CN111891923A - 一种起重机力矩限制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种起重机力矩限制系统，包括基准定位装置、移动定位装置、压力传感器、数据处理器和力矩限制主机；基准定位装置设置于车身或起重机转台上，移动定位装置设置于伸缩臂臂头，压力传感器设置于用于顶起伸缩臂的油缸上，基准定位装置和移动定位装置连接数据处理器，数据处理器和压力传感器连接力矩限制主机；数据处理器接收基准定位装置和移动定位装置的定位信息，并根据接收的定位信息得到伸缩臂臂长、伸缩臂的变幅角度和伸缩臂的幅度；力矩限制主机根据伸缩臂臂长、伸缩臂的变幅角度、伸缩臂的幅度和压力传感器的压力值得到起重机吊重重量。本发明中力矩限制系统精度高，安全可靠。

Description

一种起重机力矩限制系统

技术领域

本发明涉及一种起重机力矩限制系统，为起重机的安全操作系统。

背景技术

力矩限制系统是起重机的安全操作系统，它根据实际的作业状态，按照特定的起吊特性曲线，自动对起重机超载等危险工况进行力矩限制，防止车辆损坏、倾翻等事故的发生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可靠的起重机力矩限制系统，实现对起重机起重重量的计算和控制。

本发明所采取的技术方案为：一种起重机力矩限制系统，包括基准定位装置、移动定位装置、压力传感器、数据处理器和力矩限制主机；所述基准定位装置设置于车身或起重机转台上，所述移动定位装置设置于伸缩臂臂头，所述压力传感器设置于用于顶起所述伸缩臂的油缸上，所述基准定位装置和移动定位装置连接所述数据处理器，所述数据处理器和压力传感器连接所述力矩限制主机；

所述数据处理器接收基准定位装置和移动定位装置的定位信息，并根据接收的定位信息得到伸缩臂臂长、伸缩臂的变幅角度和伸缩臂的幅度；

所述力矩限制主机根据所述伸缩臂臂长、伸缩臂的变幅角度、伸缩臂的幅度和压力传感器的压力值得到起重机吊重重量。

进一步的，所述伸缩臂臂长计算方法为

计算c点坐标：所述移动定位装置设置于B点，伸缩臂臂头滑轮中心所在位置为E点，所述伸缩臂轴线为l，所述E点到轴线l的垂足为c点，根据所述B点坐标得到所述c点坐标；

计算o点坐标：所述基准定位装置设置于A点，伸缩臂后铰点对应的位置为O点，根据所述A点坐标得到所述O点坐标；

根据所述c点坐标和O点坐标得到伸缩臂臂长OC、伸缩臂变幅角度和伸缩臂的幅度。

进一步的，所述伸缩臂变幅角度为伸缩臂与水平方向的夹角。

进一步的，以伸缩臂竖直设置为起始位置，所述伸缩臂的幅度为由起始位置至目标位置变化过程中，伸缩臂顶端滑轮中心在水平方向的移动距离。

进一步的，所述起重机吊重重量根据如下公式得到：

M1=M3+M4-M2，

其中M1为吊重力矩，M2为伸缩臂自重力矩，M3为油缸推力力矩，M4卷扬绳拉力力矩；

然后根据M1=G * r得到吊重物体重力G，其中r为伸缩臂的幅度。

进一步的，所述伸缩臂自重力矩 M2=f（L, α），其中L为伸缩臂长度，α为伸缩臂变幅角度。

进一步的，所述油缸推力力矩M3=f（p，L，α），其中L为伸缩臂长度，α为伸缩臂变幅角度，p为油缸压力。

进一步的，所述卷扬绳拉力力矩M4=f（G, L，α）, 其中L为伸缩臂长度，α为伸缩臂变幅角度，G为吊重物体重力。

本发明所产生的有益效果包括：1）本发明增加了空间定位设备，取消了传统的长度和角度传感器，可直接对起重机的臂长，角度及作业幅度进行测量，替代了人工反复拉尺标度幅度行为，减少了人为误差，提升了测量精度；

