CN109399472B - 一种用于圆木抓举车的防倾覆稳定方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于圆木抓举车的防倾覆稳定方法和系统，涉及整车稳定技术领域，通过采集第一信号，并根据所述第一信号的特性获得第二信号；根据接收到的所述第二信号计算和输出整车的倾覆弯矩；对比所述纵向倾覆弯矩值和第一预设抗倾覆力矩，获得第一比对结果，和/或，对比所述横向倾覆弯矩值和第二预设抗倾覆力矩，获得第二比对结果；判断所述第一比对结果是否满足第一预设阈值，和/或，判断所述第二比对结果是否满足第二预设阈值；当所述第一比对结果不满足第一预设阈值时，和/或，所述第二比对结果不满足第二预设阈值时，所述整车控制系统发送报警信号。达到了防止车辆在机械臂作业时发生倾覆事故，保证车辆运行的稳定性的技术效果。

Description

一种用于圆木抓举车的防倾覆稳定方法和系统

技术领域

本发明属于整车稳定技术领域，尤其涉及一种用于圆木抓举车的防倾覆稳定方法和系统。

背景技术

目前煤矿井下搬运和安装圆木主要通过人力实现，该操作方式存在安全隐患大、工人劳动强度高、工作效率低的问题，因此急需开发一种用于抓举、搬运、安装圆木的特种车辆。圆木抓举车就是为了满足煤矿井下这一需求而专门开发的一款特种专用装备。

圆木抓举车主要用于煤矿井下大型圆木的抓举及短距离运输。车辆在工作过程中，由于机械臂的伸缩行程大和平台需要360°旋转会造成整车的质量重心随时会发生大偏移，当整车的重心偏移出一定范围后，车辆就有发生倾覆的风险，因此圆木抓举车防倾覆稳定技术是整车控制技术的关键部分。

发明内容

本申请实施例通过提供一种用于圆木抓举车的防倾覆稳定方法和系统，解决了现有技术中的圆木抓举车工作环境恶劣，作业时并无伸缩支撑腿且配重小，易发生倾覆事故的技术问题，达到了防止车辆在机械臂作业时发生倾覆事故，保证车辆运行的稳定性的技术效果。

一方面，本发明实施例提供了一种用于圆木抓举车的防倾覆稳定方法，步骤1：采集第一信号，并根据所述第一信号的特性获得第二信号；步骤2：根据接收到的所述第二信号计算和输出整车的倾覆弯矩，其中，所述倾覆弯矩包括纵向倾覆弯矩值和横向倾覆弯矩值；步骤3：对比所述纵向倾覆弯矩值和第一预设抗倾覆力矩，获得第一比对结果，和/或，对比所述横向倾覆弯矩值和第二预设抗倾覆力矩，获得第二比对结果；步骤4：判断所述第一比对结果是否满足第一预设阈值，和/或，判断所述第二比对结果是否满足第二预设阈值；步骤5：当所述第一比对结果不满足第一预设阈值时，和/或，所述第二比对结果不满足第二预设阈值时，所述整车控制系统发送报警信号，并输出控制变量进行控制。

优选的，根据接收到的所述第二信号计算和输出整车的倾覆弯矩包括：计算整车机械臂抓举载荷，具体包括：

其中，在所述公式(1)中:L_AD为大臂支架底座至大臂俯仰油缸底座之间的距离；L_AE为大臂支架底座至大臂俯仰油缸大臂支撑点之间的距离；L_DE为大臂俯仰油缸伸缩总距离；

其中，在所述公式(2)中:L_AC为大臂支架底座至快换装置主铰接点之间的距离；L_AH为大臂伸缩时大臂的总长度；L_HC为大臂中心点至快换装置主铰接点之间的距离；∠AHC为大臂与快换装置安装臂之间的角度；

其中，在所述公式(3)中:∠CAH快换装置主铰接点与大臂之间的角度；L_HC为大臂中心点至快换装置主铰接点之间的距离；∠AHC为大臂与快换装置安装臂之间的角度；

∠ACB＝2π-∠ACH-∠HCB公式(5)，其中，在所述公式(5)中:∠HCB为小臂俯仰角度；

其中，在所述公式(6)中:L_AB为大臂支架底座至抓举载荷中心点之间的距离；L_BC为快换装置主铰接点到抓举载荷中心点之间的距离；

其中，在所述公式(7)中:L_BC为快换装置主铰接点到抓举载荷中心点之间的距离；

∠EAF＝∠EAH-∠CAH-∠CAB 公式(8)；

∠DAB＝∠DAE+∠EAF 公式(9)；

∠c＝∠DAB-∠a-∠b公式(10)，其中，在所述公式(10)中：∠c为LAB与水平面夹角；∠b为纵向坡度；

L_X1＝L_AB·cos(∠c)公式(11)，其中，在所述公式(11)中:L_X1为载荷G对机械臂支座铰点形成的弯力距；

L_X2＝L_6A·cos(∠c+∠CAB+∠CAH)公式(12)，其中，在所述公式(12)中:L_X2为机械臂质量质心对机械臂支座铰点形成的弯力距；L_6A为机械臂质量质心距离绞点距离；

其中，在所述公式(13)中:LAE为大臂支架底座至大臂俯仰油缸大臂支撑点之间的距离；L_DE为大臂俯仰油缸支耳距离；

L_AG＝L_AD·sin(∠ADE)公式(14)，其中，在所述公式(14)中：L_AG为大臂俯仰油缸对机械臂支座铰点形成的弯力距；L_AD为大臂支架底座至大臂俯仰油缸底座之间的距离；

