CN107337124B - 起重机及其起重吊臂控制方法和控制系统 - Google Patents

起重机及其起重吊臂控制方法和控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及起重机领域，公开了一种起重机及其起重吊臂控制方法和控制系统，所述起重吊臂控制方法包括：S1.在变幅下降工况下，实时监测吊臂的实际起重力矩；S2.当所述实际起重力矩达到第一预定值时，控制器自动控制所述吊臂回缩。当吊臂在变幅下降工况下的实际起重力矩达到第一预定值，控制器接收危险信号并自动控制吊臂回缩，由此避免吊臂下降导致的实际起重力矩进一步增大，避免发生不可控的危险状态，有效提高起重机的作业安全性。并且，通过自动控制吊臂回缩可以在其进入危险状态前达到预处理的效果，有效避免危险事故并提高作业效率。

Description

起重机及其起重吊臂控制方法和控制系统
技术领域
本发明涉及起重机领域，具体地涉及一种起重吊臂控制方法。此外，本发明还涉及一种起重吊臂控制系统和起重机。
背景技术
轮式起重机以其良好的环境适应性，被广泛应用于建筑工地、野外油田、仓库、货场、物流基地等场所，进行重物起吊、短距离转移等作业。尤其是，在狭窄场地，由于无法完全打开水平支腿，需要在轮胎支撑下，完成吊载行驶等起重作业，方便用户使用。
轮式起重机通常由力矩限制器进行安全工况控制，通过压力、长度、角度以及其他状态监测器，实时采集起重机的工作状态参数。这些参数经处理后可精确判断起重机是否处于安全工作范围内，并通过声音、文字、图形等直观显示工况参数，提醒操作者避免将起重机操控为危险状态。另外，当起重机的实际起重力矩超过或即将超过额定起重力矩时，控制器接收信号并切断动作信号输出，避免起重机进一步向危险方向动作，只允许操作人员向安全方向操控，直至解除危险状态。
然而，尽管上述控制方法和控制系统能够较好地规避起重机的危险状态，但仍不能满足用户安全需要。例如，当力矩限制器测算的实际起重力矩达到相应工况下额定起重力矩的90％时，虽然可以通过发出声光信号提醒操作者，但操作者可能会因嘈杂的操控环境影响而未及时接受到该提醒信号，导致其进一步将起重机操控为更危险的状态。当实际起重力矩达到额定起重力矩的100％时，控制器切断动作信号输出，吊臂动作突然停止会导致发生振动，可能会因惯性作用发生危险事故。另外，动作切断后，需要重新调整作业动作，作业效率较低。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的起重机使用安全问题，提供一种起重吊臂控制方法，该起重吊臂控制方法能够有效提高起重机的作业安全性。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种起重吊臂控制方法，包括：S1.在变幅下降工况下，实时监测吊臂的实际起重力矩；S2.当所述实际起重力矩达到第一预定值时，控制器自动控制所述吊臂回缩。
优选地，在步骤S1中，通过监测所述吊臂的变幅角度和驱动该吊臂的变幅油缸的油压实时监测所述实际起重力矩。
优选地，利用角度传感器监测所述吊臂的变幅角度，利用压力传感器监测所述变幅油缸的油压，所述角度传感器和所述压力传感器信号连通于力矩限制器，以能够由该力矩限制器计算得到所述实际起重力矩。
优选地，所述吊臂设置为具有额定起重力矩，所述第一预定值不大于该额定起重力矩的95％。
优选地，所述起重吊臂控制方法还包括：在步骤S2中，所述吊臂回缩的同时保持实时监测所述实际起重力矩；以及，S3.当所述吊臂回缩为监测到的所述实际起重力矩不大于第二预定值时，所述吊臂停止回缩。
优选地，所述吊臂设置为具有额定起重力矩，所述第二预定值不大于该额定起重力矩的90％。
优选地，在步骤S2中，所述控制器通过控制所述吊臂的先导控制油路而控制所述吊臂回缩。
