CN102464269B - 伸缩臂式起重机及其超起角度自动变换装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超起角度自动变换装置，包括：电磁阀，设于超起支架角度变换油缸的液压油路上，用于控制所述角度变换油缸伸出或收回；角度检测装置，用于采集所述超起支架的角度信号；输入装置，用于输入控制所述角度变换油缸动作的命令；控制器，接收所述角度检测装置输出的角度信号和所述输入装置的控制命令，并输出用于控制所述电磁阀的控制信号。本发明还公开了设有上述防倾翻力矩限制器系统的移动式起重机。该装置通过角度检测装置适时测量超起支架的展开角度，并通过自动角度变换模块化程序自动控制完成角度变换功能，具有较高的智能化程度，能精确控制超起支架展开至设定角度，且操作简单方便，能够显著减少因误操作而带来的危险。

Description

伸缩臂式起重机及其超起角度自动变换装置

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，特别是涉及伸缩臂式起重机的超起角度自动变换装置。本发明还涉及设有所述超起角度自动变换装置的伸缩臂式起重机。

背景技术

随着世界经济的迅速发展，作为重大装备类的工程起重机被广泛应用，从国内市场来看，风电项目、大型石化项目日渐增多，市场对大吨位起重机的需求正在逐年增加，伸缩臂式全地面起重机以其移动灵活、转场迅速，能够快速投入作业，受到市场的青睐。

起重机的起重性能是衡量起重机整体性能的重要指标之一。通常情况下，起重臂越长，起升高度越高，起重能力越强，因此大型起重机的伸缩起重臂一般做得很长，为了使起重机有更大的工作幅度和更高的起升高度，副起重臂臂长也随之增加。但是当起重臂臂长很长时，起重臂在变幅平面内和回转平面的挠度过大，挠度过大，吊重时吊臂受力情况恶劣，在变幅平面内和回转平面内产生很大的附加弯矩，使起重能力因受起重臂挠度和承载力的限制而大幅度减小，严重制约了起重臂起重性能的发挥。在上述背景下，需另辟蹊径，在起重臂上增加一种超起装置来改善起重臂的受力状况，以减少起重臂变形、提高其起重性能。

请参考图1、图2，图1为一种安装于起重机伸缩臂的超起装置的结构示意图；图2为图1所示超起装置的A向视图。

如图所示，超起装置通常包括超起支架1，超起支架1为具有足够刚度和强度的柱体，且其固定端通过转轴与伸缩臂起重机的基本臂2枢接；上述转轴大体水平设置，且其轴线位于基本臂2的横截面内，以便绕该转轴线转动时超起支架1与基本臂2所确定的平面(即变幅平面)大体为竖直面。

所述超起装置通常还包括设于超起支架1与基本臂2之间的左角度变换油缸3和右角度变换油缸4，各变幅油缸的两端分别与超起支架1以及基本臂2相枢接，以推动超起支架1相对于基本臂2在上述变幅平面内转动。

超起支架1具有与其固定端相对应的活动端，该活动端与所述伸缩臂起重机任一伸缩臂(图中所示为末节伸缩臂)的外端部之间设置第一拉紧装置5；超起支架1的活动端与基本臂2的根部之间设有第二拉紧装置6。第一拉紧装置5以及第二拉紧装置6通常可以是拉杆或者拉绳加收紧卷扬等。

由于第一拉紧装置5在伸缩臂与超起支架1的活动端之间施加第一拉力，该第一拉力能够平衡重物的部分剪切力，因此，同等条件下起重机主臂的受力得到改善、挠度显著较小；同理，第二拉紧装置6的第二拉力将显著减轻超起支架1的挠度，并将拉力传导至基本臂2的根部，同时也能够提高上述第一拉力的极限值。因此，所述超起装置的设置可以显著改善起重机主臂的受力状态，进而显著提高吊臂承载重量。

起重机在作业过程中，其超起支架需要变幅、展开、张紧才能有效工作，即超起支架需要根据工况展开一定角度，才能够提高吊重性能，在现行方案中，操作人员只能手动操纵角度变换开关来控制超起支架的展开角度，并通过人工观察显示器界面来判断是否满足角度变换要求。此种控制方式完全依赖操作人员的工作经验，不仅费时费力，且容易产生误操作，存在一定安全隐患。此外，由于人的反应速度和操作速度有限，因此难以控制超起支架展开至精确的位置，无法保证超起支架处于最佳的工作状态。