F_大臂俯仰·L_AG＝G·L_X1+G₁·L_X2 公式(15)；

其中，在所述公式(16)中：G为机械臂抓举载荷；F_大臂俯仰为大臂俯仰油缸作用力，由大臂俯仰油缸压力传感器测得；G₂为机械臂质量。

优选的，所述计算整车机械臂抓举载荷之后，还包括：计算载荷纵向倾覆弯矩，具体包括：

L_XY＝L_X1·cos(∠g)公式(17)，其中，在所述公式(17)中：L_XY为载荷G对机械臂支座铰点形成的弯力距在纵向方向上的投影距离；∠g为平台回转角度；

L_RN＝(L_MN-L_AM·tan(∠b))·cos(∠b)公式(18)，其中，在所述公式(18)中：L_RN为机械臂支座铰点到前桥中心轴在纵向方向上的投影距离；L_AM为机械臂支座铰点到水平地面高度；L_MN为机械臂支座铰点到前桥中心轴水平距离；∠b为纵向坡度；

L_ZY＝L_XY-L_XZ公式(19)，其中，在所述公式(19)中：L_ZY为载荷G对前桥中心轴形成的弯力距；L_XZ＝L_RN，为机械臂支座铰点到前桥中心轴在纵向方向上的投影距离；

W_载荷纵倾＝L_ZY·G公式(20)，其中，在所述公式(20)中：W_载荷纵倾为机械臂抓举载荷在纵向方向上对车辆前桥产生的弯矩；G为所述机械臂抓举载荷；

L_ZO＝L_X2·cos(g)-L_XZ公式(21)，其中，在所述公式(21)中：L_Z0为机械臂重量质心到前桥中心轴在纵向方向上的投影距离；L_XZ＝L_RN，为机械臂支座铰点到前桥中心轴在纵向方向上的投影距离；∠g为平台回转角度；

W_{机械臂纵倾}＝L_ZO·G₁公式(22)，其中，在所述公式(22)中：W_{机械臂纵倾}为机械臂质量在纵向方向上对车辆前桥产生的弯矩；G₁为机械臂质量；

W_纵倾＝W_载荷纵倾+W_{机械臂纵倾}公式(23)，其中，在所述公式(23)中：W_纵倾为机械臂质量和机械臂载荷在纵向方向上对车辆前桥产生的倾覆弯矩。

优选的，所述方法还包括：计算载荷横向倾覆弯矩，具体包括：

L_BP＝L_AM+L_AB·sin(∠b+∠c)公式(24)，其中，在所述公式(24)中：L_AM为机械臂支座铰点到地面垂直距离；LAB为大臂支架底座至抓举载荷中心点之间的距离；∠b为纵向坡度；

L_LX＝L_X1·sin(∠g)公式(25)，其中，在所述公式(25)中：L_LX为载荷G对机械臂支座铰点形成的弯力距在横向方向上的投影距离；∠g为平台回转角度；

L_IX＝L_LX-L_LI公式(26)，其中，在所述公式(26)中：L_IX为载荷G对车辆侧面轮胎接触点在横向方向上的投影距离；L_LI为机械臂支座铰点至车辆侧面轮胎接触点在横向方向上的投影距离；

L_PQ＝L_BP·tan(∠h)公式(27)，其中，在所述公式(27)中：∠h为横向坡度；

L_VQ＝L_VP+L_PQ公式(28)，其中，在所述公式(28)中：L_VP＝L_IX；

L_1V＝L_VQ·cos(∠h)公式(29)，其中，在所述公式(29)中：L_1V为载荷G对车辆侧面轮胎接触点在横向方向上的弯力距；

W_载荷横倾＝L_1V·G公式(30)，其中，在所述公式(30)中：W_载荷横倾为机械臂抓举载荷在横向方向上对车辆侧面轮胎接触点产生的弯矩；G为机械臂抓举载荷；

L₄₂＝L₆₅＝L_AM+L_6A·sin(∠b+∠c+∠CAH+∠CAB)公式(31)，其中，在所述公式(31)中：L_AM为机械臂支座铰点到地面垂直距离；L_6A为机械臂质量质心距离绞点距离；∠b为纵向坡度；

L_L7＝L_X2·sin(∠g)公式(32)，其中，在所述公式(32)中：L_L7为机械臂质量重心对机械臂支座铰点形成的弯力距在横向方向上的投影距离；∠g为平台回转角度；

L_I7＝L_L7-L_LI公式(33)，其中，在所述公式(33)中：L_I7为机械臂质量重心对车辆侧面轮胎接触点在横向方向上的投影距离；

L_3V＝L₃₂+L_2V＝L₄₂·tan(∠h)+L_I7公式(34)；

L_8V＝L_3V·cos(∠h)公式(35)，其中，在所述公式(35)中：L_8V为机械臂质量重心对车辆侧面轮胎接触点在横向方向上的弯力距；∠h为横向坡度；

W_{机械臂横倾}＝L_8V·G₁公式(36)，其中，在所述公式(36)中：W_{机械臂横倾}为机械臂质量重心在横向方向对车辆侧面轮胎接触点产生的弯矩；G₁为机械臂质量；

