CN117419688A - 电铲起重臂位姿自适应安全监控系统及方法 - Google Patents
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Abstract
电铲起重臂位姿自适应安全监控系统及方法，包括设置在起重臂侧板上的倾角传感器盒子Ⅰ和设置在转台主体侧板上的倾角传感器盒子Ⅱ，倾角传感器盒子Ⅰ和倾角传感器盒子Ⅱ内设有倾角传感器，还包括控制器，所述控制器的输入端连接两个倾角传感器，所述控制器的输出端连接起重臂回落动力装置、提升电机和推压电机。本发明的电铲起重臂位姿自适应安全监控系统及方法，利用倾角传感器、直接测量起重臂相对于车体的角度，能有效规避间接测量、二次计算可能导致的精度差、低实时性问题；同时通过实时监控整机相对作业地面的平行度，为整机侧翻倾覆、挖掘作业过程中的水平震动幅度等提供监测和阈值报警，提高使用安全性。
Description
技术领域
本发明涉及工程机械技术领域，具体是电铲起重臂位姿自适应安全监控系统及方法。
背景技术
现有技术中，使用的检测装置包括钢丝绳、导向轮、配重块和拉线开关；钢丝绳一端连接起重臂的上侧壁，另一端跨过导向轮并连接配重块上端，配重块可沿竖直方向移动，通过测量配重块在竖直方向上的移动距离来计算起重臂位姿状态。
在挖掘作业过程中，整机存在较大程度的震动，且在作业过程中，存在矿石砸落可能导致钢丝绳缠绕问题、导向板变形等情况，最终导致配重块运动卡滞，无法实时准确监控起重臂位姿状态。同时，该技术的关键点在于配重块连接拉线开关，通过测量配重块在竖直方向上的移动距离，实时计算起重臂的旋转角度。该测量方式为间接计算，对于配重块的位移距离值精度和PLC运算能力要求较高，若出现异常或误操作，无法确保监控系统的精度和即时性。
因此，现有技术的系统较为复杂，对于配重块、导向板等的装配精度和测量精度较高，且无法有效规避现场矿石砸落而导致的问题；间接测量、二次运算的方式无法有效规避测量精度差、误操作等实时监控问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种结构简单、效果良好的电铲起重臂位姿自适应安全监控系统及方法。
本发明是以如下技术方案实现的：电铲起重臂位姿自适应安全监控系统，包括设置在起重臂侧板上的倾角传感器盒子Ⅰ和设置在转台主体侧板上的倾角传感器盒子Ⅱ，所述倾角传感器盒子Ⅰ和倾角传感器盒子Ⅱ内设有倾角传感器，还包括控制器，所述控制器的输入端连接两个倾角传感器，所述控制器的输出端连接起重臂回落动力装置、提升电机和推压电机。
其进一步是：两处倾角传感器安装平面互相平行，且与地面垂直。
所述倾角传感器为双轴倾角传感器。
所述倾角传感器盒子Ⅰ包括安装底座、倾角传感器Ⅰ、盒盖和紧固件，所述安装底座固定在起重臂侧板上，所述倾角传感器Ⅰ通过盒盖和紧固件固定在安装底座上。
电铲起重臂位姿自适应安全监控方法，设定倾角传感器Ⅰ检测到的角度为α，既电铲设备的转台机构与作业面的角度；倾角传感器盒子Ⅰ内倾角传感器检测到的角度为β，则大臂与作业面的夹角为γ=α-β，还包括如下步骤：
S1、标定起重臂与作业面的初始夹角为γ0，作业过程中起重臂与作业面的夹角为γ1，起重臂的运动角度为Δγ=γ1-γ0；
S2、倾角传感器盒子Ⅱ内的倾角传感器实时监测起重臂位姿；
S3、判断起重臂倾角是否到达设定最大值，如果达到设定最大值，则控制起重臂回落，否则，进行下一步；
S4、判断Δγ是否小于2°，如果小于2°，则回到步骤S2，否则，限制提升机构的继续向上运动和推压机构的继续向前运动；
S5、判断Δγ是否小于等于5°，如果小于等于5°，则回到步骤S4；否则，限制提升机构的继续向上运动和推压机构的继续向前运动，然后回到步骤S2。
步骤S4中，降低提升机构向下运动和推压机构向后运动的最大速度为额定转速的40％
步骤S4中，降低提升机构向下运动和推压机构向后运动的最大速度为额定转速的10％。
