一種履帶起重機重心及接地比壓顯示裝置和方法
2023-06-22 16:11:46
專利名稱：一種履帶起重機重心及接地比壓顯示裝置和方法
技術領域：
本發明涉及履帶起重機的輔助裝置，特別是在吊重作業時，對起重機重心及接地比壓實時顯示的裝置。
背景技術：
在履帶起重機所發生的重大安全事故中，由於承載地面塌陷而造成的起重機傾覆事故約佔事故總量的35%，事故的結果觸目驚心，損失巨大。而造成地面塌陷的主要原因就是因為在起重機工作時，對地面的承載能力沒有實時顯示與預警。在現有履帶起重機上都有控制器、人機界面和力矩限制器，利用現有設備並增加適當的裝置，實現履帶起重機重心及接地比壓的實時顯示與報警將會對安全生產提供重要幫助。
發明內容
本發明的目的是提供一種履帶起重機重心及接地比壓顯示裝置，通過增設履帶起重機的操作安全顯示裝置，實時顯示當前工況起重機的重心位置以及最大接地比壓，以提高履帶起重機的操作安全性。履帶起重機重心及接地比壓顯示裝置包括控制器、人機界面和力矩限制器，力矩限制器連接有力矩限制器角度傳感器、力矩限制器拉力傳感器和力矩限制器顯示屏，控制器通過CAN總線與人機界面、力矩限制器和力矩限制器顯示屏連接，本發明在轉臺上安裝與迴轉滾盤連接的迴轉編碼器，迴轉編碼器通過CAN總線與控制器連接。本發明的工作過程與和算法1.首先應在人機界面上對當前地面情況進行選擇，其次在力矩限制器的顯示器上設置工況，其中包括當前起重機的臂長等信息。確認工況後，可讀取到當前工況下車身各類參數，包括臂架長度，工作角度，各部重量，重心，迴轉角度等等；2.直接將各部分重量相加得到整車重，計算公式F = Am+Bm+Cm+Dm+Em+Fm+Gm+Hm，其中Am Hm分別是下車、迴轉平臺、轉臺配重、超起桅杆、超起配重、主臂、副臂和載重的重量，而F是整車的重量。各部分重量固化在程序中，載重量由力矩限制器實際檢測提供，力矩限制器通過讀取設置工況的信息和當前力矩限制器拉力傳感器與力矩限制器角度傳感器信息，計算出當前起重機的吊載重量。並將臂長、臂架角度、載荷等信息發送給控制器。通過該公式，可得到履帶起重機工作時整車重量。安裝在轉臺上的迴轉編碼器通過與迴轉滾盤內齒咬合，檢測出當前起重機的迴轉角度。3.利用整車重和重心可求得重力對兩坐標軸的力矩Mx，My,
整車重量位置相對於迴轉中心所在坐標系的橫向距離，計算公式
A A +B B +C C +D D +E E +F F +G G +H H
= —~—~—~m x Fm x~—~—~—本公式的作用是求得整車重量位置相
對於迴轉中心所在坐標系的橫向距離。其中Am Hm意義同上，而Ax Hx分別代表各部分質心位置到迴轉中心坐標系的橫向距離，該數據由當前起重機的工況所決定，在確定的工況下，可由固化在程序中的車體參數利用三角函數關係求得。a 整車整體重心位置距迴轉中心的橫向距離。4.整車重量位置相對於迴轉中心所在坐標系的縱向距離，計算公式 A A +B B +C C +D D +E E +F F +G G +H H
b= m y m y m y m V Fm V m y m y m y本公式的作用是求得整車重量位置相對
於迴轉中心所在坐標系的縱向距離。其中Am Hm意義同上，而Ay Hy分別代表各部分質心位置到迴轉中心坐標系的橫向距離，該數據由當前起重機的工況所決定，在確定的工況下，可由固化在程序中的車體參數利用三角函數關係求得。b 整車整體重心位置距迴轉中心的縱向距離。5.利用整車重和重心可求得重力對兩坐標軸的力矩Mx，My ；重力對坐標系X軸和 Y軸的力矩，計算公式MX = FXa，其中F和a意義同前，Mx是整車重與整車重心到迴轉重心坐標系橫向距離的乘積，是該力對坐標系X軸的力矩。計算公式My = FXb，其中F和a 意義同前，My是整車重與整車重心到迴轉重心坐標系縱向距離的乘積，是該力對坐標系Y軸的力矩。6.對於確定的工況，其軌距W和接地長度L已知，便可由已求得的變量和已知的幾何數據求出可能出現最大接地比壓的四個位置的外力值Fa，Fb, FC, Fd ；得到履帶起重機履帶
M Mv FM Mv F
架上最危險四個點所受的垂直壓力，計算公式巧^ = -^+^+7 .