W_横倾＝W_载荷横倾+W_{机械臂横倾}公式(37)，其中，在所述公式(37)中：W_横倾为机械臂质量和机械臂载荷在横向方向对车辆侧面轮胎接触点产生的弯矩。

优选的，所述方法还包括：对比所述公式(23)计算得到的W_纵倾和车辆自重对前桥形成的抗倾覆弯矩，并获得所述第一比对结果，其中，所述车辆自重不包含机械臂质量；

当所述第一比对结果小于所述第一预设阈值时，则存在纵向倾覆风险。

优选的，所述方法还包括：对比所述公式(37)计算得到的W_横倾和车辆自重对前桥形成的抗倾覆弯矩，并获得所述第二比对结果，其中，所述车辆自重不包含机械臂质量；当所述第二比对结果小于所述第二预设阈值时，则存在横向倾覆风险。

优选的，其特征在于，L_DE通过大臂俯仰油缸行程传感器测得；L_AH通过大臂伸缩油缸行程传感器测得；∠HCB通过小臂俯仰角度传感器求得；∠b通过车辆纵向倾斜角度传感器测得；L_6A根据大臂伸缩油缸行程传感器测得；L_DE通过大臂俯仰油缸行程传感器测得；F_大臂俯仰通过大臂俯仰油缸压力传感器测得。

优选的，∠g由平台回转角度传感器测得。

优选的，∠h由车辆横向倾斜角度传感器测得；L_6A根据大臂伸缩油缸行程传感器测得。

另一方面，本发明还提供了一种用于圆木抓举车的防倾覆稳定系统，包括：信号采集模块，所述信号采集模块采集第一信号，并根据所述第一信号的特性获得第二信号；计算模块，所述计算模块接收所述信号采集模块发送的第二信号，并根据所述第二信号计算和输出整车的倾覆弯矩，其中，所述倾覆弯矩包括纵向倾覆弯矩值和横向倾覆弯矩值；稳定控制模块，所述稳定控制模块接收所述计算模块发送的所述纵向倾覆弯矩值和横向倾覆弯矩值，其中，所述计算模块与所述信号采集模块、稳定控制模块通信连接。

本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：

在本发明实施例提供的一种用于圆木抓举车的防倾覆稳定方法和系统，通过步骤1：采集第一信号，并根据所述第一信号的特性获得第二信号；步骤2：根据接收到的所述第二信号计算和输出整车的倾覆弯矩，其中，所述倾覆弯矩包括纵向倾覆弯矩值和横向倾覆弯矩值；步骤3：对比所述纵向倾覆弯矩值和第一预设抗倾覆力矩，获得第一比对结果，和/或，对比所述横向倾覆弯矩值和第二预设抗倾覆力矩，获得第二比对结果；步骤4：判断所述第一比对结果是否满足第一预设阈值，和/或，判断所述第二比对结果是否满足第二预设阈值；步骤5：当所述第一比对结果不满足第一预设阈值时，和/或，所述第二比对结果不满足第二预设阈值时，所述整车控制系统发送报警信号，并输出控制变量进行控制。从而解决了现有技术中的圆木抓举车工作环境恶劣，作业时并无伸缩支撑腿且配重小，易发生倾覆事故的技术问题，达到了防止车辆在机械臂作业时发生倾覆事故，保证车辆运行的稳定性的技术效果。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

图1为本发明实施例的一种用于圆木抓举车的防倾覆稳定方法的流程示意图；

图2为图1中的圆木抓举车示意图；

图3为图1中的圆木抓举车另一角度的示意图；

图4为图1中的圆木抓举车再一角度的示意图；

图5为整车控制系统的控制原理图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供了一种用于圆木抓举车的防倾覆稳定方法和系统，解决了现有技术中的圆木抓举车工作环境恶劣，作业时并无伸缩支撑腿且配重小，易发生倾覆事故的技术问题。

本发明实施例中的技术方案，总体思路如下：本发明实施例提供的一种用于圆木抓举车的防倾覆稳定方法和系统，通过步骤1：采集第一信号，并根据所述第一信号的特性获得第二信号；步骤2：根据接收到的所述第二信号计算和输出整车的倾覆弯矩，其中，所述倾覆弯矩包括纵向倾覆弯矩值和横向倾覆弯矩值；步骤3：对比所述纵向倾覆弯矩值和第一预设抗倾覆力矩，获得第一比对结果，和/或，对比所述横向倾覆弯矩值和第二预设抗倾覆力矩，获得第二比对结果；步骤4：判断所述第一比对结果是否满足第一预设阈值，和/或，判断所述第二比对结果是否满足第二预设阈值；步骤5：当所述第一比对结果不满足第一预设阈值时，和/或，所述第二比对结果不满足第二预设阈值时，所述整车控制系统发送报警信号，并输出控制变量进行控制。达到了防止车辆在机械臂作业时发生倾覆事故，保证车辆运行的稳定性的技术效果。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本实施例提供一种用于圆木抓举车的防倾覆稳定方法，请参考图1，所述方法包括；

步骤1：采集第一信号，并根据所述第一信号的特性获得第二信号。

具体而言，如图5所示，信号采集模块主要用于采集建立防倾覆与稳定数学模型所需要的信号。首先采集相关传感器或者开关的原始信号，然后根据信号的特性计算出所需信号的真实值。根据数学模型建立的要求，总共需要采集如下信号：机械臂伸缩油缸行程传感器信号，该信号主要反馈机械臂伸缩油缸的行程距离；大臂俯仰油缸行程传感器信号，主要测量大臂俯仰油缸行程信号；小臂俯仰油缸角度传感器信号，主要测量小臂俯仰角度信号；平台回转角度传感器信号，主要测量操作平台作业时的旋转的角度信号；大臂俯仰油缸压力传感器信号，主要测量大臂俯仰油缸的压力信号；车辆纵向(前后方向)倾斜角度传感器信号，实时测量车辆纵向的倾斜角度；车辆横向(左右方向)倾斜角度传感器信号，实时测量车辆横向的倾斜角度。即，通过各种角度传感器、行程传感器以及压力传感器采集到防倾覆稳定系统所需信号，输入整车控制系统，为防倾覆稳定系统提供数据依据。

