专利名称：一种履带起重机塔式工况下的主钩吊重方法
技术领域：
本发明属于履带起重机技术领域，具体涉及履带起重机在塔臂工况吊重作业时，可切换成主钩进行吊重，并对塔臂工况下主钩吊重参数进行显示的一种工作方法。背景技术：
在履带起重机主臂臂长相同的情况下，由于增加塔臂，受作业半径等条件限制，不具备吊载大吨位重物的条件，并且由于作业半径过大，致使使用者在塔式工况下想要进行大吨位吊重或小半径作业只能更换工况，这样严重影响了起重机的工作效率。如何实现履带起重机在塔式工况下主钩可以吊载重物并对塔臂工况下主钩吊重相关参数进行显示是履带起重机吊重作业亟待解决的重要课题。
发明内容
本发明的目的是在不改变起重机工况的前提下，通过力矩限制器、控制器等现有设备实现履带起重机塔式工况下主钩可以吊载重物并对塔臂工况下主钩吊重相关参数进行显示的功能，以解决履带起重机塔式工况下不能吊载大吨位重物和小半径进行作业的弊端，大大的提高起重机的工作效率。为了实现上述目的，本发明使用的设备包括:位于司机室显示器上的力矩限制器人机界面、位于电控柜内的力矩限制器主机、位于电控柜内的PLC控制器、位于操纵台上的左右操纵手柄、位于液压泵上的比例电磁阀、安装于主臂拉板上的主臂拉力传感器、安装于主臂架根部的主臂角度传感器、安装于塔臂拉板上的塔臂拉力传感器和安装于塔臂根部的塔臂角度传感器；主臂拉力传感器、塔臂拉力传感器、主臂角度传感器和塔臂角度传感器分别与力矩限制器主机耦接；左右操纵手柄通过CAN总线与控制器耦接；主臂升电磁阀、塔臂升电磁阀、主臂降电磁阀、塔臂降电磁阀、主卷升电磁阀和副卷升电磁阀与PLC控制器的输出端口耦接；传感器将主臂所受拉力值、塔臂所受拉力值、主臂臂架角度和塔臂臂架角度分别经力矩限制器主机输入控制器，经程序计算出主臂力矩和塔臂力矩，由控制器输出到力矩限制器人机界面进行显示；操纵手柄向PLC控制器提供主副卷扬的速度与方向信号，控制主臂、塔臂的升降和主副卷扬的提升；比例电磁阀与控制器的PWM输出端藕接，安装在主副卷扬系统的液压泵和比例电磁阀上与PLC的输出端口藕接，用于控制液压泵和阀的排量。具体器件作用和计算方法:
(1)具体器件作用
①主臂角度传感器U3:实时测量主臂臂架角度，用以计算主臂的力矩。②主臂拉力传感器U5:实时测量主变幅所受的力，此力包括主钩重量及塔臂重量。③塔臂角度传感器U4:实时测量塔臂臂架角度，用以计算塔臂的力矩。④塔臂拉力传感器U6:实时测量塔变幅所受的力，此力包括主钩重量及塔钩重量。⑵计算方法首先计算主臂拉板产生的力矩 PO:主臂下铰点；
Pl:主变幅拉板上绞点；
P2:塔变幅拉板下铰点(活动桅杆处)；
PO 到 P1P2 的垂线距离:Sl=pO_plp2func (plx, ply, p2x, p2y)其中，P2 坐标(p2x, p2y)根据主臂角度计算，Pl坐标(plx, ply)为结构尺寸。p0_plp2func (plx, ply, p2x, p2y)计算如下: 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)
主臂产生的 总力矩为:M1=S1*主臂拉板力Fl (由主臂拉力传感器得出)
其次计算塔臂拉板产生的力矩 P28:塔臂下铰点；
P36:塔变幅拉板上铰点；
P30:塔变幅拉板下铰点；(塔臂上撑架处)
P28到P30P36的垂线距离:
S2=p28_p30p36func (p30x, p30y, p36x, p36y)其中，P30 坐标(p30x, p30y)根据塔臂角度计算，P36坐标(p36x, p36y)为结构尺寸。p28_p30p36func (p30x, p30y, p36x, p36y)计算如下: p30p36a=p36y-p30y
p30p36b=p30x-p36x
p30p36c=(p36x-p30x) *p30y+(p30y-p36y)*p30x
p28_p30p36func (p30x, p30y, p36x, p36y) =abs (p30p36c) /sqr (p30p36a2+p30p36b2)塔臂产生的总力矩为:M2=S2*塔臂拉板力F2 (由塔臂拉力传感器得出)
再次计算臂架产生的力矩 主臂产生的力矩:M3=S1*主臂重量Gl ；
塔臂产生的力矩:M4=S2*塔臂重量G2 ；
再次确定力臂
主臂力臂:S3=C0S主臂角度Al*主臂长度LI (定值)+PO到回转中心距离L (定值)
塔臂力臂:S4=S3+C0S塔臂角度A2*塔臂长度L2 (定值)
因此主副钩吊重显示:
Fm= (M1-M2-M3) /S3Fj = (M2-M4) /S40工作过程具体步骤如下:
1、在塔臂主副钩吊重工况下，通过力矩限制器人机界面对主副钩吊重选择进行切换。当选择主钩吊重前，先将副钩提升至副钩高度限位，选择主钩吊重完成后，如果塔臂和主臂的固定夹角未达到要求角度，力矩限制器连续声光报警，同时，发送限动信号到CAN总线上，限制主、副钩动作，直到塔臂和主臂固定夹角达到要求角度，力矩限制器声光报警解除，主钩动作正常，副钩不能动作。同时力矩限制器主机读取到主钩吊重选择有效信号后，再通过读取主臂拉力传感器数值、主臂角度传感器数值、塔臂角度传感器数值等参数，计算出在当前塔臂工况下的主钩吊重的载荷力矩等信息并发送到力矩限制器人机界面上进行显示。2、在塔臂主副钩吊重工况下，通过力矩限制器人机界面对主副钩吊重选择进行切换。当选择副钩吊重前，先将主钩提升至主钩高度限位，选择副钩吊重完成后，为正常塔臂工况，副钩动作正常，主钩不能动作。同时力矩限制器主机读取到副钩吊重选择有效信号后，再通过读取塔臂拉力传感器数值、塔臂角度传感器数值等参数，计算出在当前塔臂工况下的副钩吊重的载荷力矩等信息并发送到力矩限制器人机界面上进行显示。本发明具有如下有益效果:
1、改变了起重机塔式工况不能应用主钩的局限性，大大的提升了起重机的使用效率。2、利用现有的PLC控制器和力矩限制器装置，不增加任何成本，实现简单；通过CAN总线连接，安全可靠。3、使用范围广，可应用于类似的设备上。四
图1为本发明的结构框 图2为本发明的电路原理 图3为本发明的计算方法流程 图4为本发明的控制程序流程 图5为本发明的显示界面示意图。五具体实施例方式 本发明使用的设备包括主臂拉力传感器U5、塔臂拉力传感器U6、主臂角度传感器U3、塔臂角度传感器U4、左操纵手柄U8、右操纵手柄U9、力矩限制器主机U7、力矩限制器人机界面U2、比例电磁阀U10、Ull、U12、U13、U14、U15和控制器Ul。安装于主臂拉板上的主臂拉力传感器U5与位于电控柜内的力矩限制器主机U7藕接，用来测量当前主臂臂架、塔臂臂架、主钩吊重和副钩吊重所受拉力值；安装于塔臂拉板上的塔臂拉力传感器U6与力矩限制器主机U7藕接，用来测量当前塔臂臂架和副钩吊重所受拉力值；安装于主臂架根部的主臂角度传感器U3与力矩限制器主机U7藕接，用于测量主臂臂架角度；安装于塔臂架根部的塔臂角度传感器U4与力矩限制器主机U7藕接，用于测量塔臂臂架角度。位于司机室内的力矩限制器人机界面U2，通过CAN总线与力矩限制器主机U7藕接，对起重机的工况进行切换。