因此，如何提高超起支架的自动化程度和运行精度，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种超起角度自动变换装置。该装置通过角度检测装置适时测量超起支架的展开角度，并通过自动角度变换模块化程序自动控制完成角度变换功能，具有较高的智能化程度，能精确控制超起支架展开至设定角度，且操作简单方便，能够显著减少因误操作而带来的危险。

本发明的第二目的是提供一种设有上述超起角度自动变换装置的伸缩臂式起重机。

为了实现上述第一个目的，本发明提供了一种超起角度自动变换装置，用于控制伸缩臂式起重机的超起支架，包括：电磁阀，设于超起支架角度变换油缸的液压油路上，用于控制所述角度变换油缸伸出或收回；角度检测装置，用于采集所述超起支架的角度信号；输入装置，用于输入控制所述角度变换油缸动作的命令；控制器，接收所述角度检测装置输出的角度信号和所述输入装置的控制命令，并输出用于控制所述电磁阀的控制信号。

优选地，所述控制器包括：预值设定单元，用于预先设定并储存超起支架的目标角度和最小判定角度；计算单元，用于计算超起支架的目标角度与接收的超起支架角度信号的差值；和比较单元，用于将计算得出的差值与预值设定单元中的最小判定角度进行比较，若超起支架角度信号小于超起支架的目标角度，且所述差值大于所述最小判定角度，则输出角度变换油缸伸出的控制信号；若超起支架角度信号大于超起支架的目标角度，且所述差值大于所述最小判定角度，则输出角度变换油缸收回的控制信号；若所述差值小于所述最小判定角度，则输出角度变换油缸停止的控制信号。

优选地，还包括：分流阀，将所述超起支架角度变换油缸的液压油路分为两路，分别向左超起支架的左角度变换油缸和右超起支架的右角度变换油缸供油；所述电磁阀包括第一电磁阀和第二电磁阀，分别用于控制所述左角度变换油缸和右角度变换油缸；所述角度检测装置分为两组，分别用于采集所述左超起支架和右超起支架的角度信号；所述控制器同时接收所述左超起支架和右超起支架的角度信号，并分别进行计算和比较后输出单独控制所述第一电磁阀和第二电磁阀的控制信号。

优选地，所述角度检测装置具体包括第一角度编码器和第二角度编码器，分别设于所述超起支架的转轴处。

优选地，所述角度编码器固定在所述超起支架上，其测量轴与所述超起支架的转轴相对固定。

优选地，所述输入装置包括显示器及角度选择或角度输入按钮。

优选地，所述超起支架的目标角度按照工况分为0度、10度、15度和40度；所述最小判定角度为0.1度。

优选地，所述控制器采用PLC控制器。

优选地，所述电磁阀采用三位四通电磁阀。

为了实现上述第二个目的，本发明还提供了一种伸缩臂式起重机，具有控制超起支架展开角度的控制装置，所述控制超起支架展开角度的控制装置采用上述任一项所述的超起角度自动变换装置。

本发明提供的超起角度自动变换装置在现有技术的基础上作了进一步改进，通过增设角度检测装置和控制器等元器件将手动控制改为自动控制，在超起支架展开过程中，通过角度检测装置适时测量其展开角度，操作者根据起重机工况通过输入装置发出超起支架动作的命令，所述角度信号和控制命令进入控制器，由控制器执行自动角度变换模块程序输出控制所述电磁阀的控制信号，所述角度变换油缸在电磁阀的控制下通过伸出或收回运动带动超起支架展开至设定角度，通过自动角度变换模块化程序自动控制完成角度变换功能，具有较高的智能化程度，能精确控制超起支架展开的角度，且操作简单方便，能够显著减少因误操作而带来的危险。

在一种具体实施方式中，所述控制器包括预值设定单元、计算单元和比较单元，其中预值设定单元用于预先设定并储存超起支架的目标角度和最小判定角度。通过设定不同的目标角度，可控制超起支架的展开幅度，以满足不同工况的使用要求，而通过调节最小判定角度的大小，可改变角度调节油缸执行到位的时机，使其在执行到位时，更加接近预先设定的角度。

