CN109677317A - 一种液罐车侧翻支撑装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液罐车侧翻支撑装置及其控制方法，该装置设置控制系统、由水平驱动装置驱动的水平支撑杆、由竖直驱动装置驱动的竖直支撑杆，通过控制系统监测液罐车侧倾角度，当液罐车侧翻时，控制水平支撑杆和竖直支撑杆迅速伸出，实现对车辆的支撑，有效解决了现有装置在车辆侧倾角过小或过大时不能实现支撑的问题；由于两支撑杆的协同作用，不需要很长的伸长量即可触及地面，不会对相邻车道造成影响。该控制方法通过比较液罐车侧倾角与阈值K的大小，在侧倾角≥阈值K时，控制支撑装置伸出支撑；在侧倾角＜阈值K车辆回正时主动收回，便于液罐车在危险处理后正常行驶，避免对车辆通过性造成影响，同时保障液罐车在后续侧翻时能及时提供支撑。
Description
技术领域
本发明涉及一种液罐车，具体涉及一种液罐车侧翻支撑装置及其控制方法。
背景技术
目前，危化品运输的主要途径包括海路运输和陆路运输。其中，陆路运输的主要载体为液罐车。液罐车在超速过弯或者紧急避让时，由于其较高的质心高度和较大的载重，经常发生侧翻重大交通事故。液罐车尺寸和载重量均大，在侧翻时将会对相邻车道造成严重影响，导致拥堵甚至多车辆严重追尾等重大事故。此外，液罐车装载介质多为危险化学物品，如在侧翻时发生泄漏，不仅会造成经济损失，还会危及周边群众的生命。
液罐车的侧翻支撑装置主要为气囊式支撑装置和支腿式支撑装置，现有几类支撑装置已被提出，主要有以下几类：
一、气囊式支撑装置，通过安装在车辆底盘下方或者罐体两侧的气囊对车辆侧翻进行支撑。此种方法适用范围小，且仅能起缓冲作用，并不能起到支撑车辆防止侧翻的作用。其一，安装在底盘下方的气囊式支撑装置在车辆侧翻时，能迅速膨胀，可以起到一定的缓冲作用。但由于气体的可压缩性，此装置并不能承受液罐车的重量，达不到支撑目的，此外，由于车辆行驶过程中发生侧翻，必定对气囊产生拖拽，气囊在与地面不断地摩擦下极易发生破损，无法支撑车辆。其二，安装在罐体两侧的气囊式支撑装置过大会影响相邻车道车辆的正常行驶。
二、支腿式支撑装置，现有竖直伸缩支腿式支撑装置和侧向水平伸缩支腿式支撑装置两种。其一，竖直伸缩支腿式支撑装置是在底盘下方安装可伸缩的竖直支腿，在车辆侧翻时，能够及时伸出，向车辆提供支撑力。但这种装置仅能在车辆侧倾角较小时起到支撑作用，如果液罐车超速转弯或者高速紧急避让时，车辆所受侧向力很大，该装置很难起到支撑作用。此外，该装置安装在底盘下方会影响车辆的通过性，具有一定的安全隐患。其二，侧向水平伸缩支腿式支撑装置同样也是安装在底盘下方，能够在液罐车侧翻时及时伸出进行支撑，但由于道路宽度的限制，支腿伸长量无法过长，在车辆侧倾角较小时支腿不能及时触及路面，无法起到支撑作用。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种液罐车侧翻支撑装置，该装置能够在车辆侧翻时及时进行支撑，保护驾驶员安全，避免罐体发生破损导致介质泄漏，同时降低对相邻车道行驶车辆的潜在危害。
本发明的另一目的是提供一种上述支撑装置的控制方法。
