CN102351132A

CN102351132A - 一种履带起重机重心及接地比压显示装置和方法

Info

Publication number: CN102351132A
Application number: CN2011103024269A
Authority: CN
Inventors: 刘志勇; 王敏; 何川骄; 王克剑
Original assignee: Liaoning Fuwa Heavy Industry Machinery Co Ltd
Current assignee: Liaoning Fuwa Heavy Industry Machinery Co Ltd
Priority date: 2011-09-29
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2031-09-29
Also published as: CN102351132B

Abstract

本发明涉及一种履带起重机重心及接地比压显示装置和方法，装置包括控制器、人机界面和力矩限制器，力矩限制器连接有力矩限制器角度传感器、力矩限制器拉力传感器和力矩限制器显示屏，控制器通过CAN总线与人机界面、力矩限制器和力矩限制器显示屏连接，在转台上安装与回转滚盘连接的回转编码器，回转编码器通过CAN总线与控制器连接。显示方法通过读取车身参数，求得整车的重心位置、外力矩、接地面积和抗弯模量，计算该区域中最大的接地比压。本发明具有如下有益效果：1、增加了起重机的操作安全性。2、通过在现有的PLC控制器、人机界面和力矩限制器装置，在转台上安装与回转滚盘连接的回转编码器成本低，实现简单；通过CAN总线连接，安全可靠。3、使用范围广，可应用于类似的设备上。

Description

一种履带起重机重心及接地比压显示装置和方法

一、技术领域

本发明涉及履带起重机的辅助装置，特别是在吊重作业时，对起重机重心及接地比压实时显示的装置。

二、背景技术

在履带起重机所发生的重大安全事故中，由于承载地面塌陷而造成的起重机倾覆事故约占事故总量的35％，事故的结果触目惊心，损失巨大。而造成地面塌陷的主要原因就是因为在起重机工作时，对地面的承载能力没有实时显示与预警。在现有履带起重机上都有控制器、人机界面和力矩限制器，利用现有设备并增加适当的装置，实现履带起重机重心及接地比压的实时显示与报警将会对安全生产提供重要帮助。

三、发明内容

本发明的目的是提供一种履带起重机重心及接地比压显示装置，通过增设履带起重机的操作安全显示装置，实时显示当前工况起重机的重心位置以及最大接地比压，以提高履带起重机的操作安全性。

履带起重机重心及接地比压显示装置包括控制器、人机界面和力矩限制器，力矩限制器连接有力矩限制器角度传感器、力矩限制器拉力传感器和力矩限制器显示屏，控制器通过CAN总线与人机界面、力矩限制器和力矩限制器显示屏连接，本发明在转台上安装与回转滚盘连接的回转编码器，回转编码器通过CAN总线与控制器连接。

本发明的工作过程与和算法：：

1.首先应在人机界面上对当前地面情况进行选择，其次在力矩限制器的显示器上设置工况，其中包括当前起重机的臂长等信息。确认工况后，可读取到当前工况下车身各类参数，包括：臂架长度，工作角度，各部重量，重心，回转角度等等；

2.直接将各部分重量相加得到整车重，计算公式：F＝A_m+B_m+C_m+D_m+E_m+F_m+G_m+H_m，其中Am～Hm分别是下车、回转平台、转台配重、超起桅杆、超起配重、主臂、副臂和载重的重量，而F是整车的重量。各部分重量固化在程序中，载重量由力矩限制器实际检测提供，力矩限制器通过读取设置工况的信息和当前力矩限制器拉力传感器与力矩限制器角度传感器信息，计算出当前起重机的吊载重量。并将臂长、臂架角度、载荷等信息发送给控制器。通过该公式，可得到履带起重机工作时整车重量。安装在转台上的回转编码器通过与回转滚盘内齿咬合，检测出当前起重机的回转角度。

3.利用整车重和重心可求得重力对两坐标轴的力矩Mx，My，整车重量位置相对于回转中心所在坐标系的横向距离，计算公式：

a = \frac{A_{m} A_{x} + B_{m} B_{x} + C_{m} C_{x} + D_{m} D_{x} + E_{m} E_{x} + F_{m} F_{x} + G_{m} G_{x} + H_{m} H_{x}}{F},

