专利名称：支腿反力传感器、防倾翻控制系统及打支腿式工程机械的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及工程机械技术领域，特别是涉及一种支腿反力传感器、一种打支腿式工程机械的防倾翻控制系统及一种打支腿式工程机械。
背景技术：
打支腿式工程机械，例如混凝土泵车、消防云梯、随车起重机、汽车起重机等等，在工作时用四条支腿支撑整个工程机械及负载总重，车轮完全与地面脱离接触。由于路基不平、路基塌陷或遇软性路基等原因，打支腿式工程机械在作业时经常会发生倾翻事故；此夕卜，支撑臂架的变幅、回转等动作也会导致工程机械的重心发生变化，这也是导致工程机械倾翻的一个重要因素。为了防止工程机械在作业时发生倾翻事故，打支腿式工程机械通常通过力矩限制器来实现稳定性监测。力矩限制器通常包括压力传感器、长度传感器、角度传感器和控制器，压力传感器测量变幅油缸的油杆腔压力并依此计算载荷的重量，长度传感器测量臂架的长度，角度传感器测量臂架的变幅角度，控制器根据以上参数得到检测力矩，一旦该检测力矩达到工程机械的倾翻力矩阈值时，发出报警信号，提醒操作人员停止当前操作。现有技术存在的缺陷在于，力矩限制器不能准确、及时的反映出各支腿的受力情况及工程机械的安全状况，当操作员操作不当(例如突然启动、急停等动作)时，工程机械极易因较大的惯性而先产生倾翻；如果出现地面松软下陷、支腿液压锁泄露等情况，也极易在力矩限制器报警之前产生倾翻事故。
实用新型内容本实用新型提供了一种支腿反力传感器、一种打支腿式工程机械的防倾翻控制系统及一种打支腿式工程机械，用以准确、及时的反映出工程机械的稳定状况，提高工程机械的安全性。本实用新型支腿反力传感器，包括:弹性体，具有至少一个感测元件布置腔，以及位于中部的支腿油缸穿过孔和位于周边的一组安装孔，所述弹性体通过设置于一组安装孔的紧固件固定于支腿梁底部和支腿油缸法兰之间；对应设置于每一个感测元件布置腔内的形变感测元件；接线设备，与每一个形变感测元件信号连接且具有输出端口。优选的，所述弹性体具有与支腿油缸穿过孔连通的支腿油缸安全阀避让开口。 可选的，所述感测元件布置腔为圆通孔，数量为三个，所述三个圆通孔与支腿油缸安全阀避让开口均布于支腿油缸穿过孔的周向；所述形变感测元件为四个压阻应变片，分别贴附于圆通孔孔壁的45度方向、135度方向、225度方向和315度方向，并组成桥式电路。可选的，所述弹性体的下表面具有四个水平缺口，所述四个水平缺口均布于支腿油缸穿过孔的周向且相对支腿油缸安全阀避让开口对称分布，所述弹性体的上表面具有三个水平凹槽，每个水平凹槽位于相邻的两个水平缺口之间，所述三个水平凹槽与支腿油缸安全阀避让开口均布于支腿油缸穿过孔的周向；所述感测元件布置腔为盲孔，数量为六个，每一个盲孔位于相邻的一对水平缺口和水平凹槽的连接根部且通向弹性体的外侧；所述形变感测元件为两个压阻应变片，垂直交叉贴附于盲孔的底部，与水平方向呈45度夹角，组成桥式电路。可选的，所述感测元件布置腔为水平切槽，数量为四个，均布于支腿油缸穿过孔的周向且相对支腿油缸安全阀避让开口对称分布；所述形变感测元件为位于所述水平切槽内的压敏片。优选的，所述接线设备为与弹性体固定连接的接线盒，所述接线盒内部集成有模/数信号处理电路。本实用新型打支腿式工程机械的防倾翻控制系统，包括:对应每一条支腿所分别设置的如前述任一技术方案所述的支腿反力传感器，每个支腿反力传感器用于检测对应支腿所承受的支撑反力；控制装置，信号连接每一个支腿反力传感器的输出端口，用于当任两个相邻支腿的支撑反力之和小于设定的失稳阈值时，输出停止作业控制信号，控制工程机械的臂架停止作业，其中，所述设定的失稳阈值为工程机械处于设定的失稳临界状态时相邻两个支腿的支撑反力之和。优选的，所述控制装置，还用于当任一支腿的支撑反力不大于零时，输出常规报警信号；所述防倾翻控制系统还包括:与控制装置信号连接的报警装置，用于根据所述常规报警信号进行常规报警。