在另一种具体实施方式中，所述分流阀将超起支架角度变换油缸的液压油路分为两路，分别向左超起支架的左角度变换油缸和右超起支架的右角度变换油缸供油，所述控制器单独控制所述第一电磁阀和第二电磁阀的控制信号。这是由于伸缩臂式起重机的左超起支架和右超起支架虽然具有对称的结构，但由于制造、安装、配合等误差的存在，导致在实际运行过程中，左超起支架和右超起支架并不能精确同步运行，当其中一个超起支架运行到位时，另一个超起支架仍然可能需要调节，而经过改进之后，左角度变换油缸和右角度变换油缸能够单独运行，在控制器的控制作用下，可保证左超起支架和右超起支架都能准确地运行至设定位置。

本发明所提供的伸缩式起重机设有上述超起角度自动变换装置，由于上述超起角度自动变换装置具有上述技术效果，具有该超起角度自动变换装置的伸缩式起重机也应具备相应的技术效果。

附图说明

图1为一种安装于起重机伸缩臂的超起装置的结构示意图；

图2为图1所示超起装置的A向视图；

图3为本发明所提供超起角度自动变换装置的角度编码器的立体安装示意图；

图4为左角度变换油缸和右角度变换油缸的液压原理图；

图5为输入装置的显示器界面示意图；

图6为本发明所提供超起角度自动变换装置的控制单元框图。

图1至图6中：

1.超起支架1-1.左超起支架1-2.右超起支架2.基本臂3.左角度变换油缸4.右角度变换油5.第一拉紧装置6.第二拉紧装置7-1.第一角度编码器7-2.第二角度编码器8.分流阀9.进油10-1.第一电磁阀10-2.第二电磁阀11.显示器

具体实施方式

本发明的核心在于通过角度检测装置适时测量超起支架的展开角度，并通过自动角度变换模块化程序完成角度变换功能，以实现智能化控制，提高超起支架的展开精度和操作的便利性，减少因误操作而带来的危险。

本发明的另一核心是提供一种设有上述超起角度自动变换装置的伸缩臂式起重机。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本文中的“第一、第二”等用语仅是为了便于描述，以区分具有相同名称的不同组成部件，并不表示先后或主次关系。

本发明提供的超起角度自动变换装置，包括电磁阀、角度检测装置、输入装置和控制器。

请参考图3，图3为本发明所提供超起角度自动变换装置的角度编码器的立体安装示意图。

如图所示，角度检测装置用于适时检测超起支架的实际展开角度，并将角度信号传输至控制器。这里采用了角度编码器，角度编码器包括可绕相对于周围外壳所安装的测量轴而旋转的机构，能提供旋转体相对于外壳绝对角度的位置测量。当然，角度检测装置并不局限于角度编码器，还可以是其它角度传感器，这里就不再一一列举。

由于超起支架包括对称的左超起支架1-1和右超起支架1-2，为了能够达到单独控制的目的，需要在左超起支架1-1和右超起支架1-2上分别设置角度编码器，即第一角度编码器7-1和第二角度编码器7-2。

以第一角度编码器7-1为例，具体设于左超起支架1-1的转轴处，通过安装支架固定在左超起支架1-1上，其测量轴插入左超起支架1-1的转轴并与之相对固定。当左超起支架1-1在左角度变换油缸3的驱动下展开或收回时，就会带动第一角度编码器7-1开始旋转，旋转产生的信号通过总线传输给控制器，第二角度编码器7-2的安装方式和工作原理与第一角度编码器7-1相同，第一角度编码器7-1和第二角度编码器7-2各自通过总线传输到控制器，转换成角度。

请参考图4，图4为左角度变换油缸和右角度变换油缸的液压原理图。

伸缩臂式起重机的左超起支架1-1和右超起支架1-2具有对称的结构，理论上来讲，由一路液压控制回路同时控制左角度变换油缸3和右角度变换油缸4可实现同步调节，但由于制造、安装、配合等误差的存在，在实际运行过程中，左超起支架1-1和右超起支架1-2并不能精确同步运行，当某一超起支架运行到位时，另一超起支架可能存在较大误差，无法保证左超起支架1-1和右超起支架1-2同时展开至最佳角度。