步骤2：根据接收到的所述第二信号计算和输出整车的倾覆弯矩，其中，所述倾覆弯矩包括纵向倾覆弯矩值和横向倾覆弯矩值。

具体而言，计算模块是整车控制系统的核心模块。当所述信号采集模块采集到需要的信号后，通过所述计算模块计算出倾覆弯矩，包含有纵向倾覆弯矩值和横向向倾覆弯矩值。通过计算模块计算出纵向倾覆弯矩值和横向向倾覆弯矩值后，即可得到圆木抓举车防倾覆稳定系统数学模型的数据依据。

步骤3：对比所述纵向倾覆弯矩值和第一预设抗倾覆力矩，获得第一比对结果，和/或，对比所述横向倾覆弯矩值和第二预设抗倾覆力矩，获得第二比对结果。

步骤4：判断所述第一比对结果是否满足第一预设阈值，和/或，判断所述第二比对结果是否满足第二预设阈值。

步骤5：当所述第一比对结果不满足第一预设阈值时，和/或，所述第二比对结果不满足第二预设阈值时，所述整车控制系统发送报警信号，并输出控制变量进行控制。

具体而言，当所述计算模块计算出纵向倾覆弯矩值和横向向倾覆弯矩值后，对比圆木抓举车自重本身固有的抗倾覆力矩，当对比结果超过设定阈值时，整车控制系统进行报警并输出控制变量实施防倾覆控制。

进一步的，数据模型的建立是整车控制系统中防倾覆稳定系统的核心内容。数学模型的建立按照如下步骤进行：

首先，进行整车机械臂抓举载荷的计算。机械臂抓举载荷是指机械臂及抓举载重在抓举过程中产生的力矩。如图2所示，

在所述公式(1)中:L_AD为大臂支架底座至大臂俯仰油缸底座之间的距离，为已知参数；L_AE为大臂支架底座至大臂俯仰油缸大臂支撑点之间的距离，为已知参数；L_DE为大臂俯仰油缸伸缩总距离，通过大臂俯仰油缸行程传感器测得。

在所述公式(2)中:L_AH为大臂伸缩时，大臂的总长度，通过大臂伸缩油缸行程传感器测得；L_HC为大臂中心点至快换装置主铰接点之间的距离，为已知参数；∠AHC为大臂与快换装置安装臂之间的角度，为已知参数。将公式(2)计算得到的L_AC带入公式(3)中，

在所述公式(3)中:L_AC大臂支架底座至快换装置主铰接点之间的距离；L_HC为大臂中心点至快换装置主铰接点之间的距离，为已知参数；∠AHC为大臂与快换装置安装臂之间的角度，为已知参数。

将公式(3)计算得到的∠CAH代入

中，在所述公式(4)中：L_AH为大臂伸缩时，大臂的总长度，通过大臂伸缩油缸行程传感器测得；∠CAH快换装置主铰接点与大臂之间的角度。进一步的，将∠ACH代入∠ACB＝2π-∠ACH-∠HCB公式(5)中，在所述公式(5)中：∠ACH由公式4求得；∠HCB为小臂俯仰角度，通过小臂俯仰角度传感器求得。将∠ACB带入

中，在所述公式(6)中:L_BC为快换装置主铰接点到抓举载荷中心点之间的距离，为已知参数；∠ACB由公式5求得。将∠ACB和L_AB带入

中，在所述公式(7)中：L_AB大臂支架底座至抓举载荷中心点之间的距离，由公式6求得；L_BC为快换装置主铰接点到抓举载荷中心点之间的距离，为已知参数；∠ACB由公式5求得。

∠EAF＝∠EAH-∠CAH-∠CAB公式(8)；

∠DAB＝∠DAE+∠EAF公式(9)；

∠c＝∠DAB-∠a-∠b公式(10)；在所述公式(10)中：∠c为LAB与水平面夹角；∠DAB由公式(9)求得；∠a为结构尺寸，已知；∠b为纵向坡度，由车辆纵向(前后方向)倾斜角度传感器测得。

然后将∠c代入L_X1＝L_AB·cos(∠c)公式(11)中，在所述公式(11)中：L_X1为载荷G对机械臂支座铰点形成的弯力距；L_AB大臂支架底座至抓举载荷中心点之间的距离，由公式6求得；∠c由公式10求得。

L_X2＝L_6A·cos(∠c+∠CAB+∠CAH)公式(12)，在所述公式(12)中：L_X2为机械臂质量质心对机械臂支座铰点形成的弯力距；L_6A为机械臂质量质心距离绞点距离，可根据大臂伸缩油缸行程传感器测得；∠c由公式10求得；∠CAB由公式7求得；∠CAH由公式3求得。

在所述公式(13)中：∠DAE由公式1求得；LAE为大臂支架底座至大臂俯仰油缸大臂支撑点之间的距离，为已知参数；L_DE为大臂俯仰油缸支耳距离，通过大臂俯仰油缸行程传感器测得。