优选的，所述报警装置，还用于根据所述停止作业控制信号进行危险报警；所述控制装置，还用于当常规报警持续时间或危险报警持续时间超过设定的时间阈值时，输出断电控制信号，控制工程机械断电。本实用新型打支腿式工程机械，包括前述任一技术方案所述的防倾翻控制系统。在本实用新型技术方案中，四个支腿反力传感器所检测的支撑反力之和即为工程机械和平台负载的总重，当任两个相邻支腿的支撑反力之和小于设定的失稳阈值时，控制装置可及时输出停止作业控制信号，控制工程机械的臂架停止作业。与现有技术相比，支腿反力传感器能够准确、及时的测量支腿的受力情况并反映整个工程机械的安全状况，控制装置输出的停止作业控制信号可及时控制工程机械的臂架停止作业，从而避免倾翻事故的发生，因此，工程机械的安全性得到大大提高。
图1a为本实用新型支腿反力传感器第一实施例的结构示意图；图1b为本实用新型支腿反力传感器第一实施例中感测元件布置腔及形变感测元件的结构示意图；图2a为本实用新型支腿反力传感器第二实施例的结构示意图；图2b为本实用新型支腿反力传感器第二实施例中感测元件布置腔及形变感测元件的结构示意图；图3为本实用新型支腿反力传感器第三实施例的结构示意图；图4为本实用新型支腿反力传感器安装位置示意图；图5为本实用新型防倾翻控制系统一实施例的结构示意图。附图标记:10-支腿反力传感器11-控制装置12-报警装置13-弹性体14-感测元件布置腔 15-支腿油缸穿过孔 16-安装孔17-支腿梁18-支腿油缸法兰19-形变感测元件20-接线设备21-输出端口22-支腿油缸安全阀避让开口 23-水平缺口24-水平凹槽25-紧固件通过孔
具体实施方式
为了准确、及时的反映出打支腿式工程机械的稳定状况，提高工程机械的安全性，本实用新型实施例提供了一种支腿反力传感器、一种打支腿式工程机械的防倾翻控制系统及一种打支腿式工程机械。在该技术方案中，每一条支腿上均设置有支腿反力传感器，四个支腿反力传感器所检测的支撑反力之和即为工程机械和平台负载的总重，当任两个相邻支腿的支撑反力之和小于设定的失稳阈值时，控制装置可及时输出停止作业控制信号，控制工程机械的臂架停止作业，大大提高了工程机械的安全性。下面以具体实施例并结合附图详细说明本实用新型。如图1a和图1b所示实施例，本实用新型支腿反力传感器，包括:弹性体13，具有至少一个感测元件布置腔14，以及位于中部的支腿油缸穿过孔15和位于周边的一组安装孔16，弹性体13通过设置于一组安装孔16的紧固件固定于支腿梁17底部和支腿油缸法兰18之间；对应设置于每一个感测元件布置腔14内的形变感测元件19 ；接线设备20，与每一个形变感测元件19信号连接且具有输出端口 21。支腿油缸穿过孔15可供支腿油缸在伸缩时穿过，安装孔16便于将支腿反力传感器固定。如图4所示，支腿反力传感器10通过紧固件固定于支腿梁17底部和支腿油缸法兰18之间，安装孔16的数量具体可以为四个，紧固件可采用螺栓，这样，支腿反力传感器10的安装位置较高，不易被损坏，也不易受路基状况或地面潮湿的影响，使用寿命较长。优选的，弹性体13具有与支腿油缸穿过孔15连通的支腿油缸安全阀避让开口 22。该支腿油缸安全阀避让开口 22可使支腿反力传感器通过支腿油缸的安全阀，避免与其发生碰撞，且便于安装。接线设备20优选采用与弹性体13固定连接的接线盒，接线盒内部集成有模/数信号处理电路。此外，也可以在弹性体的端部设置凹槽，将接线设备固定于弹性体端部的凹槽内。弹性体13可以采用高强度材料，例如钢、铁、铜、碳纤维等。在本实用新型技术方案中，弹性体13的具体形状，感测元件布置腔14的具体形状、数量，以及形变感测元件19的结构类型均不受限制，只要能够较准确的测出相应支腿所承受的支撑反力即可。为了使支腿反力传感器更好、更均匀的受力，使形变感测元件19更加准确、有效且全面的感测支腿所承受的支撑反力，本实用新型给出了较佳的三种实施例结构。图1a和图1b所示的实施例为本实用新型的第一个较佳实施例。