專利名稱：一種履帶起重機塔式工況下的主鉤吊重方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于履帶起重機技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及履帶起重機在塔臂工況吊重作業(yè)時，可切換成主鉤進行吊重，并對塔臂工況下主鉤吊重參數(shù)進行顯示的一種工作方法。背景技術(shù)：
在履帶起重機主臂臂長相同的情況下，由于增加塔臂，受作業(yè)半徑等條件限制，不具備吊載大噸位重物的條件，并且由于作業(yè)半徑過大，致使使用者在塔式工況下想要進行大噸位吊重或小半徑作業(yè)只能更換工況，這樣嚴重影響了起重機的工作效率。如何實現(xiàn)履帶起重機在塔式工況下主鉤可以吊載重物并對塔臂工況下主鉤吊重相關(guān)參數(shù)進行顯示是履帶起重機吊重作業(yè)亟待解決的重要課題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在不改變起重機工況的前提下，通過力矩限制器、控制器等現(xiàn)有設(shè)備實現(xiàn)履帶起重機塔式工況下主鉤可以吊載重物并對塔臂工況下主鉤吊重相關(guān)參數(shù)進行顯示的功能，以解決履帶起重機塔式工況下不能吊載大噸位重物和小半徑進行作業(yè)的弊端，大大的提高起重機的工作效率。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明使用的設(shè)備包括:位于司機室顯示器上的力矩限制器人機界面、位于電控柜內(nèi)的力矩限制器主機、位于電控柜內(nèi)的PLC控制器、位于操縱臺上的左右操縱手柄、位于液壓泵上的比例電磁閥、安裝于主臂拉板上的主臂拉力傳感器、安裝于主臂架根部的主臂角度傳感器、安裝于塔臂拉板上的塔臂拉力傳感器和安裝于塔臂根部的塔臂角度傳感器；主臂拉力傳感器、塔臂拉力傳感器、主臂角度傳感器和塔臂角度傳感器分別與力矩限制器主機耦接；左右操縱手柄通過CAN總線與控制器耦接；主臂升電磁閥、塔臂升電磁閥、主臂降電磁閥、塔臂降電磁閥、主卷升電磁閥和副卷升電磁閥與PLC控制器的輸出端口耦接；傳感器將主臂所受拉力值、塔臂所受拉力值、主臂臂架角度和塔臂臂架角度分別經(jīng)力矩限制器主機輸入控制器，經(jīng)程序計算出主臂力矩和塔臂力矩，由控制器輸出到力矩限制器人機界面進行顯示；操縱手柄向PLC控制器提供主副卷揚的速度與方向信號，控制主臂、塔臂的升降和主副卷揚的提升；比例電磁閥與控制器的PWM輸出端藕接，安裝在主副卷揚系統(tǒng)的液壓泵和比例電磁閥上與PLC的輸出端口藕接，用于控制液壓泵和閥的排量。具體器件作用和計算方法:
(1)具體器件作用
①主臂角度傳感器U3:實時測量主臂臂架角度，用以計算主臂的力矩。②主臂拉力傳感器U5:實時測量主變幅所受的力，此力包括主鉤重量及塔臂重量。③塔臂角度傳感器U4:實時測量塔臂臂架角度，用以計算塔臂的力矩。④塔臂拉力傳感器U6:實時測量塔變幅所受的力，此力包括主鉤重量及塔鉤重量。⑵計算方法首先計算主臂拉板產(chǎn)生的力矩 PO:主臂下鉸點；
Pl:主變幅拉板上絞點；
P2:塔變幅拉板下鉸點(活動桅桿處)；
PO 到 P1P2 的垂線距離:Sl=pO_plp2func (plx, ply, p2x, p2y)其中，P2 坐標(p2x, p2y)根據(jù)主臂角度計算，Pl坐標(plx, ply)為結(jié)構(gòu)尺寸。p0_plp2func (plx, ply, p2x, p2y)計算如下: plp2a=p2y-ply
plp2b=plx-p2x
plp2c=(p2x-plx)氺ply+(ply-p2y)氺plx
p0_plp2func (plx, ply, p2x, p2y) =ABS (plp2c) /sqr (plp2a2+plp2b2)
