CN101774508B

CN101774508B - 履带起重机整机稳定性的闭环式检测系统及其控制方法

Info

Publication number: CN101774508B
Application number: CN2010101130269A
Authority: CN
Inventors: 蔡淳
Original assignee: Kunshan Sany Machinery Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Sany Equipment Co Ltd
Priority date: 2010-02-24
Filing date: 2010-02-24
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2030-02-24
Also published as: CN101774508A

Abstract

一种履带起重机整机稳定性的闭环式检测系统，包括检测单元、显示单元和配重控制单元；所述的检测单元显示单元；所述的显示单元将最终计算结果传输给配重控制单元，控制配重控制单元动作，使整机重心尽量靠近回转中心，以此来实现履带起重机闭环式整机稳定性的检测及控制。本发明实现了最大限度的利用起重机本身配重达到整机的最大吊载和更加稳定的目的，使用本发明可使履带起重机的重心尽量靠近回转中心，在整个吊载过程中整机的稳定性更高，整机的安全性更高。

Description

履带起重机整机稳定性的闭环式检测系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种履带起重机的整机稳定性的检测系统及控制方法，尤其涉及一种履带起重机整机稳定性的闭环式检测系统及控制方法。

背景技术

目前国内外履带起重机都是采用固定的后配重或者加装超起配重来完成吊重物时的整机稳定，固定配重的缺点是吊装载荷相对较小；超起配重虽说可以大大提高吊载能力，但成本也相应大增，这两种方式的起重机都没有检测整机稳定性的系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种履带起重机整机稳定性的闭环式检测系统及控制方法，可以最大限度的利用起重机本身配重，达到整机的最大吊载和更加稳定，实现对移动配重的安全控制。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种履带起重机整机稳定性的闭环式检测系统，包括检测单元、显示单元和配重控制单元；所述的检测单元显示单元；所述的显示单元将最终计算结果传输给配重控制单元，控制配重控制单元动作。

上述的履带起重机整机稳定性的闭环式检测系统，其中，所述的检测单元包括主臂拉板拉力传感器、主臂角度传感器、主臂防后倾压力传感器、A 型架后拉板力传感器、配重拉板拉力传感器、配重拉板角度传感器和配重锁定销到位检测形成开关；所述的主臂拉板拉力传感器、主臂角度传感器和主臂防后倾压力传感器与力限器主机单向传输连接，所述的A型架后拉板力传感器、配重拉板拉力传感器、配重拉板角度传感器和配重锁定销到位检测形成开关与控制器单向传输连接；所述的力限器主机与控制器CAN总线与显示器单向传输连接。

上述的履带起重机整机稳定性的闭环式检测系统，其中，所述的显示单元包括计算部件、比较部件和显示器；所述的计算部件和比较部件的结果都显示在显示器上。所述的配重控制单元包括第一旋钮和第二旋钮；所述的第一旋钮和第二旋钮都是三位置控制旋钮。

上述的履带起重机整机稳定性闭环式检测系统，其中，所述的主臂拉板拉力传感器共有两个，用于检测主臂拉板拉力之和的大小F₃；所述的主臂角度传感器用于检测主臂与水平面夹角的角度大小d；所述的主臂防后倾压力传感器用于检测主臂防后倾力之和F₄；所述的A型架后拉板力传感器共有两个，用于检测A型架后拉板拉力之和的大小F₂；所述的配重拉板拉力传感器共有两个，用于检测配重拉板的拉力之和的大小F₁；所述的配重拉板角度传感器共有两个，用于检测配重拉板与竖直方向夹角的角度b；所述的配重锁定销到位检测形成开关共有四个，用于检测配重锁定销是否到位。

上述的履带起重机整机稳定性的闭环式检测，其中，所述的计算部件先将计算结果传输给比较部件，比较部件将最终比较结果传输给计算部件，计算部件再进行其他计算，并将结果显示在显示器上；计算部件同时将最终计算结果传输给配重控制单元。

上述的履带起重机整机稳定性的闭环式检测方法，其中，所述的第一旋钮控制左移动配重油缸同步动作并且控制左移动配重油缸向左移动，从而带动配重向左移动；所述的第二旋钮控制右移动配重油缸同步动作并且控制右移动配重油缸向右移动，从而带动配重向右移动。

一种履带起重机整机稳定性的闭环式检测系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤1、显示单元接收检测单元的检测数据。