技术方案：本发明所述的一种液罐车侧翻支撑装置，包括安装在液罐车底盘下方的水平驱动装置、连接于水平驱动装置执行端的水平支撑杆、固定在水平支撑杆上并位于液罐车侧面的支撑组件连接部、固定在支撑组件连接部上的竖直驱动装置、连接于竖直驱动装置执行端的竖直支撑杆、控制系统；所述水平驱动装置驱动所述水平支撑杆向液罐车侧面伸出或向液罐车底盘下方收回，并带动所述支撑组件连接部伸出或收回；所述竖直驱动装置驱动所述竖直支撑杆向下伸出或向上收回；所述控制系统监测液罐车的侧倾角度，并控制所述水平驱动装置及竖直驱动装置工作。
而本发明所述的一种液罐车侧翻支撑装置的控制方法，所采用的技术方案包括如下步骤：
(1)将液罐车一侧车轮离地时的侧倾角作为阈值K，并预先设定在侧翻监控单元中；
(2)当侧翻监控单元监测的液罐车侧倾角度≥阈值K时，侧翻监控单元将侧翻信号传输给控制器；
(3)控制器接收到侧翻信号后，控制第一电磁阀通电，通过介质动力源提供驱动压力给水平驱动装置，使水平支撑杆伸出至最大伸长量；同时控制器控制第二电磁阀通电，通过介质动力源提供驱动压力给竖直驱动装置，使竖直支撑杆伸出至目标伸长量，实现液罐车侧翻支撑，第二电磁阀断电；
(4)当液罐车回正，侧翻监控单元监测的液罐车侧倾角度＜阈值K时，控制器控制第一电磁阀和第二电磁阀通电以收回水平支撑杆和竖直支撑杆。
有益效果：该液罐车侧翻支撑装置设置控制系统、由水平驱动装置驱动的水平支撑杆、由竖直驱动装置驱动的竖直支撑杆，通过控制系统监测液罐车侧倾角度，当液罐车侧翻时，控制系统控制水平支撑杆和竖直支撑杆迅速伸出，实现对车辆的支撑，有效解决了现有装置在车辆侧倾角过小或过大时不能实现支撑的问题；由于水平支撑杆和竖直支撑杆的协同作用，两者不需要过长的伸长量即可触及地面，不会对相邻车道造成影响。该控制方法通过比较液罐车侧倾角与阈值K的大小，在侧倾角≥阈值K时，控制支撑装置伸出支撑；在侧倾角＜阈值K，车辆回正时主动收回，便于液罐车在危险处理后正常行驶，避免对车辆通过性造成影响，同时保障液罐车在后续侧翻时能及时提供支撑。
附图说明
图1是本发明的液罐车侧翻支撑装置的机械部分结构示意图；
图2是本发明实施例中液罐车侧翻支撑装置的机械部分与驱动压力控制单元的连接结构示意图；
图3是本发明的液罐车侧翻支撑装置装配状态图；
图4是本发明的液罐车侧翻支撑装置的使用状态图；
图5是本发明实施例中液罐车侧翻支撑装置的控制流程图。
具体实施方式
下面，结合附图对本发明做进一步说明。
如图1-3所示，本实施例公开了一种安装在液罐车上用于在车辆侧倾时支撑防止其侧翻的液罐车侧翻支撑装置。该液罐车侧翻支撑装置包括水平驱动装置1、水平支撑杆2、支撑组件连接部3、竖直驱动装置4、竖直支撑杆5、棘轮逆止装置6和控制系统。
具体的，液罐车底盘100下方固定有水平安装轴套，水平驱动装置1通过过盈配合固定在水平安装轴套中，其执行端指向车辆侧面。水平支撑杆2采用工字形刚体结构，其纵长方向与水平驱动装置1执行端的延伸方向一致。水平支撑杆2靠近车辆中心的一端为凸起配重部分，在凸起配重部分的端面设置装配孔，通过装配孔与执行端的过盈配合使得水平支撑杆2连接在水平驱动装置1的执行端上。同时，该凸起配重部分也有利于水平支撑杆2在伸出后的配重平衡。
液罐车底盘100下方还设置有固定架，固定架的端部设置有固定滚轮21，固定滚轮21位于水平支撑杆2的两侧凹槽内，对水平支撑杆2的悬空一端进行支撑，从而保障水平支撑杆2不会下垂，使得水平支撑杆2在固定滚轮21的支撑下能够平稳伸缩，保障装配和运行的稳定性。
