专利名称：一种履带起重机吊钩水平移动的控制装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种履带起重机的操作控制技术，具体说是在履 带起重机空钩或吊重作业时，使吊钩或所吊重物在同一高度水平 移动的控制装置和方法。
二
背景技术：
履带起重机在作业时，有时会要求吊钩或所吊的重物沿同一 高度水平移动。现有履带起重机上没有智能实现吊钩水平移动的 功能，实际操作中的吊钩水平移动都是靠司机手动单独控制变幅 巻扬与提升巻扬的配合来实现。
现有技术存在以下不足
1. 司机操作的人为因素对起重效果影响太大；
2. 受高度等条件的限制，在吊装时不容易操作；
3. 耗费时间，需要两个动作分别控制，并且需要实时调整；
4. 操作过程中容易产生误差，严重时会造成重大事故。
三
发明内容
本发明的目的是提供一种履带起重机吊钩水平移动的控制 装置和方法，能够使履带起重机在空钩或吊重作业时，保持吊钩 或所吊重物在同一高度水平移动。
本发明采用的技术方案是履带起重机吊钩水平移动的控制 装置包括PLC控制器、人机界面、操纵手柄和分别置于提升巻 扬和变幅巻扬液压泵上的比例电磁阀，PLC控制器通过CAN总 线与人机界面、操纵手柄连接，比例电磁阀和PLC控制器的PWM输出端连接。本发明还包括角度传感器、力矩限制器显示 屏和力矩限制器主机，力矩限制器主机通过CAN总线与控制器 连接，力矩限制器角度传感器与力矩限制器的模拟量端口连接， 力矩限制器显示屏通过另一路CAN总线与力矩限制器主机连 接。在臂头滑轮组上安装检测滑轮组转动圈数的编码器，编码器 的信号输出端与控制器频率量输入端口连接；在操作台上安装水 平移动开关，水平移动开关与控制器开关量输入端连接，控制器 接收编码器、操纵手柄、力矩限制器等设备的输入信号。
本发明的履带起重机吊钩水平移动的控制方法，是由编码器 向控制器提供臂头滑轮的转数信号，计算出出绳长度；由操纵手 柄向控制器提供变幅和起升巻扬的速度与方向信号；由力矩限制 器向控制器提供当前工况的臂长、角度、倍率、额定载荷等信号； 控制器通过预先设置的工况参数和编制的程序，经PID调节， 向分别置于提升巻扬和变幅巻扬液压泵上的比例电磁阀输出控 制信号，控制变幅巻扬和起升巻扬动作，实现对吊钩的水平移动 控制。控制器同时输出信息到CAN总线，人机界面从CAN总 线读取相应信息，通过人机界面分别观测提升巻扬和变幅巻扬的 垂直位移，也可以观测吊钩水平移动的位移。
本发明的工作过程
每次起重机工作前应在力矩限制器的显示屏上设置工况，其 中包括当前起重机的工况代码与倍率信息，设置完以后，力矩限 制器会显示当前工况的臂长、角度、倍率、额定载荷等信息。
当水平移动开关断开时，为非水平移动状态，变幅巻扬与提 升巻扬分别由单独的手柄控制。控制器根据各手柄提供的速度和 方向信号，向对应的比例电磁阀输出与速度信号成比例的控制电 流，从而控制变幅巻扬与提升巻扬液压泵的流量与方向。当水平移动开关接通时，为水平移动工作状态。变幅巻扬与 提升巻扬由同一个手柄控制，控制器根据操纵手柄提供的速度与
方向信号控制变幅巻扬与提升巻扬的动作，控制器通过CAN总 线读取力矩限制器的臂长、角度和倍率信息，通过臂长和角度信 息，可以计算出变幅作用下的垂直位移。同时控制器读取编码器 转数，计算出对应的出绳长度，再通过读取倍率信息，通过出绳 长度和倍率信息，计算出提升巻扬作用下的垂直位移，根据两者 在垂直方向位移的差值对输出电流大小进行PID调节，从而使
变幅在垂直方向的位移与吊钩在垂直方向的位移保持在一定的 误差范围之内。
本发明具有如下有益效果
1、 降低操作难度，方便驾驶员驾驶，驾驶员可通过人机界 面实时观察吊钩的水平与垂直位移，避免误操作。
2、 成本低，实现简单，通过CAN总线连接，安全可靠。
3、 节省操作时间，縮短有效位移，可提高工作效率。
4、 使用范围广，可应用于具有变幅巻扬与提升巻扬的同类 设备上。
四
图l为本发明的结构框图； 图2为本发明的电路原理图3为本发明人机界面的显示示意图； 图4为本发明的程序流程图。
五
具体实施例方式