本公式的作用是求得整车重量位置相对于回转中心所在坐标系的横向距离。其中Am～Hm意义同上，而Ax～Hx分别代表各部分质心位置到回转中心坐标系的横向距离，该数据由当前起重机的工况所决定，在确定的工况下，可由固化在程序中的车体参数利用三角函数关系求得。a：整车整体重心位置距回转中心的横向距离。

4.整车重量位置相对于回转中心所在坐标系的纵向距离，计算公式：

b = \frac{A_{m} A_{y} + B_{m} B_{y} + C_{m} C_{y} + D_{m} D_{y} + E_{m} E_{y} + F_{m} F_{y} + G_{m} G_{y} + H_{m} H_{y}}{F},

本公式的作用是求得整车重量位置相对于回转中心所在坐标系的纵向距离。其中Am～Hm意义同上，而Ay～Hy分别代表各部分质心位置到回转中心坐标系的横向距离，该数据由当前起重机的工况所决定，在确定的工况下，可由固化在程序中的车体参数利用三角函数关系求得。b：整车整体重心位置距回转中心的纵向距离。

5.利用整车重和重心可求得重力对两坐标轴的力矩Mx，My；重力对坐标系X轴和Y轴的力矩，计算公式：M_x＝F×a，其中F和a意义同前，M_x是整车重与整车重心到回转重心坐标系横向距离的乘积，是该力对坐标系X轴的力矩。计算公式：M_y＝F×b，其中F和a意义同前，M_y是整车重与整车重心到回转重心坐标系纵向距离的乘积，是该力对坐标系Y轴的力矩。

6.对于确定的工况，其轨距W和接地长度L已知，便可由已求得的变量和已知的几何数据求出可能出现最大接地比压的四个位置的外力值F_A，F_B，F_C，F_D；得到履带起重机履带架上最危险四个点所受的垂直压力，计算公式：

F_{A} = \frac{M_{x}}{2 L} + \frac{M_{y}}{2 W} + \frac{F}{4};

F_{B} = - \frac{M_{x}}{2 L} + \frac{M_{y}}{2 W} + \frac{F}{4};

F_{C} = \frac{M_{x}}{2 L} - \frac{M_{y}}{2 W} + \frac{F}{4};