支撑组件连接部3通过过盈配合连接在水平支撑杆2靠车辆侧面的端部，其竖向布置在液罐车侧面的部分为一壳体结构，竖直驱动装置4、竖直支撑杆5和棘轮逆止装置6均布置于该壳体结构内。具体的，支撑组件连接部3的壳体结构的侧壁上具有竖直安装轴套，竖直驱动装置4通过过盈配合固定在竖直安装轴套中，且其执行端指向下方。竖直支撑杆5的下部侧向延伸出凸起部分，该凸起部分的上端面设置装配孔。通过装配孔与执行端的过盈配合，将竖直支撑杆5连接于竖直驱动装置4的执行端。
当液罐车侧倾时，控制系统监测车辆的侧倾角度，并根据侧倾角度的情况控制水平驱动装置1及竖直驱动装置4工作。工作过程中，水平驱动装置1驱动水平支撑杆2向液罐车侧面伸出或向液罐车底盘100下方收回，并带动支撑组件连接部3伸出或收回，使得位于支撑组件连接部3上的竖直驱动装置4及竖直支撑杆5一并在水平方向上移动(伸出或收回)；同时竖直驱动装置4驱动竖直支撑杆5向下伸出或向上收回。
棘轮逆止装置6固定在支撑组件连接部3的壳体结构的侧壁上，并位于竖直支撑杆5的侧面。棘轮逆止装置6具有齿轮、与齿轮连接成一体的棘轮、棘爪和电磁铁。齿轮和棘轮均采用高强度、难折断、冲击缓冲性能好的金属材料，如铬钼合金钢，保证在装置重载侧翻时不会发生折断。棘爪由磁性材料制成，如铁镍钴及其合金材料。齿轮竖直支撑杆5的侧面设置与齿轮配合的齿条。当竖直驱动装置驱动竖直支撑杆5向下伸出时，齿轮跟随下行的齿条转动；竖直支撑杆5支撑于地面时，棘轮和棘爪配合实现的齿轮反向锁止以避免竖直支撑杆5向上收回。电磁铁位于棘爪背面上方，当电磁铁通电时，电磁铁吸附棘爪，使棘爪与棘轮分离以解除齿轮锁止。
实施时可以采用液压缸或气缸作为水平驱动装置1和竖直驱动装置4，本例中，两者均采用双向进排气的气缸结构。既能在车辆侧翻是及时伸出，又能在车辆回正后进行收回。
控制系统包括侧翻监控单元7、驱动压力控制单元8以及控制器。侧翻监控单元7采用陀螺仪传感器，其灵敏度和精度高，能够及时向控制器提供车辆实施侧倾角信息。每个液罐车侧翻支撑装置对应一个侧翻监控单元7。侧翻监控单元7设置于液罐车底盘100下方并位于水平支撑杆2的延伸方向上，用以监测液罐车的侧倾角度。侧翻监控单元7连接控制器用以向控制器传输侧翻信号。驱动压力控制单元8连接水平驱动装置1和竖直驱动装置4；控制器连接驱动压力控制单元8，并通过驱动压力控制单元8控制水平驱动装置1和竖直驱动装置4的驱动压力。
驱动压力控制单元8包括介质动力源12、第一电磁阀9、第二电磁阀10、压力传感器11。本例中介质动力源12为高压储气罐，通过电机14驱动空气压缩机13为高压储气罐提供压缩气体。水平驱动装置1和竖直驱动装置4均通过该介质动力源12提供驱动压力。第一电磁阀9连接在介质动力源12和水平驱动装置1之间，第二电磁阀10连接在介质动力源12和竖直驱动装置4之间，且第一电磁阀9和第二电磁阀10的前端分别还设置单向阀15。第一电磁阀9和第二电磁阀10均连接控制器，并通过控制器控制。压力传感器11安装在第二电磁阀10前端的管道上，用于监测介质动力源12提供的驱动压力，并将压力信号反馈给控制器。
进一步的，为了避免竖直支撑杆5支撑地面时受力折断，在竖直支撑杆5的下端设置有支撑轮51。当液罐车侧翻，支撑装置伸出支撑时，能通过支撑轮51缓冲和支撑车辆行驶。
如图4、图5所示，本实施例还公开了一种上述液罐车侧翻支撑装置的控制方法，包括如下步骤：
(1)将液罐车一侧车轮离地时的侧倾角作为阈值K，并预先设定在侧翻监控单元(陀螺仪传感器)中；
(2)侧翻监控单元持续监测侧倾角数据，当侧翻监控单元监测的液罐车侧倾角度≥阈值K时，侧翻监控单元将侧翻信号传输给控制器；