步骤2、显示单元的计算部件根据检测数据计算A型架后拉板拉力之和的大小。

步骤3、显示单元的比较部件将计算得出的A型架后拉板拉力之和的值与检测单元检测得出的A型架后拉板拉力之和的值进行对比。

步骤4、对比误差大于设定值，则发出警报，并在显示单元上显示错误。

步骤5、对比误差在设定值以内，计算吊载重物重量和整机重心。

步骤6、计算得出的整机重心通过重心显示条显示在显示单元上，并将整机重心传输给配重控制单元。

上述的履带起重机整机稳定性的闭环式检测系统的控制方法，其中，所述的步骤2中计算A型架后拉板拉力之和的方法为采用以下公式，

F_{2} = 1.91 \times {F_{3} \times \cos | 52.7 - \arctan \frac{L \cdot \sin d - 6.68}{L \cdot \cos d + 10.69} | - F_{1} \times \sin [(21.1 - b) + 31.6]};

所述的步骤4中的对比误差的设定值为5％。

上述的履带起重机整机稳定性的闭环式检测系统的控制方法，其中：所述的步骤5还包括下述步骤：

步骤5.1：主臂工况下，计算吊载重物重量P和整机重心DL。

步骤5.2：副臂工况下，计算吊载重物重量P和整机重心DL。

上述的履带起重机整机稳定性的闭环式检测系统的控制方法，其中，所述的步骤5.1计算吊载重物重量P和整机重心DL分别通过以下公式计算得到：

P = \frac{F 3 \cdot F 3 L - (F 4 \cdot F 4 L + ZJW \cdot ZJL + ZBW \cdot ZBL)}{PL}

DL = G 1 + \frac{P \cdot P L + ZJW \cdot ZJL + ZBW \cdot ZBL - Gp \cdot (10.69 - 6.3 \cdot \sin (b)) - W \cdot A}{P + W + Gp + ZJW + ZBW};

所述的步骤5.2计算吊载重物重量P和整机重心DL的分别通过以下公式计算得到：

P = \frac{F 3 \cdot F 3 L - (F 4 \cdot F 4 L + ZJW \cdot ZJL + FBW \cdot FBL + ZBW \cdot ZBL)}{PL}

DL = G 1 + \frac{P \cdot P L + ZJW \cdot ZJL + FBW \cdot FBL + ZBW \cdot ZBL - Gp \cdot (10.69 - 6.3 \cdot \sin (b)) - W \cdot A}{P + W + Gp + ZJW + FBW + ZBW} .

本发明由于采用了上述技术，使之与现有技术相比具有的积极效果是：本发明履带起重机整机稳定性的闭环式检测系统及其控制方法，实现了最大限度的利用起重机本身配重达到整机的最大吊载和更加稳定的目的，使用本发明可使履带起重机的重心尽量靠近回转中心，在整个吊载过程中整机的稳定性更高，整机的安全性更高。

附图说明

图1是本发明履带起重机整机稳定性的闭环式检测系统整体连接示意图。

图2是本发明履带起重机整机稳定性的闭环式检测系统检测单元的信号传输示意图。

图3是本发明履带起重机整机稳定性的闭环式检测系统控制方法的工作流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明的实施例。

请参见图1所示，一种履带起重机整机稳定性的闭环式检测系统，包括检测单元1、显示单元2和配重控制单元3；所述的检测单元1显示单元2；所述的显示单元2将最终计算结果传输给配重控制单元3，控制配重控制单元3动作。显示单元2包括计算部件(图中未示出)、比较部件(图中未示出)和显示器21；计算部件和比较部件的结果都显示在显示器21上。配重控制单元3包括第一旋钮(图中未示出)和第二旋钮(图中未示出)；所述的第一旋钮和第二旋钮都是三位置控制旋钮。

请参见图2所示，检测单元1包括主臂拉板拉力传感器11、主臂角度传感器12、主臂防后倾压力传感器13、A型架后拉板力传感器14、配重拉板拉力传感器15、配重拉板角度传感器16和配重锁定销到位检测形成开关17；所述的包括主臂拉板拉力传感器11、主臂角度传感器12和主臂防后倾压力传感器13先将信号传输给力限器主机4，然后通过CAN总线传输给显示器21；所述的A型架后拉板力传感器14、配重拉板拉力传感器15、配重拉板角度传感器16和配重锁定销到位检测形成开关17先将信号传输给控制器5，然后通过CAN总线传输给显示器21。主臂拉板拉力传感器11共有两个，用于检测主臂拉板拉力之和的大小F₃；主臂角度传感器12用于检测主臂与水平面夹角的角度大小d；所述的主臂防后倾压力传感器13用于检测主臂防后倾力之和F₄；A型架后拉板力传感器13共有两个，用于检测A型架后拉板拉力之和的大小F₂；配重拉板拉力传感器14共有两个，用于检测配重拉板的拉力之和的大小F₁；所述的配重拉板角度传感器15共有两个，用于检测配重拉板与竖直方向夹角的角度b；配重锁定销到位检测形成开关17共有四个，用于检测配重锁定销是否到位。

