臂架工作状态参数检测方法、设备、系统及工程机械的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种臂架工作状态参数检测方法、一种臂架载重判断方法、一种臂架工作状态参数检测设备、一种臂架载重判断设备、一种臂架工作状态参数检测系统以及一种工程机械，该方法包括：接收由角度传感器检测的n节臂架的每一节臂架的两端的弧面切线与地平面之间的角度数据以及由伸长量传感器检测的除第一节臂架外每一节臂架的臂架伸长量；以及根据所述角度数据和所述臂架伸长量计算臂架工作状态参数。本发明可以实时地、精确地计算臂架工作状态参数，提高了具有臂架的工程机械的安全性。
【专利说明】臂架工作状态参数检测方法、设备、系统及工程机械
【技术领域】
[0001]本发明涉及工程机械领域，具体地，涉及一种臂架工作状态参数检测方法、一种臂架载重判断方法、一种臂架工作状态参数检测设备、一种臂架载重判断设备、一种臂架工作状态参数检测系统以及一种工程机械。
【背景技术】
[0002]由于臂架(梯架)自身变形以及受实际工作环境的影响，其实际升高高度和幅度很难预先确定。例如，消防车辆一般设有可伸缩式云梯臂架或可折叠展开的臂架，带有工作斗、灭火装置等，以供消防人员登高进行灭火和营救被困人员，是高层建筑灭火以及抢险救援的主要设备。消防车的最主要工作性能体现在其可伸缩的云梯臂架或可折叠展开的臂架上，而臂架(梯架)的主要性能就是其可升高的高度以及可伸展的幅度。因此，精确、实时地计算臂架实际工作高度和幅度，对实现带有臂架的设备性能以及保证其工作安全性极为重要。
[0003]现有技术中，对臂架工作高度以及幅度计算方法为近似三角形计算方法。这种计算方法只通过检测臂架举起角度以及臂架伸出长度，从而近似得到臂架工作高度和幅度。但是，在实际工作环境下，由于受外载荷以及自身重量等多种因素的综合影响，臂架会发生一定的变形，使得臂架实际工作高度与理想高度、实际工作幅度与理想幅度存在很大偏差，存在安全隐患。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种臂架工作状态参数检测方法，该方法包括:接收由角度传感器检测的η节臂架的每一节臂架的两端的弧面切线与地平面之间的角度数据以及由伸长量传感器检测的除第一节臂架外每一节臂架的臂架伸长量；以及根据所述角度数据和所述臂架伸长量计算臂架工作状态参数。
[0005]此外，本发明还提供了一种臂架载重判断方法，该方法包括:根据预警约束条件、臂架工作斗的载重数据和当前的臂架工作状态参数判断所述工作斗的当前载重是否达到最大载重；以及在所述工作斗的当前载重达到最大载重的情况下，输出报警信号，其中所述臂架工作状态参数根据本发明提供的臂架工作状态参数检测方法来计算。
[0006]相应地，本发明又提供了一种臂架工作状态参数检测设备，该设备包括:接收器，用于接收由角度传感器检测的η节臂架的每一节臂架的两端的弧面切线与地平面之间的角度数据以及由伸长量传感器检测的除第一节臂架外每一节臂架的臂架伸长量；以及控制器，用于根据所述角度数据和所述臂架伸长量计算臂架工作状态参数。
[0007]相应地，本发明又提供了一种臂架载重判断设备，该设备包括:控制器，该控制器用于:根据预警约束条件、臂架工作斗的载重数据和当前的臂架工作状态参数判断所述工作斗的当前载重是否达到最大载重；以及在所述工作斗的当前载重达到最大载重的情况下输出报警信号，其中所述臂架工作状态参数根据本发明所提供的臂架工作状态参数检测方法来计算。
[0008]另外，本发明还提供了一种臂架工作状态参数检测系统，该系统包括:角度传感器用于检测η节臂架的每一节臂架的两端的弧面切线与地平面之间的角度；伸长量传感器用于检测除第一节臂架外每一节臂架的臂架伸长量；以及根据本发明所提供的臂架工作状态参数检测设备，该设备分别与所述角度传感器和所述伸长量传感器连接。