L_AG＝L_AD·sin(∠ADE)公式(14)，在所述公式(14)中：L_AG见图2,为大臂俯仰油缸对机械臂支座铰点形成的弯力距；∠ADE由公式13求得；L_AD为大臂支架底座至大臂俯仰油缸底座之间的距离，为已知参数。

进一步的，将上述计算得到的数据代入F_大臂俯仰·L_AG＝G·L_X1+G₁·L_X2公式(15)中，进一步计算得到机械臂抓举载荷G，

在所述公式(16)中：G为机械臂抓举载荷；F_大臂俯仰为大臂俯仰油缸作用力，由大臂俯仰油缸压力传感器测得；G₂为机械臂质量；L_X2由公式12求得；L_AG由公式14求得；L_X1由公式11求得。

进一步的，整车机械臂抓举载荷计算完成之后，对载荷纵向倾覆弯矩进行计算：L_XY＝L_X1·cos(∠g)公式(17)，在所述公式(17)中：L_XY为载荷G对机械臂支座铰点形成的弯力距在纵向方向上的投影距离；L_X1由公式11求得；∠g为平台回转角度，由平台回转角度传感器测得。L_RN＝(L_MN-L_AM·tan(∠b))·cos(∠b)公式(18)，在所述公式(18)中：L_RN见图2所示，为机械臂支座铰点到前桥中心轴在纵向方向上的投影距离；L_AM为机械臂支座铰点到水平地面高度,为结构尺寸已知；L_MN为机械臂支座铰点到前桥中心轴水平距离,为结构尺寸已知；∠b为纵向坡度，由车辆纵向(前后方向)倾斜角度传感器测得。

L_ZY＝L_XY-L_XZ公式(19)，在所述公式(19)中：L_ZY为载荷G对前桥中心轴形成的弯力距；L_XY由公式17求得；L_XZ＝LRN为机械臂支座铰点到前桥中心轴在纵向方向上的投影距离，由公式18求得。

W_载荷纵倾＝L_ZY·G公式(20)，在所述公式(20)中：W_载荷纵倾为机械臂抓举载荷在纵向方向上对车辆前桥产生的弯矩；L_ZY由公式19求得；G为机械臂抓举载荷，由公式16求得。

L_ZO＝L_X2·cos(g)-L_XZ公式(21)，在所述公式(21)中：L_Z0为机械臂重量质心到前桥中心轴在纵向方向上的投影距离，图3所示；L_X2由公式13求得；L_XZ＝L_RN为机械臂支座铰点到前桥中心轴在纵向方向上的投影距离，由公式18求得；∠g为平台回转角度，由平台回转角度传感器测得。

W_{机械臂纵倾}＝L_ZO·G₁公式(22)，在所述公式(22)中：W_{机械臂纵倾}为机械臂质量在纵向方向上对车辆前桥产生的弯矩；L_Z0由公式21求得；G₁为机械臂质量，为结构参数，为已知参数。

W_纵倾＝W_载荷纵倾+W_{机械臂纵倾}公式(23)，在所述公式(23)中：W_纵倾为机械臂质量和机械臂载荷在纵向方向上对车辆前桥产生的倾覆弯矩。

进一步的，计算载荷横向倾覆弯矩，具体如下：

L_BP＝L_AM+L_AB·sin(∠b+∠c)公式(24)，在所述公式(24)中：L_AM为机械臂支座铰点到地面垂直距离，为结构尺寸，已知；LAB大臂支架底座至抓举载荷中心点之间的距离，由公式6求得；∠c由公式11求得；∠b为纵向坡度，由车辆纵向(前后方向)倾斜角度传感器测得。

L_LX＝L_X1·sin(∠g)公式(25)，在所述公式(25)中：L_X1由公式12求得；L_LX为载荷G对机械臂支座铰点形成的弯力距在横向方向上的投影距离；∠g为平台回转角度，由平台回转角度传感器测得。

L_IX＝L_LX-L_LI公式(26)，在所述公式(26)中：L_IX为载荷G对车辆侧面轮胎接触点在横向方向上的投影距离；L_LX由公式25求得；L_LI为机械臂支座铰点至车辆侧面轮胎接触点在横向方向上的投影距离结构尺寸，为已知参数。

L_PQ＝L_BP·tan(∠h)公式(27)，在所述公式(27)中：L_PQ见图4；L_BP由公式24求得；∠h为横向坡度，由车辆横向(左右方向)倾斜角度传感器测得。L_VQ＝L_VP+L_PQ公式(28)，在所述公式(28)中：L_VQ见图4；L_VP等于L_IX，由公式26求得；L_PQ由公式27求得。

L_1V＝L_VQ·cos(∠h)公式(29)，在所述公式(29)中：L_1V为载荷G对车辆侧面轮胎接触点在横向方向上的弯力距；

W_载荷横倾＝L_1V·G公式(30)，在所述公式(30)中：W_载荷横倾为机械臂抓举载荷在横向方向上对车辆侧面轮胎接触点产生的弯矩；L_1V由公式29求得；G为机械臂抓举载荷，由公式16求得。

L₄₂＝L₆₅＝L_AM+L_6A·sin(∠b+∠c+∠CAH+∠CAB)，公式(31)，在所述公式(31)中：L_AM为机械臂支座铰点到地面垂直距离，为结构尺寸，已知；L_6A为机械臂质量质心距离绞点距离，根据大臂伸缩油缸行程传感器测得；∠c由公式10求得；∠b为纵向坡度，由车辆纵向(前后方向)倾斜角度传感器测得。∠CAH由公式3求得；∠CAB由公式7求得。L_L7＝L_X2·sin(∠g),公式(32)，在所述公式(32)中：L_L7为机械臂质量重心对机械臂支座铰点形成的弯力距在横向方向上的投影距离；L_X2由公式12求得；∠g为平台回转角度，由平台回转角度传感器测得。

