的同步 控制实际上就是双马达的同步控制。本文以需要采用 双绞车同步控制的某大吨液压起重机为例， 采用 PID 算法， 主从控制方式对双马达带动的主起升机构进行 同步控制， 并用软件分别进行转速和转矩仿真分析， 比 较并得到不同的控制效果。
随着对起重机吨位要求的不断提高， 并且由于液
压起重机相对同吨位的电驱起重机重量轻的优点， 目 前液压驱动的起重机也得到非常广泛的应用。额定载 荷从工程船上小型的 15 吨， 20 吨和 25 吨到海洋平台上 常用的 50 吨， 80 吨， 再到铺管船上的 300 吨和风电安装 重机并也取得了很好的实际应用。一般而言， 小吨位 小功率的液压起重机常常采用液压开式系统驱动， 并 且可以使用单个绞车驱动机构， 因此简单的开环控制 就往往能满足使用要求； 而大吨位大功率的通常采用 液压闭式系统， 尤其是吨位在 1000 吨的液压起重机， 它 的主起升和变幅臂架已经无法用单一的绞车来驱动， 因此需要设计两套绞车来同时驱动一个钩头。但是由 于压力波动、 液压泄漏、 负载无法绝对均衡等众多因素 的影响， 常常使两个绞车系统的速度不相等， 容易造成 滑轮组和钩头偏载工作， 使得滑轮损坏和钢丝绳的加 速磨损甚至造成安全事故。为避免这个问题， 就必须 控制两组绞车系统的速度偏差控制在某一定的安全范
pB——变量泵回油口压力； Cip——变量泵内部泄漏系数； Cep——变量泵外部泄漏系数。 马达和负载的转矩平衡方程为 Dm(pA-pB)= J θ̈ + B θ̇ +Gθm+TL
m m m m
式中 Dm——定量马达的排量；
（3）
pA——定量马达进油口压力； pB——定量马达回油口压力； Jm——液压马达和负载 （折算到马达轴上） 的总 惯量； Bm——液压马达和负载 （折算到马达轴上） 的总 粘性阻尼系数； G——负载刚度； TL——作用在马达轴上的任意外负载转矩； 2） 闭式泵变量机构数学模型 θm——液压马达转角。