为了能够单独控制左角度变换油缸3和右角度变换油缸4，可以在液压油路的进油口处增设分流阀8，将液压油路分为两路，分别驱动左角度变换油缸3和右角度变换油缸4。

液压油从进油口9进油，经过分流阀8后分为两路，一路经第一电磁阀10-1向左角度变换油缸3供油，当第一电磁阀10-1的右端得电时，可实现左角度变换油缸伸出功能，当第一电磁阀10-1左端得电时，可实现左角度变换油缸缩回功能；另一路经第二电磁阀10-2向右角度变换油缸4供油，当第二电磁阀10-2左端得电时，可实现右角度变换油缸伸出功能，当第二电磁阀10-2右端得电时，可实现实现右角度变换油缸缩回功能。

上述第一电磁阀10-1和第二电磁阀10-2均为三位四通电磁阀。

经过改进之后，控制器能够单独控制左角度变换油缸3和右角度变换油缸4，以保证左超起支架1-1和右超起支架1-2能准确地运行至设定位置。

请参考图5，图5为输入装置的显示器界面示意图。

如图所示，输入装置用于输入控制角度变换油缸动作的命令；控制器用于接收上述角度编码器输出的角度信号和输入装置的控制命令，并输出用于控制电磁阀的控制信号。

输入装置包括显示器11及角度选择或角度输入按钮(图中未示出)，当输入装置处于工作状态时，在显示器11上会显示四组展开角度，其中0度角适用于起重机的空载工况，10度角适用于起重机的副臂工况，15度角适用于起重机的超起工况，40度角适用于起重机的塔臂工况，操作人员可根据实际工况选择相应的超起支架展开角度。

以上四组展开角度是根据特定起重机的工况需要而预先设定的，在操作时可直接选择相应的按钮向控制器输入目标角度，可极大地提高操作的便利性。但目标角度的输入方式并不局限于此，还可以通过键盘等设备输入连续的目标角度，通过设定不同的目标角度，可控制超起支架的展开幅度，满足不同工况的使用要求。

请参考图6，图6为本发明所提供超起角度自动变换装置的控制单元框图。

控制器具体可采用PLC控制器或单片机，包括预值设定单元、计算单元和比较单元；其中，所述预值设定单元用于预先设定并储存超起支架的目标角度和最小判定角度；计算单元用于计算超起支架的目标角度与接收的超起支架角度信号的差值；比较单元用于将计算得出的差值与预值设定单元中的最小判定角度进行比较，并输出用于控制电磁阀的控制信号，

控制器的第一输入端接收程序启动信号，设置是后，其内部的模块激活；第二输入端接收第一角度编码器7-1输出的左超起支架角度；第三输入端接收第二角度编码器7-2输出的左超起支架角度；第四输入端输入程序判断中的最小判定角度；第一输出端输出第一电磁阀10-1左位工作的控制信号；第二输出端输出第一电磁阀10-1右位工作的控制信号；第三输出端输出第二电磁阀10-2左位工作的控制信号；第四输出端输出第二电磁阀10-2右位工作的控制信号。

下面对上述超起角度自动变换装置的工作原理进行说明。

步骤一：根据需要在显示器界面上选择相应的角度按钮，并设置最小判定角度。

步骤二：选取角度后，信号进入控制器，通过执行自动角度变换模块化程序输出逻辑。

步骤三：通过逻辑输出后，各角度变换油缸根据不同逻辑执行相应动作。

若左超起支架1-1的角度小于目标角度，且满足目标角度与左超起支架角度的差值大于最小判定角度时，控制器输出第一电磁阀10-1右位工作的控制信号，第一电磁阀10-1的右端得电，左角度变换油缸3伸出，左超起支架1-1进一步展开。

若左超起支架1-1的角度大于目标角度，且满足目标角度与左超起支架角度的差值大于最小判定角度时，控制器输出第一电磁阀10-1左位工作的控制信号，第一电磁阀10-1的左端得电，左角度变换油缸3缩回，左超起支架1-1进一步收回。

若右超起支架1-2的角度小于目标角度，且满足目标角度与右超起支架角度的差值大于最小判定角度时，控制器输出第二电磁阀10-2左位工作的控制信号，第二电磁阀10-2的左端得电，右角度变换油缸4伸出，右超起支架1-2进一步展开。

若右超起支架1-2的角度大于目标角度，且满足目标角度与右超起支架角度的差值大于最小判定角度时，控制器输出第二电磁阀10-2右位工作的控制信号，第二电磁阀10-2的右端得电，右角度变换油缸4缩回，右超起支架1-2进一步收回。

