CN102862922B - 一种起重机及其防后倾控制方法、防后倾控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种起重机及其防后倾控制方法和防后倾控制系统，所述起重机防后倾控制方法，包括：在起吊工况中，计算起重机当前所需的防后倾油缸推力；确定当前防后倾油缸的实际推力；根据起重机当前所需的防后倾油缸推力和当前防后倾油缸的实际推力，调节防后倾油缸中无杆腔的排油量，直至起重机当前所需的防后倾油缸推力与当前防后倾油缸的实际推力相平衡。防后倾控制系统包括比例控制阀和控制器，起重机包括该防后倾控制系统。本发明实现了根据不同的起吊工况确定并提供与实际工况相符的防后倾推力，由于提供的防后倾推力是连续变化的，避免了起重机臂架装置因所受推力急剧变化而受损变形的问题，提高了起重机的安全性能。
Description
技术领域
本发明涉及起重机技术领域，尤其涉及一种起重机及其防后倾控制方法和防后倾控制系统。
背景技术
防后倾装置是指起重机中为防止吊臂或超起桅杆等机械结构因为重力作用向后倾翻而采取的机械或液压等相结合的保护装置。
目前起重机技术领域中，防后倾装置种类繁多，主要有纯机械防后倾装置、液压与机械相结合的防后倾装置、油气结合控制防后倾装置等类型，在这些防后倾装置中，液压和机械相结合的防后倾装置在大吨位起重机(例如履带起重机)中应用最广泛。防后倾油缸是一种典型的液压和机械相结合的防后倾装置，由于体积小、输出力大而被广泛应用于大吨位起重机中。
如图1所示，防后倾油缸一般包括无杆腔11和有杆腔12，无杆腔11分别通过油泵13和开关控制阀14与油箱15连接；在工作时，油泵13按照单位时间内固定的流量向无杆腔11内充入液压油，而开关控制阀14在打开时将使无杆腔11中的液压油回流入油箱15中，通过油泵13和开关控制阀14的共同作用，防后倾油缸能够为起重机提供一定的推力，防止起重机发生倾翻。
然而目前在多数起重机的防后倾油缸中，开关控制阀14仅具有两种溢流档位，分别为对应“高压”和“低压”的液压溢流阀档位，其工作过程大致如下：当起重机臂架装置的工作角度大于或等于一定角度(如大于等于80度)时，开关控制阀14会打开对应“高压”的液压溢流阀档位，使无杆腔11中有较少量的液压油回流入油箱15中，进而使得防后倾油缸的无杆腔回路压力工作于设定的最大工作压力，为起重机提供高压档位的推力；当起重机臂架装置的工作角度小于一定角度(如小于80度)时，开关控制阀14会打开对应“低压”的液压溢流阀档位，使无杆腔11中有较多量的液压油回流入油箱15中，进而使得防后倾油缸的无杆腔回路压力工作于设定的最小工作压力，为起重机提供低压档位的推力。
可见，目前大多数防后倾油缸只提供“高压”和“低压”两个档位的防后倾推力，但是这两个档位的防后倾推力却用于满足起重机在不同角度下的防后倾安全要求。在这种控制系统中，随着防后倾油缸提供的推力在高压和低压两档之间的迅速切换，往往会给臂架装置造成较大的冲击，导致臂架装置发生较大变形，存在一定的安全隐患；此外，当臂架装置在一定的工作角度范围内时，防后倾油缸提供的推力由于总是为高压档位或低压档位，这势必造成在某些工作角度下实际提供的防后倾推力远大于真正需要的防后倾推力，给臂架装置造成破坏性影响，并带来较多的油耗。
发明内容
本发明提供一种起重机及其防后倾控制方法和防后倾控制系统，用以解决现有技术中防后倾油缸只能提供固定档位的防后倾推力，并且在不同档位的防后倾推力之间变换时，容易造成臂架装置受损的问题。
本发明包括：
一种起重机防后倾控制方法，包括：
在起吊工况中，计算起重机当前所需的防后倾油缸推力；
确定当前防后倾油缸的实际推力；
根据起重机当前所需的防后倾油缸推力和当前防后倾油缸的实际推力，调节防后倾油缸中无杆腔的排油量，直至起重机当前所需的防后倾油缸推力与当前防后倾油缸的实际推力相平衡；其中：所述根据起重机当前所需的防后倾油缸推力和当前防后倾油缸的实际推力，调节防后倾油缸中无杆腔的排油量，具体包括：