位于司机室左右操作台上的操纵手柄U8、U9，通过CAN总线与控制器Ul藕接，向控制器Ul提供主副卷扬的速度与方向信号。比例电磁阀U10、U11、U12、U13、U14、U15与控制器Ul的PWM输出端藕接，安装在主副卷扬系统的液压泵和比例电磁阀与控制器Ul的输出端口藕接，用于控制液压泵和阀的排量。本发明的电路连接为:电源经熔断器FUfFUl I分别连接PLC控制器Ul (型号为力士乐RC6-9)的1、27、13、41、42脚、力矩限制器主机价(型号为赫斯曼IFLEX5)的I脚、力矩限制器人机界面U2、主臂角度传感器U3、塔臂角度传感器U4、主臂拉力传感器U5、塔臂拉力传感器U6、左操纵手柄U8、右操纵手柄U9。力矩限制器主机U7、左操纵手柄U8、右操纵手柄U9经CAN总线连接控制器Ul的25、26脚，力矩限制器人机界面U2还通过CAN总线连接力矩限制器主机U7的10、11脚，主臂角度传感器U3、塔臂角度传感器U4、主臂拉力传感器U5、塔臂拉力传感器U6分别连接力矩限制器主机U7的模拟量输入端口，主臂升电磁阀U10、主臂降电磁阀Ull、塔臂升电磁阀U12、塔臂降电磁阀U13、主卷升电磁阀U14、副卷升电磁阀U15分别连接控制器Ul的PWM输出端口，控制器Ul的2、28脚接地，力矩限制器主机U7的48脚接地。程序控制流程为:
在力矩限制器人机界面U2带主钩塔式工况下，按主副钩切换(主钩:塔式工况下主钩吊重；副钩:塔式工况下副钩吊重)如切换为主钩吊重，力矩限制器人机界面出现提示界面:你确定要选择塔式工况下主钩吊重吗？同时有确认和取消字样。通过用户再次确认后，方可选择为塔式工况下主钩吊重。主副钩切换完成后，通过CAN总线向PLC控制器发送限动信号(工况确认)。塔式工况下主钩吊重:通过主臂角度传感器U3与塔臂角度传感器U4得到主臂延长线与塔臂夹角，如果主臂延长线与塔臂夹角未达到23°，力矩限制器人机界面U2连续声光报警，此时，需操作右操纵手柄U9进行塔臂升电磁阀U12或塔臂降电磁阀U13动作，当主臂延长线与塔臂夹角达到23°，力矩限制器人机界面声光报警解除，此时，操作右操纵手柄U9不可进行塔臂升电磁阀U12或塔臂降电磁阀U13动作，力矩限制器主机U7通过CAN总线传送控制信号给控制器Ul ;主臂延长线与塔臂夹角达到23°，通过主臂角度传感器U3得到主臂角度，如果主臂角度大于等于上限80°时，操作右操纵手柄U9不可进行主臂升电磁阀UlO动作；如果主臂角度小于上限80°时，操作右操纵手柄U9可进行主臂升电磁阀UlO动作，力矩限制器主机U7通过CAN总线传送控制信号给控制器Ul ;主臂延长线与塔臂夹角达到23°，如果主臂角度小于等于下限50°时，主臂降电磁阀Ull不能动作；如果主臂角度大于50°时，操作右操纵手柄U9可进行主臂降电磁阀Ull动作，力矩限制器主机U7通过CAN总线传送控制信号给控制器Ul ;通过塔臂拉力传感器U6得到副钩重量，通过计算如果副钩实际重量Fj小于等于副钩钩重且需将副钩提升到接近副钩上限位状态，通过主臂拉力传感器U5得到主钩重量，通过计算如果Fm小于等于额定重量，操作右操纵手柄U9可进行主卷升电磁阀U14动作；如果Fm大于额定重量，操作右操纵手柄U9不可进行主卷升电磁阀U14动作，力矩限制器主机U7通过CAN总线传送控制信号给控制器U1。满足上述条件，方可进行塔式工况下主钩吊重。