应用于工程机械的自动适应复杂路面的防倾覆装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种自动适应复杂路面的防倾覆方法及防倾覆装置，属于工程机械领 域。
【背景技术】
[0002] 工程机械作为特种车辆的品种之一，在楼宇建筑、道路施工、市政园林、油田开采、 灾害现场、搬运和起重等场所发挥重要作用，为社会经济发展做出重大贡献。然而，资料显 示，由于经验不足、误操作引起的工程机械倾覆事故每年都会发生，给人民的生命财产造成 重大损失。
[0003] 为了防止工程机械发生倾覆现象，国内工程机械通常采用的措施是：安装力矩限 制器；使用支腿作业时，将支腿牢固的支撑在坚实的水平地面上；使回转支撑平面保持水 平，其倾斜度不大于〇. 5% ;在工程机械上装有水平仪等。
[0004] 但是随着社会发展，人们对于工程机械的操作安全性、可靠性要求越来越高，对工 程机械的安全保护已经不限于力矩限制等基本功能，简单的利用力矩限制器防倾覆的方法 也满足不了人们的需求。而且现在施工现场环境复杂，比如地震救援现场，路面凹凸不平， 常规的支撑方式难以适应地面情况，更无法提供有效的防倾覆保护。
[0005] 鉴于此，需要设计一种防倾覆方法和装置，能够适应凹凸不平的路面，检测每个支 腿上承受的压力并自动控制单个支腿升降，及时报警提醒操作人员注意安全。
【发明内容】
[0006] 本发明针对工程机械防倾覆问题，提供一种防倾覆方法和装置，简单可靠，通过支 腿的升降自动适应不平路面，及时有效的防止工程机械倾覆的发生。
[0007] 本发明采用的技术方案为：
[0008] 一种应用于工程机械的自动适应复杂路面的防倾覆装置，包括安装在车体上的四 个支腿，，支腿结构及支腿液压缸安装位置均经过有限元分析优化，在车体上安装有位于每 个支腿上部和下部的限位开关、用于检测车体倾角的倾角传感器和控制四个支腿伸缩的液 压执行元件，在所述的液压执行元件上设有压力传感器；所述的限位开关、倾角传感器、压 力传感器均与控制器相连，其中倾角传感器、压力传感器带有CANopen接口，与控制器的通 讯方式采用CAN通讯。
[0009] 所述的控制器还与报警装置相连。
[0010] 所述的倾角传感器安装在车体回转平台上，实时检测车体的倾角，并将检测到的 车体倾角值发送给控制器。
[0011] 所述控制器为工程机械专用控制器，满足工程机械标准，可编程写入，具有接收传 感器数据，对数据按一定算法运算和比较的能力，可输出PWM控制信号控制液压执行元件。
[0012] 所述液压执行元件包括先导式电液比例方向阀和液压缸，先导式电液比例方向阀 可由PWM信号控制，所述的液压缸的缸体固定在车体上，经过有限元分析，得到了支腿结构 的危险部位和应力分布，根据分析结果，对液压缸固定位置进行了选择，即在支腿完全放下 的情况下，液压缸活塞杆尾端固定在支腿上半部的2/3处，且液压缸与支腿上半部的夹角 为38°最佳。对支腿的结构进行优化，优化结果表明，支腿结构的拐角在142°时，支腿承 受力最大。按照此位置安置支腿，使支腿受力时其内部压力分布最为均匀，由此增强支腿受 压能力，减小危害的发生。
[0013] 4个所述的压力传感器安装在4个支腿液压缸后端盖上，实时检测液压缸上腔的 压力，并向控制器发送压力信息。
[0014] 所述支腿可通过液压缸的伸缩运动控制其升降。
[0015] 所述的压力传感器和倾角传感器。工作可靠，寿命长，功耗低，测量精度高。所述 倾角传感器能测量双轴倾角变化，分辨率为±0. 03° (0. 05% )。所述压力传感器测量范围 按实际计算值确定，精确度在±0.3%。压力传感器和倾角传感器带有CANopen接口，与控 制器的连接采用CAN通讯，提高信号传输的可靠性，实时性，精简线束。可根据不同需要选 择传感器。
[0016] 上述装置的防倾斜方法，如下：
[0017] 1)、在工程机械施工前，压力传感器和倾角传感器分别检测到4个支腿液压缸压 力和车体倾角，向控制器发出信号；
[0018] 2)、控制器接收到信号并与预先设定的数值进行比较，当接收到信号超出预设值 后，控制器向液压执行元件发出控制命令；
[0019] 3)、液压执行元件接收到控制器命令后，控制单个支腿的升降，与此同时，控制器 实时接收传感器的信号，当接收到的信号在预设值范围之内，控制器停止向液压执行元件 发命令，支腿停止升降；
[0020] 4)、经过以上步骤，调整好支腿位置，控制车体倾斜度保持在0. 5%之内，控制4个 支腿压力在设定范围之内，工程机械即可进行施工作业；
[0021] 在施工过程中，传感器实时检测液压缸压力和车体倾角，向控制器发出信号。当检 测到某一支腿液压缸压力超出预设值后，则控制该支腿升降，使车体倾角及液压缸压力回 到安全范围之内，由此有效的防止车体倾覆。