L_I7＝L_L7-L_LI公式(33)，在所述公式(33)中：L_I7为机械臂质量重心对车辆侧面轮胎接触点在横向方向上的投影距离；L_L7由公式32求得；L_LI为结构尺寸，已知。

L_3V＝L₃₂+L_2V＝L₄₂·tan(∠h)+L_I7公式(34)和L_8V＝L_3V·cos(∠h)公式(35)，在所述公式(35)中：L_8V为机械臂质量重心对车辆侧面轮胎接触点在横向方向上的弯力距；L₄₂由公式31求得；L_I7由公式33求得；∠h为横向坡度，由车辆横向(左右方向)倾斜角度传感器测得。

W_{机械臂横倾}＝L_8V·G₁公式(36)，在所述公式(36)中：W_{机械臂横倾}为机械臂质量重心在横向方向对车辆侧面轮胎接触点产生的弯矩；L_8V由公式35求得；G₁为机械臂质量，为结构参数，已知。

W_横倾＝W_载荷横倾+W_{机械臂横倾}公式(37)，在所述公式(37)中：W_横倾为机械臂质量和机械臂载荷在横向方向对车辆侧面轮胎接触点产生的弯矩。

进一步的，通过车辆的合理布局，合理设计车辆质心位置，在满足载荷条件下，车辆的自重保障车辆具有很好的稳定性。主要分析车辆在工作状态，旋转180度过程中，自重形成的沿前轴和侧轴的抗倾覆弯矩。

进一步的，公式(23)求得的W_纵倾为机械臂质量和机械臂载荷在纵向方向上对车辆前桥产生的倾覆弯矩，车辆自重(去除机械臂质量，已知)对前桥形成的抗倾覆弯矩与公式(23)求得的纵向倾覆弯矩值比较并设定阈值，当第一阈值设定为1.5时，当大于1.5时，车辆纵向倾覆是安全的；值小于1.5时，车辆存在纵向倾覆风险。车辆自重(去除机械臂质量，已知)对车辆侧面轮胎接触点形成的抗倾覆弯矩与公式(37)求得的横向倾覆弯矩值比较(第二阈值设定为1.5)，值大于1.5时，车辆横向倾覆是安全的；值小于1.5时，车辆存在横向倾覆风险。

根据上述建立的数学模型，在防倾覆系统设定的安全范围之内，整车可以正常操作；当系统判断出有操作风险时，整车控制系统控制蜂鸣器报警，切断液压系统操作电磁阀，停止液压系统工作，保护车辆的稳定状态。

现有的圆木抓举车应用于煤矿井下，工作环境恶劣，如下：路面最大坡度10°；巷道路面：辅运大巷、综采工作面和搬家通道一般为混凝土路面，其它为碎石或采煤泥泞路面，碎石或采煤泥泞路面凸凹不平；搬家倒面路面：为混凝土路面，煤泥泞较多，有凹坑和积水，积水约有100mm，两侧支架处有斜坡；

因此，通过本实施例所提供的防倾覆稳定方法，通过圆木抓举车相关控制信号的精确采集、防倾覆稳定数学模型的建立、以及防倾覆稳定控制的实施；具体的，通过各类传感器实时采集整车状态，计算出载荷对整车形成的倾覆弯矩，通过与此时整车重量形成的抗倾覆弯矩比较，考虑安全系数，作为车辆是否达到倾覆边界的判断条件，生成报警信号，并进一步对整车进行控制，限制执行机构继续动作，防止车辆倾覆，保持圆木抓举车的稳定性。

实施例二

本实施例还提供了一种用于圆木抓举车的防倾覆稳定系统，包括：信号采集模块，所述信号采集模块采集第一信号，并根据所述第一信号的特性获得第二信号；计算模块，所述计算模块接收所述信号采集模块发送的第二信号，并根据所述第二信号计算和输出整车的倾覆弯矩，其中，所述倾覆弯矩包括纵向倾覆弯矩值和横向倾覆弯矩值；稳定控制模块，所述稳定控制模块接收所述计算模块发送的所述纵向倾覆弯矩值和横向倾覆弯矩值，其中，所述计算模块与所述信号采集模块、稳定控制模块通信连接

前述图1实施例1中的一种用于圆木抓举车的防倾覆稳定方法的各种变化方式和具体实例同样适用于本实施例的一种用于圆木抓举车的防倾覆稳定系统，通过前述对一种用于圆木抓举车的防倾覆稳定方法的详细描述，本领域技术人员可以清楚的知道本实施例中一种用于圆木抓举车的防倾覆稳定系统的实施方法，所以为了说明书的简洁，在此不再详述。

本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：

在本发明实施例提供的一种用于圆木抓举车的防倾覆稳定方法和系统，通过步骤1：采集第一信号，并根据所述第一信号的特性获得第二信号；步骤2：根据接收到的所述第二信号计算和输出整车的倾覆弯矩，其中，所述倾覆弯矩包括纵向倾覆弯矩值和横向倾覆弯矩值；步骤3：对比所述纵向倾覆弯矩值和第一预设抗倾覆力矩，获得第一比对结果，和/或，对比所述横向倾覆弯矩值和第二预设抗倾覆力矩，获得第二比对结果；步骤4：判断所述第一比对结果是否满足第一预设阈值，和/或，判断所述第二比对结果是否满足第二预设阈值；步骤5：当所述第一比对结果不满足第一预设阈值时，和/或，所述第二比对结果不满足第二预设阈值时，所述整车控制系统发送报警信号，并输出控制变量进行控制。从而解决了现有技术中的圆木抓举车工作环境恶劣，作业时并无伸缩支撑腿且配重小，易发生倾覆事故的技术问题，达到了防止车辆在机械臂作业时发生倾覆事故，保证车辆运行的稳定性的技术效果。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例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 (6)