若各超起支架的目标角度与其角度编码器检测的角度信号的差值小于最小判定角度时，认为满足条件，控制器输出左角度变换油缸3和右角度变换油缸4停止的控制信号，执行到位。

根据超起支架的运行精度，上述最小判定角度通常设定为0.1度，在运行精度允许的条件下，通过调节最小判定角度的大小，可改变角度调节油缸执行到位的时机，从而使超起支架最终的展开角度更加接近预先设定的目标角度。

本发明通过增设角度检测装置和控制器等元器件将手动控制改为自动控制，在超起支架展开过程中，通过角度检测装置适时测量其展开角度，操作者根据起重机工况通过输入装置发出超起支架动作的命令，所述角度信号和控制命令进入控制器，由控制器执行自动角度变换模块程序输出控制所述电磁阀的控制信号，所述角度变换油缸在电磁阀的控制下通过伸出或收回运动带动超起支架展开至设定角度，通过自动角度变换模块化程序自动控制完成角度变换功能，具有较高的智能化程度，能精确控制超起支架展开的角度，且操作简单方便，能够显著减少因误操作而带来的危险。

除了上述超起角度自动变换装置，本发明还提供一种伸缩臂式起重机。该伸缩臂式起重机具有控制超起支架展开角度的控制装置，所述控制超起支架展开角度的控制装置采用如前所述的超起角度自动变换装置，其余结构请参阅现有技术，本文不再赘述。

以上对本发明所提供的伸缩臂式起重机及其超起角度自动变换装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种超起角度自动变换装置，用于控制伸缩臂式起重机的超起支架，包括：

电磁阀，设于超起支架角度变换油缸的液压油路上，用于控制所述角度变换油缸伸出或收回；

角度检测装置，用于采集所述超起支架的角度信号；

输入装置，用于输入控制所述角度变换油缸动作的命令；

控制器，接收所述角度检测装置输出的角度信号和所述输入装置的控制命令，并输出用于控制所述电磁阀的控制信号；

其特征在于，所述控制器包括：

预值设定单元，用于预先设定并储存超起支架的目标角度和最小判定角度；

计算单元，用于计算超起支架的目标角度与接收的超起支架角度信号的差值；和

比较单元，用于将计算得出的差值与预值设定单元中的最小判定角度进行比较，若超起支架角度信号小于超起支架的目标角度，且所述差值大于所述最小判定角度，则输出角度变换油缸伸出的控制信号；若超起支架角度信号大于超起支架的目标角度，且所述差值大于所述最小判定角度，则输出角度变换油缸收回的控制信号；若所述差值小于所述最小判定角度，则输出角度变换油缸停止的控制信号。

2.根据权利要求1所述的超起角度自动变换装置，其特征在于，还包括：

分流阀，将所述超起支架角度变换油缸的液压油路分为两路，分别向左超起支架的左角度变换油缸和右超起支架的右角度变换油缸供油；

所述电磁阀包括第一电磁阀和第二电磁阀，分别用于控制所述左角度变换油缸和右角度变换油缸；

所述角度检测装置分为两组，分别用于采集所述左超起支架和右超起支架的角度信号；

所述控制器同时接收所述左超起支架和右超起支架的角度信号，并分别进行计算和比较后输出单独控制所述第一电磁阀和第二电磁阀的控制信号。

3.根据权利要求2所述的超起角度自动变换装置，其特征在于，所述角度检测装置具体包括第一角度编码器和第二角度编码器，分别设于所述超起支架的转轴处。

4.根据权利要求3所述的超起角度自动变换装置，其特征在于，所述角度编码器固定在所述超起支架上，其测量轴与所述超起支架的转轴相对固定。

5.根据权利要求1至4任一项所述的超起角度自动变换装置，其特征在于，所述输入装置包括显示器及角度选择或角度输入按钮。

6.根据权利要求5所述的超起角度自动变换装置，其特征在于，所述超起支架的目标角度按照工况分为0度、10度、15度和40度；所述最小判定角度为0.1度。

7.根据权利要求6所述的超起角度自动变换装置，其特征在于，所述控制器采用PLC控制器。

8.根据权利要求7所述的超起角度自动变换装置，其特征在于，所述电磁阀采用三位四通电磁阀。

9.一种伸缩臂式起重机，具有控制超起支架展开角度的控制装置，其特征在于，所述控制超起支架展开角度的控制装置采用上述权利要求1至8中任一项所述的超起角度自动变换装置。

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