CN105984811B - 一种防起重机超载抖动的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防起重机超载抖动的控制方法，能够防止起重机超载，并有效降低超载抖动。所述控制方法包括：获取力矩百分比；判断力矩百分比是否超过预定值，所述预定值处于90％～100％之间，如果是，则判断力矩百分比的变化趋势，如果处于上升趋势，则将力矩限制器输出的控制电流置零，如果处于下降趋势，则将所述控制电流按一定比例衰减后输出，并在力矩百分比到达百分百时将所述控制电流置零。本申请准确定义了危险点，在未超载的情况下即停止油缸继续动作，可以有效防止超载；此时油缸大腔内的油压尚处于可控范围内，即使存在液压冲击，其所产生的抖动要远远小于超载抖动，起到提高操作安全性以及保护起重机的作用。

Description

一种防起重机超载抖动的控制方法

技术领域

本发明涉及起重机械技术领域，特别是涉及一种防起重机超载抖动的控制方法。

背景技术

臂架式起重机通常需要进行变幅起落、主臂伸缩、卷扬起落、左右回转等动作。操作人员通过操纵室内的两个控制手柄控制起重机完成上述动作，其中，左手柄控制回转、伸缩和副卷动作，右手柄控制变幅和主卷动作；各个动作的快慢可通过手柄开度的大小进行控制。

所述手柄开度是指操纵手柄被扳动离开自由状态的程度，扳动的越多，开度越大。手柄开度越大，力矩限制器输出的液压比例阀控制电流就越大，进而比例阀阀芯位移就越大，油液流通量就越大，液压比例阀所对应的动作就越快。

请参考图1，图1为现有技术中起重机在一种具体实施方式中的结构示意图。

根据国家标准，当起重机超载时，力矩限制器应立刻停止操作人员的危险动作，防止起重机倾翻。现有技术中，当力矩百分比小于100％，力矩限制器输出的控制电流跟随手柄的开度变化；当力矩百分比大于或等于100％时，力矩限制器发出控制信号，立刻切断液压比例阀的控制电流，以防止起重机超载。

在上述过程中，由于控制电流突然被切断，液压比例阀的阀芯在瞬间完全关闭，使得原来在大开口节流作用下高速通流的油液在密闭的油腔内形成较大的冲击，造成承重的变幅油缸1’和伸缩油缸发生抖动和冲击，导致变幅油缸1’大腔处的变幅油压传感器2’测得的油液压力数值来回波动，造成计算的力矩百分比存在很大的波动。

当力矩百分比在100％上下来回跳变时，力矩限制器输出的控制电流也会在零和正常输出值之间来回跳变，从而造成起重机抖动，影响起重机的使用性能。

因此，如何设计一种防起重机超载抖动的方法，以便在防止起重机超载的同时降低起重机的抖动，是本领域技术人员目前亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种防起重机超载抖动的控制方法，能够防止起重机超载，并有效降低超载抖动。

为解决上述技术问题，本发明提供一种防起重机超载抖动的控制方法，包括以下步骤：

11)获取力矩百分比；

12)判断力矩百分比是否超过预定值，所述预定值处于90％～100％之间，如果是，则执行步骤13)；

13)判断力矩百分比的变化趋势，如果处于上升趋势，则将力矩限制器输出的控制电流置零，如果处于下降趋势，则将所述控制电流按一定比例衰减后输出，并在力矩百分比到达百分百时将所述控制电流置零。

本发明的控制方法，以预定值作为判断力矩限制器的控制电流输出与否的标准，与现有技术中以力矩百分比是否超过百分百进行判断相比，将判断的基准点前移，以便在未超载情况下通过力矩限制器进行控制，有效防止超载。更为重要的是，本发明根据力矩百分比的变化趋势进行区别控制，如果处于上升趋势，则将控制电流置零，以改变力矩百分比的变化趋势；如果处于下降趋势，则可以将控制电流按一定比例衰减后输出，以进一步执行起升动作，同时避免出现超载。