[0009]相应地，本发明提供了一种包括根据本发明所提供的臂架工作状态参数检测系统的工程机械。
[0010]采用本发明提供的臂架工作状态参数检测方法、设备、系统以及工程机械，可以通过接收由角度传感器检测的η节臂架的每一节臂架的两端的弧面切线与地平面之间的角度数据以及由伸长量传感器检测的除第一节臂架外每一节臂架的臂架伸长量来精确地计算臂架工作状态参数，利用计算得到的臂架工作状态参数可以精确计算臂架实际工作高度和幅度，提高了臂架工作的精确度和安全性。
[0011]并且，本发明提供的臂架载重判断设备和方法能够根据预警约束条件、臂架工作斗的载重数据和当前的臂架工作状态参数判断臂架工作斗的当前载重是否达到最大载重，在所述工作斗的当前载重达到最大载重的情况下进行报警，能够保证臂架工作斗的安全。
[0012]本发明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。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中:
[0014]图1是根据本发明的一种实施方式的臂架工作状态检测设备的示意图；
[0015]图2是根据本发明的一种实施方式的臂架工作状态的示意图；
[0016]图3是根据本发明的一种实施方式的臂架工作状态的等效图；
[0017]图4进一步示出了图3中所示的臂架实际位置的等效图；
[0018]图5进一步示出了图2-图4中所示的任一节臂架的两端的弧面切线与地平面之间的角度；
[0019]图6示出了根据本发明的一种实施方式计算臂架工作幅度值XtiJ^示意图；
[0020]图7示出了根据本发明的一种实施方式计算臂架工作高度值Ητη的示意图；
[0021]图8是根据本发明的一种实施方式的臂架工作状态检测方法的流程图；以及
[0022]图9是根据本发明的一种实施方式的臂架载重判断方法的流程图。
【具体实施方式】
[0023]以下结合附图对本发明的【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发明，并不用于限制本发明。
[0024]下文将以具有臂架的云梯消防车为例说明本发明的思想，但应该理解的是，本发明的臂架工作状态参数检测方法、设备、系统以及臂架载重判断设备和方法可以用于任何具有臂架的工程机械(例如，起重机等)，本发明对此并不限定。
[0025]图1是根据本发明的一种实施方式的臂架工作状态检测设备的示意图，如图1所示，该设备包括:接收器100，用于接收由角度传感器检测的η节臂架的每一节臂架的两端的弧面切线与地平面之间的角度数据以及由伸长量传感器检测的除第一节臂架外每一节臂架的臂架伸长量；以及控制器200，用于根据所述角度数据和所述臂架伸长量计算臂架工作状态参数。
[0026]具体来说，图2是根据本发明的一种实施方式的臂架工作状态的示意图。如图2所示，以具有三节臂架的云梯消防车为例(图2中示出的为具有三节臂架的云梯消防车)，其中臂架状态I为臂架理想位置(即没有发生变形)，臂架状态2臂架实际位置，第三节臂架的工作斗3的A处可以安装有称重传感器，以测量第三节臂架的工作斗3的当前载重。对于角度传感器的安装，可以根据实际情况进行选择，例如如图2所示，可以在三节臂架的第一节臂架的始末端、第二节和第三节臂架的末端分别安装角度传感器(如图2所示的B、C、D、E、F等处)，以用于检测每一节臂架的两端的弧面切线与地平面之间的角度，这样可以实现检测每一节臂架的两端的弧面切线与地平面之间的角度的同时所用角度传感器的数量最少，节约了资源。由于各节臂架为同步伸缩，即除第一节臂架外，每节臂架(例如第二、三节臂架)的伸长量是相同的，因此只需要在第一节臂架的末端或者第二节臂架的始端安装伸长量传感器，(例如，图2所示的D、E等处)，以用于检测除第一节臂架之外的每一节臂架的臂架伸长量Ls (例如，图2所示的第二节、第三节臂架的臂架伸长量Ls)，第一节臂架的臂架伸长量为固定值L。应当理解的是，本领域技术人员可以根据实际情况(例如，臂架类型、资金投入等)选择角度传感器、伸长量传感器、以及称重传感器的安装位置和数量，本发明对此不进行限定。