主臂產(chǎn)生的 總力矩為:M1=S1*主臂拉板力Fl (由主臂拉力傳感器得出)
其次計算塔臂拉板產(chǎn)生的力矩 P28:塔臂下鉸點；
P36:塔變幅拉板上鉸點；
P30:塔變幅拉板下鉸點；(塔臂上撐架處)
P28到P30P36的垂線距離:
S2=p28_p30p36func (p30x, p30y, p36x, p36y)其中，P30 坐標(p30x, p30y)根據(jù)塔臂角度計算，P36坐標(p36x, p36y)為結(jié)構(gòu)尺寸。p28_p30p36func (p30x, p30y, p36x, p36y)計算如下: p30p36a=p36y-p30y
p30p36b=p30x-p36x
p30p36c=(p36x-p30x) *p30y+(p30y-p36y)*p30x
p28_p30p36func (p30x, p30y, p36x, p36y) =abs (p30p36c) /sqr (p30p36a2+p30p36b2)塔臂產(chǎn)生的總力矩為:M2=S2*塔臂拉板力F2 (由塔臂拉力傳感器得出)
再次計算臂架產(chǎn)生的力矩 主臂產(chǎn)生的力矩:M3=S1*主臂重量Gl ；
塔臂產(chǎn)生的力矩:M4=S2*塔臂重量G2 ；
再次確定力臂
主臂力臂:S3=C0S主臂角度Al*主臂長度LI (定值)+PO到回轉(zhuǎn)中心距離L (定值)
塔臂力臂:S4=S3+C0S塔臂角度A2*塔臂長度L2 (定值)
因此主副鉤吊重顯示:
Fm= (M1-M2-M3) /S3Fj = (M2-M4) /S40工作過程具體步驟如下:
1、在塔臂主副鉤吊重工況下，通過力矩限制器人機界面對主副鉤吊重選擇進行切換。當選擇主鉤吊重前，先將副鉤提升至副鉤高度限位，選擇主鉤吊重完成后，如果塔臂和主臂的固定夾角未達到要求角度，力矩限制器連續(xù)聲光報警，同時，發(fā)送限動信號到CAN總線上，限制主、副鉤動作，直到塔臂和主臂固定夾角達到要求角度，力矩限制器聲光報警解除，主鉤動作正常，副鉤不能動作。同時力矩限制器主機讀取到主鉤吊重選擇有效信號后，再通過讀取主臂拉力傳感器數(shù)值、主臂角度傳感器數(shù)值、塔臂角度傳感器數(shù)值等參數(shù)，計算出在當前塔臂工況下的主鉤吊重的載荷力矩等信息并發(fā)送到力矩限制器人機界面上進行顯示。2、在塔臂主副鉤吊重工況下，通過力矩限制器人機界面對主副鉤吊重選擇進行切換。當選擇副鉤吊重前，先將主鉤提升至主鉤高度限位，選擇副鉤吊重完成后，為正常塔臂工況，副鉤動作正常，主鉤不能動作。同時力矩限制器主機讀取到副鉤吊重選擇有效信號后，再通過讀取塔臂拉力傳感器數(shù)值、塔臂角度傳感器數(shù)值等參數(shù)，計算出在當前塔臂工況下的副鉤吊重的載荷力矩等信息并發(fā)送到力矩限制器人機界面上進行顯示。本發(fā)明具有如下有益效果:
1、改變了起重機塔式工況不能應用主鉤的局限性，大大的提升了起重機的使用效率。2、利用現(xiàn)有的PLC控制器和力矩限制器裝置，不增加任何成本，實現(xiàn)簡單；通過CAN總線連接，安全可靠。3、使用范圍廣，可應用于類似的設(shè)備上。四

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框 圖2為本發(fā)明的電路原理 圖3為本發(fā)明的計算方法流程 圖4為本發(fā)明的控制程序流程 圖5為本發(fā)明的顯示界面示意圖。五具體實施例方式 本發(fā)明使用的設(shè)備包括主臂拉力傳感器U5、塔臂拉力傳感器U6、主臂角度傳感器U3、塔臂角度傳感器U4、左操縱手柄U8、右操縱手柄U9、力矩限制器主機U7、力矩限制器人機界面U2、比例電磁閥U10、Ull、U12、U13、U14、U15和控制器Ul。