2）本发明由于可直接通过定位设备测量幅度，无需设定大量的作业工况进行幅度调试标定，大大提升了力限器系统的调试效率；

3）本发明在软件计算时，通过定位设备及数据处理模块可直接读取测量幅度值，与现有方法相比无需进行作业幅度曲线多点拟合，避免了拟合偏差，提升了计算精度和作业安全性。

附图说明

图1 本发明中起重机力矩限制系统的结构示意图；

图2 本发明中参数计算示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的解释说明，但应当理解为本发明的保护范围并不受具体实施例的限制。

如图1，本发明中的起重机力矩限制系统包括基准定位装置、移动定位装置和数据处理装置等。

基准定位装置：（安装在车身或者起重机转台某一位置），负责基准定位装置安装位置的实时空间定位，输出对应的空间三维坐标（本实施例中定位装置采用经纬度进行定位）信息；同时具备无线通信功能，能够与数据处理模块进行通信，基准定位装置也可以使用局域网、无线电台、4G通信、蓝牙等无线数据等传输方式，也可以通过有线数据传输方式。

移动定位装置：（安装在伸缩臂臂头某一位置），随伸缩过程移动，负责移动定位装置安装位置的实时空间定位，输出对应的空间三维坐标信息；同时具备无线通信功能，能够与数据处理模块进行通信；

数据处理模块：能够接收基准定位装置和移动定位装置的定位信息，并进行实时计算得出移动定位装置和基准定位装置的空间距离、空间角度等，如幅度、臂长、变幅角度等；同时此模块还具备与力矩限制主机通信的功能，可以将计算结果发送至力矩限制主机进行力矩限制计算。

其中，基准定位装置安装点与移动定位装置安装点构成的垂直平面，要与伸缩臂轴向构成的垂直平面保持平行。

如图2，若A点为基准定位设备安装位置（车身），B点为移动定位设备安装位置（臂头）。

其中A、B两点构成的垂直平面为第一平面，第一平面为经过A和B两点并与地面垂直的面，伸缩臂轴向构成的垂直平面为第二平面，第二平面为经过伸缩臂轴线并与地面垂直的面，第一平面和第二平面平行，在第一平面上，O点为伸缩臂后铰点对应的位置，伸缩臂后铰点即伸臂与起重机转台连接处的点，E点为臂头滑轮中心对应的位置（伸缩臂的前端设置有用于吊重重物的滑轮），其中C点为E点到伸缩臂轴线方向的垂心。

基准定位设备可以定位A点空间坐标信息，通过△AOJ的几何关系，可得到0点的空间坐标，其中AJ、OJ及OA长度值为定值，可实际测量得到；

移动定位设备可以定位B点空间坐标信息，通过△CBD的几何关系，可得到C点的空间坐标，其中CB及∠BCO为定值，β=∠BCO-α，CD=CB*cosβ，BD= CD=CB*sinβ；

得到C点空间坐标后，通过△CEF的几何关系，可得到E点的空间坐标,其中CE为定值，CF=CE*cosα，EF= CE*sinα。

根据上述得到的O点及C点空间坐标，可以直接计算伸缩臂长度L=OC及伸缩臂变幅角度α，

进而可以得到工作幅度=AH-AJ=OK+EF，其中AH为A点和E点在水平方向的投影，AJ为A点和O点在水平方向的投影，OK为O点和C点在水平方向的投影，EF为C点和E点在水平方向的投影。

②吊重量计算：

根据力矩平衡的原理，重量G=f（r ', L，α，p），r '为上述计算完成的幅度值， L为上述计算完成的臂长，α为上述计算完成的变幅角度，油缸压力p由对应的传感器得到，从而可以计算出吊重重量G。

当吊重重量超过系统额定吊重重量时，主机会发出报警信息。

另外，本发明中的基准定位模块安装在车身，移动定位模块站装在臂头，也可互换位置。本发明采用了2个定位设备实现了幅度测量，也可使用多个定位设备实现，如1个基准站，多个移动站。