本发明具有以下优点：本发明的电铲起重臂位姿自适应安全监控系统及方法，利用倾角传感器、直接测量起重臂相对于车体的角度，能有效规避间接测量、二次计算可能导致的精度差、低实时性问题；同时通过实时监控整机相对作业地面的平行度，为整机侧翻倾覆、挖掘作业过程中的水平震动幅度等提供监测和阈值报警，提高使用安全性。
附图说明
附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
在附图中：
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明倾角传感器盒子的结构示意图；
图3是本发明起重臂作业过程中倾角值示意图；
图4是本发明起重臂位姿的柔性自适应控制逻辑图。
图中：1、起重臂侧板，2、倾角传感器盒子Ⅰ，3、转台主体侧板，4、倾角传感器盒子Ⅱ，5、安装底座，6、倾角传感器Ⅰ，7、盒盖，8、紧固件。
需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
实施方式
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，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语 “上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1至图3所示的电铲起重臂位姿自适应安全监控系统，包括设置在起重臂侧板1上的倾角传感器盒子Ⅰ2和设置在转台主体侧板3上的倾角传感器盒子Ⅱ4，所述倾角传感器盒子Ⅰ2和倾角传感器盒子Ⅱ4内设有倾角传感器，还包括控制器，所述控制器的输入端连接两个倾角传感器，所述控制器的输出端连接起重臂回落动力装置、提升电机和推压电机。本发明的电铲起重臂位姿自适应安全监控系统及方法，分别在起重臂侧板和转台主体侧板上设置倾角传感器，利用倾角传感器分别测量相对运动机构的角度，通过简单计算两处的角度差值，实时监测电铲起重臂位姿信息,并利用大臂倾角值实时更新控制策略，实现起重臂在挖掘过程中的柔性自适应控制和安全监护。
如图1至图3所示的电铲起重臂位姿自适应安全监控系统，两处倾角传感器安装平面互相平行，且与地面垂直。所述倾角传感器为双轴倾角传感器。本发明的电铲起重臂位姿自适应安全监控系统，为了简化计算，保证监测精度和实时性，倾角传感器盒子Ⅰ（大臂处）装配在大臂侧板，倾角传感器盒子Ⅱ（转台处）装配在转台主体侧板，这两处传感器安装平面互相平行，且与地面垂直，同时，倾角传感器为双轴倾角传感器，可提高测量角度的准确性，保证结算结果的可靠性。
如图2所示的电铲起重臂位姿自适应安全监控系统，所述倾角传感器盒子Ⅰ2包括安装底座5、倾角传感器Ⅰ6、盒盖7和紧固件8，所述安装底座5固定在起重臂侧板1上，所述倾角传感器Ⅰ6通过盒盖7和紧固件8固定在安装底座5上。本发明的倾角传感器盒子Ⅰ和倾角传感器盒子Ⅱ结构相同，均包括安装底座、倾角传感器、盒盖和紧固件，安装底座预焊在起重臂侧板、转台主体侧板上，利用紧固件和盒盖固定传感器，可有效的保护传感器，同时也方便拆卸和维修。
如图4所示的电铲起重臂位姿自适应安全监控方法，挖掘作业过程中，利用倾角传感器实时监测起重臂位姿，通过限制提升/推压电机速度实现起重臂位姿的柔性自适应控制，避免撞车和斗杆掉落等危险作业行为，具体方法如下：
在挖掘作业过程中，电铲设备的转台机构与作业面保持一定角度α，既倾角传感器Ⅰ6检测到的角度为α；倾角传感器盒子Ⅰ2（大臂处）内倾角传感器检测到的角度为β，则大臂与作业面的夹角为γ=α-β，还包括如下步骤：
S1、标定起重臂与作业面的初始夹角为γ0，作业过程中起重臂与作业面的夹角为γ1，起重臂的运动角度为Δγ=γ1-γ0；
S2、倾角传感器盒子Ⅱ4内的倾角传感器实时监测起重臂位姿；
S3、判断起重臂倾角是否到达设定最大值，如果达到设定最大值，则控制起重臂回落，否则，进行下一步；
S4、判断Δγ是否小于2°，如果小于2°，则回到步骤S2，当系统监测到起重臂倾角Δγ≥2°时，限制提升机构的继续向上运动和推压机构的继续向前运动，降低提升机构向下运动和推压机构向后运动的最大速度为额定转速的40％；