[0027]根据本发明的一种实施方式，接收器100可以接收所述角度传感器检测的η节臂架的每一节臂架的两端的弧面切线与地平面之间的角度数据以及所述伸长量传感器检测的除第一节臂架外每一节臂架的臂架伸长量。之后，与接收器100连接的控制器200可以根据所述角度数据和所述臂架伸长量计算臂架工作状态参数。
[0028]优选地，所述臂架工作状态参数可以包括:第η节臂架的工作斗底部所在平面距离地平面的臂架工作高度值Ητη;以及第η节臂架的工作斗始端距离臂架回转中心的臂架工作幅度值ΧΤη。应当理解的是，所述臂架工作状态参数也可以包括当前载重和/或最大载重等反映臂架状态的各种参数，本发明对此不进行限定。
[0029]如图2所示，假设臂架状态I为臂架理想位置(即没有发生变形)，臂架状态2为臂架实际位置，可以看出，如果采用现有技术中以臂架状态I来计算上述臂架工作状态参数会产生很大偏差。为了精确计算臂架工作高度值Ητη和臂架工作幅度值Χτη，本发明采用下述方法来计算臂架工作状态参数。
[0030]图3是根据本发明的一种实施方式的臂架工作状态的等效图。如图3所示，将图2中所示的臂架实际位置等效简化为图3所示的折线，其中臂架状态I为臂架理想位置，臂架状态2为臂架实际位置。图4进一步示出了图3中所示的臂架实际位置的等效图。图5进一步示出了图2-图4中所示的任一节臂架的两端的弧面切线与地平面之间的角度。图6示出了根据本发明的一种实施方式计算臂架工作幅度值Χτη的示意图。图7示出了根据本发明的一种实施方式计算臂架工作高度值Ητη的示意图。
[0031]根据本发明的一种实施方式，由于每一节臂架的臂架伸长量相同，所述臂架工作状态参数根据以下公式计算:
[0032]HTn=[L+(n_l)Ls].sin θ「(1η.cos θ n+1+h0_h2[0033]XTn=[L+(n_l)Ls].cos Θ ^dn.sin θ η+1-χ0+χ2
[0034]公式(I)
[0035]其中，n表示工程机械具有n节臂架，L为第一节臂架的臂架固定长度，Ls为除第一节臂架外每一节臂架的臂架伸长量(可以由所述伸长量传感器检测)，91和0?为第一节臂架和第η节臂架的角度数据(可以由所述角度传感器检测Xhtl和h2分别为第一节臂架始端距离地平面的高度和第η节臂架末端距离第η节臂架的工作斗3底部所在平面的高度(为固定值可以预先存储在控制器200中，或者也可以从系统中接收h。和h2的值)，Xc!和X2分别为第一节臂架始端距离臂架回转中心的幅度(即水平距离)和第η节臂架末端距离第η节臂架的工作斗始端的幅度(为固定值可以预先存储在控制器200中，或者也可以从系统中接收Xtl和X2的值)，dn为第η节臂架的臂架末端实际位置与第η节臂架的臂架末端理论位置之间的偏移量。
[0036]对于所述偏移量 <可以根据以下公式计算: [0037]dn ^ ( θ「Θ 2) [L+ (n-1) Ls] + ( θ 2- Θ 2) [L+ (n_2) Ls] +...+ ( θ η- Θ n+1) Ls
[0038]公式(2)
[0039]其中，.....θη+1为第一节臂架到第n节臂架的角度数据。
[0040]根据公式(I) (2)，控制器200可以计算出具有η节臂架的臂架工作幅度值Χτη&及臂架工作高度值HTn。