本发明在臂头安装编码器用来检测臂头滑轮转过的圈数，与 控制器频率量输入端口连接。位于司机室左右操作台上的操纵手 柄，通过CAN总线与控制器连接，向控制器提供巻扬的速度与方向信号。人机界面为显示器，安装在司机室内，通过CAN总 线与控制器连接，用来显示提升巻扬和变幅巻扬的垂直位移与吊 钩的水平位移。力矩限制器的角度传感器位于臂架上，与力矩限 制器模拟量输入端口连接，能够实时显示当前起重机的臂架角 度。力矩限制器显示屏位于司机室内，通过CAN总线与力矩限 制器主机连接，可以通过力矩限制器显示屏设定工况，其中包括 当前工况下起重机的臂长与倍率信息。力矩限制实时发送起重机 当前的臂长、倍率、角度等信息。水平移动开关安装在司机室的 操作面板上，与控制器开关量输入连接，向控制器提供水平移动 指令。控制器与操纵手柄、人机界面、编码器，水平移动开关、 力矩限制器主机、比例电磁阀连接，安装在电控柜内。比例电磁 阀与控制器的PWM输出端连接，安装在提升系统和变幅系统液 压泵上，用于控制液压泵的排量。
图2为本发明实施例的电路原理图，控制器与各设备连接的 电路为电源经熔断器F分别连接控制器U1的1、 27、 41、 42、 13脚，编码器U2、左、右手柄U3、 U4、人机界面U5、力矩限 制器U8的1脚以及角度传感器U6、力矩限制器显示屏U7， U2、 U3、 U4、 U5分别经CAN总线连接Ul的39、 40脚，U6连接 U8的18脚，U7连接U8的30、 31脚，Ul的24脚接U8的10 脚、U1的25脚接U8的11脚，Ul的30脚接比例电磁阀Yl、 Ul的31脚接比例电磁阀Y2， Ul的61脚接水平移动开关Sl, Ul的2、 28脚、U8的2脚和Yl、 Y2、 Sl的另一端均接地。控 制器U1、力矩限制器主机U8、熔断器F安装在电控柜中。编码 器U2与臂头的滑轮组同轴的外齿咬合。左右操纵手柄U3、 U4 分别安装在左右操纵台上。人机界面U5安装在司机室座椅前方， 便于司机观测。比例电磁阀Yl, Y2分别安装在变幅巻扬液压泵上和提升巻扬液压泵上。水平移动开关si安装在操纵台面板上。
角度传感器U6安装在臂架上，以便检测臂架角度。力矩限制器 的显示屏U7安装在司机石座椅前方，便于司机操作与监测。
系统上电以后，预先编制的程序先对PLC控制器进行初始 化设置，主要包括CAN总线的初始化、各个变量的变量名定 义、通讯参数的设置以及各个变量的地址分配。然后等待釆集数 据。
每次起重机工作前必须在力矩限制器的显示屏上设置工况， 其中包括当前起重机的工况代码与倍率信息，设置完以后，力矩 限制器会显示当前工况的臂长、角度、倍率、额定载荷等信息。
当水平移动开关断开时，为非水平移动状态。此时操纵手柄 的左右方向控制变幅臂的升降。向右推动手柄，控制器根据手柄 的模拟输入信号，输出与降臂速度成比例的控制电流，此控制电 流控制降臂方向电磁阀比例开通，实现变幅臂的降臂动作；向左 推动手柄，控制器根据手柄的模拟输入信号，输出与升臂速度成 比例的控制电流，此控制电流控制升臂方向电磁阀比例开通，实 现变幅臂的升臂动作。
操纵手柄的前后方向控制巻扬吊钩的起落，向前推动手柄， 控制器根据手柄的模拟输入信号，输出与落钩速度成比例的控制 电流，此控制电流控制落钩方向电磁阀比例开通，实现吊钩的落 钩动作；向后拉动手柄，控制器根据手柄的模拟输入信号，输出 与起钩速度成比例的控制电流，此控制电流控制起钩方向电磁阀 比例开通，实现吊钩的落钩动作。此时PLC采集力矩限制器和 编码器的数据，但不做比较处理。
当水平移动开关接通时，为水平移动工作状态。提升和变幅 由手柄的前后方向同时控制，向前推动手柄，控制器根据手柄的模拟输入信号，同时控制落钩和升臂的动作，控制器分别输出与 落钩和升臂速度成比例的控制电流，同时控制落钩和升臂方向电 磁阀比例开通，实现落钩动作和起臂动作同时进行，保证吊钩水
平移动；向后拉手柄，控制器根据手柄的模拟输入信号，同时控 制起钩和降臂的动作，控制器分别输出与起钩和降臂速度成比例 的控制电流，同时控制起钩和降臂方向电磁阀比例开通，实现起 钩动作和降臂动作同时进行，保证吊钩水平移动。
与此同时，控制器通过CAN总线读取力矩限制器的臂长、 角度和倍率信息，通过臂长和角度信息，可以计算出当前吊钩的 变幅垂直位移hl。
计算公式hl=(L*sin 9 1-L*sin 6 2)，其中L为当前臂长，
ei为同步开关接通时的角度，0 2为同步状态臂运动时的角度。
同时控制器读取编码器转数，再通过读取倍率信息，计算出 对应的吊钩的起升垂直位移h2。
计算公式h2= (x/c*2nR)/n，其中X为编码器的计数值， c为滑轮转一圈时编码器的计数值，R为滑轮的半径，n为滑轮 组的倍率。
