起重機(jī)安全控制系統(tǒng)和方法、力矩限制器以及起重機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及工程機(jī)械，具體地，涉及一種起重機(jī)安全控制系統(tǒng)和方法、力矩限制器 以及起重機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了保證例如起重機(jī)之類的大型工程機(jī)械的安全運(yùn)行，力矩限制單元是類似的工 程機(jī)械的必備器件。現(xiàn)有技術(shù)中，力矩限制單元一般包括傳感器、顯示器、以及例如單片機(jī) 的控制器等等。傳感器可以將采集到的信號(hào)傳送到控制器，用以分析起重機(jī)當(dāng)前作業(yè)狀態(tài)， 并與預(yù)先存儲(chǔ)于力矩限制單元的起重性能表及臂架角度上、下限進(jìn)行比較，確定起重機(jī)工 作狀態(tài)是否安全，如果安全的話可以繼續(xù)進(jìn)行吊裝作業(yè)，一旦發(fā)現(xiàn)不安全，就可以觸發(fā)控制 信號(hào)進(jìn)行聲光報(bào)警，并限制起重機(jī)僅向安全方向進(jìn)行吊裝作業(yè)，以防止起重機(jī)事故發(fā)生，特 別是防止超載事故發(fā)生。為了保證起重機(jī)安全作業(yè)，國(guó)際已經(jīng)出臺(tái)強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，要求起重機(jī)安 裝力矩限制單元。
[0003] 現(xiàn)有履帶式起重機(jī)的力矩限制單元所采用的傳感器為角度傳感器和拉力傳感器， 其通常在臂架根部安裝角度傳感器，在變幅拉板處安裝拉力傳感器，控制器利用實(shí)時(shí)測(cè)量 的臂架仰角與拉板力數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算起重機(jī)工作幅度、吊重等作業(yè)狀態(tài)信息。計(jì)算模型通常將 整個(gè)臂架系統(tǒng)視為剛體，通過(guò)計(jì)算臂架長(zhǎng)度在水平面上的投影來(lái)獲取工作幅度，并根據(jù)臂 架上所有載荷對(duì)臂架根部鉸點(diǎn)處的力矩和為零的關(guān)系來(lái)計(jì)算吊載重量。然而，起重機(jī)作業(yè) 時(shí)，臂架結(jié)構(gòu)在載荷作用下發(fā)生撓曲變形，臂架根部角度傳感器所測(cè)角度為變形后角度，非 理論計(jì)算所需的實(shí)際工作仰角。因此，力矩限制單元所采用的剛體模型與臂架實(shí)際情況存 在差異，導(dǎo)致力矩限制單元的計(jì)算精度較低。為提高計(jì)算精度，目前也有模型考慮到臂架變 形的影響，引入鐵木辛柯梁理論與格構(gòu)式構(gòu)件等效慣性矩法，對(duì)履帶起重機(jī)的臂架進(jìn)行簡(jiǎn) 化，并計(jì)算臂架的撓曲變形，從而對(duì)臂架根部角度進(jìn)行修正。算法以修正的角度值和測(cè)量拉 力值作為新的輸入，得到新的吊重值和工作幅度值。這種技術(shù)中起重機(jī)吊重計(jì)算和工作幅 度計(jì)算間相互耦合，關(guān)聯(lián)關(guān)系過(guò)于復(fù)雜，對(duì)控制器性能要求較高。此外，現(xiàn)有技術(shù)均需要若 干個(gè)拉力傳感器，且拉力傳感器的測(cè)量值會(huì)因偏載、側(cè)載、背風(fēng)、迎風(fēng)等情況或是自身零部 件的安裝精度、裝配偏差等導(dǎo)致測(cè)量的左、右拉板力不完全在計(jì)算模型所假設(shè)的變幅平面 內(nèi)，也會(huì)帶來(lái)一定的計(jì)算誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種起重機(jī)、力矩限制器、以及安全控制系統(tǒng)和方法，以通過(guò) 較少的器件和更簡(jiǎn)單的運(yùn)算實(shí)現(xiàn)力矩限制的功能，且受風(fēng)載和結(jié)構(gòu)裝配偏差等因素的干擾 小，控制精度較高。