一种起重机械臂架侧倾监控设备、系统、方法和工程机械的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种起重机械臂架侧倾监控设备、系统、方法和工程机械，该方法包括：计算起重机械臂架的梁的总侧倾力矩；接收臂架的当前回转角度；确定与当前回转角度相对应的临界侧倾力矩；将总侧倾力矩与临界侧倾力矩进行对比，在总侧倾力矩大于第一预定侧倾力矩的情况下，执行以下操作中的至少一者：控制报警装置进行报警；控制起重机械停止工作；所述第一预定侧倾力矩为所述临界侧倾力矩乘以第一预定百分比。本发明根据在起重机械臂架的梁上设置的应变传感器所测量的应变值计算得到的梁的总侧倾力矩来控制起重机械的操作，计算方法简单，监控方式直接有效，不仅实现了对起重机械臂架侧倾安全的准确性检测，而且提高了臂架侧倾力矩的测量精度。
【专利说明】一种起重机械臂架侧倾监控设备、系统、方法和工程机械
【技术领域】
[0001]本发明涉及工程机械的起重机械领域，具体地，涉及ー种起重机械臂架侧倾监控设备、系统、方法和工程机械。
【背景技术】
[0002]起重机械在货物起吊过程中、臂架回转过程中或是地面不平、受到风カ矩时，臂架将会受到侧倾カ矩的作用，对于长臂架起重机械或大吨位起重机械来说，侧倾カ矩的影响更为明显，严重时可能引起侧翻等安全事故。因此，对起重机械臂架侧倾カ矩的直接有效的检测非常重要。
[0003]现有技术中，起重机械的臂架侧倾安全方面的检测主要通过以下方法实现:1、在臂架对侧对称布置张カ装置，其中，该张カ装置包括张カ杆和张カ绳，并在张カ绳上串联拉カ传感器，从而获得臂架侧倾カ矩值；2、在起重机械上设置检测单元，该检测単元包括臂架长度传感器、臂架角度传感器、臂架回转速度传感器、吊重起升速度传感器、吊重压カ传感器、臂架底座水平仪及风速仪，通过这些传感器的測量值计算得到臂架侧倾カ矩值；3、在起重机回转马达上设置油压压カ传感器，通过进出油的压カ差计算得出臂架侧倾カ矩值。
[0004]以上技术方案提供的计算由桁架臂构成的臂架侧倾カ矩的设备，结构复杂，且对臂架的強度和稳定性有影响，并需要对臂架的整体设计重新进行校核或改善。此外，通过臂架底座的水平度传感器、臂架位姿传感器和吊重载荷传感器或马达油压传感器来计算侧倾カ矩，測量累积误差大，再加上计算误差，很难保证测量结果的准确性。此外，一般情况下，起重机械臂架包含两对及两对以上的对侧梁，并且每对对侧梁中的每个梁的侧倾カ矩的大小和方向都可能不同，所以有必要根据需要计算起重机械臂架的ー对或以上对侧梁的总侧倾カ矩。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种起重机械臂架侧倾监控设备、系统、方法和工程机械，用于解决起重机械臂架侧倾的安全检测的问题。
[0006]为了实现上述目的，本发明提供了一种用于计算起重机械臂架的梁的总侧倾カ矩的设备，该设备包括:接收装置，用于接收所述臂架的至少ー对对侧梁的应变值，该应变值至少包含所述至少一对对侧梁中的一梁的左侧应变值以及与该梁相対的一梁的右侧应变值；以及计算装置，用于根据所述应变值、所述至少一对对侧梁的截面积及对侧梁中性轴之间的距离，计算总侧倾カ矩。
[0007]相应地，本发明还提供了一种起重机械臂架侧倾监控设备，该设备包括:上述用于计算起重机械臂架的梁的总侧倾カ矩的设备，其中所述接收装置还用于接收所述臂架的当前回转角度；以及控制装置，用于:确定与所述当前回转角度相对应的临界侧倾カ矩；及将所述总侧倾カ矩与所述临界侧倾カ矩进行对比，并在所述总侧倾力矩大于第一预定侧倾カ矩的情况下，执行以下操作中的至少ー者:控制报警装置进行报警；及控制起重机械停止工作；其中，所述第一预定侧倾カ矩为所述临界侧倾カ矩乘以第一预定百分比。。