安裝于主臂拉板上的主臂拉力傳感器U5與位于電控柜內(nèi)的力矩限制器主機U7藕接，用來測量當前主臂臂架、塔臂臂架、主鉤吊重和副鉤吊重所受拉力值；安裝于塔臂拉板上的塔臂拉力傳感器U6與力矩限制器主機U7藕接，用來測量當前塔臂臂架和副鉤吊重所受拉力值；安裝于主臂架根部的主臂角度傳感器U3與力矩限制器主機U7藕接，用于測量主臂臂架角度；安裝于塔臂架根部的塔臂角度傳感器U4與力矩限制器主機U7藕接，用于測量塔臂臂架角度。位于司機室內(nèi)的力矩限制器人機界面U2，通過CAN總線與力矩限制器主機U7藕接，對起重機的工況進行切換。位于司機室左右操作臺上的操縱手柄U8、U9，通過CAN總線與控制器Ul藕接，向控制器Ul提供主副卷揚的速度與方向信號。比例電磁閥U10、U11、U12、U13、U14、U15與控制器Ul的PWM輸出端藕接，安裝在主副卷揚系統(tǒng)的液壓泵和比例電磁閥與控制器Ul的輸出端口藕接，用于控制液壓泵和閥的排量。本發(fā)明的電路連接為:電源經(jīng)熔斷器FUfFUl I分別連接PLC控制器Ul (型號為力士樂RC6-9)的1、27、13、41、42腳、力矩限制器主機價(型號為赫斯曼IFLEX5)的I腳、力矩限制器人機界面U2、主臂角度傳感器U3、塔臂角度傳感器U4、主臂拉力傳感器U5、塔臂拉力傳感器U6、左操縱手柄U8、右操縱手柄U9。力矩限制器主機U7、左操縱手柄U8、右操縱手柄U9經(jīng)CAN總線連接控制器Ul的25、26腳，力矩限制器人機界面U2還通過CAN總線連接力矩限制器主機U7的10、11腳，主臂角度傳感器U3、塔臂角度傳感器U4、主臂拉力傳感器U5、塔臂拉力傳感器U6分別連接力矩限制器主機U7的模擬量輸入端口，主臂升電磁閥U10、主臂降電磁閥Ull、塔臂升電磁閥U12、塔臂降電磁閥U13、主卷升電磁閥U14、副卷升電磁閥U15分別連接控制器Ul的PWM輸出端口，控制器Ul的2、28腳接地，力矩限制器主機U7的48腳接地。程序控制流程為:
在力矩限制器人機界面U2帶主鉤塔式工況下，按主副鉤切換(主鉤:塔式工況下主鉤吊重；副鉤:塔式工況下副鉤吊重)如切換為主鉤吊重，力矩限制器人機界面出現(xiàn)提示界面:你確定要選擇塔式工況下主鉤吊重嗎？同時有確認和取消字樣。通過用戶再次確認后，方可選擇為塔式工況下主鉤吊重。主副鉤切換完成后，通過CAN總線向PLC控制器發(fā)送限動信號(工況確認)。塔式工況下主鉤吊重:通過主臂角度傳感器U3與塔臂角度傳感器U4得到主臂延長線與塔臂夾角，如果主臂延長線與塔臂夾角未達到23°，力矩限制器人機界面U2連續(xù)聲光報警，此時，需操作右操縱手柄U9進行塔臂升電磁閥U12或塔臂降電磁閥U13動作，當主臂延長線與塔臂夾角達到23°，力矩限制器人機界面聲光報警解除，此時，操作右操縱手柄U9不可進行塔臂升電磁閥U12或塔臂降電磁閥U13動作，力矩限制器主機U7通過CAN總線傳送控制信號給控制器Ul ;主臂延長線與塔臂夾角達到23°，通過主臂角度傳感器U3得到主臂角度，如果主臂角度大于等于上限80°時，操作右操縱手柄U9不可進行主臂升電磁閥UlO動作；如果主臂角度小于上限80°時，操作右操縱手柄U9可進行主臂升電磁閥UlO動作，力矩限制器主機U7通過CAN總線傳送控制信號給控制器Ul ;主臂延長線與塔臂夾角達到23°，如果主臂角度小于等于下限50°時，主臂降電磁閥Ull不能動作；如果主臂角度大于50°時，操作右操縱手柄U9可進行主臂降電磁閥Ull動作，力矩限制器主機U7通過CAN總線傳送控制信號給控制器Ul ;通過塔臂拉力傳感器U6得到副鉤重量，通過計算如果副鉤實際重量Fj小于等于副鉤鉤重且需將副鉤提升到接近副鉤上限位狀態(tài)，通過主臂拉力傳感器U5得到主鉤重量，通過計算如果Fm小于等于額定重量，操作右操縱手柄U9可進行主卷升電磁閥U14動作；如果Fm大于額定重量，操作右操縱手柄U9不可進行主卷升電磁閥U14動作，力矩限制器主機U7通過CAN總線傳送控制信號給控制器U1。滿足上述條件，方可進行塔式工況下主鉤吊重。