判断起重机当前所需的防后倾油缸推力大于当前防后倾油缸的实际推力时，调节防后倾油缸中无杆腔的排油量减少；
判断所述起重机当前所需的防后倾油缸推力小于当前防后倾油缸的实际推力时，调节防后倾油缸中无杆腔的排油量增多。
一种起重机防后倾控制系统，包括：
比例控制阀，用于通过调节阀芯的开度来调节防后倾油缸中无杆腔的排油量；
控制器，用于在起吊工况中，计算起重机当前所需的防后倾油缸推力；确定当前防后倾油缸的实际推力；根据起重机当前所需的防后倾油缸推力和当前防后倾油缸的实际推力，控制所述比例控制阀调节阀芯的开度，直至起重机当前所需的防后倾油缸推力与当前防后倾油缸的实际推力相平衡；其中：所述控制器判断起重机当前所需的防后倾油缸推力大于当前防后倾油缸的实际推力时，控制所述比例控制阀减小阀芯的开度或关闭阀芯；
所述控制器判断起重机当前所需的防后倾油缸推力小于当前防后倾油缸的实际推力时，控制所述比例控制阀增大阀芯的开度。
一种起重机，包括：
如上所述的起重机防后倾控制系统。
本发明通过比较起重机当前所需的防后倾油缸推力和当前防后倾油缸的实际推力，来控制防后倾油缸中无杆腔的排油量，以使起重机当前所需的防后倾油缸推力和确定当前防后倾油缸的实际推力达到平衡，实现了根据不同的起吊工况确定并提供与实际工况相符的防后倾推力，由于提供的防后倾推力是连续变化的，避免了起重机臂架装置因所受推力急剧变化而受损变形的问题，提高了起重机的安全性能。
附图说明
图1为现有起重机中防后倾油缸的结构示意图；
图2为本发明提供的起重机防后倾控制方法流程示意图；
图3为本发明提供的起吊工况中起重机的受力示意图；
图4为本发明提供的起重机力矩平衡关系示意图；
图5为本发明提供的起重机防后倾控制系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明提供的起重机及其防后倾控制方法和防后倾控制系统的具体实施方式作进一步详细描述。
需要说明的是：
1、本发明中所称的“促使起重机后倾”是指“促使起重机趋于后倾状态”，并且，本发明中所称的“阻碍起重机后倾”是指“阻碍起重机趋于后倾状态”；
2、本发明中为了描述促使起重机后倾与阻碍起重机后倾的力矩相互平衡，以起重机的回转中心线为参考线，将起重机臂架装置分为前部结构件和后部结构件，其中，前部结构件具有阻碍起重机后倾的作用，而后部结构件具有促使起重机后倾的作用；
3、本发明中所称的MB、MF、GB1、LB1、GF1、LF1、GF2、LF2、F3、F3y、F3x、LF3等仅代表相应值的大小，不代表方向。
本发明提供一种起重机防后倾控制方法，如图2所示，该方法包括：
步骤21，在起吊工况中，计算起重机当前所需的防后倾油缸推力；
步骤22，确定当前防后倾油缸的实际推力；
步骤23，根据起重机当前所需的防后倾油缸推力和当前防后倾油缸的实际推力，调节防后倾油缸中无杆腔的排油量，直至起重机当前所需的防后倾油缸推力与当前防后倾油缸的实际推力相平衡。
本发明方法通过比较起重机当前所需的防后倾油缸推力和当前防后倾油缸的实际推力，来控制防后倾油缸中无杆腔的排油量，以使起重机当前所需的防后倾油缸推力和确定当前防后倾油缸的实际推力达到平衡，实现了根据不同的起吊工况确定并提供与实际工况相符的防后倾推力，由于提供的防后倾推力是连续变化的，避免了起重机臂架装置因所受推力急剧变化而受损变形的问题，提高了起重机的安全性能。
优选的，计算起重机当前所需的防后倾油缸推力，具体包括：
采集当前促使起重机后倾的各第一作用力及相应的力臂；
采集除防后倾油缸推力之外，当前阻碍起重机后倾的各第二作用力及相应的力臂；
采集当前防后倾油缸推力的力臂和当前防后倾油缸的工作角度；
根据所述各第一作用力及相应的力臂、各第二作用力及相应的力臂、当前防后倾油缸推力的力臂和当前防后倾油缸的工作角度，计算起重机当前所需的防后倾油缸推力。
具体的，本发明方法基于促使起重机后倾的力矩与阻碍起重机后倾的力矩具有相互平衡的关系，来计算起重机所需的防后倾油缸推力。
