多平台多缸协同自动调平系统.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103398035 A (43)申请公布日 2013.11.20 CN 103398035 A *CN103398035A* (21)申请号 201310347490.8 (22)申请日 2013.08.12 F15B 11/22(2006.01) F15B 21/02(2006.01) (71)申请人华电重工股份有限公司地址 100077 北京市东城区永定门西滨河路 8 号院 7 号楼中海地产广场东塔 15 楼申请人同济大学 (72)发明人任改运雷步忠田新周奇才曾礼李文军 (74)专利代理机构上海天协和诚知识产权代理事务所 31216 代理人。

2、叶凤 (54) 发明名称多平台多缸协同自动调平系统 (57) 摘要本发明多平台多缸协同自动调平系统属于液压调平技术领域。本发明的目的是为了解决大负载，大跨度的平台在水平移动或者水平旋转过程中由于地基或负载变化等原因引起的平台不平问题。本发明系统通过多个支撑平台顶起被调平对象，每个支撑平台包括平衡梁、销轴、调平油缸和行走滑块，四个倒置的油缸支撑起平衡梁以承受负载，油缸与平衡梁之间通过销轴连接，四个油缸分别安置于相应四个行走滑块内。在支撑平台和被调平对象上分别安装倾角传感器用以检测支撑平台和被调平对象的倾斜角度，控制器采集倾角传感器的信号后进行运算，输。

3、出控制信号控制比例方向阀的开口大小和方向，实现对支撑平台和被调平对象的自动调平。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页说明书 3 页附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图4页 (10)申请公布号 CN 103398035 A CN 103398035 A *CN103398035A* 1/1 页 2 1. 一种多平台多缸协同自动调平系统，其特征在于，包括若干支撑平台及其控制系统、被测对象和上位机，每个支撑平台包括平衡梁、销轴、调平油缸和行走滑块，四个倒置的油缸支撑起平衡梁以承受负载，油缸与平衡。

4、梁之间通过销轴连接，四个油缸分别安置于相应四个行走滑块内，油缸由液压泵站供油，整个平台在水平移动或者水平旋转过程是由行走滑块完成；所述每个支撑平台的控制系统包括 PLC 控制器、倾角传感器、位移传感器、比例方向阀和调平油缸组；所述倾角传感器具体为双轴倾角传感器，倾角传感器安装于平衡梁上，用于实时检测平衡梁倾斜角度；每个调平油缸内安装磁致伸缩传感器用于检测油缸行程，该位移传感器输出端与 PLC 控制器连接，位移传感器用来判断油缸的伸出行程；每个液压油缸由一个比例方向阀单独进行控制，比例方向阀的信号输入端与 PLC 控制器连接；所述 PLC 控制器与。

5、位移传感器连接，在选择基准缸时用到，用于调平；同时， PLC 控制器实时检测双轴倾角传感器测量值进行运算，运算后输出控制信号至比例方向阀的功率放大模块，功率放大模块驱动比例方向阀的阀芯移动，使泵供给的液压油进入调平油缸组的有杆腔或无杆腔，实现调平动作；所述被调平对象通过铰接置于平衡梁之上，被测对象上也安装有一个双轴倾角传感器，该倾角传感器与若干支撑平台中的任一 PLC 控制器连接，实时检测被调平对象倾斜角度；上述若干支撑平台中的各控制器之间通过通信电缆相连，通过总线进行传输和共享调平数据以实现多平台多油缸的协同调平；同时，上位机也连接于总线上，。

6、负责监视整个系统的工作情况。权利要求书 CN 103398035 A 2 1/3 页 3 多平台多缸协同自动调平系统技术领域 0001 本发明属于液压调平技术领域，具体是一种多平台多缸协同自动调平系统。背景技术 0002 在工程机械等设备工作过程之中，其稳定性是关系到施工质量和安全的关键因素，而底盘的水平度同工程机械的工作稳定性有着密不可分的关系，若底盘调节不平，则很容易导致倾翻等事故发生，造成人身和财产损失。 0003 在工程装备应用过程中，液压调平技术应用广泛，它不仅对施工质量的优良有着至关重要的影响，同时也与施工安全性有着非常重要的关系。传统的液。