具体地，当力矩百分比处于上升趋势时，控制电流立刻置零，该电流控制主阀阀芯的位移，主阀阀芯会立刻进入初始的闭死状态；然而从泵处传递的液压能量不会消减为零，因而会在油缸大腔内存在压力抖动，使得力矩百分比产生振荡，逐渐靠近甚至超过100％。因此，在力矩百分比大于90％并继续上升时已经达到危险点，如果在力矩百分比已经到达100％时才执行控制动作，必然会使得油缸大腔内的油压急剧上升并产生剧烈的抖动，故本申请准确定义了危险点，以防止并降低超载风险。在力矩百分比小于100％时切断控制电流，在未超载的情况下即停止油缸继续动作，可以有效防止超载；再者，此时油缸大腔内的油压尚处于可控范围内，即使存在液压冲击，其所产生的抖动要远远小于超载引起的抖动，起到提高操作安全性以及保护起重机的作用。

另一方面，本发明将力矩百分比的变化趋势作为控制电流切换的依据，则在处于下降趋势时，可以将控制电流按照一定比例衰减后输出，以继续驱动起重机进行变幅起落、主臂伸缩、卷扬起落、左右回转等作业，避免影响起重机的性能，即在缓解起重机超载压力的同时能够充分发挥起重机的性能，顺利执行各项动作。

可选地，在所述步骤13)中，如果处于下降趋势，在力矩百分比靠近100％的过程中逐渐增大所述控制电流的衰减比例。

可选地，在所述步骤13)中，如果处于下降趋势，当力矩百分比处于90％～95％之间时，将所述控制电流衰减20％后输出；当力矩百分比处于95％～100％之间时，将所述控制电流衰减50％后输出。

可选地，在所述步骤12)中，如果否，则将力矩限制器输出的控制电流随操纵手柄的开度正比例输出。

可选地，在所述步骤11)和所述步骤12)之间还包括步骤111)：判断力矩百分比是否达到百分百，如果是，则将力矩限制器输出的控制电流置零，如果否，则执行所述步骤12)。

可选地，在所述步骤13)之后，还包括步骤14)：判断操纵手柄是否回中位，如果否，则返回所述步骤12)。

可选地，在所述步骤111)中，如果是，则发出超载的报警信号。

附图说明

图1为现有技术中起重机在一种具体实施方式中的结构示意图；

图2为本发明所提供防起重机超载抖动的控制方法在一种具体实施方式中的流程示意图；

图3为执行本发明所提供控制方法的装置在一种具体实施方式中的结构示意图。

图1中：

变幅油缸1’、变幅油压传感器2’

具体实施方式

本发明的核心是提供一种防起重机超载抖动的控制方法，能够防止起重机超载，并有效降低超载抖动。

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。

请参考图2，图2为本发明所提供防起重机超载抖动的控制方法在一种具体实施方式中的流程示意图。

本发明提供了一种防起重机超载抖动的控制方法，可以包括以下步骤：

S11：获取力矩百分比；

S12：预设力矩百分比的预定值，该预定值处于90％～100％之间，根据力矩百分比的检测值判断其是否超于预定值，如果是，则执行步骤S13，如果否，则终止；

S13：判断力矩百分比是否达到100％，即此时是否已经超载，如果是，则执行步骤S15，如果否，则执行步骤S14；

S14：判断力矩百分比的变化趋势，根据其变化趋势进行分段控制，如果此时的力矩百分比处于上升趋势，说明存在超载的风险，则执行步骤S15，如果处于下降趋势，说明不存在超载风险，如果继续下降则有可能影响正常作业，此时可以按照步骤S16继续作业，使得力矩百分比进一步增加；

S15：立即将力矩限制器输出的控制电流置零，以关闭主阀阀芯，切断油缸大腔的进油，防止超载或者缓解超载抖动；

S16：将力矩限制器输出的控制电流按照一定比例衰减后输出，使得力矩百分比逐渐靠近百分百，以进一步实现变幅起落、主臂伸缩、卷烟起落以及左右回转等动作，并在力矩百分比到达百分百时立即将控制电流置零，防止超载；

