起重机安全控制系统和方法、力矩限制器以及起重机技术方案

本发明专利技术公开了起重机、力矩限制器、以及安全控制系统和方法。该系统包括：接收单元，用于接收起升卷扬的液压马达进出口压力油的压力差及变幅机构定动滑轮组之间的距离；控制器，用于根据液压马达进出口压力油的压力差计算起重机吊重，及根据变幅机构定动滑轮组之间的距离计算起重机工作幅度，并将计算得到的起重机吊重以及起重机工作幅度与预先设置的起重性能表进行比较，以在确定起重机吊装不安全的情况下限制起重机仅向安全的方向进行起重机吊装作业。本发明专利技术利用液压马达进出口压力油的压力差计算起重机吊重，利用变幅机构定动滑轮组之间的距离计算起重机工作幅度，吊重计算与幅度计算之间不存在耦合关系，从而使两者之间相互独立，便于计算。

【技术实现步骤摘要】
起重机安全控制系统和方法、力矩限制器以及起重机
本专利技术涉及工程机械，具体地，涉及一种起重机安全控制系统和方法、力矩限制器以及起重机。
技术介绍
为了保证例如起重机之类的大型工程机械的安全运行，力矩限制单元是类似的工程机械的必备器件。现有技术中，力矩限制单元一般包括传感器、显示器、以及例如单片机的控制器等等。传感器可以将采集到的信号传送到控制器，用以分析起重机当前作业状态，并与预先存储于力矩限制单元的起重性能表及臂架角度上、下限进行比较，确定起重机工作状态是否安全，如果安全的话可以继续进行吊装作业，一旦发现不安全，就可以触发控制信号进行声光报警，并限制起重机仅向安全方向进行吊装作业，以防止起重机事故发生，特别是防止超载事故发生。为了保证起重机安全作业，国际已经出台强制标准，要求起重机安装力矩限制单元。现有履带式起重机的力矩限制单元所采用的传感器为角度传感器和拉力传感器，其通常在臂架根部安装角度传感器，在变幅拉板处安装拉力传感器，控制器利用实时测量的臂架仰角与拉板力数据来计算起重机工作幅度、吊重等作业状态信息。计算模型通常将整个臂架系统视为刚体，通过计算臂架长度在水平面上的投影来获取工作幅度，并根据臂架上所有载荷对臂架根部铰点处的力矩和为零的关系来计算吊载重量。然而，起重机作业时，臂架结构在载荷作用下发生挠曲变形，臂架根部角度传感器所测角度为变形后角度，非理论计算所需的实际工作仰角。因此，力矩限制单元所采用的刚体模型与臂架实际情况存在差异，导致力矩限制单元的计算精度较低。为提高计算精度，目前也有模型考虑到臂架变形的影响，引入铁木辛柯梁理论与格构式构件等效惯性矩法，对履带起重机的臂架进行简化，并计算臂架的挠曲变形，从而对臂架根部角度进行修正。算法以修正的角度值和测量拉力值作为新的输入，得到新的吊重值和工作幅度值。这种技术中起重机吊重计算和工作幅度计算间相互耦合，关联关系过于复杂，对控制器性能要求较高。此外，现有技术均需要若干个拉力传感器，且拉力传感器的测量值会因偏载、侧载、背风、迎风等情况或是自身零部件的安装精度、装配偏差等导致测量的左、右拉板力不完全在计算模型所假设的变幅平面内，也会带来一定的计算误差。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种起重机、力矩限制器、以及安全控制系统和方法，以通过较少的器件和更简单的运算实现力矩限制的功能，且受风载和结构装配偏差等因素的干扰小，控制精度较高。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种起重机安全控制系统，该系统包括：接收单元，用于接收起升卷扬的液压马达进出口压力油的压力差以及变幅机构定动滑轮组之间的距离；控制器，用于根据所述液压马达进出口压力油的压力差计算起重机吊重，以及根据所述变幅机构定动滑轮组之间的距离计算起重机工作幅度，并将计算得到的所述起重机吊重以及所述起重机工作幅度与预先设置的起重性能表进行比较，以在确定起重机吊装不安全的情况下限制起重机仅向安全的方向进行起重机吊装作业。相应地，本专利技术提供了一种安全控制方法，该方法包括：接收起升卷扬的液压马达进出口压力油的压力差以及变幅机构定动滑轮组之间的距离；根据所述液压马达进出口压力油的压力差计算起重机吊重，以及根据所述变幅机构定动滑轮组之间的距离计算起重机工作幅度，并将计算得到的所述起重机吊重以及所述起重机工作幅度与预先设置的起重性能表进行比较，以在确定起重机吊装不安全的情况下限制起重机仅向安全的方向进行起重机吊装作业。相应地，本专利技术提供了一种力矩限制器，其特征在于，该力矩限制器包括所述的安全控制系统；该力矩限制器还包括：压力检测装置，用于检测起升卷扬的液压马达进出口压力油的压力差；长度/位移检测装置，用于检测变幅机构定动滑轮组之间的距离。