塔式工況下副鉤吊重:通過主臂角度傳感器U3與塔臂角度傳感器U4得到主臂與塔臂夾角，如果主臂與塔臂夾角大于等于105°，操作右操縱手柄U9可進行主臂升電磁閥UlO或塔臂降電磁閥U13動作；如果主臂與塔臂夾角小于105°，操作右操縱手柄U9不可進行主臂升電磁閥UlO或塔臂降電磁閥U13動作，力矩限制器主機U7通過CAN總線傳送控制信號給控制器Ul ;切換到副鉤后，通過主臂角度傳感器U3得到主臂角度，如果主臂與塔臂夾角大于等于105°且主臂角度小于上限86°時，操作右操縱手柄U9可進行主臂升電磁閥UlO動作；如果主臂角度大于等于86°時，操作右操縱手柄U9不可進行主臂升電磁閥UlO動作，力矩限制器主機U7通過CAN總線傳送控制信號給控制器Ul ;通過塔臂角度傳感器U4得到塔臂角度，如果塔臂角度小于上限72°時，操作右操縱手柄U9可進行塔臂升電磁閥U12動作；如果塔臂角度大于等于72°時，操作右操縱手柄U9不可進行塔臂升電磁閥U12動作，力矩限制器主機U7通過CAN總線傳送控制信號給控制器Ul ;通過主臂拉力傳感器U5得到主鉤重量，如果主鉤實際重量Fm小于等于主鉤鉤重且需將主鉤提升到接近主鉤上限位狀態(tài)，通過塔臂拉力傳感器U6得到副鉤重量，通過計算如果副鉤實際重量Fj小于等于額定重量，操作左操縱手柄U8可進行副卷升電磁閥U16動作；如果副鉤實際重量Fj大于額定重量，操作左操縱手柄U8不可進行副卷升電磁閥U16動作，矩限制器主機U7通過CAN總線傳送控制信號給控制器Ul ;滿足上述條件，方可進行塔式工況下副鉤吊重。
權(quán)利要求
1.一種履帶起重機塔式工況下的主鉤吊重方法，使用的設(shè)備包括:位于司機室顯示器上的力矩限制器人機界面、位于電控柜內(nèi)的力矩限制器主機、位于電控柜內(nèi)的PLC控制器、位于操縱臺上的左右操縱手柄、位于液壓泵上的比例電磁閥、安裝于主臂拉板上的主臂拉力傳感器、安裝于主臂架根部的主臂角度傳感器、安裝于塔臂拉板上的塔臂拉力傳感器和安裝于塔臂根部的塔臂角度傳感器；其特征是:主臂拉力傳感器、塔臂拉力傳感器、主臂角度傳感器和塔臂角度傳感器分別與力矩限制器主機耦接；左右操縱手柄通過CAN總線與控制器耦接；主臂升電磁閥、塔臂升電磁閥、主臂降電磁閥、塔臂降電磁閥、主卷升電磁閥和副卷升電磁閥與PLC控制器的輸出端口耦接；傳感器將主臂所受拉力值、塔臂所受拉力值、主臂臂架角度和塔臂臂架角度分別經(jīng)力矩限制器主機輸入控制器，經(jīng)程序計算出主臂力矩和塔臂力矩，由控制器輸出到力矩限制器人機界面進行顯示；操縱手柄向PLC控制器提供主副卷揚的速度與方向信號，控制主臂、塔臂的升降和主副卷揚的提升。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的履帶起重機塔式工況下的主鉤吊重方法，其特征是:本發(fā)明的電路連接為:電源經(jīng)熔斷器FUfFUlI分別連接PLC控制器Ul的1、27、13、41、42腳、力矩限制器主機U7的I腳、力矩限制器人要界面U2、主臂角度傳感器U3、塔臂角度傳感器U4、主臂拉力傳感器U5、塔臂拉力傳感器U6、左操縱手柄U8、右操縱手柄U9，力矩限制器主機U7，左操縱手柄U8、右操縱手柄U9經(jīng)CAN總線連接控制器Ul的25、26腳，力矩限制器人機界面U2還通過CAN總線連接力矩限制器主機U7的10、11腳，主臂角度傳感器U3、塔臂角度傳感器U4、主臂拉力傳感器U5、塔臂拉力傳感器U6分別連接力矩限制器主機U7的模擬量輸入端口，主臂升電磁閥U10、主臂降電磁閥U11、塔臂升電磁閥U12、塔臂降電磁閥U13、主卷升電磁閥U14、副卷升電磁閥U15分別連接控制器Ul的PWM輸出端口，控制器Ul的2、28腳接地，力矩限制器主機U7的48腳接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的履帶起重機塔式工況下的主鉤吊重方法，其特征是:程序計算方法為: 首先計算主臂拉板產(chǎn)生的力矩 