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種起重機(jī)安全控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：接收單 元，用于接收起升卷?yè)P(yáng)的液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓力油的壓力差以及變幅機(jī)構(gòu)定動(dòng)滑輪組之間的 距離；控制器，用于根據(jù)所述液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓力油的壓力差計(jì)算起重機(jī)吊重，以及根據(jù)所 述變幅機(jī)構(gòu)定動(dòng)滑輪組之間的距離計(jì)算起重機(jī)工作幅度，并將計(jì)算得到的所述起重機(jī)吊重 以及所述起重機(jī)工作幅度與預(yù)先設(shè)置的起重性能表進(jìn)行比較，以在確定起重機(jī)吊裝不安全 的情況下限制起重機(jī)僅向安全的方向進(jìn)行起重機(jī)吊裝作業(yè)。
[0006] 相應(yīng)地，本發(fā)明提供了一種安全控制方法，該方法包括：接收起升卷?yè)P(yáng)的液壓馬達(dá) 進(jìn)出口壓力油的壓力差以及變幅機(jī)構(gòu)定動(dòng)滑輪組之間的距離；根據(jù)所述液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓 力油的壓力差計(jì)算起重機(jī)吊重，以及根據(jù)所述變幅機(jī)構(gòu)定動(dòng)滑輪組之間的距離計(jì)算起重機(jī) 工作幅度，并將計(jì)算得到的所述起重機(jī)吊重以及所述起重機(jī)工作幅度與預(yù)先設(shè)置的起重性 能表進(jìn)行比較，以在確定起重機(jī)吊裝不安全的情況下限制起重機(jī)僅向安全的方向進(jìn)行起重 機(jī)吊裝作業(yè)。
[0007] 相應(yīng)地，本發(fā)明提供了一種力矩限制器，其特征在于，該力矩限制器包括所述的安 全控制系統(tǒng)；該力矩限制器還包括：壓力檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)起升卷?yè)P(yáng)的液壓馬達(dá)進(jìn)出口 壓力油的壓力差；長(zhǎng)度/位移檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)變幅機(jī)構(gòu)定動(dòng)滑輪組之間的距離。
[0008] 相應(yīng)地，本發(fā)明提供了一種起重機(jī)，該起重機(jī)包括所述的系統(tǒng)。
[0009] 本發(fā)明分別利用所述液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓力油的壓力差計(jì)算起重機(jī)吊重，利用所述 變幅機(jī)構(gòu)定動(dòng)滑輪組之間的距離計(jì)算起重機(jī)工作幅度，吊重計(jì)算與幅度計(jì)算之間不存在耦 合關(guān)系，從而使兩者之間相互獨(dú)立，便于計(jì)算。本發(fā)明減少了使用的傳感器數(shù)量，對(duì)控制器 性能的要求降低，從而更加節(jié)約成本，并且使得傳感器的測(cè)量值以及吊重、幅度等計(jì)算值受 風(fēng)載和結(jié)構(gòu)裝配偏差等因素的影響小，計(jì)算精度較高。
[0010] 本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的【具體實(shí)施方式】部分予以詳細(xì)說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 附圖是用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，與下面的具 體實(shí)施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中：
[0012] 圖1是本發(fā)明提供的安全控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0013] 圖2是本發(fā)明提供的履帶式起重機(jī)在不同工況下的傳感器布置位置圖；