99
ρ M M FM Mv F
c = 5 =此處Fa，Fb，Fc' Fd代表履帶起重機履帶架上最危險
四個點所受的垂直壓力，L 履帶架的接地長度，W 兩條履帶架的軌距，Mx、My、F的含義如
、r -7.利用一條履帶架上兩端的受力計算得到該二力合力在該條履帶架上的位置，計
up —F )
--el= 2(Fa+Fb) *麼、一白勺$力+十冑 導至B亥二力☆力￠.1
履帶架上的位置。公式中el是FA與FB的合力相對於X軸的距離，其它各參數意義同上。同理，可求得另一條履帶架上的e2，此處不再贅述。
F F 6e8.求得履帶架上受力最大點處的接地比壓，計算公式P =^^(1士I)本公
式的作用是求得履帶架上受力最大點處的接地比壓，ο 履帶架上危險位置的接地比壓，b: 履帶板的寬度，其它參數竟義同前。9.得出當前起重機的重心位置與接地比壓，並將當前接地比壓與預先設置的當前地面最大承載能力進行比較，通過顯示器實時顯示，當接地比壓超過安全值時進行聲光報警提示。本發明具有如下有益效果1、增加了起重機的操作安全性。2、通過在現有的PLC控制器、人機界面和力矩限制器裝置，在轉臺上安裝與迴轉滾盤連接的迴轉編碼器成本低，實現簡單；通過CAN總線連接，安全可靠。3、使用範圍廣，可應用於類似的設備上。四
圖1為本發明的結構框圖；圖2為本發明的電路原理圖；圖3為本發明的計算方法流程圖；圖4為本發明的顯示界面示意圖。
五具體實施例方式本發明包括迴轉編碼器、控制器、人機界面、力矩限制器、力矩限制器角度傳感器、 力矩限制器拉力傳感器和力矩限制器顯示屏。迴轉編碼器安裝在轉臺中間與迴轉滾盤內齒咬合，通過CAN總線與控制器連接，用來檢測當前起重機的迴轉角度；人機界面為顯示器， 安裝在司機室內，通過CAN總線與控制器連接，用來顯示當前起重機的重心位置及接地比壓；力矩限制器的角度傳感器位於臂架上，與力矩限制器模擬量輸入埠連接，能夠實時檢測當前起重機的臂架角度；力矩限制器的拉力傳感器位於臂架上，與力矩限制器模擬量輸入埠連接，能夠時實檢測當前起重機的臂架拉力；力矩限制器顯示屏位於司機室內，通過 CAN總線與力矩限制器連接，可以通過力矩限制器顯示屏設定工況，其中包括當前工況下起重機的臂長等信息；力矩限制器置於電控櫃內，力矩限制器可以通過設置工況和讀取當前力矩限制器拉力傳感器與力矩限制器角度傳感器信息，計算出當前起重機的吊載重量；力矩限制器通過CAN總線與控制器連接，向控制器實時發送起重機當前的臂長、角度、載荷等信息；控制器與人機界面、迴轉編碼器安裝在電控櫃內。本發明的電路連接為電源經熔斷器FUl FU9分別連接PLC控制器Ul (型號為力士樂RC6-9)的1、27、13、41、42腳、迴轉編碼器似、人機界面仍、力矩限制器冊(型號為赫斯曼IFLE)(5)的1腳、力矩限制器顯示屏U4、力矩限制器角度傳感器U6和力矩限制器拉力傳感器U7，迴轉編碼器U2、人機界面U3和力矩限制器顯示屏U4分別經CAN總線連接控制器Ul的39、40腳，力矩限制器顯示屏U4還通過CAN總線連接力矩限制器U5的2、觀腳， 力矩限制器角度傳感器U6和力矩限制器拉力傳感器U7分別連接力矩限制器U5的模擬量輸入埠，控制器Ul的2、觀腳接地，力矩限制器TO的39腳接地。