优选地，所述先导控制油路包括先导进油油路，该先导进油油路通过先导伸缩控制油路连接至先导回缩控制油口，所述先导伸缩控制油路上设置有由所述控制器控制的回缩控制阀并包括操纵先导回缩油路和强制先导回缩油路，所述操纵先导回缩油路上设置有由伸缩踏板控制的回缩操纵阀，所述先导进油油路通过所述回缩控制阀选择性连通于所述操纵先导回缩油路和所述强制先导回缩油路中的一者，以在当所述实际起重力矩达到所述第一预定值时，所述先导进油油路通过所述强制先导回缩油路连通至所述先导回缩控制油口。
优选地，所述先导进油油路具有用于选择性通流的第一通流油路和第二通流油路，所述第二通流油路上设置有减压阀，当所述实际起重力矩达到所述第一预定值时，所述先导进油油路通过该第二通流油路向所述先导回缩控制油口输送先导压力油。
本发明第二方面提供一种起重吊臂控制系统，包括力矩限制器、控制器及液压控制回路，该液压控制回路包括先导进油油路，该先导进油油路通过先导伸缩控制油路连接至先导回缩控制油口，所述先导伸缩控制油路上设置有由所述控制器控制的回缩控制阀并包括操纵先导回缩油路和强制先导回缩油路，所述操纵先导回缩油路上设置有由伸缩踏板控制的回缩操纵阀，所述先导进油油路通过所述回缩控制阀选择性连通于所述操纵先导回缩油路和所述强制先导回缩油路中的一者，所述力矩限制器能够实时监测吊臂的实际起重力矩，当该实际起重力矩达到第一预定值时，所述控制器控制为使得所述先导进油油路通过所述强制先导回缩油路连通至所述先导回缩控制油口。
本发明第三方面提供一种具有上述起重吊臂控制系统的起重机。
通过上述技术方案，当吊臂在变幅下降工况下的实际起重力矩达到第一预定值，控制器接收危险信号并自动控制吊臂回缩，由此避免吊臂下降导致的实际起重力矩进一步增大，避免发生不可控的危险状态，有效提高起重机的作业安全性。并且，通过自动控制吊臂回缩可以在其进入危险状态前达到预处理的效果，有效避免危险事故并提高作业效率。
附图说明
图1是根据本发明一种优选实施方式的起重吊臂控制方法的流程图；
图2是根据本发明一种优选实施方式的起重吊臂控制系统的电气结构框图；
图3是根据本发明一种优选实施方式的起重吊臂控制系统的先导控制油路。
附图标记说明
1-控制器；2-力矩限制器；3-角度传感器；4-压力传感器；5-CAN总线；6-伸缩踏板；7-回缩操纵阀；8-伸出操纵阀；9-左手柄；10-右手柄；11-减压阀；12-单向阀；Y20-使能阀；Y21-伸出换向阀；Y22-减压控制换向阀；Y23-回缩控制阀；L1-先导进油油路；L11-第一通流油路；L12-第二通流油路；L2-先导伸缩控制油路；L21-操控先导回缩油路；L22-强制先导回缩油路；P0-先导进油口；K-先导回缩控制油口。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，本发明的保护范围并不局限于下述的具体实施方式。
对于本领域技术人员公知地，起重机在工作过程中执行的动作通常包括回转、变幅、伸缩、卷扬等。其中，由于吊臂在变幅下降和伸出过程中力臂增大，其承受的实际起重力矩也将增大，由此可能导致翻车等危险事故。在作业过程中，通常首先将吊臂伸出至预定长度，以使得钢丝绳到达重物所在位置。之后，通过变幅升降等动作将重物转移。因此，尽管在如吊臂伸出过程中也会增大实际起重力矩，但由于这种工况下通常不会负重而不能达到危险状态。在此情形下，本发明主要关注于变幅下降工况下的起重吊臂控制方法，避免吊臂在负载状态下因实际起重力矩过大导致的危险事故，有效提高起重机的作业安全性。
参照图1所示，根据本发明一种优选实施方式的起重吊臂控制方法，包括如下基本步骤：S1.在变幅下降工况下，实时监测吊臂的实际起重力矩；S2.当监测到的实际起重力矩达到第一预定值(例如额定起重力矩的95％)时，控制器接收该测定信号并自动控制吊臂回缩。在此基础上，可以在吊臂回缩过程中保持监测实际起重力矩，并在吊臂回缩为监测到的实际起重力矩减小为第二预定值(例如额定起重力矩的90％)时，执行步骤S3.吊臂停止回缩。
由此，在容易执行为危险状态的变幅下降工况下，本发明的起重吊臂控制方法可以依据实际起重力矩随吊臂变幅下降的变化而主动规避危险动作，避免吊臂变幅下降为使得实际起重力矩过大，有效提高了起重机的作业安全性。相比于传统技术中的声光信号提醒和特定状态下切断动作信号输出的控制方法，本发明对吊臂的危险动作预先做出主动反应，可以良好地避免危险事故的发生并提高作业效率。