相应地，本专利技术提供了一种起重机，该起重机包括所述的系统。本专利技术分别利用所述液压马达进出口压力油的压力差计算起重机吊重，利用所述变幅机构定动滑轮组之间的距离计算起重机工作幅度，吊重计算与幅度计算之间不存在耦合关系，从而使两者之间相互独立，便于计算。本专利技术减少了使用的传感器数量，对控制器性能的要求降低，从而更加节约成本，并且使得传感器的测量值以及吊重、幅度等计算值受风载和结构装配偏差等因素的影响小，计算精度较高。本专利技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是本专利技术提供的安全控制系统结构图；图2是本专利技术提供的履带式起重机在不同工况下的传感器布置位置图；图3是本专利技术提供的力矩限制计算框图；图4a是履带式起重机臂架系统各构件几何关系示意图，其中示出人字架变幅的主臂工况；图4b是履带式起重机臂架系统主臂臂头局部各构件几何关系示意图；图5a是履带式起重机臂架系统各构件几何关系示意图，其中示出桅杆变幅的塔臂工况；图5b是履带式起重机臂架系统主臂臂头局部各构件几何关系示意图，其中示出桅杆变幅的塔臂工况；图5c是履带式起重机臂架系统塔臂臂头局部各构件几何关系示意图；图6是本专利技术提供的安全控制流程图；图7是本专利技术提供的力矩限制器。附图标记说明1长度/位移传感器2压力传感器100接收单元200控制器300位移检测装置400压力检测装置500显示装置具体实施方式以下结合附图对本专利技术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专利技术，并不用于限制本专利技术。为了精确和快速地确定力矩限制的结果，并且减少传感器的数量，本专利技术提供了如图1所示的安全控制系统。该安全控制系统包括：接收单元100，用于接收起升卷扬的液压马达进出口压力油的压力差以及变幅机构定动滑轮组之间的距离；控制器200，用于根据所述液压马达进出口压力油的压力差计算起重机吊重，以及根据所述变幅机构定动滑轮组之间的距离计算起重机工作幅度，并将计算得到的所述起重机吊重以及所述起重机工作幅度与预先设置的起重性能表进行比较，以在确定起重机吊装不安全的情况下限制起重机仅向安全的方向进行起重机吊装作业。在起重机吊装的过程中，臂架、拉板、超起臂架、撑杆等结构件的长度均不会发生变化，而变幅机构定动滑轮组之间的距离会发生变化。变幅机构定动滑轮组可以由单个定滑轮和动滑轮组成，也可是多个定滑轮和多个动滑轮组成。为了使得吊重计算与幅度计算之间不存在耦合关系，可以一方面通过液压马达进出口压力油的压力差得到吊重，另一方面根据所述变幅机构定动滑轮组之间的距离计算起重机工作幅度、臂架角度。此外，还可以通过预先设定的起重性能表和臂架角度上、下限的查询比对，可以确定当前是否处于安全的状态。预先设定的起重性能表表示出起重机安全吊重范围与工作幅度范围的对应关系。液压马达进出口压力油的压力差以及变幅机构定动滑轮组之间的距离可以通过传感器检测得到。传感器的布置根据工况的不同而有所区别。如图2所示，对于人字架变幅的主臂工况a、桅杆变幅的主臂工况b、固定副臂工况c、塔臂工况d、主臂超起工况e、固定副臂超起工况f和塔臂超起工况g，长度/位移传感器1和压力传感器2的布置方案类似，长度/位移传感器布置在变幅机构定动滑轮组之间。需要说明的是，对塔臂工况d、主臂超起工况e、固定副臂超起工况f，存在2个可变幅之处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种起重机安全控制系统，其特征在于，该系统包括：接收单元，用于接收起升卷扬的液压马达进出口压力油的压力差以及变幅机构定动滑轮组之间的距离；控制器，用于根据所述液压马达进出口压力油的压力差计算起重机吊重，以及根据所述变幅机构定动滑轮组之间的距离计算起重机工作幅度，并将计算得到的所述起重机吊重以及所述起重机工作幅度与预先设置的起重性能表进行比较，以在确定起重机吊装不安全的情况下限制起重机仅向安全的方向进行起重机吊装作业。

【技术特征摘要】