7、压自动调平装置多是对手动调平方法的改进，使用 4 个支撑油缸顶起平台，使用水平仪或倾角传感器采集平台倾斜数据，再由调平控制器进行运算输出信号至液压阀类执行器来达到调平效果。但是当平台跨度和载重量较大、装备需移动时，所需要的液压泵站和支撑油缸数量就会较多，对调平装置的动态性能要求就较高，因此，使用传统的调平装置从使用功能到调平精度上都无法满足大跨度平台的调平要求。发明内容 0004 本发明的目的是为了解决大负载，大跨度的平台在水平移动或者水平旋转过程中由于地基或负载变化等原因引起的平台不平问题，提出了一种多平台多缸协同自动调平系统，该系统通过多个支撑平台顶起。

8、被调平对象，每个支撑平台由 4 个液压调平油缸支撑，在支撑平台和被调平对象上分别安装倾角传感器用以检测支撑平台和被调平对象的倾斜角度，控制器采集倾角传感器的信号后进行运算，输出控制信号控制比例方向阀的开口大小和方向，实现对支撑平台和被调平对象的自动调平。 0005 本发明给出的系统技术方案为：一种多平台多缸协同自动调平系统，其特征在于，包括若干支撑平台及其控制系统、被测对象和上位机，每个支撑平台包括平衡梁、销轴、调平油缸和行走滑块，四个倒置的油缸支撑起平衡梁以承受负载，油缸与平衡梁之间通过销轴连接，四个油缸分别安置于相应四个行走滑块内，油缸由液压泵站。

9、供油，整个平台在水平移动或者水平旋转过程是由行走滑块完成。 0006 所述每个支撑平台的控制系统包括 PLC 控制器、倾角传感器、位移传感器、比例方向阀和调平油缸组。所述倾角传感器具体为双轴倾角传感器，倾角传感器安装于平衡梁上，用于实时检测平衡梁倾斜角度。每个调平油缸内安装磁致伸缩传感器用于检测油缸行程，该位移传感器输出端与 PLC 控制器连接，位移传感器用来判断油缸的伸出行程，在选择基准缸时用到；每个液压油缸由一个比例方向阀单独进行控制，比例方向阀的信号输入端与 PLC 控制器连接。所述 PLC 控制器与位移传感器连接，在选择基准缸时用到，因为油缸的伸缩长。

10、度有限，所以选择合适的基准缸有助于调平；同时， PLC 控制器实时检测双轴倾角传感器测量值进行运算，运算后输出控制信号至比例方向阀的功率放大模块，功率放大模块驱说明书 CN 103398035 A 3 2/3 页 4 动比例方向阀的阀芯移动，使泵供给的液压油进入调平油缸组的有杆腔或无杆腔，实现调平动作。 0007 所述被调平对象通过铰接置于平衡梁之上，被测对象上也安装有一个双轴倾角传感器，该倾角传感器与若干支撑平台中的任一 PLC 控制器连接，即该套控制系统额外包括测量被测对象倾角的双轴倾角传感器，实时检测被调平对象倾斜角度。 0008 上述若干支撑平台中的。

11、各控制器之间通过通信电缆相连，通过总线进行传输和共享调平数据以实现多平台多油缸的协同调平；同时，上位机也连接于总线上，它只负责监视整个系统的工作情况。 0009 更具体的说，本发明系统还包括泵、电机、电机起动装置和阀块等其它液压元件，其中电机用来带动泵旋转，电机起动装置用来起动泵。该部分内容都属于现有技术，不是本发明技术方案作现有技术的贡献部分，它们之间的连接结构和工作原理等不做详细披露。 0010 本发明采用模块化组合，可用于多平台支撑的大吨位对象的调平场合。本发明的优点在于：（1）模块化配置，可扩展性强，可以通过配置组成多平台自动调平系统。 0。