S17：判断操纵手柄是否回中位，如果是，则说明起重机不处于作业状态，根本不可能超载，此时可以终止，如果否，可以返回步骤S12继续进行控制。

请进一步结合图3，对本发明的控制方法的具体执行过程进行详细说明。

目前，在起重机的主臂上通常设有长度角度传感器，以便对起重机作业过程中三铰点相对位置的变化进行测量；同时，变幅油缸上还设有油压传感器，以便对油缸内的油压进行检测。当力矩百分比达到或者超过100％时即为超载，故起重机上还设有力矩限制器，起到限制力矩的作用，防止起重机超载。实践中，起重机上设有操纵手柄，操纵手柄包括左手柄和右手柄，操作人员可以通过所述操纵手柄控制实现起重机的变幅起落、主臂伸缩、卷扬起落以及左右回转等动作；各个动作的快慢通过操纵手柄的开度大小来控制，所述开度是指操纵手柄被扳动离开自由状态的程度，扳动的越多，开度越大。为实现力矩限制，力矩限制器与操纵手柄信号连接，通过力矩限制器控制所述操纵手柄，力矩限制器输出的液压比例阀的控制电流是与手柄开度相对应的，即手柄开度越大，所述控制电控就越大，进而液压比例阀的阀芯位移就越大，油液流通量就越大，这样，液压比例阀所对应的动作就越快。

基于上述原理，通过所述控制电流即可控制起重机的力矩，以起到防止超载、降低超载抖动的作用。

进一步，在所述步骤S11中，可以通过起重机主臂上的长度角度传感器和变幅油缸上的油压传感器，并结合三铰点的相对位置，换算得出实际力矩、额定力矩以及空载力矩，然后代入力矩百分比的计算公式，得出力矩百分比。所述力矩百分比＝实际力矩/(额定力矩+空载力矩)＝(重物力矩+空载力矩)/(额定力矩+空载力矩)。其中，三铰点是指变幅上铰点、变幅下铰点以及吊臂后铰点，参见图1。

在所述步骤S12中，经实验证明，所述预定值可以设置在96％、97％或者98％，通常不应过于接近100％，即所述预定值不应过大，否则与现有技术中在力矩百分比等于100％的情况下将控制电流置零的方案相比，无法起到更好地消除超载抖动的作用。当然，所述预定值也不易过小，通常可以大于95％，如果预定值过小，会使得控制电流在未到达超载危险点之前置零，导致力矩限制器提前限制起重机的动作，影响起重机的正常作业，会降低起重机的操作效率。此外，本领域技术人员还可以根据起重机的性能以及作业需求设定预定值，所述预定值实际上是起重机存在超载风险的点，具体可以选取90％～100％之间的任意数值。

可以理解，在所述步骤S12中，如果否，即力矩百分比没有超过预定值，此时力矩限制器输出的液压比例阀的控制电流可以随手柄开度的大小按照设定比例变化，即按正常的控制程序进行控制，按照手柄开度变化正比例输出控制电流。显然，诚如上文所述，此时由于不存在超载风险，也可以直接终止本发明防止起重机超载抖动的控制程序。或者说，本发明不关注在否定情形下的执行过程，仅在步骤S12中判断结果为肯定的情况下才执行控制。

在所述步骤S13中，如果力矩百分比达到或者超过100％，还可以同时发出超载的报警信号，以提醒操作人员停止危险动作，防止起重机倾翻。详细地，如图3所示，在左右操纵手柄操纵起重机的过程中，当超载时，可以通过力矩报警灯等报警装置发出报警信号；还可以在显示器上实时显示出力矩百分比的变化情况，以便操作人员及时掌握力矩百分比的变化值。

需要说明的是，本发明的关键点在于将判断阀芯开口是否关闭的力矩百分比的预定值前移，并将力矩百分比的变化趋势作为判断超载限制动作执行与否的条件，即根据力矩百分比的数值进行分段控制。但是，在步骤S12中，如果力矩百分比超过预定值时，其有可能已经达到百分百，此时应立即关闭阀芯，执行力矩限制动作，而无需对力矩百分比的变化趋势进行判断，以有效降低超载抖动，避免起重机因过分超载而倾翻，提高起重机的工作安全性。此时，与现有技术相比，虽然也是在力矩百分比达到100％时将控制电流置零，但是，在后续控制过程中并非以100％作为限制力矩动作执行与否的判断基准，而是以力矩百分比的变化趋势为参照，而变化趋势较为稳定，不会来回跳变；因此，与现有技术相比，即使所测得的力矩百分比在100％上下来回跳变，控制电流也不会在零与正常输出值之间来回跳变，而是按照步骤S12-S13的既定控制策略执行，故可以有效防止或者降低起重机的抖动。