根据计算出的hl和h2，比较I (hl-k*h2) I <a， (K为比 例系数，a为设定的最小误差值)，若比较结果小于a，则不进行 调节，程序返回重新釆集数据，若比较结果大于a,把(hl-kA2) 值送给PID调整模块，程序进入PID调整模块，根据两者在垂 直方向位移的差值对输出电流大小进行PID调节，得到调节信 号，从而使臂头在垂直方向的位移与吊钩在垂直方向的位移保持 在一定的误差范围之内，达到吊钩水平移动的效果。
权利要求
1、一种履带起重机吊钩水平移动的控制装置，包括控制器、人机界面、操纵手柄和分别置于提升卷扬和变幅卷扬液压泵上的比例电磁阀，控制器通过CAN总线与人机界面、操纵手柄连接，比例电磁阀与控制器的PWM输出端连接，其特征是它还包括角度传感器、力矩限制器显示屏和力矩限制器主机，力矩限制器主机通过CAN总线与控制器连接，力矩限制器角度传感器与力矩限制器的模拟量端口连接，力矩限制器显示屏通过另一路CAN总线与力矩限制器主机连接；在臂头滑轮组上安装编码器，编码器的信号输出端与控制器频率量输入端口连接，在操作台上安装水平移动开关，水平移动开关与控制器开关量输入端连接，控制器接收编码器、操纵手柄、力矩限制器等设备的输入信号，通过程序计算，输出信号给比例电磁阀和人机界面，控制变幅和起升卷扬的运行状态，并提供显示数据。
2、 根据权利要求l所述的履带起重机吊钩水平移动的控制装置，其特征是控制器与各设备连接的电路为电源经熔断器F分别连接控制器(Ul)的1、 27、 41、 42、 13脚，编码器(U2)、左、右手柄(U3、 U4)、人机界面(U5)、力矩限制器(U8)的1脚以及角度传感器(U6)、力矩限制器显示屏(U7)， (U2、U3、 U4、 U5)分别经CAN总线连接(Ul)的39、 40脚，(U6)连接(U8)的18脚，(U7)连接(U8)的30、 31脚，(Ul)的24脚接(U8)的10脚、(Ul)的25脚接(U8)的11脚，(Ul)的30脚接比例电磁阀(Yl)、 (Ul)的31脚接比例电磁阀(Y2)，(m)的61脚接水平移动开关(Sl)， (Ul)的2、 28脚、(U8)的2脚和(Yl)、 (Y2)、 (Sl)的另一端均接地。 2
3、 一种履带起重机吊钩水平移动的控制方法，其特征是 由编码器向控制器提供臂头滑轮的转数信号，计算出出绳长度； 由操纵手柄向控制器提供变幅和起升巻扬的速度与方向信号；由 力矩限制器向控制器提供当前工况的臂长、角度、倍率、额定载 荷等信号；控制器通过预先设置的工况参数和编制的程序，经 PID调节，向分别置于提升巻扬和变幅巻扬液压泵上的比例电磁 阀输出控制信号，控制变幅巻扬和起升巻扬动作，实现对吊钩的 水平移动控制；控制器同时输出信息到CAN总线，人机界面从 CAN总线读取相应信息，通过人机界面可分别观测提升巻扬和 变幅巻扬的垂直位移，也可以观测吊钩水平移动的位移。
4、 根据权利要求3所述的履带起重机吊钩水平移动的控制 方法，其特征是所说的预先编制的程序是先对控制器进行初始 化设置，采集编码器计数信息和力矩限制器的角度、臂长、倍率 信息，计算出吊钩的变幅垂直位移hl和起升垂直位移h2，比较I (hl-k*h2) I <a，若比较结果小于a，则不进行调节，程序 返回重新采集数据；若比较结果大于a，则把比较结果(hl-kA2) 送给PID调整模块，程序进入PID调整模块，根据两者在垂直 方向位移的差值对输出电流大小进行PID调节，得到调节信号， 从而使臂头在垂直方向的位移与吊钩在垂直方向的位移保持在 一定的误差范围之内，达到吊钩水平移动的效果。
全文摘要
一种履带起重机吊钩水平移动的控制装置，包括控制器、人机界面、操纵手柄和比例电磁阀，控制器通过CAN总线与人机界面和操纵手柄连接，比例电磁阀与控制器的PWM输出端连接。它还包括角度传感器、力矩限制器显示屏、力矩限制器主机、编码器和水平移动开关，力矩限制器主机通过CAN总线与控制器连接，角度传感器与力矩限制器的模拟输入端连接，力矩限制器显示屏通过CAN总线与力矩限制器主机连接；编码器与控制器频率量输入端连接；水平移动开关与控制器开关量输入端连接。控制器接收输入信号，通过程序计算控制比例电磁铁来达到控制变幅卷扬和起升卷扬动作。本发明具有降低操作难度，方便驾驶；成本低，实现简单，安全可靠，可提高工作效率；使用范围广的有益果。
文档编号B66C13/48GK101537970SQ20091001122
公开日2009年9月23日 申请日期2009年4月21日 优先权日2009年4月21日
发明者刘志勇, 敏 王 申请人:抚顺挖掘机制造有限责任公司