12、011 （2）采用位置闭环反馈，如图 3 所示控制系统原理图，表现为：倾角传感器检测并实时返回给控制器当前的角度值，控制器再控制比例方向阀，进而驱动油缸伸缩进行调平，支撑平台倾角就会发生变化，然后倾角传感器再检测，如此循环闭合反馈。采用位置闭环反馈，受负载变化的影响较小，可应用于变负载的调平场合。 0012 （3）由于采用多个液压缸构成一组支撑平台，因此特别适用于大吨位大跨度的设备调平。附图说明 0013 图 1 为单个支撑平台结构示意图。 0014 图 2 为整个控制系统硬件原理图。 0015 图 3 为单个支撑平台控制系统原理图。 0016 图 4 为。

13、单个支撑平台调平策略示意图。 0017 图 5 为整体调平示意图。 0018 标记说明：平衡梁上安装的双轴倾角传感器（1），平衡梁（2），销轴（3），调平油缸（4），行走滑块（5）。具体实施方式 0019 如图1所示，每个支撑平台包括平衡梁2、销轴3、调平油缸4和行走滑块5，四个倒置的油缸支撑起平衡梁以承受负载，油缸与平衡梁之间通过销轴连接，四个油缸分别安置于相应四个行走滑块内，油缸由液压泵站供油，整个平台在水平移动或者水平旋转过程是由行走滑块完成。 0020 如图2为整个控制系统硬件原理图，每一个PLC控制器控制一个支撑平台，每个支。

14、撑平台由四个液压油缸支撑，每个液压油缸由一个比例方向阀单独进行控制。每支油缸内部安装位移传感器用于检测油缸伸出量。控制器采集液压缸位移传感器值、支撑平台倾角传感器值进行内部运算（其中一个控制器另外还要担负采集被调平对象倾角传感器，并对说明书 CN 103398035 A 4 3/3 页 5 这三种传感器值进行内部运算）。 0021 如图 3 为单个支撑平台控制系统原理图。平台上的双轴倾角传感器检测出支撑平台X1向和Y1向的倾斜角度，通过平衡梁的几何尺寸换算得到四个液压缸之间的高度差，根据整机倾斜方向判断选择四缸之一为基准缸不动，其它三个液压缸以自身油缸当前伸出量。

15、与基准缸的高度差之和作为目标值进行 PID 调节输出信号至比例方向阀控制单个油缸动作，最终达到单个平台的调平。 0022 如图 4 为单个支撑平台调平策略示意图。 0023 如图 5 为以四支撑平台组合调平为例的调平装置布置示意图， 4 个支撑平台（6）（7）（8）（9）共同支撑起被调平对象。被调平对象上安装双轴倾角传感器用于检测 X2 和 Y2 方向的倾角。调平方法分两个步骤：第一步为单平台平衡梁自调平。平台上的双轴倾角传感器检测出 X1 向和 Y1 向的倾斜角度，通过平衡梁的几何尺寸换算得到四个液压缸之间的高度差（即：由倾角传感器测到的倾角，在知道平衡梁的。

16、几何尺寸后，用数学运算可换算出各个缸之间的高度差），根据整机倾斜方向判断选择四缸之一为基准缸不动，其它三个液压缸以自身伸出量与高度差的和作为目标值进行 PID 调节，最终达到单个平台的调平（单个平台的自我调平由自身控制器完成）。其他的三个平台，每个平台皆进行自调平。 0024 第二步为整体调平（调平过程由控制器程序自动完成，该控制器就是与被调平对象的倾角传感器连接的那个 PLC 控制器）。被调平对象需要两个方向调平，则采用双轴倾角传感器。被调平对象首先实现X2向的调平。在进行X2向调平时，同侧两平台(8、 9)平台不动，根据被调平对象上安装的双轴倾角。

17、传感器可测得各平台的高度差，平台 (6) 和平台 (7) 分别向平台 (8、 9) 的高度接近，最终使平台 (6) 与平台 (8) 在同一水平面，平台 (7) 与平台 (9) 在同一水平面，即完成了 X2 向的调平。在调平过程中，平台 (6) 以平台 (6) 与平台 (8) 的高度差作为实际值，以高度差为 0 作为目标值进行 PID 运算来实现使平台 (6) 达到平台 (8) 高度，平台 (7) 以同样原理达到平台 (9) 高度。进行第二步整体调平时，单个支撑平台的四个油缸同时伸缩相同距离。 X2方向调平后以同样方法再进行Y2方向的调平，最终实现被调平对象的调平。说明书 CN 103398035 A 5 1/4 页 6 图 1 说明书附图 CN 103398035 A 6 2/4 页 7 图 2 图 3 说明书附图 CN 103398035 A 7 3/4 页 8 图 4 说明书附图 CN 103398035 A 8 4/4 页 9 图 5 说明书附图 CN 103398035 A 9 。