塔式工况下副钩吊重:通过主臂角度传感器U3与塔臂角度传感器U4得到主臂与塔臂夹角，如果主臂与塔臂夹角大于等于105°，操作右操纵手柄U9可进行主臂升电磁阀UlO或塔臂降电磁阀U13动作；如果主臂与塔臂夹角小于105°，操作右操纵手柄U9不可进行主臂升电磁阀UlO或塔臂降电磁阀U13动作，力矩限制器主机U7通过CAN总线传送控制信号给控制器Ul ;切换到副钩后，通过主臂角度传感器U3得到主臂角度，如果主臂与塔臂夹角大于等于105°且主臂角度小于上限86°时，操作右操纵手柄U9可进行主臂升电磁阀UlO动作；如果主臂角度大于等于86°时，操作右操纵手柄U9不可进行主臂升电磁阀UlO动作，力矩限制器主机U7通过CAN总线传送控制信号给控制器Ul ;通过塔臂角度传感器U4得到塔臂角度，如果塔臂角度小于上限72°时，操作右操纵手柄U9可进行塔臂升电磁阀U12动作；如果塔臂角度大于等于72°时，操作右操纵手柄U9不可进行塔臂升电磁阀U12动作，力矩限制器主机U7通过CAN总线传送控制信号给控制器Ul ;通过主臂拉力传感器U5得到主钩重量，如果主钩实际重量Fm小于等于主钩钩重且需将主钩提升到接近主钩上限位状态，通过塔臂拉力传感器U6得到副钩重量，通过计算如果副钩实际重量Fj小于等于额定重量，操作左操纵手柄U8可进行副卷升电磁阀U16动作；如果副钩实际重量Fj大于额定重量，操作左操纵手柄U8不可进行副卷升电磁阀U16动作，矩限制器主机U7通过CAN总线传送控制信号给控制器Ul ;满足上述条件，方可进行塔式工况下副钩吊重。
权利要求
1.一种履带起重机塔式工况下的主钩吊重方法，使用的设备包括:位于司机室显示器上的力矩限制器人机界面、位于电控柜内的力矩限制器主机、位于电控柜内的PLC控制器、位于操纵台上的左右操纵手柄、位于液压泵上的比例电磁阀、安装于主臂拉板上的主臂拉力传感器、安装于主臂架根部的主臂角度传感器、安装于塔臂拉板上的塔臂拉力传感器和安装于塔臂根部的塔臂角度传感器；其特征是:主臂拉力传感器、塔臂拉力传感器、主臂角度传感器和塔臂角度传感器分别与力矩限制器主机耦接；左右操纵手柄通过CAN总线与控制器耦接；主臂升电磁阀、塔臂升电磁阀、主臂降电磁阀、塔臂降电磁阀、主卷升电磁阀和副卷升电磁阀与PLC控制器的输出端口耦接；传感器将主臂所受拉力值、塔臂所受拉力值、主臂臂架角度和塔臂臂架角度分别经力矩限制器主机输入控制器，经程序计算出主臂力矩和塔臂力矩，由控制器输出到力矩限制器人机界面进行显示；操纵手柄向PLC控制器提供主副卷扬的速度与方向信号，控制主臂、塔臂的升降和主副卷扬的提升。
2.根据权利要求1所述的履带起重机塔式工况下的主钩吊重方法，其特征是:本发明的电路连接为:电源经熔断器FUfFUlI分别连接PLC控制器Ul的1、27、13、41、42脚、力矩限制器主机U7的I脚、力矩限制器人要界面U2、主臂角度传感器U3、塔臂角度传感器U4、主臂拉力传感器U5、塔臂拉力传感器U6、左操纵手柄U8、右操纵手柄U9，力矩限制器主机U7，左操纵手柄U8、右操纵手柄U9经CAN总线连接控制器Ul的25、26脚，力矩限制器人机界面U2还通过CAN总线连接力矩限制器主机U7的10、11脚，主臂角度传感器U3、塔臂角度传感器U4、主臂拉力传感器U5、塔臂拉力传感器U6分别连接力矩限制器主机U7的模拟量输入端口，主臂升电磁阀U10、主臂降电磁阀U11、塔臂升电磁阀U12、塔臂降电磁阀U13、主卷升电磁阀U14、副卷升电磁阀U15分别连接控制器Ul的PWM输出端口，控制器Ul的2、28脚接地，力矩限制器主机U7的48脚接地。