1.一种用于圆木抓举车的防倾覆稳定方法，其特征在于，包括：

步骤1：采集第一信号，并根据所述第一信号的特性获得第二信号；

步骤2：根据接收到的所述第二信号计算和输出整车的倾覆弯矩，其中，所述倾覆弯矩包括纵向倾覆弯矩值和横向倾覆弯矩值；

步骤3：对比所述纵向倾覆弯矩值和第一预设抗倾覆力矩，获得第一比对结果，和/或，对比所述横向倾覆弯矩值和第二预设抗倾覆力矩，获得第二比对结果；

步骤4：判断所述第一比对结果是否满足第一预设阈值，和/或，判断所述第二比对结果是否满足第二预设阈值；

步骤5：当所述第一比对结果不满足第一预设阈值时，和/或，所述第二比对结果不满足第二预设阈值时，整车控制系统发送报警信号，并输出控制变量进行控制；

其中，所述根据接收到的所述第二信号计算和输出整车的倾覆弯矩，包括：

计算整车机械臂抓举载荷，具体包括：

其中，在所述公式(1)中：L_AD为大臂支架底座至大臂俯仰油缸底座之间的距离；L_AE为大臂支架底座至大臂俯仰油缸大臂支撑点之间的距离；L_DE为大臂俯仰油缸伸缩总距离；

其中，在所述公式(2)中：L_AC为大臂支架底座至快换装置主铰接点之间的距离；L_AH为大臂伸缩时大臂的总长度；L_HC为大臂中心点至快换装置主铰接点之间的距离；∠AHC为大臂与快换装置安装臂之间的角度；

其中，在所述公式(3)中：∠CAH快换装置主铰接点与大臂之间的角度；L_HC为大臂中心点至快换装置主铰接点之间的距离；∠AHC为大臂与快换装置安装臂之间的角度；

∠ACB＝2π-∠ACH-∠HCB 公式(5)，其中，在所述公式(5)中：∠HCB为小臂俯仰角度；

其中，在所述公式(6)中：L_AB为大臂支架底座至抓举载荷中心点之间的距离；L_BC为快换装置主铰接点到抓举载荷中心点之间的距离；

其中，在所述公式(7)中：L_BC为快换装置主铰接点到抓举载荷中心点之间的距离；

∠EAF＝∠EAH-∠CAH-∠CAB 公式(8)；

∠DAB＝∠DAE+∠EAF 公式(9)；

∠c＝∠DAB-∠a-∠b 公式(10)，其中，在所述公式(10)中：∠c为LAB与水平面夹角；∠b为纵向坡度；∠a为L_AD与车身基准平面的夹角；L_X1＝L_AB·cos(∠c) 公式(11)，其中，在所述公式(11)中：L_X1为载荷G对机械臂支座铰点形成的弯力距；

L_X2＝L_6A·cos(∠c+∠CAB+∠CAH) 公式(12)，其中，在所述公式(12)中：L_X2为机械臂质量质心对机械臂支座铰点形成的弯力距；L_6A为机械臂质量质心距离绞点距离；

其中，在所述公式(13)中：LAE为大臂支架底座至大臂俯仰油缸大臂支撑点之间的距离；L_DE为大臂俯仰油缸支耳距离；

L_AG＝L_AD·sin(∠ADE) 公式(14)，其中，在所述公式(14)中：L_AG为大臂俯仰油缸对机械臂支座铰点形成的弯力距；L_AD为大臂支架底座至大臂俯仰油缸底座之间的距离；

F_大臂俯仰·L_AG＝G·L_X1+G₁·L_X2 公式(15)；

其中，在所述公式(16)中：G为机械臂抓举载荷；F_大臂俯仰为大臂俯仰油缸作用力，由大臂俯仰油缸压力传感器测得；G₁为机械臂质量。

2.如权利要求1所述的防倾覆稳定方法，其特征在于，所述计算整车机械臂抓举载荷之后，还包括：

计算载荷纵向倾覆弯矩，具体包括：

L_XY＝L_X1·cos(∠g) 公式(17)，其中，在所述公式(17)中：L_XY为载荷G对机械臂支座铰点形成的弯力距在纵向方向上的投影距离；∠g为平台回转角度；

L_RN＝(L_MN-L_AM·tan(∠b))·cos(∠b) 公式(18)，其中，在所述公式(18)中：L_RN为机械臂支座铰点到前桥中心轴在纵向方向上的投影距离；L_AM为机械臂支座铰点到水平地面高度；L_MN为机械臂支座铰点到前桥中心轴水平距离；∠b为纵向坡度；

L_ZY＝L_XY-L_XZ 公式(19)，其中，在所述公式(19)中：L_ZY为载荷G对前桥中心轴形成的弯力距；L_XZ＝L_RN，为机械臂支座铰点到前桥中心轴在纵向方向上的投影距离；