实际应用时，可使基准定位设备安装点A尽量要与O点重合，移动定位设备安装点B尽量要与C点重合。

1）力矩限制系统硬件构成，取消长度和角度传感器，采用了空间定位设备进行臂长、变幅角度、工作幅度测量，并实现了与力限器主机实时通信，进行力矩限制保护；

2）力矩限制系统软件计算，直接读取空间定位设备测量的幅度值，无需进行幅度标定和拟合，提升了调试效率。

3）能检测出起重机所吊载的质量、作业幅度等，自动对起重机超载等危险工况进行力矩限制，并显示出其额定吊重量、实际吊重量、工作幅度值、起重臂长、变幅角度等状态信息，以及提示或报警信息。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。

上述仅为本发明的优选实施例，本发明并不仅限于实施例的内容。对于本领域中的技术人员来说，在本发明的技术方案范围内可以有各种变化和更改，所作的任何变化和更改，均在本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种起重机力矩限制系统，其特征在于：包括基准定位装置、移动定位装置、压力传感器、数据处理器和力矩限制主机；所述基准定位装置设置于车身或起重机转台上，所述移动定位装置设置于伸缩臂臂头，所述压力传感器设置于用于顶起所述伸缩臂的油缸上，所述基准定位装置和移动定位装置连接所述数据处理器，所述数据处理器和压力传感器连接所述力矩限制主机；

所述数据处理器接收基准定位装置和移动定位装置的定位信息，并根据接收的定位信息得到伸缩臂臂长、伸缩臂的变幅角度和伸缩臂的幅度；

所述力矩限制主机根据所述伸缩臂臂长、伸缩臂的变幅角度、伸缩臂的幅度和压力传感器的压力值得到起重机吊重重量。

2.根据权利要求1所述的起重机力矩限制系统，其特征在于：所述伸缩臂臂长计算方法为

计算c点坐标：所述移动定位装置设置于B点，伸缩臂臂头滑轮中心所在位置为E点，所述伸缩臂轴线为l，所述E点到轴线l的垂足为c点，根据所述B点坐标得到所述c点坐标；

计算o点坐标：所述基准定位装置设置于A点，伸臂后铰点对应的位置为O点，根据所述A点坐标得到所述O点坐标；

根据所述c点坐标和O点坐标得到伸缩臂臂长OC、伸缩臂变幅角度和伸缩臂的幅度。

3.根据权利要求1所述的起重机力矩限制系统，其特征在于：所述伸缩臂变幅角度为伸缩臂与水平方向的夹角。

4.根据权利要求1所述的起重机力矩限制系统，其特征在于：以伸缩臂竖直设置为起始位置，所述伸缩臂的幅度为由起始位置至目标位置变化过程中，伸缩臂顶端滑轮中心在水平方向的移动距离。

5.根据权利要求1所述的起重机力矩限制系统，其特征在于：所述起重机吊重重量根据如下公式得到：

M1=M3+M4-M2，

其中M1为吊重力矩，M2为伸臂自重力矩 ，M3为油缸推力力矩，M4卷扬绳拉力力矩；

然后根据M1=G * r得到吊重物体重力G，其中r为伸缩臂的幅度。

6.根据权利要求5所述的起重机力矩限制系统，其特征在于：所述伸臂自重力矩 M2=f（L, α），其中L为伸缩臂长度，α为伸缩臂变幅角度。

7.根据权利要求5所述的起重机力矩限制系统，其特征在于：所述油缸推力力矩M3=f（p，L，α），其中L为伸缩臂长度，α为伸缩臂变幅角度，p为油缸压力。

8.根据权利要求5所述的起重机力矩限制系统，其特征在于：所述卷扬绳拉力力矩M4=f（G, L，α）, 其中L为伸缩臂长度，α为伸缩臂变幅角度，G为吊重物体重力。

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