计算部件先将计算结果传输给比较部件，来消除上述主臂拉板拉力传感器11、主臂角度传感器12、主臂防后倾压力传感器13、A型架后拉板力传感器14、配重拉板拉力传感器15和配重拉板角度传感器16等传感器数值偏差过大或传感器故障的影响，形成闭环控制。比较部件将最终比较结果传输给计算部件，计算部件再进行其他计算，并将结果显示在显示器上。计算部件同时将最终计算结果传输给配重控制单元3。配重控制单元3的第一旋钮控制左移动配重油缸同步动作并且控制左移动配重油缸向左移动，从而带动配重向左移动；第二旋钮控制右移动配重油缸同步动作并且控制右移动配重油缸向右移动，从而带动配重向右移动。根据配重控制单元3接接收到的整机重心的位置值，然后通过配重控制手柄及第一旋钮和第二旋钮控制动作油缸运动来调整配重位置，使整机重心尽量靠近回转中心，以此来实现整机稳定性的闭环控制。

请参见图3所示，一种履带起重机整机稳定性的闭环式检测系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤1、显示单元2接收检测单元1的检测数据。

步骤2、显示单元2的计算部件根据检测数据计算A型架后拉板拉力之和的大小。

步骤3、显示单元2的比较部件将计算得出的A型架后拉板拉力之和的值与检测单元1检测得出的A型架后拉板拉力之和的值进行对比。

步骤4、对比误差大于设定值，则发出警报，并在显示单元2上显示错误。

步骤6、计算得出的整机重心通过重心显示条显示在显示单元2上，并将整机重心传输给配重控制单元3。

步骤2中计算A型架后拉板拉力之和的大小F₂的方法为采用以下公式，

F_{2} = 1.91 \times {F_{3} \times \cos | 52.7 - \arctan \frac{L \cdot \sin d - 6.68}{L \cdot \cos d + 10.69} | - F_{1} \times \sin [(21.1 - b) + 31.6]} .

步骤4中的对比误差的设定值为5％。

步骤5还包括：

步骤5.1：主臂工况下，计算吊载重物重量P和整机重心DL；

步骤5.2：副臂工况下，计算吊载重物重量P和整机重心DL。

步骤4.1计算吊载重物重量P和整机重心DL分别通过以下公式计算得到：

P = \frac{F 3 \cdot F 3 L - (F 4 \cdot F 4 L + ZJW \cdot ZJL + ZBW \cdot ZBL)}{PL}

DL = G 1 + \frac{P \cdot P L + ZJW \cdot ZJL + ZBW \cdot ZBL - Gp \cdot (10.69 - 6.3 \cdot \sin (b)) - W \cdot A}{P + W + Gp + ZJW + ZBW};

其中PL为吊重到主臂下铰点的水平距离，根据主臂与水平线的夹角d计算；F3为主臂拉板拉力和，测量值；F3L为主臂拉板对主臂下铰点的力臂，根据主臂与水平线的夹角d计算；F4为主臂防后倾油缸力之和，根据压力油缸计算得出；F4L为主臂防后倾油缸力对主臂下铰点的力臂，根据主臂与水平线夹角d计算；ZJW为主卷重量；ZJL为主卷到主臂下铰点的水平距离，根据主臂与水平线夹角d计算；ZBW为主臂重量，查表求得；ZBL为主臂质心到主臂下铰点的水平距离，根据主臂与水平线夹角d计算；FBW为副臂质量；FBL为副臂质心到主臂下铰点的水平距离，根据主臂与水平线夹角d计算。

步骤4.2计算吊载重物重量P和整机重心DL分别通过以下公式计算得到：

P = \frac{F 3 \cdot F 3 L - (F 4 \cdot F 4 L + ZJW \cdot ZJL + FBW \cdot FBL + ZBW \cdot ZBL)}{PL}

DL = G 1 + \frac{P \cdot P L + ZJW \cdot ZJL + FBW \cdot FBL + ZBW \cdot ZBL - Gp \cdot (10.69 - 6.3 \cdot \sin (b)) - W \cdot A}{P + W + Gp + ZJW + FBW + ZBW} .