[0008]相应地，本发明还提供了一种起重机械臂架侧倾监控系统，该系统包括:上述起重机械臂架侧倾监控设备；多个应变传感器，用于测量所述应变值；以及角度传感器，用于检测所述臂架的回转角度。
[0009]相应地，本发明还提供了ー种工程机械，该工程机械包括上述起重机械臂架侧倾监控系统。
[0010]相应地，本发明还提供了一种用于计算起重机械臂架的梁的总侧倾カ矩的方法，该方法包括:接收所述臂架的至少ー对对侧梁的应变值，该应变值至少包含所述至少ー对对侧梁中的一梁的左侧应变值以及与该梁相対的一梁的右侧应变值；以及根据所述应变值、所述至少一对对侧梁的截面积及对侧梁中性轴之间的距离，计算总侧倾カ矩。
[0011]相应地，本发明还提供了ー种起重机械臂架侧倾监控方法，该方法包括:根据上述方法来计算起重机械臂架的梁的总侧倾カ矩；接收所述臂架的当前回转角度；确定与所述当前回转角度相对应的临界侧倾力矩；及将所述总侧倾カ矩与所述临界侧倾カ矩进行对比，并在所述总侧倾カ矩大于第一预定侧倾カ矩的情况下，执行以下操作中的至少ー者:控制报警装置进行报警；及控制起重机械停止工作；其中，所述第一预定侧倾カ矩为所述临界侧倾力矩乘以第一预定百分比。
[0012]通过上述技术方案，本发明根据在起重机械臂架的梁上设置应变传感器及根据通过该应变传感器所测量的应变值计算得到的臂架的梁的总侧倾力矩来控制起重机械的操作，计算方法简单，监控方式直接有效，不仅实现了对起重机械臂架侧倾安全的准确性检測，而且提高了臂架侧倾カ矩的測量精度。
[0013]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】
[0014]附图是用来提供对本发明的进ー步理解，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:
[0015]图1是本发明提供的用于计算起重机械臂架的梁的总侧倾カ矩的设备的结构示意图；
[0016]图2是本发明提供的起重机械臂架侧倾监控设备的结构示意图；
[0017]图3是本发明提供的起重机械臂架侧倾监控系统的结构示意图；
[0018]图4示意性地示出了在臂架的梁上设置应变传感器的示意图；
[0019]图5是本发明提供的在接收梁的单侧应变值的情况下计算起重机械臂架的梁的总侧倾カ矩的方法流程图；
[0020]图6是本发明提供的在接收梁的双侧应变值的情况下计算起重机械臂架的梁的总侧倾カ矩的方法流程图；
[0021]图7是本发明提供的起重机械臂架侧倾监控方法的流程图；以及
[0022]图8是本发明提供的另一起重机械臂架侧倾监控方法的流程图。
【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，并不用干限制本发明。
[0024]图1是本发明提供的用于计算起重机械臂架的梁的总侧倾カ矩的设备的结构示意图，如图1所示，该用于计算起重机械臂架的梁的总侧倾カ矩的设备包括接收装置100和计算装置200，接收装置100用于接收臂架的至少ー对对侧梁的应变值，计算装置200根据该应变值、对侧梁的截面积及对侧梁中性轴之间的距离来计算臂架的梁的总侧倾カ矩。
[0025]例如，当接收装置100用于接收臂架的一对对侧梁的应变值吋，该应变值包含该对对侧梁中的一梁的左侧应变值以及与该梁相対的一梁的右侧应变值，计算装置200根据该应变值、该对对侧梁的截面积及对侧梁中性轴之间的距离来计算臂架的梁的总侧倾力矩。