(3)控制器接收到侧翻信号后，控制第一电磁阀右端通电，通过介质动力源提供驱动压力给水平驱动装置，使水平支撑杆迅速伸出至最大伸长量；同时控制器控制第二电磁阀下端通电一段时间，通过介质动力源提供驱动压力给竖直驱动装置，使竖直支撑杆伸出至目标伸长量，实现液罐车侧翻支撑，第二电磁阀断电；
液罐车在不同状态下发生侧翻时，所需的竖直支撑杆伸长量不同，伸长量过短不仅达不到及时支撑的目的，还有可能在进一步侧翻冲击下导致装置损坏，若伸长量过长，竖直驱动装置的驱动压力过大的情况下，会继续推动竖直支撑杆伸出，可能会造成支撑轮承压过大导致破损，甚至会导致竖直支撑杆发生折断。因此，为了车辆侧翻支撑更加平稳，水平支撑杆伸长量为不影响相邻车道的最大长度，竖直支撑杆的最大伸长量为车辆静止状态下水平支撑杆到地面的距离。竖直支撑杆的目标伸长量应根据车辆状态和各部件尺寸进行调整。
其计算公式为：
式中，H为竖直支撑杆的目标伸长量；h为液罐车静止状态下水平支撑杆到地面的距离；L为水平支撑杆的最大伸长量；θ为侧翻监控单元监测的液罐车侧倾角。
进一步的，可以通过控制第二电磁阀的通电时间来控制竖直支撑杆的伸长量。
第二电磁阀的时间控制策略由以下公式获得：
假设车辆静止时，气缸处于平衡位置，且气缸的缸体和活塞杆的静摩擦和滑动摩擦相等，同时气压为恒值。
f滑动＝f静＝(m1+m2)·g
式中，m1为竖直支撑杆的质量；m2为气缸的活塞和活塞杆的质量(竖直驱动装置的执行端的质量)。
气缸活塞杆与竖直支撑杆的移动加速度为：
式中，P为气缸气压(竖直驱动装置的驱动压力)；S为活塞面积(竖直驱动装置执行端的横截面积)。
由式可计算出第二电磁阀所需的通电时间：
(4)当液罐车回正，侧翻监控单元监测的液罐车侧倾角度＜阈值K时，控制器控制电磁铁通电，使棘爪与棘轮分离以解除齿轮反转锁止，同时，控制器控制第一电磁阀和第二电磁阀通电以收回水平支撑杆和竖直支撑杆。
为了全方位的对液罐车进行保护，可根据需要在液罐车两侧不同位置安装多个本发明所述的液罐车侧翻支撑装置。在液罐车侧翻时，可根据多个陀螺仪传感器检测的侧倾角不同，分别控制不同位置的竖直支撑杆伸长量，从而更加高效的实现侧翻支撑。
Claims (10)
1.一种液罐车侧翻支撑装置，其特征在于，包括安装在液罐车底盘(100)下方的水平驱动装置(1)、连接于水平驱动装置(1)执行端的水平支撑杆(2)、固定在水平支撑杆(2)上并位于液罐车侧面的支撑组件连接部(3)、固定在支撑组件连接部(3)上的竖直驱动装置(4)、连接于竖直驱动装置(4)执行端的竖直支撑杆(5)、控制系统；所述水平驱动装置(1)驱动所述水平支撑杆(2)向液罐车侧面伸出或向液罐车底盘下方收回，并带动所述支撑组件连接部(3)伸出或收回；所述竖直驱动装置(4)驱动所述竖直支撑杆(5)向下伸出或向上收回；所述控制系统监测液罐车的侧倾角度，并控制所述水平驱动装置(1)及竖直驱动装置(4)工作。
2.根据权利要求1所述的液罐车侧翻支撑装置，其特征在于，所述控制系统包括侧翻监控单元(7)、驱动压力控制单元(8)以及控制器，所述侧翻监控单元(7)设置于液罐车底盘(100)下方并位于所述水平支撑杆(2)的延伸方向上用以监测液罐车的侧倾角度，侧翻监控单元(7)连接所述控制器用以向控制器传输侧翻信号；所述驱动压力控制单元(8)连接所述水平驱动装置(1)和所述竖直驱动装置(4)；所述控制器连接驱动压力控制单元(8)，并通过驱动压力控制单元(8)控制水平驱动装置(1)和竖直驱动装置(4)的驱动压力。