摘要
申请专利号：	CN201310347490.8	申请日：	2013.08.12
公开号：	CN103398035A	公开日：	2013.11.20
当前法律状态：	撤回	有效性：	无权
法律详情：	发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):F15B 11/22申请公布日:20131120\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):F15B 11/22申请日:20130812\|\|\|公开
IPC分类号：	F15B11/22; F15B21/02	主分类号：	F15B11/22
申请人：	华电重工股份有限公司; 同济大学
发明人：	任改运; 雷步忠; 田新; 周奇才; 曾礼; 李文军
地址：	100077 北京市东城区永定门西滨河路8号院7号楼中海地产广场东塔15楼
优先权：
专利代理机构：	上海天协和诚知识产权代理事务所 31216	代理人：	叶凤
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内容摘要

本发明多平台多缸协同自动调平系统属于液压调平技术领域。本发明的目的是为了解决大负载，大跨度的平台在水平移动或者水平旋转过程中由于地基或负载变化等原因引起的平台不平问题。本发明系统通过多个支撑平台顶起被调平对象，每个支撑平台包括平衡梁、销轴、调平油缸和行走滑块，四个倒置的油缸支撑起平衡梁以承受负载，油缸与平衡梁之间通过销轴连接，四个油缸分别安置于相应四个行走滑块内。在支撑平台和被调平对象上分别安装倾角传感器用以检测支撑平台和被调平对象的倾斜角度，控制器采集倾角传感器的信号后进行运算，输出控制信号控制比例方向阀的开口大小和方向，实现对支撑平台和被调平对象的自动调平。

权利要求书

权利要求书
1. 一种多平台多缸协同自动调平系统，其特征在于，包括若干支撑平台及其控制系统、被测对象和上位机，
每个支撑平台包括平衡梁、销轴、调平油缸和行走滑块，四个倒置的油缸支撑起平衡梁以承受负载，油缸与平衡梁之间通过销轴连接，四个油缸分别安置于相应四个行走滑块内，油缸由液压泵站供油，整个平台在水平移动或者水平旋转过程是由行走滑块完成；
所述每个支撑平台的控制系统包括PLC控制器、倾角传感器、位移传感器、比例方向阀和调平油缸组；
所述倾角传感器具体为双轴倾角传感器，倾角传感器安装于平衡梁上，用于实时检测平衡梁倾斜角度；
每个调平油缸内安装磁致伸缩传感器用于检测油缸行程，该位移传感器输出端与PLC控制器连接，位移传感器用来判断油缸的伸出行程；
每个液压油缸由一个比例方向阀单独进行控制，比例方向阀的信号输入端与PLC控制器连接；
所述PLC控制器与位移传感器连接，在选择基准缸时用到，用于调平；同时，PLC控制器实时检测双轴倾角传感器测量值进行运算，运算后输出控制信号至比例方向阀的功率放大模块，功率放大模块驱动比例方向阀的阀芯移动，使泵供给的液压油进入调平油缸组的有杆腔或无杆腔，实现调平动作；
所述被调平对象通过铰接置于平衡梁之上，被测对象上也安装有一个双轴倾角传感器，该倾角传感器与若干支撑平台中的任一PLC控制器连接，实时检测被调平对象倾斜角度；
上述若干支撑平台中的各控制器之间通过通信电缆相连，通过总线进行传输和共享调平数据以实现多平台多油缸的协同调平；同时，上位机也连接于总线上，负责监视整个系统的工作情况。