[0026]当接收装置100用于接收臂架的两对对侧梁的应变值，该应变值包含该两对中至少ー对对侧梁中的一梁的左侧应变值以及与该梁相対的一梁的右侧应变值，计算装置200根据该应变值、该两对对侧梁的截面积及对侧梁中性轴之间的距离来计算总侧倾カ矩。
[0027]于此，接收臂架的至少ー对对侧梁的应变值例如可以是接收臂架的一对对侧梁的应变值，也可以接收臂架的两对或两对以上对侧梁的应变值。具体来说，在接收臂架的ー对对侧梁的应变值的情况下，总侧倾力矩指的是臂架的一对对侧梁即两根梁的总侧倾カ矩，在接收臂架的两对或两对以上对侧梁的应变值的情况下，总侧倾カ矩指的是指两对或两对以上对侧梁。
[0028]为了便于说明，在下文中，本发明将以ー对对侧梁和两对对侧梁为例进行说明。
[0029]图2是本发明提供的起重机械臂架侧倾监控设备的结构示意图，如图2所示，该起重机械臂架侧倾监控设备不仅包括用于计算起重机械臂架的梁的总侧倾力矩的设备的接收装置100和计算装置200，还包括控制装置300，接收装置100还用于接收臂架的当前回转角度，控制装置300首先确定与当前回转角度相对应的临界侧倾カ矩，再将总侧倾カ矩与临界侧倾カ矩进行对比，并在总侧倾カ矩大于第一预定侧倾カ矩的情况下，执行以下操作中的至少ー者:控制报警装置(未示出)进行报警；控制起重机械停止工作。其中，控制装置300中设置ー数据库，回转角度与临界侧倾カ矩的对应关系存储在该数据库中，临界侧倾カ矩是指臂架处于某一回转角度的情况下在该回转角度所能承受的最大侧倾カ矩。临界侧倾カ矩可以通过理论计算、有限元仿真或实验得到。侧倾カ矩是侧向力所引起的カ矩。
[0030]具体来说，接收装置100在接收到臂架的至少ー对对侧梁的应变值和臂架的当前回转角度之后，首先由计算装置200计算出总侧倾カ矩，再由控制装置300根据当前回转角度从数据库中查找到与该当前回转角度相对应的临界侧倾カ矩，然后，控制装置300将计算装置200计算得到的总侧倾力矩与从数据库中查找到的临界侧倾カ矩进行对比，在总侧倾カ矩大于第一预定侧倾カ矩的情况下，控制装置300可以控制报警装置进行报警或者控制起重机械停止工作，或者在控制报警装置进行报警的同时控制起重机械停止工作。
[0031]进ー步地，在总侧倾力矩大于第一预定侧倾カ矩的情况下，若总侧倾力矩小于或等于第二预定侧倾カ矩，则控制装置300可以仅控制报警装置进行报警，若总侧倾カ矩大于第二预定侧倾カ矩，则控制装置300可以仅控制起重机械停止工作。当然，本发明并不限于此，例如，在总侧倾力矩大于第二预定侧倾カ矩的情况下，控制装置300也可以即控制报警装置进行报警又控制起重机械停止工作。
[0032]其中，第一预定侧倾カ矩为所述临界侧倾カ矩乘以第一预定百分比，第二预定侧倾カ矩为临界侧倾カ矩乘以第二预定百分比，于此，第二预定百分比大于第一预定百分比。
[0033]优选情况下，第一预定百分比可以设定为80%，第二预定百分比可以设定为90%，本领域技术人员可以理解的是，第一预定百分比和第二预定百分比可以根据实际情况进行调整。
[0034]其中，控制装置300所停止的工作可以为能够改变臂架的梁的侧倾载荷的操作，诸如，臂架回转操作和卷扬机构提升货物操作等。 [0035]图3是本发明提供的起重机械臂架侧倾监控系统的结构示意图，如图3所示，该系统包括起重机械臂架侧倾监控设备的接收装置100、计算装置200和控制装置300，还包括多个应变传感器400和角度传感器500，多个应变传感器400用于测量臂架的梁的应变值，角度传感器500用于测量臂架的回转角度。