如图3所示，以起重机回转中心线为参考，一般在起吊工况中，促使起重机趋于后倾的作用力(本发明中记为第一作用力)为臂架装置的后部结构件重力GB1，而阻碍起重机趋于后倾的作用力(本发明中记为第二作用力)有：臂架装置的前部结构件重力GF1、吊重重力GF2和防后倾油缸推力F3；为了描述方便，以下记：
促使起重机趋于后倾的作用力力矩为MB；
阻碍起重机趋于后倾的作用力力矩为MF；
臂架装置的后部结构件重力GB1的力臂为LB1；
臂架装置的前部结构件重力GF1的力臂为LF1；
吊重重力GF2的力臂为LF2；
防后倾油缸推力F3在水平方向的分力为F3x，在垂直方向的分力为F3y，其中，垂直方向分力F3y起到了阻碍起重机趋于后倾的作用，垂直方向分力F3y的力臂为LF3；
防后倾油缸推力F3的工作角度(防后倾油缸中活塞杆与水平方向的夹角)为α；
则根据图4所示的力矩平衡关系，有以下公式成立：
MB＝GB1*LB1； (公式1)
MF＝GF1*LF1+GF2*LF2+F3y*LF3； (公式2)
MF＝MB； (公式3)
F3＝F3y/sinα； (公式4)
根据以上公式可计算得出：
F3＝(GB1*LB1-GF1*LF1-GF2*LF2)/(LF3*sinα)
即，基于促使起重机后倾的力矩与阻碍起重机后倾的力矩具有相互平衡的关系，以及采集得到的所述各第一作用力及相应的力臂、各第二作用力及相应的力臂、当前防后倾油缸推力的力臂和当前防后倾油缸的工作角度，可计算得出起重机当前所需的防后倾油缸推力F3。
优选的，确定当前防后倾油缸的实际推力，具体包括：
采集当前防后倾油缸中无杆腔的实际回路压力，并将其确定为当前防后倾油缸的实际推力。
具体的，防后倾油缸提供的推力大小与无杆腔的实际回路压力是一致的，因此，可将采集到的当前防后倾油缸中无杆腔的实际回路压力确定为当前防后倾油缸的实际推力。
优选的，根据起重机当前所需的防后倾油缸推力和当前防后倾油缸的实际推力，调节防后倾油缸中无杆腔的排油量，具体包括：
判断起重机当前所需的防后倾油缸推力大于当前防后倾油缸的实际推力时，调节防后倾油缸中无杆腔的排油量减少；
判断所述起重机当前所需的防后倾油缸推力小于当前防后倾油缸的实际推力时，调节防后倾油缸中无杆腔的排油量增多。
具体的，当起重机当前所需的防后倾油缸推力大于当前防后倾油缸的实际推力时，说明当前防后倾油缸实际提供的推力较小，需要减少防后倾油缸中无杆腔的排油量，即减少回流入油箱的液压油量；当起重机当前所需的防后倾油缸推力小于当前防后倾油缸的实际推力时，说明当前防后倾油缸实际提供的推力较大，需要增大防后倾油缸中无杆腔的排油量，即增大回流入油箱的液压油量。
相应的，本发明还提供一种起重机防后倾控制系统，如图5所示，该系统包括：
比例控制阀501，用于通过调节阀芯的开度来调节防后倾油缸中无杆腔的排油量；
控制器502，用于在起吊工况中，计算起重机当前所需的防后倾油缸推力；确定当前防后倾油缸的实际推力；根据起重机当前所需的防后倾油缸推力和当前防后倾油缸的实际推力，控制所述比例控制阀501调节阀芯的开度，直至起重机当前所需的防后倾油缸推力与当前防后倾油缸的实际推力相平衡。
具体的，为了实现根据起重机当前所需的防后倾油缸推力和当前防后倾油缸的实际推力的比较结果，调节防后倾油缸中无杆腔的排油量的目的，本发明提供的起重机防后倾控制系统中采用比例控制阀来控制防后倾油缸中无杆腔的排油量；由于比例控制阀可连续调节其阀芯的开度大小，因此当比例控制阀连续调节其阀芯的开度时，就可以根据实际需要控制无杆腔回流入油箱的液压油量，从而使得防后倾油缸产生的推力发生连续的变化，避免了起重机臂架装置因所受推力急剧变化而受损变形的问题，提高了起重机的安全性能。
具体的，所述起重机防后倾控制系统中，比例控制阀501分别将防后倾油缸的无杆腔和油箱连接起来，以实现通过比例控制阀501，使防后倾油缸无杆腔中的液压油回流入油箱中；控制器502可采用微电脑装置实现其功能。
优选的，所述起重机防后倾控制系统还包括：