该实施例支腿反力传感器的具体结构为:感测元件布置腔14为圆通孔，数量为三个，三个圆通孔与支腿油缸安全阀避让开口 22均布于支腿油缸穿过孔15的周向；形变感测元件19为四个压阻应变片，分别贴附于圆通孔孔壁的45度方向、135度方向、225度方向和315度方向，并组成桥式电路。该实施例中，弹性体13的外周形状为方形，感测元件布置腔14的具体形状、数量，以及形变感测元件19的结构设计可以使支腿反力传感器更好、更均匀的受力，检测结果更加准确、全面。图2a和图2b所示的实施例为本实用新型的第二个较佳实施例。该实施例支腿反力传感器的具体结构为:弹性体13的下表面具有四个水平缺口 23，四个水平缺口 23均布于支腿油缸穿过孔15的周向且相对支腿油缸安全阀避让开口 22对称分布，弹性体13的上表面具有三个水平凹槽24，每个水平凹槽24位于相邻的两个水平缺口 23之间，三个水平凹槽24与支腿油缸安全阀避让开口 22均布于支腿油缸穿过孔15的周向；感测元件布置腔14为盲孔，数量为六个，每一个盲孔位于相邻的一对水平缺口 23和水平凹槽24的连接根部且通向弹性体13的外侧；形变感测元件19为两个压阻应变片，垂直交叉贴附于盲孔的底部，与水平方向呈45度夹角，组成桥式电路。该实施例中，水平缺口 23与水平凹槽24使弹性体13具有“悬臂梁”式弹性结构，感测元件布置腔14的具体形状、数量，以及形变感测元件19的结构设计同样可以使支腿反力传感器更好、更均匀的受力，检测结果较为准确、全面。以上两个实施例中，电桥的形式不限，例如可以为全桥形式、半桥形式、1/4桥形式等等，优选采用全桥形式，通过电桥输出的mV或mA信号转换为压力变化(电桥的连接属于现有公知技术，在图中未示出)，检测结果更加快速、准确。由于硅胶具有较佳的弹性、粘性和绝缘性，因此，压阻应变片优选通过硅胶粘贴。图3所示的实施例为本实用新型的第三个较佳实施例。该实施例支腿反力传感器的具体结构为:感测元件布置腔14为水平切槽，数量为四个，均布于支腿油缸穿过孔15的周向且相对支腿油缸安全阀避让开口 22对称分布；形变感测元件19为位于水平切槽内的压敏片。该实施例中，压敏片的具体材质不限，优选采用陶瓷压敏片。四个陶瓷压敏片设置于方形弹性体13四角的水平切槽内，并且分别具有紧固件通过孔25。水平切槽和压敏片的具体形状不限，可采用常见的方形等。同理，由于该实施例中感测元件布置腔14的具体形状、数量，以及形变感测元件19的结构设计合理，支腿反力传感器可以更好、更均匀的受力，检测结果较为准确、全面。如图5所示，本实用新型实施例还提供了一种打支腿式工程机械的防倾翻控制系统，包括:对应每一条支腿所分别设置的的支腿反力传感器10 (即支腿反力传感器a，支腿反力传感器b，支腿反力传感器C，支腿反力传感器d，可采用图la、图2a和图3中的任意一种结构形式)，每个支腿反力传感器10用于检测对应支腿所承受的支撑反力；控制装置11，信号连接每一个支腿反力传感器10的输出端口，用于当任两个相邻支腿的支撑反力之和小于设定的失稳阈值时，输出停止作业控制信号，控制工程机械的臂架停止作业，其中，设定的失稳阈值为工程机械处于设定的失稳临界状态时相邻两个支腿的支撑反力之和。四个支腿反力传感器10所检测的支撑反力之和即为工程机械和平台负载的总重，当任两个相邻支腿的支撑反力之和小于设定的失稳阈值时，控制装置11可及时输出停止作业控制信号，控制工程机械的臂架停止作业，这时，臂架仅能作收回、往安全区域回转等动作，或者保持原状态不变。与现有技术相比，支腿反力传感器10能够准确、及时的测量支腿的受力情况并反映整个工程机械的安全状况，控制装置11输出的停止作业控制信号可及时控制工程机械的臂架停止作业，从而避免倾翻事故的发生。本实用新型技术方案可适用于路基不平、路基塌陷或软性路基等各种情形，工程机械的安全性得到大大提高。随着臂架的幅度、俯仰角度以及作业方位的不断变化，当相邻的两个支腿离开地面时，工程机械失稳。设定的失稳阈值是指工程机械处于设定的失稳临界状态时相邻两个支腿的支撑反力之和。该设定的失稳阈值具体可根据工程机械的规格参数、相关标准要求或者经验确定。