说明书

说明书多平台多缸协同自动调平系统
技术领域
本发明属于液压调平技术领域，具体是一种多平台多缸协同自动调平系统。
背景技术
在工程机械等设备工作过程之中，其稳定性是关系到施工质量和安全的关键因素，而底盘的水平度同工程机械的工作稳定性有着密不可分的关系，若底盘调节不平，则很容易导致倾翻等事故发生，造成人身和财产损失。
在工程装备应用过程中，液压调平技术应用广泛，它不仅对施工质量的优良有着至关重要的影响，同时也与施工安全性有着非常重要的关系。传统的液压自动调平装置多是对手动调平方法的改进，使用4个支撑油缸顶起平台，使用水平仪或倾角传感器采集平台倾斜数据，再由调平控制器进行运算输出信号至液压阀类执行器来达到调平效果。但是当平台跨度和载重量较大、装备需移动时，所需要的液压泵站和支撑油缸数量就会较多，对调平装置的动态性能要求就较高，因此，使用传统的调平装置从使用功能到调平精度上都无法满足大跨度平台的调平要求。
发明内容
本发明的目的是为了解决大负载，大跨度的平台在水平移动或者水平旋转过程中由于地基或负载变化等原因引起的平台不平问题，提出了一种多平台多缸协同自动调平系统，该系统通过多个支撑平台顶起被调平对象，每个支撑平台由4个液压调平油缸支撑，在支撑平台和被调平对象上分别安装倾角传感器用以检测支撑平台和被调平对象的倾斜角度，控制器采集倾角传感器的信号后进行运算，输出控制信号控制比例方向阀的开口大小和方向，实现对支撑平台和被调平对象的自动调平。
本发明给出的系统技术方案为：
一种多平台多缸协同自动调平系统，其特征在于，包括若干支撑平台及其控制系统、被测对象和上位机，
每个支撑平台包括平衡梁、销轴、调平油缸和行走滑块，四个倒置的油缸支撑起平衡梁以承受负载，油缸与平衡梁之间通过销轴连接，四个油缸分别安置于相应四个行走滑块内，油缸由液压泵站供油，整个平台在水平移动或者水平旋转过程是由行走滑块完成。
所述每个支撑平台的控制系统包括PLC控制器、倾角传感器、位移传感器、比例方向阀和调平油缸组。所述倾角传感器具体为双轴倾角传感器，倾角传感器安装于平衡梁上，用于实时检测平衡梁倾斜角度。每个调平油缸内安装磁致伸缩传感器用于检测油缸行程，该位移传感器输出端与PLC控制器连接，位移传感器用来判断油缸的伸出行程，在选择基准缸时用到；每个液压油缸由一个比例方向阀单独进行控制，比例方向阀的信号输入端与PLC控制器连接。所述PLC控制器与位移传感器连接，在选择基准缸时用到，因为油缸的伸缩长度有限，所以选择合适的基准缸有助于调平；同时，PLC控制器实时检测双轴倾角传感器测量值进行运算，运算后输出控制信号至比例方向阀的功率放大模块，功率放大模块驱动比例方向阀的阀芯移动，使泵供给的液压油进入调平油缸组的有杆腔或无杆腔，实现调平动作。
所述被调平对象通过铰接置于平衡梁之上，被测对象上也安装有一个双轴倾角传感器，该倾角传感器与若干支撑平台中的任一PLC控制器连接，即该套控制系统额外包括测量被测对象倾角的双轴倾角传感器，实时检测被调平对象倾斜角度。
上述若干支撑平台中的各控制器之间通过通信电缆相连，通过总线进行传输和共享调平数据以实现多平台多油缸的协同调平；同时，上位机也连接于总线上，它只负责监视整个系统的工作情况。
更具体的说，本发明系统还包括泵、电机、电机起动装置和阀块等其它液压元件，其中电机用来带动泵旋转，电机起动装置用来起动泵。该部分内容都属于现有技术，不是本发明技术方案作现有技术的贡献部分，它们之间的连接结构和工作原理等不做详细披露。
本发明采用模块化组合，可用于多平台支撑的大吨位对象的调平场合。本发明的优点在于：