S5、判断Δγ是否小于等于5°，如果小于等于5°，则回到步骤S4；当系统监测到起重臂倾角Δγ≥5°时，限制提升机构的继续向上运动和推压机构的继续向前运动，降低提升机构向下运动和推压机构向后运动的最大速度为额定转速的10％，然后回到步骤S2。
本发明的电铲起重臂位姿自适应安全监控系统及方法，技术方案相对简单可靠，利用倾角传感器、直接测量起重臂相对于地面的角度，能有效规避间接测量距离、二次迭代计算可能导致的精度差、低实时性问题，且通过设计传感器盒体，有效保护传感器，提高该技术方案的可靠性、适应性。
同时，该技术方案采用双轴倾角传感器，不仅可以监测起重臂在竖直方向的位姿，同时可通过传感器的水平方向的倾角值，实时监控整机相对作业地面的平行度，为整机侧翻倾覆、挖掘作业过程中的水平震动幅度等提供监测和阈值报警。且该传感器自带通讯功能，为后续的整机电控系统智能化、智慧矿山等预留接口，便于系统升级和作业数据采集等。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包含的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合同样意味着处于本发明的保护范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的实施例中，本领域技术人员能够根据获知的技术方案和本申请所要解决的技术问题，以组合的方式来使用。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。
Claims (7)
1.电铲起重臂位姿自适应安全监控系统，其特征在于：包括设置在起重臂侧板（1）上的倾角传感器盒子Ⅰ（2）和设置在转台主体侧板（3）上的倾角传感器盒子Ⅱ（4），所述倾角传感器盒子Ⅰ（2）和倾角传感器盒子Ⅱ（4）内设有倾角传感器，还包括控制器，所述控制器的输入端连接两个倾角传感器，所述控制器的输出端连接起重臂回落动力装置、提升电机和推压电机。
2.如权利要求1所述的电铲起重臂位姿自适应安全监控系统，其特征在于：两处倾角传感器安装平面互相平行，且与地面垂直。
3.如权利要求1所述的电铲起重臂位姿自适应安全监控系统，其特征在于：所述倾角传感器为双轴倾角传感器。
4.如权利要求1所述的电铲起重臂位姿自适应安全监控系统，其特征在于：所述倾角传感器盒子Ⅰ（2）包括安装底座（5）、倾角传感器Ⅰ（6）、盒盖（7）和紧固件（8），所述安装底座（5）固定在起重臂侧板（1）上，所述倾角传感器Ⅰ（6）通过盒盖（7）和紧固件（8）固定在安装底座（5）上。
5.电铲起重臂位姿自适应安全监控方法，其特征在于：设定倾角传感器Ⅰ（6）检测到的角度为α，既电铲设备的转台机构与作业面的角度；倾角传感器盒子Ⅰ（2）内倾角传感器检测到的角度为β，则大臂与作业面的夹角为γ=α-β，还包括如下步骤：
S1、标定起重臂与作业面的初始夹角为γ0，作业过程中起重臂与作业面的夹角为γ1，起重臂的运动角度为Δγ=γ1-γ0；
S2、倾角传感器盒子Ⅱ（4）内的倾角传感器实时监测起重臂位姿；
S3、判断起重臂倾角是否到达设定最大值，如果达到设定最大值，则控制起重臂回落，否则，进行下一步；
S4、判断Δγ是否小于2°，如果小于2°，则回到步骤S2，否则，限制提升机构的继续向上运动和推压机构的继续向前运动；
S5、判断Δγ是否小于等于5°，如果小于等于5°，则回到步骤S4；否则，限制提升机构的继续向上运动和推压机构的继续向前运动，然后回到步骤S2。
6.如权利要求5所述的电铲起重臂位姿自适应安全监控方法，其特征在于：步骤S4中，降低提升机构向下运动和推压机构向后运动的最大速度为额定转速的40％。
7.如权利要求5所述的电铲起重臂位姿自适应安全监控方法，其特征在于：步骤S4中，降低提升机构向下运动和推压机构向后运动的最大速度为额定转速的10％。
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