3.根据权利要求1所述的履带起重机塔式工况下的主钩吊重方法，其特征是:程序计算方法为: 首先计算主臂拉板产生的力矩 PO:主臂下铰点；Pl:主变幅拉板上绞点； P2:塔变幅拉板下铰点； PO到P1P2的距离:Sl=pO_plp2funC(plx，ply, p2x, p2y)其中，P2坐标根据主臂角度计算，Pl坐标为结构尺寸； 主臂产生的总力矩为:M1=S1*主臂拉板力Fl ； 其次计算塔臂拉板产生的力矩 P28:塔臂下铰点； P36:塔变幅拉板上铰点； P30:塔变幅拉板下铰点；(塔臂上撑架处) P28到P30P36的距离: S2=p28_p30p36func (p30x, p30y, p36x, p36y)其中，P30 坐标根据塔臂角度计算，P36 坐标为结构尺寸； 塔臂产生的总力矩为:M2=S2*塔臂拉板力F2 再次计算臂架产生的力矩主臂产生的力矩:M3=S1*主臂重量Gl ； 塔臂产生的力矩:M4=S2*塔臂重量G2 ； 再次确定力臂 主臂力臂:S3=C0S主臂角度Al*主臂长度L1+P0到回转中心距离L 塔臂力臂:S4=S3+C0S塔臂角度A2*塔臂长度L2 因此主副钩吊重显示:Fm= (M1-M2-M3) /S3Fj = (M2-M4) /S40
4.根据权利要求1所述的履带起重机塔式工况下的主钩吊重方法，其特征是:控制过程为:在塔臂主副钩吊重工况下，通过力矩限制器人机界面对主副钩吊重选择进行切换，当选择主钩吊重前，先将副钩提升至副钩高度限位，选择主钩吊重完成后，如果塔臂和主臂的固定夹角未达到要求角度，力矩限制器连续声光报警，同时，发送限动信号到CAN总线上，限制主、副钩动作，直到塔臂和主臂固定夹角达到要求角度，力矩限制器声光报警解除，主钩动作正常，副钩不能动作；同时力矩限制器主机读取到主钩吊重选择有效信号后，再通过读取主臂拉力传感器数值、主臂角度传感器数值、塔臂角度传感器数值等参数，计算出在当前塔臂工况下的主钩吊重的载荷力矩等信息并发送到力矩限制器人机界面上进行显示；在塔臂主副钩吊重工况下，通过力矩限制器人机界面对主副钩吊重选择进行切换，当选择副钩吊重前，先将主钩提升至主钩高度限位，选择副钩吊重完成后，为正常塔臂工况，副钩动作正常，主钩不能动作；同时力矩限制器主机读取到副钩吊重选择有效信号后，再通过读取塔臂拉力传感器数值、塔臂角度传感器数值等参数，计算出在当前塔臂工况下的副钩吊重的载荷力矩等信息 并发送到力矩限制器人机界面上进行显示。
全文摘要
本发明公开了一种履带起重机塔式工况下的主钩吊重方法，包括力矩限制器人机界面、力矩限制器主机、PLC控制器、左右操纵手柄、液压泵上的比例电磁阀、主臂拉力传感器、主臂角度传感器、塔臂拉力传感器和塔臂角度传感器；各传感器分别与力矩限制器主机耦接；左右操纵手柄通过CAN总线与控制器耦接；各电磁阀与PLC控制器的输出端口耦接；传感器将主臂所受拉力值、塔臂所受拉力值、主臂臂架角度和塔臂臂架角度分别经力矩限制器主机输入控制器，经程序计算出主臂力矩和塔臂力矩，由控制器输出到力矩限制器人机界面进行显示。本发明改变了起重机塔式工况不能应用主钩的局限性，大大的提升了起重机的使用效率；利用现有装置，不增加任何成本，实现简单；通过CAN总线连接，安全可靠；使用范围广，可应用于类似的设备上。
文档编号B66C13/18GK103171973SQ20131010305
公开日2013年6月26日 申请日期2013年3月28日 优先权日2013年3月28日
发明者刘志勇, 王敏, 董伟, 苍国军, 张剑 申请人:辽宁抚挖重工机械股份有限公司