（1）模块化配置，可扩展性强，可以通过配置组成多平台自动调平系统。
（2）采用位置闭环反馈，如图3所示控制系统原理图，表现为：倾角传感器检测并实时返回给控制器当前的角度值，控制器再控制比例方向阀，进而驱动油缸伸缩进行调平，支撑平台倾角就会发生变化，然后倾角传感器再检测，如此循环闭合反馈。采用位置闭环反馈，受负载变化的影响较小，可应用于变负载的调平场合。
（3）由于采用多个液压缸构成一组支撑平台，因此特别适用于大吨位大跨度的设备调平。
附图说明
图1为单个支撑平台结构示意图。
图2为整个控制系统硬件原理图。
图3为单个支撑平台控制系统原理图。
图4为单个支撑平台调平策略示意图。
图5为整体调平示意图。
标记说明：平衡梁上安装的双轴倾角传感器（1），平衡梁（2），销轴（3），调平油缸（4），行走滑块（5）。
具体实施方式
如图1所示，每个支撑平台包括平衡梁2、销轴3、调平油缸4和行走滑块5，四个倒置的油缸支撑起平衡梁以承受负载，油缸与平衡梁之间通过销轴连接，四个油缸分别安置于相应四个行走滑块内，油缸由液压泵站供油，整个平台在水平移动或者水平旋转过程是由行走滑块完成。
如图2为整个控制系统硬件原理图，每一个PLC控制器控制一个支撑平台，每个支撑平台由四个液压油缸支撑，每个液压油缸由一个比例方向阀单独进行控制。每支油缸内部安装位移传感器用于检测油缸伸出量。控制器采集液压缸位移传感器值、支撑平台倾角传感器值进行内部运算（其中一个控制器另外还要担负采集被调平对象倾角传感器，并对这三种传感器值进行内部运算）。
如图3为单个支撑平台控制系统原理图。平台上的双轴倾角传感器检测出支撑平台X1向和Y1向的倾斜角度，通过平衡梁的几何尺寸换算得到四个液压缸之间的高度差，根据整机倾斜方向判断选择四缸之一为基准缸不动，其它三个液压缸以自身油缸当前伸出量与基准缸的高度差之和作为目标值进行PID调节输出信号至比例方向阀控制单个油缸动作，最终达到单个平台的调平。
如图4为单个支撑平台调平策略示意图。
如图5为以四支撑平台组合调平为例的调平装置布置示意图，4个支撑平台（6）（7）（8）（9）共同支撑起被调平对象。被调平对象上安装双轴倾角传感器用于检测X2和Y2方向的倾角。调平方法分两个步骤：
第一步为单平台平衡梁自调平。平台上的双轴倾角传感器检测出X1向和Y1向的倾斜角度，通过平衡梁的几何尺寸换算得到四个液压缸之间的高度差（即：由倾角传感器测到的倾角，在知道平衡梁的几何尺寸后，用数学运算可换算出各个缸之间的高度差），根据整机倾斜方向判断选择四缸之一为基准缸不动，其它三个液压缸以自身伸出量与高度差的和作为目标值进行PID调节，最终达到单个平台的调平（单个平台的自我调平由自身控制器完成）。其他的三个平台，每个平台皆进行自调平。
第二步为整体调平（调平过程由控制器程序自动完成，该控制器就是与被调平对象的倾角传感器连接的那个PLC控制器）。被调平对象需要两个方向调平，则采用双轴倾角传感器。被调平对象首先实现X2向的调平。在进行X2向调平时，同侧两平台(8、9)平台不动，根据被调平对象上安装的双轴倾角传感器可测得各平台的高度差，平台(6)和平台(7)分别向平台(8、9)的高度接近，最终使平台(6)与平台(8)在同一水平面，平台(7)与平台(9)在同一水平面，即完成了X2向的调平。在调平过程中，平台(6)以平台(6)与平台(8)的高度差作为实际值，以高度差为0作为目标值进行PID运算来实现使平台(6)达到平台(8)高度，平台(7)以同样原理达到平台(9)高度。进行第二步整体调平时，单个支撑平台的四个油缸同时伸缩相同距离。X2方向调平后以同样方法再进行Y2方向的调平，最终实现被调平对象的调平。