PO:主臂下鉸點；Pl:主變幅拉板上絞點； P2:塔變幅拉板下鉸點； PO到P1P2的距離:Sl=pO_plp2funC(plx，ply, p2x, p2y)其中，P2坐標根據(jù)主臂角度計算，Pl坐標為結(jié)構(gòu)尺寸； 主臂產(chǎn)生的總力矩為:M1=S1*主臂拉板力Fl ； 其次計算塔臂拉板產(chǎn)生的力矩 P28:塔臂下鉸點； P36:塔變幅拉板上鉸點； P30:塔變幅拉板下鉸點；(塔臂上撐架處) P28到P30P36的距離: S2=p28_p30p36func (p30x, p30y, p36x, p36y)其中，P30 坐標根據(jù)塔臂角度計算，P36 坐標為結(jié)構(gòu)尺寸； 塔臂產(chǎn)生的總力矩為:M2=S2*塔臂拉板力F2 再次計算臂架產(chǎn)生的力矩主臂產(chǎn)生的力矩:M3=S1*主臂重量Gl ； 塔臂產(chǎn)生的力矩:M4=S2*塔臂重量G2 ； 再次確定力臂 主臂力臂:S3=C0S主臂角度Al*主臂長度L1+P0到回轉(zhuǎn)中心距離L 塔臂力臂:S4=S3+C0S塔臂角度A2*塔臂長度L2 因此主副鉤吊重顯示:Fm= (M1-M2-M3) /S3Fj = (M2-M4) /S40
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的履帶起重機塔式工況下的主鉤吊重方法，其特征是:控制過程為:在塔臂主副鉤吊重工況下，通過力矩限制器人機界面對主副鉤吊重選擇進行切換，當選擇主鉤吊重前，先將副鉤提升至副鉤高度限位，選擇主鉤吊重完成后，如果塔臂和主臂的固定夾角未達到要求角度，力矩限制器連續(xù)聲光報警，同時，發(fā)送限動信號到CAN總線上，限制主、副鉤動作，直到塔臂和主臂固定夾角達到要求角度，力矩限制器聲光報警解除，主鉤動作正常，副鉤不能動作；同時力矩限制器主機讀取到主鉤吊重選擇有效信號后，再通過讀取主臂拉力傳感器數(shù)值、主臂角度傳感器數(shù)值、塔臂角度傳感器數(shù)值等參數(shù)，計算出在當前塔臂工況下的主鉤吊重的載荷力矩等信息并發(fā)送到力矩限制器人機界面上進行顯示；在塔臂主副鉤吊重工況下，通過力矩限制器人機界面對主副鉤吊重選擇進行切換，當選擇副鉤吊重前，先將主鉤提升至主鉤高度限位，選擇副鉤吊重完成后，為正常塔臂工況，副鉤動作正常，主鉤不能動作；同時力矩限制器主機讀取到副鉤吊重選擇有效信號后，再通過讀取塔臂拉力傳感器數(shù)值、塔臂角度傳感器數(shù)值等參數(shù)，計算出在當前塔臂工況下的副鉤吊重的載荷力矩等信息 并發(fā)送到力矩限制器人機界面上進行顯示。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種履帶起重機塔式工況下的主鉤吊重方法，包括力矩限制器人機界面、力矩限制器主機、PLC控制器、左右操縱手柄、液壓泵上的比例電磁閥、主臂拉力傳感器、主臂角度傳感器、塔臂拉力傳感器和塔臂角度傳感器；各傳感器分別與力矩限制器主機耦接；左右操縱手柄通過CAN總線與控制器耦接；各電磁閥與PLC控制器的輸出端口耦接；傳感器將主臂所受拉力值、塔臂所受拉力值、主臂臂架角度和塔臂臂架角度分別經(jīng)力矩限制器主機輸入控制器，經(jīng)程序計算出主臂力矩和塔臂力矩，由控制器輸出到力矩限制器人機界面進行顯示。本發(fā)明改變了起重機塔式工況不能應用主鉤的局限性，大大的提升了起重機的使用效率；利用現(xiàn)有裝置，不增加任何成本，實現(xiàn)簡單；通過CAN總線連接，安全可靠；使用范圍廣，可應用于類似的設(shè)備上。
文檔編號B66C13/18GK103171973SQ20131010305
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月28日
發(fā)明者劉志勇, 王敏, 董偉, 蒼國軍, 張劍 申請人:遼寧撫挖重工機械股份有限公司