其中W为主机本体质量，是固定值；A为主机本体质心到主臂下铰点的水平距离，是固定值；Gp为移动配重质量，是固定值；b为移动配重拉板角度传感器检测到的角度；G1为主臂铰点到回转中心的距离，是固定值；10.69为A型架上顶点X坐标，是固定值；6.3为移动配重拉板长度，是固定值。

计算得出的整机重心位置DL通过重心显示条显示在显示器21上，并将整机重心位置DL传输给配重控制单元3，控制配重单元3按照接收的信号来调整配重的位置从而调整整机重心的位置，使整机重心尽量靠近回转中心。

下面通过应用实施例进一步说明计算公式。

主臂长度47米，主臂角度59.5，作业半径32.4，吊载32吨：砝码30吨和吊钩钢丝绳2吨

P = \frac{F 3 \cdot F 3 L - (F 4 \cdot F 4 L + ZJW \cdot ZJL + ZBW \cdot ZBL)}{PL}

PL吊重到主臂下铰点的水平距离 30.967

F3主臂拉板拉力和，测量值； 62.1+63.9吨

F3L主臂拉板对主臂下铰点的力臂 12.249米

F4主臂防后倾油缸力之和 50.3吨

F4L主臂防后倾油缸力对主臂下铰点的力臂 1.838米

ZJW主卷重量 5.07吨

ZJL主卷到主臂下铰点的水平距离 1.998米

ZBW主臂重量查表求得 22.392吨

ZBL主臂质心到主臂下铰点的水平距离 11.892米

FBW副臂质量 2.8吨

FBL副臂质心到主臂下铰点的水平距离 26.368米

DL = G 1 + \frac{P \cdot P L + ZJW \cdot ZJL + ZBW \cdot ZBL - Gp \cdot (10.69 - 6.3 \cdot \sin (b)) - W \cdot A}{P + W + Gp + ZJW + ZBW}

G1主臂铰点x坐标 1.7米

W主机本体质量 141.98吨

A主机本体质心到主臂下铰点的水平距离 2.53米

Gp移动配重质量 88吨

b移动配重拉板角度传感器检测到的角度 0

10.69为A型架上顶点X坐标

重心偏移结果2.21/3.4＝0.650 重心偏移显示64偏差1％

把载荷32吨带入公式，计算实际重心偏移62.1 偏差1.9％

本发明实现了最大限度的利用起重机本身配重达到整机的最大吊载和更加稳定的目的，使用本发明可使履带起重机的重心尽量靠近回转中心，在整个吊载过程中整机的稳定性更高，整机的安全性更高。

Claims

1.一种履带起重机整机稳定性的闭环式检测系统，其特征在于：包括检测单元(1)、显示单元(2)和配重控制单元(3)；所述的显示单元(2)将最终计算结果传输给配重控制单元(3)，控制配重控制单元(3)动作；

所述的检测单元(1)包括主臂拉板拉力传感器(11)、主臂角度传感器(12)、主臂防后倾压力传感器(13)、A型架后拉板力传感器(14)、配重拉板拉力传感器(15)、配重拉板角度传感器(16)和配重锁定销到位检测形成开关(17)；

所述的主臂拉板拉力传感器(11)、主臂角度传感器(12)和主臂防后倾压力传感器(13)与力限器主机(4)单向传输连接，所述的A型架后拉板力传感器(14)、配重拉板拉力传感器(15)、配重拉板角度传感器(16)和配重锁定销到位检测形成开关(17)与控制器(5)单向传输连接；所述的力限器主机(4)与控制器(5)CAN总线与显示器(21)单向传输连接。

2.根据权利要求1所述的履带起重机整机稳定性的闭环式检测系统，其特征在于：

所述的显示单元(2)包括计算部件、比较部件和显示器(21)；所述的计算部件和比较部件的结果都显示在显示器(21)上；

所述的配重控制单元(3)包括第一旋钮和第二旋钮；所述的第一旋钮和第二旋钮都是三位置控制旋钮。

3.根据权利要求1所述的履带起重机整机稳定性闭环式检测系统，其特征在于：

所述的主臂拉板拉力传感器(11)共有两个，用于检测主臂拉板拉力之和的大小；所述的主臂角度传感器(12)用于检测主臂与水平面夹角的角度大小；所述的主臂防后倾压力传感器(13)用于检测主臂防后倾力之和；所述的A型架后拉板力传感器(14)共有两个，用于检测A型架后拉板拉力之和的大小；所述的配重拉板拉力传感器(15)共有两个，用于检测配重拉板的拉力之和的大小；所述的配重拉板角度传感器(16)共有两个，用于检测配重拉板与竖直方向夹角的角度；所述的配重锁定销到位检测形成开关(17)共有四个，用于检测配重锁定销是否到位。