例如，欧洲EN标准要求“相邻两条支腿不能离地或不能失去支撑反力”，经过力学模型分析，可以将设定的失稳阈值设为工程机械和平台负载总重的10%。作为一个较优的实施例，控制装置11，还用于当任一支腿的支撑反力不大于零时，输出常规报警信号；防倾翻控制系统还包括:与控制装置11信号连接的报警装置12，用于根据常规报警信号进行常规报警。打支腿式工程车辆在作业或者实验过程中，随着臂架的幅度、俯仰角度以及作业方位的不断变化，各个支腿的受力状况也在不断发生变化，经常会发生某个支腿离开地面微小间距，但这并不意味着工程机械失稳，因为此时还有另外三个支腿在支撑，工程机械仍然能够继续工作。但是，三条支腿支撑工程机械将会导致车架和回转支撑产生扭曲变形，从而影响到工程机械关键部件的使用寿命。当任一支腿的支撑反力不大于零时，控制装置11输出常规报警信号，报警装置12根据常规报警信号进行常规报警，这样，可以及时提示操作人员注意支腿的工作状态，调整臂架的幅度、俯仰角度以及作业方位在适当的作业范围内，因此该实施例所提供的技术方案还进一步延长了工程机械关键部件的使用寿命。例如，假设FK，Fe+1, Fe+2, Fk+3分别表示各个支腿的支撑反力，Fa表示四条支腿的支撑反力之和，也就是工程机械和平台负载的总重，则当FK，Fe+1,Fe+2, Fe+3任一不大于零时，控制装置11输出常规报警信号；当Σ (FK，Fe+1) /Fa, Σ (Fe+1, Fe+2) /Fa, Σ (Fe+2, Fe+3) /Fa, Σ (Fe+3, Fe) /Fa 中任一小于10%时，控制装置11输出停止作业控制信号。作为一个更优的实施例，报警装置12，还用于根据停止作业控制信号进行危险报
m.1=I ，控制装置11，还用于当常规报警持续时间或危险报警持续时间超过设定的时间阈值时，输出断电控制信号，控制工程机械断电。报警装置12根据停止作业控制信号进行危险报警，可以提示操作人员工程机械进入设定的失稳临界状态，控制装置11已经控制工程机械的臂架停止作业，此时，臂架仅能作收回、往安全区域回转等动作，或者保持原状态不变。如果常规报警持续时间或危险报警持续时间超过设定的时间阈值，控制装置11及时输出断电控制信号，控制工程机械断电，以避免事故的发生或者设备的损坏，该设定的时间阈值可以根据经验或实际情况确定，例如可以取30秒，I分钟或2分钟等。在本实用新型防倾翻控制系统的各实施例中，控制装置11可以采用DSP(digitalsignal processor,数字信号处理,简称DSP)控制器,也可以采用单片机或者嵌入式系统等等。各支腿反力传感器10可以将检测的压力值经过调理放大电路、模/数转换及变送电路转换成数字信号，然后通过CAN (Controller Area Network,控制器局域网，简称CAN)总线发送至控制装置11 ;也可以通过RS485总线、RS232串口方式发送至控制装置11，或者输出模拟信号，这里不作具体限定。报警装置12进行常规报警和危险报警的具体类型不限，但应使操作人员容易区分，例如，可以选用声光报警、文字显示报警或者图形显示报警等形式。本实用新型实施例还提供了一种打支腿式工程机械，包括前述任一实施例所述的防倾翻控制系统。其具体类型不限，例如可以为混凝土泵车、消防云梯、随车起重机、汽车起重机等等。支腿反力传感器能够准确、及时的测量支腿的受力情况并反映整个工程机械的安全状况，控制装置输出的停止作业控制信号可及时控制工程机械的臂架停止作业，从而避免倾翻事故的发生，因此，该打支腿式工程机械具有较高的安全性。显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求1.一种支腿反力传感器，其特征在于，包括: 弹性体(13)，具有至少一个感测元件布置腔(14)，以及位于中部的支腿油缸穿过孔(15)和位于周边的一组安装孔(16)，所述弹性体(13)通过设置于一组安装孔(16)的紧固件固定于支腿梁(17)底部和支腿油缸法兰(18)之间； 对应设置于每一个感测元件布置腔(14)内的形变感测元件(19)； 接线设备(20)，与每一个形变感测元件(19)信号连接且具有输出端口(21)。