[0014] 圖3是本發(fā)明提供的力矩限制計(jì)算框圖；
[0015] 圖4a是履帶式起重機(jī)臂架系統(tǒng)各構(gòu)件幾何關(guān)系示意圖，其中示出人字架變幅的 主臂工況；
[0016] 圖4b是履帶式起重機(jī)臂架系統(tǒng)主臂臂頭局部各構(gòu)件幾何關(guān)系示意圖；
[0017] 圖5a是履帶式起重機(jī)臂架系統(tǒng)各構(gòu)件幾何關(guān)系示意圖，其中示出桅桿變幅的塔 臂工況；
[0018] 圖5b是履帶式起重機(jī)臂架系統(tǒng)主臂臂頭局部各構(gòu)件幾何關(guān)系示意圖，其中示出 桅桿變幅的塔臂工況；
[0019] 圖5c是履帶式起重機(jī)臂架系統(tǒng)塔臂臂頭局部各構(gòu)件幾何關(guān)系示意圖；
[0020] 圖6是本發(fā)明提供的安全控制流程圖；
[0021] 圖7是本發(fā)明提供的力矩限制器。
[0022] 附圖標(biāo)記說(shuō)明
[0023] 1 長(zhǎng)度/位移傳感器 2 壓力傳感器
[0024] 100 接收單元 200 控制器
[0025] 300 位移檢測(cè)裝置 400 壓力檢測(cè)裝置
[0026] 500 顯示裝置
【具體實(shí)施方式】
[0027] 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描 述的【具體實(shí)施方式】?jī)H用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0028] 為了精確和快速地確定力矩限制的結(jié)果，并且減少傳感器的數(shù)量，本發(fā)明提供了 如圖1所示的安全控制系統(tǒng)。該安全控制系統(tǒng)包括：接收單元100,用于接收起升卷?yè)P(yáng)的液 壓馬達(dá)進(jìn)出口壓力油的壓力差以及變幅機(jī)構(gòu)定動(dòng)滑輪組之間的距離；控制器200,用于根 據(jù)所述液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓力油的壓力差計(jì)算起重機(jī)吊重，以及根據(jù)所述變幅機(jī)構(gòu)定動(dòng)滑輪 組之間的距離計(jì)算起重機(jī)工作幅度，并將計(jì)算得到的所述起重機(jī)吊重以及所述起重機(jī)工作 幅度與預(yù)先設(shè)置的起重性能表進(jìn)行比較，以在確定起重機(jī)吊裝不安全的情況下限制起重機(jī) 僅向安全的方向進(jìn)行起重機(jī)吊裝作業(yè)。
[0029] 在起重機(jī)吊裝的過(guò)程中，臂架、拉板、超起臂架、撐桿等結(jié)構(gòu)件的長(zhǎng)度均不會(huì)發(fā)生 變化，而變幅機(jī)構(gòu)定動(dòng)滑輪組之間的距離會(huì)發(fā)生變化。變幅機(jī)構(gòu)定動(dòng)滑輪組可以由單個(gè)定 滑輪和動(dòng)滑輪組成，也可是多個(gè)定滑輪和多個(gè)動(dòng)滑輪組成。為了使得吊重計(jì)算與幅度計(jì)算 之間不存在耦合關(guān)系，可以一方面通過(guò)液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓力油的壓力差得到吊重，另一方 面根據(jù)所述變幅機(jī)構(gòu)定動(dòng)滑輪組之間的距離計(jì)算起重機(jī)工作幅度、臂架角度。此外，還可以 通過(guò)預(yù)先設(shè)定的起重性能表和臂架角度上、下限的查詢比對(duì)，可以確定當(dāng)前是否處于安全 的狀態(tài)。預(yù)先設(shè)定的起重性能表表示出起重機(jī)安全吊重范圍與工作幅度范圍的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
[0030] 液壓馬達(dá)進(jìn)出口壓力油的壓力差以及變幅機(jī)構(gòu)定動(dòng)滑輪組之間的距離可以通過(guò) 傳感器檢測(cè)得到。傳感器的布置根據(jù)工況的不同而有所區(qū)別。如圖2所示，對(duì)于人字架變 幅的主臂工況a、桅桿變幅的主臂