[0036]其中，可以在臂架的至少ー对对侧梁上分別设置两个应变传感器400，也就是说也可以在臂架的四个梁上均分别设置两个应变传感器400，当然，也可以在臂架的一对对侧梁上分別设置ー个应变传感器400或者在臂架的四个梁上分別设置ー个应变传感器400。优选情况下，可以将应变传感器400设置在臂架的梁的底端，以达到较好的检测效果。
[0037]应变传感器400为可测量应变或应カ的传感器，诸如，电阻应变片、光纤光栅应变传感器等。
[0038]下面，结合图4对用于计算起重机械臂架的梁的总侧倾カ矩的设备的原理进行详细阐述:
[0039]对仅在一对对侧梁上设置应变传感器400的情況，该对对侧梁指的是图4中示出的梁401和403或者梁402和404，图4示意性地示出了在臂架的梁上设置应变传感器400的示意图，并且，图4还示意性地示出了在每个梁的左侧与右侧设置的应变传感器，例如，在应变传感器401-L为在梁401的左侧设置的应变传感器的情况下，应变传感器401-R为在梁401的右侧设置的应变传感器。
[0040]对于仅在臂架的至少ー对对侧梁中每ー梁的单侧设置的应变传感器的情况，总侧倾カ矩的计算方法如下:
[0041]
【权利要求】
1.一种用于计算起重机械臂架的梁的总侧倾カ矩的设备，其特征在干，该设备包括: 接收装置，用于接收所述臂架的至少ー对对侧梁的应变值，该应变值至少包含所述至少ー对对侧梁中的一梁的左侧应变值以及与该梁相対的一梁的右侧应变值；以及 计算装置，用于根据所述应变值、所述至少一对对侧梁的截面积及对侧梁中性轴之间的距离，计算总侧倾カ矩。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，在所述接收装置接收所述至少ー对对侧梁中每ー梁的单侧应变值的情况下，所述总侧倾カ矩计算方法如下:
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，在所述接收装置接收所述至少ー对对侧梁中每ー梁的双侧应变值的情况下，所述根据所述应变值、所述至少一对对侧梁的截面积及对侧梁中性轴之间的距离计算总侧倾カ矩包括: 根据所述应变值、所述至少一对对侧梁的截面积及对侧梁中性轴之间的距离，计算相对侧倾カ矩； 根据所述应变值、所述梁相对于其中性轴的截面惯性矩及所述梁的截面上的点相对于其中性轴的最大距离，计算所述至少一对对侧梁中每ー梁的侧倾力矩；以及 将所述相对侧倾力矩与所述至少一对对侧梁中每ー梁的侧倾カ矩之和相加，得到总侧倾カ矩。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述总侧倾カ矩计算方法如下:
5.一种起重机械臂架侧倾监控设备，其特征在干，该设备包括: 根据权利要求1-4中任一项权利要求所述的用于计算起重机械臂架的梁的总侧倾力矩的设备，其中所述接收装置还用于接收所述臂架的当前回转角度；以及控制装置，用于:确定与所述当前回转角度相对应的临界侧倾カ矩；及 将所述总侧倾カ矩与所述临界侧倾カ矩进行对比，并在所述总侧倾力矩大于第一预定侧倾カ矩的情况下，执行以下操作中的至少ー者: 控制报警装置进行报警；及 控制起重机械停止工作； 其中，所述第一预定侧倾カ矩为所述临界侧倾カ矩乘以第一预定百分比。
6.根据权利要求5所述的起重机械臂架侧倾监控设备，其特征在干，在所述总侧倾カ矩大于所述第一预定侧倾カ矩并小于或等于第二预定侧倾カ矩的情况下，所述控制装置控制报警装置进行报警，在所述总侧倾カ矩大于所述第二预定侧倾カ矩的情况下，所述控制装置控制起重机械停止工作，其中，所述第二预定侧倾カ矩为所述临界侧倾カ矩乘以第二预定百分比，所述第二预定百分比大于所述第一预定百分比。