[0041]根据本发明的一种实施方式，仍以三节臂架为例，说明上述公式(I) (2)的推导过程。如图4所示，01、％和Ci3分别表示第一、第二和第三节臂架简化折线与臂架理论位置之间的夹角，d表示第三节臂架的臂架末端实际位置与第三节臂架的臂架末端理论位置之间的偏移量。图5进一步示出了图2-图4中所示的任一节臂架的两端的弧面切线与地平面之间的角度，其中91和ei+1分别表示该臂架的第i处(该节臂架的始端)和第i+Ι处((该节臂架的末端)所测得的角度数据，即对于三节臂架来说，测得的角度数据是91至04;ai表示该节臂架简化折线与臂架理论位置之间的夹角，Cli表示该节臂架末端的实际位置与臂架理论位置之间的位移量，即:
[0042]d= (L+2LS).sin a J+(L+Ls).sin a 2+Ls.sin a 3公式(3)
[0043]由于臂架末端由于变形发生的位移d与臂架长度或伸长量化或Ls)相比要小得多，因此可以认为:
[0044]a j w sin a j
[0045]a j ^ Θ Θ i+1公式(4)
[0046]将公式(4)代入公式(3)中，可以得到:
[0047]d ^ ( 9「Θ 2).(L+2LS) + ( 9 2_ Θ 3).(L+Ls) + ( θ 3_ Θ 4) * Ls
[0048]公式(5)
[0049]将公式(5)简化后可以得到:
[0050]d ^ ( Θ Θ 3).L+(2 Θ 厂 θ 2_ Θ 4).Ls公式(6)
[0051]由上述公式可知，位移量d可以根据检测到的角度数据和伸长量得出，下面可以进一步求得臂架工作状态参数(即臂架工作幅度值XTn，图6中以χτ示出，和臂架工作高度值ΗΤη，图7中以hT示出)。
[0052]如图6和图7所示，通过几何关系可以得出下式:
【权利要求】
1.一种臂架工作状态参数检测方法，其特征在于，该方法包括: 接收由角度传感器检测的η节臂架的每一节臂架的两端的弧面切线与地平面之间的角度数据以及由伸长量传感器检测的除第一节臂架外每一节臂架的臂架伸长量；以及根据所述角度数据和所述臂架伸长量计算臂架工作状态参数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述臂架工作状态参数包括: 第η节臂架的工作斗底部所在平面距离地平面的臂架工作高度值Ητη ;以及 第η节臂架的工作斗始端距离臂架回转中心的臂架工作幅度值Χτη。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述每一节臂架的臂架伸长量相同，所述臂架工作状态参数根据以下公式计算:
Hln= [L+ (n-l)Lj.sin Θ ^dn.cos Θ n+1+h0_h2
XTn=[L+ (n-l)Lj.cos Θ ^dn.sin Θ n+1_x0+x2 其中，L为第一节臂架的臂架固定长度，Ls为除第一节臂架外每一节臂架的臂架伸长量，91和θη为第一节臂架和第η节臂架的角度数据，Ilc^Ph2分别为第一节臂架始端距离地平面的高度和第η节臂架末端距离第η节臂架的工作斗底部所在平面的高度，Xtl和X2分别为第一节臂架始端距离臂架回转中心的幅度和第η节臂架末端距离第η节臂架的工作斗始端的幅度，dn为第η节臂架的臂架末端实际位置与第η节臂架的臂架末端理论位置之间的偏移量。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述偏移量Cln根据以下公式计算:
dn ( θ「Θ 2) [L+(n-1) Ls] + ( θ 2-Θ 3) [L+(n_2) Ls] +…+ ( θ η-Θ n+1) Ls 其中，Θ ^ Θ 2、θ......θ η+1为第一节臂架到第η节臂架的角度数据。