第一压力传感器503，用于采集当前促使起重机后倾的各第一作用力，并把采集结果传输给所述控制器502；
第一长度传感器504，用于采集当前促使起重机后倾的各第一作用力的力臂，并把采集结果传输给所述控制器502；
第二压力传感器505，用于采集除防后倾油缸推力之外，当前阻碍起重机后倾的各第二作用力，并把采集结果传输给所述控制器502；
第二长度传感器506，用于采集除防后倾油缸推力之外，当前阻碍起重机后倾的各第二作用力的力臂，并把采集结果传输给所述控制器502；
第三长度传感器507，用于采集当前防后倾油缸推力的力臂，并把采集结果传输给所述控制器502；
角度传感器508，用于采集当前防后倾油缸的工作角度，并把采集结果传输给所述控制器502；
则所述控制器502根据所述各第一作用力及相应的力臂、各第二作用力及相应的力臂、当前防后倾油缸推力的力臂和当前防后倾油缸的工作角度，计算起重机当前所需的防后倾油缸推力。
具体的，第一压力传感器503为用于采集臂架装置的后部结构件重力的压力传感器；第一长度传感器504为用于采集臂架装置的后部结构件重力力臂的长度传感器；第二压力传感器505可以为多个，例如，为采集臂架装置的前部结构件重力的压力传感器和采集吊重重力的压力传感器；第二长度传感器506可以为多个，例如，为采集臂架装置的前部结构件重力力臂的长度传感器和采集吊重重力力臂的长度传感器；第三长度传感器507为采集当前防后倾油缸推力力臂的长度传感器；角度传感器508可以为采集当前防后倾油缸工作角度的角度传感器；其中，上述各传感器都分别与控制器502相连接，以实现将采集结果传输给控制器502的目的。
优选的，所述起重机防后倾控制系统还包括：
第三压力传感器509，用于采集当前防后倾油缸中无杆腔的实际回路压力，并把采集结果传输给所述控制器502；
则所述控制器502将当前防后倾油缸中无杆腔的实际回路压力确定为当前防后倾油缸的实际推力。
具体的，所述起重机防后倾控制系统中，第三压力传感器509分别与防后倾油缸的无杆腔和控制器502连接，用于将采集到的当前无杆腔的实际回路压力发送给控制器502。
优选的，所述控制器502判断起重机当前所需的防后倾油缸推力大于当前防后倾油缸的实际推力时，控制所述比例控制阀501减小阀芯的开度或关闭阀芯；
所述控制器502判断起重机当前所需的防后倾油缸推力小于当前防后倾油缸的实际推力时，控制所述比例控制阀501增大阀芯的开度。
具体的，控制器502可根据起重机当前所需的防后倾油缸推力和当前防后倾油缸的实际推力的比较结果，以及油泵在单位时间内向防后倾油缸无杆腔中充入的液压油油量，确定当前是否需要回流液压油到油箱中，以及需要回流到油箱的液压油油量应有多少；例如，当确定起重机当前所需的防后倾油缸推力远大于当前防后倾油缸的实际推力时，说明防后倾油缸提供的推力太小，可通过关闭比例控制阀的阀芯来控制只有油泵向无杆腔充入液压油，而没有液压油回流到油箱，这样就会使得无杆腔的实际回路压力变大，进而使得防后倾油缸提供的推力增大；当确定起重机当前所需的防后倾油缸推力略大于当前防后倾油缸的实际推力时，说明防后倾油缸提供的推力略小，可通过控制比例控制阀较小其阀芯的开度来控制只有少量的液压油回流到油箱，进而达到略微增大防后倾油缸提供的推力的效果；当确定起重机当前所需的防后倾油缸推力小于当前防后倾油缸的实际推力时，说明防后倾油缸提供的推力偏大，则可通过控制比例控制阀增大其阀芯的开度来控制有较多的液压油回流到油箱，进而达到减小防后倾油缸推力的效果。
所述起重机防后倾控制系统的具体实现功能参见上述起重机防后倾控制方法的具体实现过程，在此不再赘述。
相应的，本发明还提供一种起重机，该起重机包括：如上所述的起重机防后倾控制系统。优选的，所述起重机为履带式起重机。
所述起重机中起重机防后倾控制系统的具体实现功能参见上述起重机防后倾控制方法的具体实现过程，在此不再赘述。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种起重机防后倾控制方法，其特征在于，包括：