7.根据权利要求5所述的起重机械臂架侧倾监控设备，其特征在于，所述工作包括能够改变所述臂架的梁的 侧倾载荷的操作，该操作包括所述臂架回转操作和卷扬机构提升货物操作。
8.—种起重机械臂架侧倾监控系统，其特征在干，该系统包括: 根据权利要求5至7中任一项权利要求所述的起重机械臂架侧倾监控设备； 多个应变传感器，用于测量所述应变值；以及 角度传感器，用于检测所述臂架的回转角度。
9.ー种工程机械，其特征在于，该工程机械包括权利要求8所述的系统。
10.一种用于计算起重机械臂架的梁的总侧倾カ矩的方法，其特征在于，该方法包括: 接收所述臂架的至少ー对对侧梁的应变值，该应变值至少包含所述至少一对对侧梁中的一梁的左侧应变值以及与该梁相対的一梁的右侧应变值；以及 根据所述应变值、所述至少一对对侧梁的截面积及对侧梁中性轴之间的距离，计算总侧倾カ矩。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在接收所述至少ー对对侧梁中每ー梁的单侧应变值的情况下，所述总侧倾カ矩计算方法如下:
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在接收所述至少ー对对侧梁中每ー梁的双侧应变值的情况下，所述根据所述应变值、所述至少一对对侧梁的截面积及对侧梁中性轴之间的距离计算总侧倾カ矩包括: 根据所述应变值、所述至少一对对侧梁的截面积及对侧梁中性轴之间的距离，计算相对侧倾カ矩；根据所述应变值、所述梁相对于其中性轴的截面惯性矩及所述梁的截面上的点相对于其中性轴的最大距离，计算所述至少一对对侧梁中每ー梁的侧倾力矩；以及 将所述相对侧倾力矩与所述至少一对对侧梁中每ー梁的侧倾カ矩之和相加，得到总侧倾カ矩。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述总侧倾カ矩计算方法如下:
14.ー种起重机械臂架侧倾监控方法，其特征在于，该方法包括: 根据权利要求10-13中任一项权利要求所述的方法来计算起重机械臂架的梁的总侧倾カ矩； 接收所述臂架的当前回转角度； 确定与所述当前回转角度相对应的临界侧倾カ矩；及 将所述总侧倾カ矩与所述临界侧倾カ矩进行对比，并在所述总侧倾力矩大于第一预定侧倾カ矩的情况下，执行以下操作中的至少ー者: 控制报警装置进行报警 '及 控制起重机械停止工作； 其中，所述第一预定侧倾カ矩为所述临界侧倾カ矩乘以第一预定百分比。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在所述总侧倾カ矩大于所述第一预定侧倾カ矩并小于或等于第二预定侧倾カ矩的情况下，所述控制装置控制报警装置进行报警，在所述总侧倾カ矩大于所述第二预定侧倾カ矩的情况下，所述控制装置控制起重机械停止工作，其中，所述第二预定侧倾カ矩为所述临界侧倾カ矩乘以第二预定百分比，所述第二预定百分比大于所述第一预定百分比。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述工作包括能够改变所述臂架的梁的侧倾载荷的操作，该操作包括所述臂架回转操作和卷扬机构提升货物操作。
【文档编号】B66C13/16GK103569867SQ201310572525
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年11月15日 优先权日:2013年11月15日
【发明者】任会礼, 高常春, 李复懿 申请人:中联重科股份有限公司