5.一种臂架载重判断方法，其特征在于，该方法包括: 根据预警约束条件、臂架工作斗的载重数据和当前的臂架工作状态参数，判断所述工作斗的当前载重是否达到最大载重；以及 在所述工作斗的当前载重达到最大载重的情况下，输出报警信号，其中所述臂架工作状态参数根据权利要求1-4中任一项所述的臂架工作状态参数检测方法来计算。
6.一种臂架工作状态参数检测设备，其特征在于，该设备包括: 接收器，用于接收由角度传感器检测的η节臂架的每一节臂架的两端的弧面切线与地平面之间的角度数据以及由伸长量传感器检测的除第一节臂架外每一节臂架的臂架伸长量；以及 控制器，用于根据所述角度数据和所述臂架伸长量计算臂架工作状态参数。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述臂架工作状态参数包括: 第η节臂架的工作斗底部所在平面距离地平面的臂架工作高度值Ητη ;以及 第η节臂架的工作斗始端距离臂架回转中心的臂架工作幅度值Χτη。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述每一节臂架的臂架伸长量相同，所述臂架工作状态参数根据以下公式计算:
Hln= [L+ (n-l)Lj.sin Θ ^dn.cos Θ n+1+h0_h2
XTn=[L+ (n-l)Lj.cos Θ ^dn.sin Θ n+1_x0+x2 其中，L为第一节臂架的臂架固定长度，Ls为除第一节臂架外每一节臂架的臂架伸长量，Θ工和θ n为第一节臂架和第η节臂架的角度数据，Iitl和h2分别为第一节臂架始端距离地平面的高度和第η节臂架末端距离第η节臂架的工作斗底部所在平面的高度，Xtl和X2分别为第一节臂架始端距离臂架回转中心的幅度和第η节臂架末端距离第η节臂架的工作斗始端的幅度，dn为第η节臂架的臂架末端实际位置与第η节臂架的臂架末端理论位置之间的偏移量。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述偏移量Cln根据以下公式计算:
dn ( θ「Θ 2) [L+(n-1) Ls] + ( θ 2-Θ 3) [L+(n_2) Ls] +…+ ( θ η-Θ n+1) Ls 其中，Θ ^ Θ 2、θ......θ η+1为第一节臂架到第η节臂架的角度数据。
10.一种臂架载重判断设备，其特征在于，该设备包括: 控制器，该控制器用于: 根据预警约束条件、臂架工作斗的载重数据和当前的臂架工作状态参数判断所述工作斗的当前载重是否达到最大载重；以及 在所述工作斗的当前载重达到最大载重的情况下输出报警信号，其中所述臂架工作状态参数根据权利要求1-4中任一项所述的臂架工作状态参数检测方法来计算。
11.一种臂架工作状态参数检测系统，其特征在于，该系统包括: 角度传感器，用于检测η节臂架的每一节臂架的两端的弧面切线与地平面之间的角度； 伸长量传感器，用于检测除第一节臂架外每一节臂架的臂架伸长量；以及根据权利要求6-9中任一项所述的臂架工作状态参数检测设备，该设备分别与所述角度传感器和所述伸 长量传感器连接。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，该系统还包括根据权利要求10所述的臂架载重判断设备，所述臂架载重判断设备与所述臂架工作状态参数检测设备连接。
13.一种包括权利要求11-12中任一项权利要求所述的臂架工作状态参数检测系统的工程机械。
【文档编号】G01B21/22GK103604408SQ201310595404
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月22日 优先权日:2013年11月22日
【发明者】罗玗琪, 周磊 申请人:长沙中联消防机械有限公司, 中联重科股份有限公司