W_载荷纵倾＝L_ZY·G 公式(20)，其中，在所述公式(20)中：W_载荷纵倾为机械臂抓举载荷在纵向方向上对车辆前桥产生的弯矩；G为所述机械臂抓举载荷；

L_ZO＝L_X2·cos(g)-L_XZ 公式(21)，其中，在所述公式(21)中：L_ZO为机械臂重量质心到前桥中心轴在纵向方向上的投影距离；L_XZ＝L_RN，为机械臂支座铰点到前桥中心轴在纵向方向上的投影距离；∠g为平台回转角度；

W_{机械臂纵倾}＝L_ZO·G₁ 公式(22)，其中，在所述公式(22)中：W_{机械臂纵倾}为机械臂质量在纵向方向上对车辆前桥产生的弯矩；G₁为机械臂质量；

W_纵倾＝W_载荷纵倾+W_{机械臂纵倾} 公式(23)，其中，在所述公式(23)中：W_纵倾为机械臂质量和机械臂载荷在纵向方向上对车辆前桥产生的倾覆弯矩。

3.如权利要求2所述的防倾覆稳定方法，其特征在于，所述方法还包括：

对比所述公式(23)计算得到的W_纵倾和车辆自重对前桥形成的抗倾覆弯矩，并获得所述第一比对结果，其中，所述车辆自重不包含机械臂质量；

当所述第一比对结果小于所述第一预设阈值时，则存在纵向倾覆风险。

4.如权利要求1所述的防倾覆稳定方法，其特征在于，

L_DE通过大臂俯仰油缸行程传感器测得；L_AH通过大臂伸缩油缸行程传感器测得；∠HCB通过小臂俯仰角度传感器求得；∠b通过车辆纵向倾斜角度传感器测得；L_6A根据大臂伸缩油缸行程传感器测得；L_DE通过大臂俯仰油缸行程传感器测得；F_大臂俯仰通过大臂俯仰油缸压力传感器测得。

5.如权利要求2所述的防倾覆稳定方法，其特征在于，∠g由平台回转角度传感器测得。

6.一种用于圆木抓举车的防倾覆稳定系统，其特征在于，包括：

信号采集模块，所述信号采集模块采集第一信号，并根据所述第一信号的特性获得第二信号；

计算模块，所述计算模块接收所述信号采集模块发送的第二信号，并根据所述第二信号计算和输出整车的倾覆弯矩，其中，所述倾覆弯矩包括纵向倾覆弯矩值和横向倾覆弯矩值；

稳定控制模块，所述稳定控制模块接收所述计算模块发送的所述纵向倾覆弯矩值和横向倾覆弯矩值，其中，所述计算模块与所述信号采集模块、稳定控制模块通信连接；其中，所述计算模块接收所述信号采集模块发送的第二信号，并根据所述第二信号计算和输出整车的倾覆弯矩，包括：

计算整车机械臂抓举载荷，具体包括：

其中，在所述公式(1)中：L_AD为大臂支架底座至大臂俯仰油缸底座之间的距离；L_AE为大臂支架底座至大臂俯仰油缸大臂支撑点之间的距离；L_DE为大臂俯仰油缸伸缩总距离；

其中，在所述公式(2)中：L_AC为大臂支架底座至快换装置主铰接点之间的距离；L_AH为大臂伸缩时大臂的总长度；L_HC为大臂中心点至快换装置主铰接点之间的距离；∠AHC为大臂与快换装置安装臂之间的角度；

其中，在所述公式(3)中：∠CAH快换装置主铰接点与大臂之间的角度；L_HC为大臂中心点至快换装置主铰接点之间的距离；∠AHC为大臂与快换装置安装臂之间的角度；

∠ACB＝2π-∠ACH-∠HCB 公式(5)，

其中，在所述公式(5)中：∠HCB为小臂俯仰角度；

其中，在所述公式(6)中：L_AB为大臂支架底座至抓举载荷中心点之间的距离；L_BC为快换装置主铰接点到抓举载荷中心点之间的距离；

其中，在所述公式(7)中：L_BC为快换装置主铰接点到抓举载荷中心点之间的距离；

∠EAF＝∠EAH-∠CAH-∠CAB 公式(8)；

∠DAB＝∠DAE+∠EAF 公式(9)；

∠c＝∠DAB-∠a-∠b 公式(10)，

其中，在所述公式(10)中：∠c为LAB与水平面夹角；∠b为纵向坡度；∠a为L_AD与车身基准平面的夹角；

L_X1＝L_AB·cos(∠c) 公式(11)，

其中，在所述公式(11)中：L_X1为载荷G对机械臂支座铰点形成的弯力距；

L_X2＝L_6A·cos(∠c+∠CAB+∠CAH) 公式(12)，

其中，在所述公式(12)中：L_X2为机械臂质量质心对机械臂支座铰点形成的弯力距；L_6A为机械臂质量质心距离绞点距离；

其中，在所述公式(13)中：LAE为大臂支架底座至大臂俯仰油缸大臂支撑点之间的距离；L_DE为大臂俯仰油缸支耳距离；

L_AG＝L_AD·sin(∠ADE) 公式(14)，

其中，在所述公式(14)中：L_AG为大臂俯仰油缸对机械臂支座铰点形成的弯力距；L_AD为大臂支架底座至大臂俯仰油缸底座之间的距离；

F_大臂俯仰·L_AG＝G·L_X1+G₁·L_X2 公式(15)；

其中，在所述公式(16)中：G为机械臂抓举载荷；F_大臂俯仰为大臂俯仰油缸作用力，由大臂俯仰油缸压力传感器测得；G₁为机械臂质量。

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