1.一种起重机安全控制系统，其特征在于，该系统包括：接收单元，用于接收起升卷扬的液压马达进出口压力油的压力差以及变幅机构定动滑轮组之间的距离；控制器，用于根据所述液压马达进出口压力油的压力差计算起重机吊重，以及根据所述变幅机构定动滑轮组之间的距离计算起重机工作幅度，并将计算得到的所述起重机吊重以及所述起重机工作幅度与预先设置的起重性能表进行比较，以在确定起重机吊装不安全的情况下限制起重机仅向安全的方向进行起重机吊装作业。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，控制器，还用于根据所述变幅机构定动滑轮组之间的距离计算起重机臂架角度，并在计算得到的所述起重机臂架角度超出预先设置的臂架角度范围的情况下限制起重机仅向安全的方向进行起重机吊装作业。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，将计算得到的所述起重机吊重以及起重机工作幅度与预先设置的起重性能表进行比较包括：根据计算得到的所述起重机吊重以及预先设置的起重性能表得到计算得到的所述起重机吊重对应的起重机安全作业的工作幅度范围；或者根据计算得到的所述起重机工作幅度以及预先设置的起重性能表得到计算得到的所述起重机工作幅度对应的起重机安全作业的吊重范围；当计算得到的所述起重机工作幅度在所述起重机安全作业的工作幅度范围内的情况下确认起重机吊装安全，以及在计算得到的所述起重机工作幅度超出所述起重机安全作业的工作幅度范围的情况下，确认起重机吊装不安全；或者当计算得到的所述起重机吊重在所述起重机安全作业的吊重范围内的情况下确认起重机吊装安全，在计算得到的所述起重机吊重超出所述起重机安全作业的吊重范围的情况下确认起重机吊装不安全。4.根据权利要求1-3任意一项所述的系统，其特征在于，根据下式计算起重机吊重：其中M为起重机吊重，Am为起升卷扬的液压马达的工作效率，Vm为起升卷扬的液压马达的排量，ΔP为所述液压马达进出口压力油的压力差，A1为起升滑轮组的效率，n为起升滑轮组的倍率，R为卷筒半径，g为重力加速度。5.根据权利要求1-3任意一项所述的系统，其特征在于，在所述起重机具有人字架变幅的主臂工况的情况下，根据下式计算起重机主臂角度θ：在所述起重机具有人字架变幅的主臂工况的情况下，根据下式计算起重机主臂角度θ：在所述起重机具有人字架变幅的主臂工况的情况下，根据下式计算起重机工作幅度R：R＝Lzb·cosθ-xz·cosθ-yz·sinθ-XA；其中，以主臂根部铰点O为坐标原点，变幅平面内向前的水平方向为X轴，向上的竖直方向为Y轴建立整体坐标系XOY，XA为起重机回转中心A的X轴坐标，(XB，YB)为起重机变幅拉板上铰点B的坐标；在以起重机主臂顶点D为坐标原点o，指向起重机主臂根部铰点的臂架轴线方向为x轴正方向，变幅平面内与x轴垂直且向上为y轴建立主臂局部坐标系xoy，(xB，yB)为起重机变幅拉板上铰点B在主臂局部坐标系下的局部坐标，(xZ，yZ)为起重机起升滑轮组中心Z在主臂局部坐标系下的局部坐标，Lzb为起重机主臂长度。6.根据权利要求1-3任意一项所述的系统，其特征在于，在所述起重机具有桅杆变幅的塔臂工况的情况下，根据下式计算起重机主臂角度θzb与塔臂角度θtb：在所述起重机具有桅杆变幅的塔臂工况的情况下，根据下式计算起重机工作幅度R：R＝XE+Ltb·cos(θtb)-x′Z·cos(θtb)-y′Z·sin(θtb)-XA；其中，以主臂根部铰点O为坐标原点，变幅平面内向前的水平方向为X轴，向上的竖直方向为Y轴建立整体坐标系XOY，XA为起重机回转中心A的X轴坐标，(XB，YB)为起重机变幅拉板上铰点B的坐标，(XE，YE)为起重机主臂与起重机塔臂连接铰点E的坐标，(XH，YH)为起重机塔臂前拉板上铰点H的坐标；以起重机主臂顶点D为坐标原点o，指向起重机主臂根部铰点的臂架轴线方向为x轴正方向，变幅平面内与x轴垂直且向上为y轴建立主臂局部坐标系xoy，(xB，yB)为起重机变幅拉板上铰点B在主臂局部坐标系下的局部坐标；以起重机塔臂顶点D1为坐标原点o′，指向起重机塔臂根部铰点的臂架轴线方向为x′轴正方向，变幅平面内与x′轴垂直且向上为y′轴建立塔臂局部坐标系x′o′y′，(x′H，y′H)为起重机塔臂前拉板上铰点H在塔臂局部坐标系下的坐标，(x′Z，y′Z)为起重机吊钩滑轮中心Z在塔臂局部坐标系下的坐标；Lzb为起重机主臂长度；Ltb为起重机塔臂长度。7.一种起重机安全控制方法，其特征在于，该方法包括：接收起升卷扬的液压马达进出口压力油的压力差以及变幅机构定动滑轮组之间的距离；根据所述液压马达进出口压力油的压力差计算起重机吊重，以及根据所述变幅机构定动滑轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘小华，王惠科，尹莉，任会礼，钟懿，
申请(专利权)人：中联重科股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43