4.根据权利要求2所述的履带起重机整机稳定性的闭环式检测系统的检测方法，其特征在于：

所述的计算部件先将计算结果传输给比较部件，比较部件将最终比较结果传输给计算部件，计算部件再进行其他计算，并将结果显示在显示器上；计算部件同时将最终计算结果传输给配重控制单元。

5.根据权利要求2所述的履带起重机整机稳定性的闭环式检测系统的检测方法，其特征在于：

所述的第一旋钮控制左移动配重油缸同步动作并且控制左移动配重油缸向左移动，从而带动配重向左移动；所述的第二旋钮控制右移动配重油缸同步动作并且控制右移动配重油缸向右移动，从而带动配重向右移动。

6.一种履带起重机整机稳定性的闭环式检测系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、显示单元(2)接收检测单元(1)的检测数据；

步骤2、显示单元(2)的计算部件根据检测数据计算A型架后拉板拉力之和的大小；

步骤3、显示单元(2)的比较部件将计算得出的A型架后拉板拉力之和的值与检测单元(1)检测得出的A型架后拉板拉力之和的值进行对比；

步骤4、对比误差大于设定值，则发出警报，并在显示单元(2)上显示错误；

步骤5、对比误差在设定值以内，计算吊载重物重量和整机重心；

步骤6、计算得出的整机重心通过重心显示条显示在显示单元(2)上，并将整机重心传输给配重控制单元(3)。

7.根据权利要求6所述的履带起重机整机稳定性的闭环式检测系统的控制方法，其特征在于：

所述的步骤2中计算A型架后拉板拉力之和的大小的方法为采用以下公式，

F_{2} = 1.91 \times {F_{3} \times \cos | 52.7 - \arctan \frac{L \cdot \sin d - 6.68}{L \cdot \cos d + 10.69} | - F_{1} \times \sin [(21.1 - b) + 31.6]};

所述的步骤4中的对比误差的设定值为5％；

其中，F₁为配重拉板的拉力之和，F₂为A型架后拉板拉力之和，F₃为主臂拉板拉力之和，d为主臂与水平面的夹角角度，b为配重拉板与竖直方向夹角角度值，L为吊臂长度。

8.根据权利要求6所述的履带起重机整机稳定性的闭环式检测系统的控制方法，其特征在于：所述的步骤5还包括下述步骤：

步骤5.1：在主臂工况下，计算吊载重物重量P和整机重心DL；

步骤5.2：在副臂工况下，计算吊载重物重量P和整机重心DL。

9.根据权利要求8所述的履带起重机整机稳定性的闭环式检测系统的控制方法，其特征在于：

所述的步骤5.1计算吊载重物重量P和整机重心DL的分别通过以下公式计算得到：

P = \frac{F 3 \cdot F 3 L - (F 4 \cdot F 4 L + ZJW \cdot ZJL + ZBW \cdot ZBL)}{PL}

DL = G 1 + \frac{P \cdot PL + ZJW \cdot ZJL + ZBW \cdot ZBL - Gp \cdot (10.69 - 6.3 \cdot \sin (b)) - W \cdot A}{P + W + Gp + ZJW + ZBW};

P = \frac{F 3 \cdot F 3 L - (F 4 \cdot F 4 L + ZJW \cdot ZJL + FBW \cdot FBL + ZBW \cdot ZBL)}{PL}

DL = G 1 + \frac{P \cdot PL + ZJW \cdot ZJL + FBW \cdot FBL - ZBW \cdot ZBL - Gp \cdot (10.69 - 6.3 \cdot \sin (b)) - W \cdot A}{P + W + Gp + ZJW + FBW + ZBW};

其中，F3为主臂拉板拉力之和，F3L为主臂拉板对主臂下铰点的力臂，F4为主臂防后倾油缸力之和，F4L为主臂防后倾油缸力对主臂下铰点的力臂，ZJW为主卷重量，ZJL为主卷到主臂下铰点的水平距离，ZBW为主臂重量，ZBL为主臂质心到主臂下铰点的水平距离，G1为主臂铰点到回转中心的距离，PL为吊重到主臂下铰点的水平距离，Gp为移动配重质量，b为移动配重拉板角度传感器检测到的角度，W为主机本体质量，A为主机本体质心到主臂下铰点的水平距离，FBW为副臂质量，FBL为副臂质心到主臂下铰点的水平距离。