[0022] 在调节单个支腿升降过程中，当支腿升降超过极限位置时，即支腿与地面的夹角 超出30° - 60°的范围，会触碰到限位开关，报警器发出报警，操作人员应停止作业。
[0023] 所述预先设定的数值包括车体的倾斜度以及支腿液压缸压力设定值；
[0024] 所述的车体倾斜度不大于0. 5%。
[0025] 所述支腿液压缸压力设置在最小设定压力Pmin与最大设定压力Pmax之间，设定压 力P是根据支腿的受力情况计算得到，假设N为支腿受力，N min为支腿最小受力，N _为支腿 的最大受力，Nmin和Nmax根据工程机械施工时的受力情况确定，且不同吨位、不同形状的工程 机械施工时，其值是不同的，具体公式如下：
[0026] 设定压力计算公式为：
【主权项】
1. 一种应用于工程机械的自动适应复杂路面的防倾覆装置，其特征在于，包括安装在 车体上的四个支腿，在车体上安装有位于每个支腿上部和下部的限位开关、用于检测车体 倾角的倾角传感器和控制四个支腿伸缩的液压执行元件，在所述的液压执行元件上设有压 力传感器；所述的限位开关、倾角传感器、压力传感器均与控制器相连，所述的控制器还与 报警装置相连。
2. 如权利要求1所述的应用于工程机械的自动适应复杂路面的防倾覆装置，其特征在 于，所述的倾角传感器安装在车体回转平台上，实时检测车体的倾角，并将检测到的车体倾 角值发送给控制器。
3. 如权利要求1所述的应用于工程机械的自动适应复杂路面的防倾覆装置，其特征在 于， 所述液压执行元件包括先导式电液比例方向阀和液压缸，先导式电液比例方向阀可由 PWM信号控制，所述的液压缸的缸体固定在车体上；在支腿完全放下的情况下，液压缸活塞 杆尾端固定在支腿上半部的2/3处，且液压缸与支腿上半部的夹角为38°。
4. 如权利要求1所述的应用于工程机械的自动适应复杂路面的防倾覆装置，其特征在 于，4个所述的压力传感器安装在4个支腿液压缸后端盖上，实时检测液压缸上腔的压力， 并向控制器发送压力信息。
5. 如权利要求1所述的应用于工程机械的自动适应复杂路面的防倾覆装置，其特征在 于，所述的倾角传感器和压力传感器均带有CANopen接口，与控制器的通讯方式采用CAN通 讯。
6. 如权利要求1所述的装置的防倾斜方法，其特征在于，如下： 步骤1、在工程机械施工前，压力传感器和倾角传感器分别检测到4个支腿液压缸压力 和车体倾角，向控制器发出信号； 步骤2、控制器接收到信号并与预先设定的数值进行比较，当接收到信号超出预设值 后，控制器向液压执行元件发出控制命令； 步骤3、液压执行元件接收到控制器命令后，控制单个支腿的升降，与此同时，控制器实 时接收传感器的信号，当接收到的信号在预设值范围之内，控制器停止向液压执行元件发 命令，支腿停止升降； 步骤4、经过以上步骤，调整好支腿位置，控制车体倾斜度保持在0. 5 %之内，控制4个 支腿压力在设定范围之内，工程机械即可进行施工作业。
7. 如权利要求1所述的装置的防倾斜方法，其特征在于，在调节单个支腿升降过程中， 当支腿升降超过极限位置时，即支腿与地面的夹角超出30° - 60°的范围，会触碰到限位 开关，报警器发出报警，操作人员应停止作业。
8. 如权利要求1所述的装置的防倾斜方法，其特征在于，所述预先设定的数值包括车 体的倾斜度以及支腿液压缸压力设定值； 所述的车体倾斜度不大于〇. 5% ; 所述支腿液压缸压力设置在最小设定压力？_与最大设定压力Pmax之间。
9. 如权利要求8所述的装置的防倾斜方法，其特征在于，所述的P _，Pniax的计算方法如 下： 假设N为支腿受力，Nmin为支腿最小受力，N max为支腿的最大受力，N min和N max根据工程 机械施工时的受力情况确定，且不同吨位、不同形状的工程机械施工时，其值是不同的，具 体公式如下： 设定压力计算公式为：
式（1)、⑵中，A为支腿液压缸内孔面积，d为液压缸内孔直径。 在所述支腿末端上部和下部分别安装限位开关，当支腿升降幅度超过一定值，触发限 位开关，控制器检测到开关量信息，发出报警指令。
【专利摘要】本发明公开了一种应用于工程机械的自动适应复杂路面的防倾覆装置及方法，用于带支腿的工程机械中，传感器实时检测支腿液压缸上腔工作压力和车体倾角，向控制器发送信号；控制器接收到信号并与预先设定的数值进行比较，当接收到信号超出预设值后，控制器向液压执行元件发出控制命令；通过液压执行元件控制单个支腿升降，达到自动适应复杂路面，防止车体倾覆的目的。当调节支腿达到极限位置时，则发出报警。本发明提供的防倾覆方法，使工程机械自动适应复杂路面，有效地防止工程机械作业时发生倾覆，防止了危险的发生，消除了安全隐患，结构简单。
【IPC分类】B66C23-88
【公开号】CN104876138
【申请号】CN201510223692
【发明人】万熠, 梁西昌, 寇彦芸, 赵修林, 宋峰, 刘红建
【申请人】山东大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月5日