權利要求
1.一種履帶起重機重心及接地比壓顯示裝置，包括控制器、人機界面和力矩限制器，力矩限制器連接有力矩限制器角度傳感器、力矩限制器拉力傳感器和力矩限制器顯示屏，控制器通過CAN總線與人機界面、力矩限制器和力矩限制器顯示屏連接，其特徵是在轉臺上安裝與迴轉滾盤連接的迴轉編碼器，迴轉編碼器通過CAN總線與控制器連接。
2.根據權利要求1所述的履帶起重機重心及接地比壓顯示裝置，其特徵是電源經熔斷器(FUl FU9)分別連接控制器(Ul)的1、27、13、41、42腳、迴轉編碼器(U2)、人機界面 (U3)、力矩限制器(U5)的1腳、力矩限制器顯示屏(U4)、力矩限制器角度傳感器(U6)和力矩限制器拉力傳感器(U7)，迴轉編碼器(U2)、人機界面(TO)和力矩限制器顯示屏(U4)分別經CAN總線連接控制器(Ul)的39、40腳，力矩限制器顯示屏(U4)還通過CAN總線連接力矩限制器(TO)的2、觀腳，力矩限制器角度傳感器(U6)和力矩限制器拉力傳感器(U7)分別連接力矩限制器(TO)的模擬量輸入埠，控制器(Ul)的2、觀腳接地，力矩限制器(U5) 的39腳接地。
3.一種履帶起重機重心及接地比壓顯示方法，其特徵是首先應在人機界面上對當前地面情況進行選擇，其次在力矩限制器的顯示器上設置工況，確認工況後，可讀取到當前工況下車身各類參數，包括臂架長度，工作角度，各部重量，重心，迴轉角度；直接將各部分重量相加得到整車重(F)，再使用已讀取的各部分重量和重心利用三角函數關係式，求得整車的重心位置(a，b)；利用整車重和重心可求得重力對兩坐標軸的力矩(Mx，My)；對於確定的工況，其軌距(W)和接地長度(L)已知，便可由已求得的變量和已知的幾何數據求出可能出現最大接地比壓的四個位置的外力值(Fa，Fb, Fc, Fd)；對於單條履帶，利用一條履帶架上兩端的受力計算得到該二力合力在該條履帶架上的位置；求得履帶架上受力最大點處的接地比壓；得出當前起重機的重心位置與接地比壓，並將當前接地比壓與預先設置的當前地面最大承載能力進行比較，通過顯示器實時顯示，當接地比壓超過安全值時進行聲光報警提示。
全文摘要
本發明涉及一種履帶起重機重心及接地比壓顯示裝置和方法，裝置包括控制器、人機界面和力矩限制器，力矩限制器連接有力矩限制器角度傳感器、力矩限制器拉力傳感器和力矩限制器顯示屏，控制器通過CAN總線與人機界面、力矩限制器和力矩限制器顯示屏連接，在轉臺上安裝與迴轉滾盤連接的迴轉編碼器，迴轉編碼器通過CAN總線與控制器連接。顯示方法通過讀取車身參數，求得整車的重心位置、外力矩、接地面積和抗彎模量，計算該區域中最大的接地比壓。本發明具有如下有益效果1、增加了起重機的操作安全性。2、通過在現有的PLC控制器、人機界面和力矩限制器裝置，在轉臺上安裝與迴轉滾盤連接的迴轉編碼器成本低，實現簡單；通過CAN總線連接，安全可靠。3、使用範圍廣，可應用於類似的設備上。
文檔編號B66C23/88GK102351132SQ20111030242
公開日2012年2月15日 申請日期2011年9月29日 優先權日2011年9月29日
發明者何川驕, 劉志勇, 王克劍, 王敏 申請人:遼寧撫挖重工機械股份有限公司