3.根据权利要求2所述的液罐车侧翻支撑装置，其特征在于，所述驱动压力控制单元(8)包括介质动力源(12)、第一电磁阀(9)和第二电磁阀(10)；所述水平驱动装置(1)和所述竖直驱动装置(4)均通过所述介质动力源(12)提供驱动压力，所述第一电磁阀(9)连接在介质动力源(12)和水平驱动装置(1)之间，所述第二电磁阀(10)连接在介质动力源(12)和竖直驱动装置(4)之间；第一电磁阀(9)和第二电磁阀(10)均连接所述控制器。
4.根据权利要求3所述的液罐车侧翻支撑装置，其特征在于，所述驱动压力控制单元(8)还设置有压力传感器(11)，所述压力传感器(11)用于监测所述介质动力源(12)提供的驱动压力，并将压力信号反馈给所述控制器。
5.根据权利要求1所述的液罐车侧翻支撑装置，其特征在于，所述支撑组件连接部(3)还设置有棘轮逆止装置(6)，所述棘轮逆止装置(6)具有齿轮，所述竖直支撑杆(5)上具有与所述齿轮啮合的齿条；当所述竖直驱动装置(4)驱动竖直支撑杆(5)向下伸出时，所述齿轮跟随下行的齿条转动，当竖直支撑杆(5)支撑于地面时，所述棘轮逆止装置(6)的齿轮锁止以避免竖直支撑杆(5)向上收回。
6.根据权利要求5所述的液罐车侧翻支撑装置，其特征在于，所述棘轮逆止装置(6)还具有棘轮、棘爪和电磁铁，所述棘轮与所述齿轮连接成一体，所述棘爪与棘轮接触配合实现所述齿轮锁止，所述电磁铁位于棘爪背面上方，电磁铁通电吸附棘爪，使棘爪与棘轮分离以解除齿轮锁止。
7.根据权利要求1所述的液罐车侧翻支撑装置，其特征在于，所述竖直支撑杆(5)的下端设置有支撑轮(51)。
8.一种根据权利要求1-7任一项所述的液罐车侧翻支撑装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将液罐车一侧车轮离地时的侧倾角作为阈值K，并预先设定在侧翻监控单元中；
(2)当侧翻监控单元监测的液罐车侧倾角度≥阈值K时，侧翻监控单元将侧翻信号传输给控制器；
(3)控制器接收到侧翻信号后，控制第一电磁阀通电，通过介质动力源提供驱动压力给水平驱动装置，使水平支撑杆伸出至最大伸长量；同时控制器控制第二电磁阀通电，通过介质动力源提供驱动压力给竖直驱动装置，使竖直支撑杆伸出至目标伸长量，实现液罐车侧翻支撑，第二电磁阀断电；
(4)当液罐车回正，侧翻监控单元监测的液罐车侧倾角度＜阈值K时，控制器控制第一电磁阀和第二电磁阀通电以收回水平支撑杆和竖直支撑杆。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中，竖直支撑杆的目标伸长量的计算公式为：
式中，H为竖直支撑杆的目标伸长量；h为液罐车静止状态下水平支撑杆到地面的距离；L为水平支撑杆的最大伸长量；θ为侧翻监控单元监测的液罐车侧倾角。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中，为了使竖直支撑杆达到目标伸长量，第二电磁阀的通电时间为：
式中，t为第二电磁阀的通电时间，m1为竖直支撑杆的质量，m2为竖直驱动装置执行端的质量，g为重力加速度，P为竖直驱动装置的驱动压力，S为竖直驱动装置的执行端横截面积。
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