在起重机中，可以以多种方式实现上述控制方法中的监测和控制步骤。结合图2所示，起重机可以具有用于监测吊臂的变幅角度(吊臂与水平面之间的夹角)的角度传感器3和用于监测变幅油缸(上、下油腔)的油压的压力传感器4，并将监测到的角度和压力信号发送至力矩限制器2。由此，该力矩限制器2可以计算实际起重力矩并与相应的设定值进行比较。当满足上述控制方法中的动作执行条件时，力矩限制器2通过如CAN总线5向控制器1发送信号，由此主动控制吊臂回缩。
在图示优选实施方式中，控制器1通过控制吊臂的先导控制油路中的多个液压控制阀而控制吊臂的回缩等动作。图3所示为本发明一种优选实施方式中的先导控制油路。具体地，该先导控制油路包括如连接至先导进油口P0的先导进油油路L1，该先导进油油路L1上设置有使能阀Y20，用于在控制吊臂动作时连通先导进油口P0和相应的先导控制油口。先导进油油路L1上连接有包括先导伸缩控制油路L2在内的多个先导分支油路，其中一条先导分支油路上设置有由左手柄9操控的控制阀，可以用于控制回转和副卷扬等动作速度；另一条先导分支油路上设置有由右手柄10操控的控制阀，可以用于控制回转变幅升降和主卷扬等动作速度；先导伸缩控制油路L2上设置有由伸缩踏板6控制的伸出操纵阀8和回缩操纵阀7，用于控制吊臂的伸缩速度。各个先导分支油路连接至相应的动作换向阀(如伸出换向阀Y21)，并由控制器1控制执行相应的动作。
其中，先导伸缩控制油路L2包括分别连接至先导回缩控制油口K的操纵先导回缩油路L21和强制先导回缩油路L22，并可以通过由控制器1控制的回缩控制阀Y23控制为使得先导进油油路L1连通于操纵先导回缩油路L21和强制先导回缩油路L22中的一者。回缩操控阀7设置于操纵先导回缩油路L21上，以在正常工作状态下能够由伸缩踏板6控制吊臂回缩速度。
在变幅下降工况下，当吊臂的实际起重力矩被测定为达到第一预定值时，控制器1控制回缩控制阀Y23得电，由此换向为先导进油油路L1连通至强制先导回缩油路L22，以通过该强制先导回缩油路L22将先导油压作用于先导回缩控制油口K，而无需通过操控伸缩踏板6即可自动实现吊臂回缩，保证吊臂在安全范围内动作。此处，为了避免由强制先导回缩油路L22传递的油压通过操控先导回缩油路L21卸荷，可以在该操控先导回缩油路L21上设置单向阀12或其他通断控制阀，以在控制吊臂回缩时隔断先导回缩控制油口K的卸荷油路。
通过上述设置，尽管能够通过自动控制吊臂回缩而避免实际起重力矩过大，但吊臂突然快速回缩可能会导致冲击振动。为此，可以将先导进油油路L1设置为具有第一通流油路L11和第二通流油路L12，该第二通流油路L12上设置有减压阀11，由此通过该第二通流油路L12输送的油压小于第一通流油路L11输送的油压。在吊臂变幅下降工况下，当实际起重力矩达到第一预定值时，先导进油油路L1通过该第二通流油路L12向先导回缩控制油口K输送先导压力油，由此降低吊臂回缩速度，避免冲击振动导致的危险状况。其中，先导进油油路L1上可以设置由控制器1控制的减压控制换向阀Y22，以在控制器1控制回缩控制阀Y23换向的同时控制该减压控制换向阀Y22换向，使得先导压力油经过具有较小输出油压的第二通流油路L12和强制先导回缩油路L22将适当先导油压作用至先导回缩控制油口K。
在上述控制方法和控制系统中，控制器1自动控制吊臂回缩以减小实际起重力矩，但这并不表示吊臂的回缩需要阻止其继续变幅下降。换言之，在变幅下降为实际起重力矩增大至吊臂被自动控制为回缩的情形下，控制器可以不对变幅下降动作进行其他控制，吊臂可以按照实际操控状态继续变幅下降。
本发明所述的第一预定值和第二预定值可以根据安全需要适当选择，而不限于额定起重力矩的95％和90％。另外，可以其他方式监测吊臂的实际起重力矩，例如，可以将监测的变幅角度和变幅油缸油压输送至控制器1，并由该控制器1直接判断实际起重力矩是否达到控制吊臂回缩的预设值。再如，为了监测吊臂的实际起重力矩，可以测定吊重的钢丝绳承受的拉力，同样可以用于测算实际起重力矩。