进一步，本领域技术人员应该可以理解，本发明还可以省去所述步骤S13，即无需判断力矩百分比是否已经达到百分百，在步骤S12之后直接执行步骤S14，根据力矩百分比的变化趋势执行相应动作。当力矩百分比超过预定值时，只有其处于上升趋势才有可能超过百分百，故在力矩百分比达到百分百的情况下，可以直接执行与力矩百分比处于上升趋势同样的动作，故此时可以省去步骤S13。但是，诚如上文所述，如果力矩百分比已经达到百分百，并处于上升趋势，此时有可能引发严重超载，产生安全事故，故在步骤S12和S14之间增加步骤S13，能够及时发现超载情况，以针对性地快速抑制超载，提高起重机的作业安全性。

还可以理解，在步骤S16之后还可以省去步骤S17，无需判断操纵手柄是否回中位，只要按照步骤S11-S16进行控制即可。当然，在增加步骤S17后，控制过程中可以根据控制手柄的状态继续执行控制步骤，或者终止程序，以简化控制过程。

更进一步，在所述步骤S16中，控制电流的衰减比例可以随着力矩百分比逐渐靠近百分百而增大，即控制电流的衰减比例可以是变化的，并非某个确切的数值。例如，控制电流的衰减比例可以与力矩百分比呈正比例变化，也可以随着力矩百分比逐渐靠近百分百而阶梯式或者连续式的增大衰减比例，并不一定呈某种特定的线性关系。

在一种设置方式中，可以将力矩百分比以95％为界限，将控制电流的衰减比例划分为两个阶段。其中，当力矩百分比处于90％～95％之间时，可以将所述控制电流衰减20％左右后输出；当力矩百分比处于95％～100％之间时，可以将所述控制电流衰减50％左右后输出。当然，本领域技术人员完全可以根据需要调整衰减比例，或者重新定义需要调整衰减比例的阶段。

采用上述控制方法，一方面，将判断关闭阀芯开口的力矩百分比前移，以便将力矩百分比控制在100％内，防止超载；另一方面，将力矩变化趋势作为判断超载限制动作执行与否的条件，以抑制力矩百分比的变化趋势，在防止超载的同时兼顾起升性能。

以上对本发明所提供防起重机超载抖动的控制方法进行了详细介绍。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 (7)

1.一种防起重机超载抖动的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

11)获取力矩百分比；

12)判断力矩百分比是否超过预定值，所述预定值处于90％～100％之间，如果是，则执行步骤13)；

13)判断力矩百分比的变化趋势，如果处于上升趋势，则将力矩限制器输出的控制电流置零，如果处于下降趋势，则将所述控制电流按一定比例衰减后输出，并在力矩百分比到达百分百时将所述控制电流置零；

其中，所述力矩百分比＝实际力矩/(额定力矩+空载力矩)。

2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在所述步骤13)中，如果处于下降趋势，在力矩百分比靠近100％的过程中逐渐增大所述控制电流的衰减比例。

3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，在所述步骤13)中，如果处于下降趋势，当力矩百分比处于90％～95％之间时，将所述控制电流衰减20％后输出；当力矩百分比处于95％～100％之间时，将所述控制电流衰减50％后输出。

4.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在所述步骤12)中，如果否，则将力矩限制器输出的控制电流随操纵手柄的开度正比例输出。

5.如权利要求2-4任一项所述的控制方法，其特征在于，在所述步骤12)和所述步骤13)之间还包括步骤111)：判断力矩百分比是否达到百分百，如果是，则将力矩限制器输出的控制电流置零，如果否，则执行所述步骤13)。

6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，在所述步骤13)之后，还包括步骤14)：判断操纵手柄是否回中位，如果否，则返回所述步骤12)。

7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，在所述步骤111)中，如果是，则发出超载的报警信号。