F_{D} = - \frac{M_{x}}{2 L} - \frac{M_{y}}{2 W} + \frac{F}{4},

此处F_A，F_B，F_C，F_D代表履带起重机履带架上最危险四个点所受的垂直压力，L：履带架的接地长度，W：两条履带架的轨距，Mx、My、F的含义如前。

7.利用一条履带架上两端的受力计算得到该二力合力在该条履带架上的位置，计算公式：

本公式利用一条履带架上两端的受力计算得到该二力合力在该条履带架上的位置。公式中e1是FA与FB的合力相对于X轴的距离，其它各参数意义同上。

同理，可求得另一条履带架上的e2，此处不再赘述。

8.求得履带架上受力最大点处的接地比压，计算公式：

本公式的作用是求得履带架上受力最大点处的接地比压，σ：履带架上危险位置的接地比压，b：履带板的宽度，其它参数竟义同前。

9.得出当前起重机的重心位置与接地比压，并将当前接地比压与预先设置的当前地面最大承载能力进行比较，通过显示器实时显示，当接地比压超过安全值时进行声光报警提示。

本发明具有如下有益效果：

1、增加了起重机的操作安全性。

2、通过在现有的PLC控制器、人机界面和力矩限制器装置，在转台上安装与回转滚盘连接的回转编码器成本低，实现简单；通过CAN总线连接，安全可靠。

3、使用范围广，可应用于类似的设备上。

四、附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明的电路原理图；

图3为本发明的计算方法流程图；

图4为本发明的显示界面示意图。

五、具体实施方式

本发明包括回转编码器、控制器、人机界面、力矩限制器、力矩限制器角度传感器、力矩限制器拉力传感器和力矩限制器显示屏。回转编码器安装在转台中间与回转滚盘内齿咬合，通过CAN总线与控制器连接，用来检测当前起重机的回转角度；人机界面为显示器，安装在司机室内，通过CAN总线与控制器连接，用来显示当前起重机的重心位置及接地比压；力矩限制器的角度传感器位于臂架上，与力矩限制器模拟量输入端口连接，能够实时检测当前起重机的臂架角度；力矩限制器的拉力传感器位于臂架上，与力矩限制器模拟量输入端口连接，能够时实检测当前起重机的臂架拉力；力矩限制器显示屏位于司机室内，通过CAN总线与力矩限制器连接，可以通过力矩限制器显示屏设定工况，其中包括当前工况下起重机的臂长等信息；力矩限制器置于电控柜内，力矩限制器可以通过设置工况和读取当前力矩限制器拉力传感器与力矩限制器角度传感器信息，计算出当前起重机的吊载重量；力矩限制器通过CAN总线与控制器连接，向控制器实时发送起重机当前的臂长、角度、载荷等信息；控制器与人机界面、回转编码器安装在电控柜内。

本发明的电路连接为：电源经熔断器FU1～FU9分别连接PLC控制器U1(型号为力士乐RC6-9)的1、27、13、41、42脚、回转编码器U2、人机界面U3、力矩限制器U5(型号为赫斯曼IFLEX5)的1脚、力矩限制器显示屏U4、力矩限制器角度传感器U6和力矩限制器拉力传感器U7，回转编码器U2、人机界面U3和力矩限制器显示屏U4分别经CAN总线连接控制器U1的39、40脚，力矩限制器显示屏U4还通过CAN总线连接力矩限制器U5的2、28脚，力矩限制器角度传感器U6和力矩限制器拉力传感器U7分别连接力矩限制器U5的模拟量输入端口，控制器U1的2、28脚接地，力矩限制器U5的39脚接地。

Claims

1.一种履带起重机重心及接地比压显示装置，包括控制器、人机界面和力矩限制器，力矩限制器连接有力矩限制器角度传感器、力矩限制器拉力传感器和力矩限制器显示屏，控制器通过CAN总线与人机界面、力矩限制器和力矩限制器显示屏连接，其特征是：在转台上安装与回转滚盘连接的回转编码器，回转编码器通过CAN总线与控制器连接。

2.根据权利要求1所述的履带起重机重心及接地比压显示装置，其特征是：电源经熔断器(FU1～FU9)分别连接控制器(U1)的1、27、13、41、42脚、回转编码器(U2)、人机界面(U3)、力矩限制器(U5)的1脚、力矩限制器显示屏(U4)、力矩限制器角度传感器(U6)和力矩限制器拉力传感器(U7)，回转编码器(U2)、人机界面(U3)和力矩限制器显示屏(U4)分别经CAN总线连接控制器(U1)的39、40脚，力矩限制器显示屏(U4)还通过CAN总线连接力矩限制器(U5)的2、28脚，力矩限制器角度传感器(U6)和力矩限制器拉力传感器(U7)分别连接力矩限制器(U5)的模拟量输入端口，控制器(U1)的2、28脚接地，力矩限制器(U5)的39脚接地。

3.一种履带起重机重心及接地比压显示方法，其特征是：首先应在人机界面上对当前地面情况进行选择，其次在力矩限制器的显示器上设置工况，确认工况后，可读取到当前工况下车身各类参数，包括：臂架长度，工作角度，各部重量，重心，回转角度；直接将各部分重量相加得到整车重(F)，再使用已读取的各部分重量和重心利用三角函数关系式，求得整车的重心位置(a，b)；利用整车重和重心可求得重力对两坐标轴的力矩(Mx，My)；对于确定的工况，其轨距(W)和接地长度(L)已知，便可由已求得的变量和已知的几何数据求出可能出现最大接地比压的四个位置的外力值(F_A，F_B，F_C，F_D)；对于单条履带，利用一条履带架上两端的受力计算得到该二力合力在该条履带架上的位置；求得履带架上受力最大点处的接地比压；得出当前起重机的重心位置与接地比压，并将当前接地比压与预先设置的当前地面最大承载能力进行比较，通过显示器实时显示，当接地比压超过安全值时进行声光报警提示。