2.如权利要求1所述的支腿反力传感器，其特征在于，所述弹性体(13)具有与支腿油缸穿过孔(15)连通的支腿油缸安全阀避让开口(22)。
3.如权利要求2所述的支腿反力传感器，其特征在于， 所述感测元件布置腔(14)为圆通孔，数量为三个，所述三个圆通孔与支腿油缸安全阀避让开口(22)均布于支腿油缸穿过孔(15)的周向； 所述形变感测元件(1 9)为四个压阻应变片，分别贴附于圆通孔孔壁的45度方向、135度方向、225度方向和315度方向，并组成桥式电路。
4.如权利要求2所述的支腿反力传感器，其特征在于， 所述弹性体(13)的下表面具有四个水平缺口(23)，所述四个水平缺口(23)均布于支腿油缸穿过孔(15)的周向且相对支腿油缸安全阀避让开口(22)对称分布，所述弹性体(13)的上表面具有三个水平凹槽(24)，每个水平凹槽(24)位于相邻的两个水平缺口(23)之间，所述三个水平凹槽(24)与支腿油缸安全阀避让开口(22)均布于支腿油缸穿过孔(15)的周向； 所述感测元件布置腔(14)为盲孔，数量为六个，每一个盲孔位于相邻的一对水平缺口(23)和水平凹槽(24)的连接根部且通向弹性体(13)的外侧； 所述形变感测元件(19)为两个压阻应变片，垂直交叉贴附于盲孔的底部，与水平方向呈45度夹角，组成桥式电路。
5.如权利要求2所述的支腿反力传感器，其特征在于， 所述感测元件布置腔(14)为水平切槽，数量为四个，均布于支腿油缸穿过孔(15)的周向且相对支腿油缸安全阀避让开口(22)对称分布； 所述形变感测元件(19)为位于所述水平切槽内的压敏片。
6.如权利要求1所述的支腿反力传感器，其特征在于，所述接线设备(20)为与弹性体(13)固定连接的接线盒，所述接线盒内部集成有模/数信号处理电路。
7.一种打支腿式工程机械的防倾翻控制系统，其特征在于，包括: 对应每一条支腿所分别设置的如权利要求1飞任一项所述的支腿反力传感器(10)，每个支腿反力传感器(10)用于检测对应支腿所承受的支撑反力； 控制装置(11 )，信号连接每一个支腿反力传感器(10)的输出端口，用于当任两个相邻支腿的支撑反力之和小于设定的失稳阈值时，输出停止作业控制信号，控制工程机械的臂架停止作业，其中，所述设定的失稳阈值为工程机械处于设定的失稳临界状态时相邻两个支腿的支撑反力之和。
8.如权利要求7所述的防倾翻控制系统，其特征在于，所述控制装置(11)，还用于当任一支腿的支撑反力不大于零时，输出常规报警信号；所述防倾翻控制系统还包括: 与控制装置(11)信号连接的报警装置(12)，用于根据所述常规报警信号进行常规报警。
9.如权利要求8所述的防倾翻控制系统，其特征在于，所述报警装置(12)，还用于根据所述停止作业控制信号进行危险报警； 所述控制装置(11)，还用于当常规报警持续时间或危险报警持续时间超过设定的时间阈值时，输出断电控制信号，控制工程机械断电。
10.一种打支腿式工程机械，其特征在于，包括如权利要7、中任一项所述的防倾翻控制系统。
专利摘要本实用新型公开了一种支腿反力传感器、一种防倾翻控制系统及一种打支腿式工程机械，以准确、及时的反映出工程机械的稳定状况，提高工程机械的安全性。所述支腿反力传感器，包括弹性体，具有至少一个感测元件布置腔，以及位于中部的支腿油缸穿过孔和位于周边的一组安装孔，所述弹性体通过设置于一组安装孔的紧固件固定于支腿梁底部和支腿油缸法兰之间；对应设置于每一个感测元件布置腔内的形变感测元件；接线设备，与每一个形变感测元件信号连接且具有输出端口。
文档编号B60R21/13GK203069298SQ20132008530
公开日2013年7月17日 申请日期2013年2月25日 优先权日2013年2月25日
发明者曾杨, 颜剑, 周润珈, 曹雷焕, 赵健, 彭少锋 申请人:中联重科股份有限公司