在起吊工况中，计算起重机当前所需的防后倾油缸推力；
确定当前防后倾油缸的实际推力；
根据起重机当前所需的防后倾油缸推力和当前防后倾油缸的实际推力，调节防后倾油缸中无杆腔的排油量，直至起重机当前所需的防后倾油缸推力与当前防后倾油缸的实际推力相平衡；其中：所述根据起重机当前所需的防后倾油缸推力和当前防后倾油缸的实际推力，调节防后倾油缸中无杆腔的排油量，具体包括：
判断起重机当前所需的防后倾油缸推力大于当前防后倾油缸的实际推力时，调节防后倾油缸中无杆腔的排油量减少；
判断所述起重机当前所需的防后倾油缸推力小于当前防后倾油缸的实际推力时，调节防后倾油缸中无杆腔的排油量增多。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算起重机当前所需的防后倾油缸推力，具体包括：
采集当前促使起重机后倾的各第一作用力及相应的力臂；
采集除防后倾油缸推力之外，当前阻碍起重机后倾的各第二作用力及相应的力臂；
采集当前防后倾油缸推力的力臂和当前防后倾油缸的工作角度；
根据所述各第一作用力及相应的力臂、各第二作用力及相应的力臂、当前防后倾油缸推力的力臂和当前防后倾油缸的工作角度，计算起重机当前所需的防后倾油缸推力。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定当前防后倾油缸的实际推力，具体包括：
采集当前防后倾油缸中无杆腔的实际回路压力，并将其确定为当前防后倾油缸的实际推力。
4.一种起重机防后倾控制系统，其特征在于，包括：
比例控制阀，用于通过调节阀芯的开度来调节防后倾油缸中无杆腔的排油量；
控制器，用于在起吊工况中，计算起重机当前所需的防后倾油缸推力；确定当前防后倾油缸的实际推力；根据起重机当前所需的防后倾油缸推力和当前防后倾油缸的实际推力，控制所述比例控制阀调节阀芯的开度，直至起重机当前所需的防后倾油缸推力与当前防后倾油缸的实际推力相平衡；其中：所述控制器判断起重机当前所需的防后倾油缸推力大于当前防后倾油缸的实际推力时，控制所述比例控制阀减小阀芯的开度或关闭阀芯；
所述控制器判断起重机当前所需的防后倾油缸推力小于当前防后倾油缸的实际推力时，控制所述比例控制阀增大阀芯的开度。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括：
第一压力传感器，用于采集当前促使起重机后倾的各第一作用力，并把采集结果传输给所述控制器；
第一长度传感器，用于采集当前促使起重机后倾的各第一作用力的力臂，并把采集结果传输给所述控制器；
第二压力传感器，用于采集除防后倾油缸推力之外，当前阻碍起重机后倾的各第二作用力，并把采集结果传输给所述控制器；
第二长度传感器，用于采集除防后倾油缸推力之外，当前阻碍起重机后倾的各第二作用力的力臂，并把采集结果传输给所述控制器；
第三长度传感器，用于采集当前防后倾油缸推力的力臂，并把采集结果传输给所述控制器；
角度传感器，用于采集当前防后倾油缸的工作角度，并把采集结果传输给所述控制器；
则所述控制器根据所述各第一作用力及相应的力臂、各第二作用力及相应的力臂、当前防后倾油缸推力的力臂和当前防后倾油缸的工作角度，计算起重机当前所需的防后倾油缸推力。
6.如权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括：
第三压力传感器，用于采集当前防后倾油缸中无杆腔的实际回路压力，并把采集结果传输给所述控制器；
则所述控制器将当前防后倾油缸中无杆腔的实际回路压力确定为当前防后倾油缸的实际推力。
7.一种起重机，其特征在于，包括：
如权利要求4～6任一所述的起重机防后倾控制系统。
8.如权利要求7所述的起重机，其特征在于，所述起重机为履带式起重机。
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