以上对本发明提供的优选实施方式的起重吊臂控制方法进行了示例性说明，该起重吊臂控制方法能够有效提高起重机的作业安全性，由此避免危险事故并提高了作业效率。其中，以上说明的电气结构和先导控制油路可以等同为对相应起重吊臂控制系统的说明。在此基础上，本发明还提供一种具有该起重吊臂控制系统的起重机。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种起重吊臂控制方法，其特征在于，包括：
S1.在变幅下降工况下，实时监测吊臂的实际起重力矩；
S2.当所述实际起重力矩达到第一预定值时，控制器(1)自动控制所述吊臂回缩，同时保持实时监测所述实际起重力矩，
其中，所述吊臂设置为具有额定起重力矩，所述第一预定值不大于该额定起重力矩的95％；
S3.当所述吊臂回缩为监测到的所述实际起重力矩不大于第二预定值时，所述吊臂停止回缩。
2.根据权利要求1所述的起重吊臂控制方法，其特征在于，在步骤S1中，通过监测所述吊臂的变幅角度和驱动该吊臂的变幅油缸的油压实时监测所述实际起重力矩。
3.根据权利要求2所述的起重吊臂控制方法，其特征在于，利用角度传感器(3)监测所述吊臂的变幅角度，利用压力传感器(4)监测所述变幅油缸的油压，所述角度传感器(3)和所述压力传感器(4)信号连通于力矩限制器(2)，以能够由该力矩限制器(2)计算得到所述实际起重力矩。
4.根据权利要求1所述的起重吊臂控制方法，其特征在于，所述第二预定值不大于该额定起重力矩的90％。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的起重吊臂控制方法，其特征在于，在步骤S2中，所述控制器(1)通过控制所述吊臂的先导控制油路而控制所述吊臂回缩。
6.根据权利要求5所述的起重吊臂控制方法，其特征在于，所述先导控制油路包括先导进油油路(L1)，该先导进油油路(L1)通过先导伸缩控制油路(L2)连接至先导回缩控制油口(K)，所述先导伸缩控制油路(L2)上设置有由所述控制器(1)控制的回缩控制阀(Y23)并包括操纵先导回缩油路(L21)和强制先导回缩油路(L22)，所述操纵先导回缩油路(L21)上设置有由伸缩踏板(6)控制的回缩操纵阀(7)，所述先导进油油路(L1)通过所述回缩控制阀(Y23)选择性连通于所述操纵先导回缩油路(L21)和所述强制先导回缩油路(L22)中的一者，以在当所述实际起重力矩达到所述第一预定值时，所述先导进油油路(L1)通过所述强制先导回缩油路(L22)连通至所述先导回缩控制油口(K)。
7.根据权利要求6所述的起重吊臂控制方法，其特征在于，所述先导进油油路(L1)具有用于选择性通流的第一通流油路(L11)和第二通流油路(L12)，所述第二通流油路(L12)上设置有减压阀(11)，当所述实际起重力矩达到所述第一预定值时，所述先导进油油路(L1)通过该第二通流油路(L12)向所述先导回缩控制油口(K)输送先导压力油。
8.一种起重吊臂控制系统，包括力矩限制器、控制器及液压控制回路，该液压控制回路包括先导进油油路(L1)，该先导进油油路(L1)通过先导伸缩控制油路(L2)连接至先导回缩控制油口(K)，其特征在于，所述先导伸缩控制油路(L2)上设置有由所述控制器控制的回缩控制阀(Y23)并包括操纵先导回缩油路(L21)和强制先导回缩油路(L22)，所述操纵先导回缩油路(L21)上设置有由伸缩踏板(6)控制的回缩操纵阀(7)，所述先导进油油路(L1)通过所述回缩控制阀(Y23)选择性连通于所述操纵先导回缩油路(L21)和所述强制先导回缩油路(L22)中的一者，所述力矩限制器(2)能够实时监测吊臂的实际起重力矩，当该实际起重力矩达到第一预定值时，所述控制器控制为使得所述先导进油油路(L1)通过所述强制先导回缩油路(L22)连通至所述先导回缩控制油口(K)，其中，所述吊臂设置为具有额定起重力矩，所述第一预定值不大于该额定起重力矩的95％。
9.一种起重机，其特征在于，该起重机包括根据权利要求8所述的起重吊臂控制系统。
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