引言

起重機力矩限制器是一種獨立的完全由計算機控制的安全操作系統(tǒng),能自動檢測出起重機所吊載的質(zhì)量及起重臂所處的角度,并顯示出其額定載重量和實際載荷、工作半徑、起重臂所處的角度等信息。

我國起重機的主臂上通常設(shè)有長度角度傳感器,以便對起重機作業(yè)過程中三較點相對位置的變化進行測量:同時,變幅油缸(圖1中1')上還設(shè)有油壓傳感器(圖1中2'),以便對油缸內(nèi)的油壓進行檢測。

起重機上設(shè)有操縱手柄,包括左手柄和右手柄。操作人員可以通過所述操縱手柄控制實現(xiàn)起重機的變幅起落、主臂伸縮、卷揚起落以及左右回轉(zhuǎn)等動作:各個動作的快慢通過操縱手柄的開度大小來控制,開度是指操縱手柄被扳動離開自由狀態(tài)的程度,扳動得越多,開度越大,力矩限制器輸出的液壓比例閥控制電流就越大,進而比例閥閥芯的位移就越大,油液流通量就越大,液壓比例閥所對應(yīng)的動作就越快。

為實現(xiàn)力矩限制,力矩限制器與操縱手柄信號連接,通過力矩限制器控制所述操縱手柄,力矩限制器輸出的液壓比例閥的控制電流是與手柄開度相對應(yīng)的,即手柄開度越大,所述控制電控就越大,進而液壓比例閥的閥芯位移就越大,油液流通量就越大。這樣,液壓比例閥所對應(yīng)的動作就越快。

基于上述原理,通過所述控制電流即可控制起重機的力矩,以起到防止超載、減少超載抖動的作用。

1現(xiàn)有方法存在的問題

當(dāng)起重機超載時,力矩限制器應(yīng)立即停止操作人員的危險動作,防止起重機傾翻[5]。

現(xiàn)有技術(shù)中,當(dāng)力矩百分比小于100%時,力限器輸出的控制電流跟隨手柄的開度變化:當(dāng)力矩百分比大于或等于100%時,力矩限制器發(fā)出控制信號,立即切斷液壓比例閥的控制電流,使原來在大開口節(jié)流作用下高速通流的油液在密閉的油腔內(nèi)形成較大的沖擊,造成承重的變幅油缸和伸縮油缸發(fā)生抖動和沖擊,導(dǎo)致變幅油缸大腔處的變幅油壓傳感器測得的油液壓力數(shù)值來回波動,導(dǎo)致計算的力矩百分比存在很大的波動。

當(dāng)力矩百分比在100%上下來回跳變時,力限器輸出的控制電流也會在零和正常值之間來回跳變,造成起重機抖動,影響起重機的使用性能。

因此,如何設(shè)計一種防起重機超載抖動的方法,是該領(lǐng)域技術(shù)人員目前亟待解決的技術(shù)問題。

2防起重機超載抖動的控制流程和步驟

本文設(shè)計的防起重機超載抖動的方法具體控制流程如圖2所示。

s11:獲取力矩百分比:

s12:預(yù)設(shè)力矩百分比的預(yù)定值,該預(yù)定值處于90%~100%之間,根據(jù)力矩百分比的檢測值判斷其是否超過預(yù)定值,若是,則執(zhí)行步驟s13,否則終止:

s13:判斷力矩百分比是否達到100%,即此時是否已經(jīng)超載,若是,執(zhí)行步驟s15,若否,執(zhí)行步驟s14:

s14:判斷力矩百分比的變化趨勢,根據(jù)其變化趨勢進行分段控制,如果力矩百分比處于上升趨勢,說明存在超載的風(fēng)險,則執(zhí)行步驟s15,若處于下降趨勢,說明不存在超載風(fēng)險,若繼續(xù)下降則有可能影響正常作業(yè),此時可以按照步驟s16繼續(xù)作業(yè),使得力矩百分比進一步增加:

s15:立即將力矩限制器輸出的控制電流置零,以關(guān)閉主閥閥芯,切斷油缸大腔的進油,防止超載或者緩解超載抖動:

s16:將力矩限制器輸出的控制電流按照一定比例衰減后輸出,使力矩百分比逐漸靠近100%,實現(xiàn)變幅起落、主臂伸縮、卷揚起落以及左右回轉(zhuǎn)等動作,并在力矩百分比到達100%時立即將控制電流置零,防止超載:

s17:判斷操縱手柄是否回中位,如果是,則說明起重機不處于作業(yè)狀態(tài),根本不可能超載,此時可以終止,如果否,可以返回步驟s12繼續(xù)進行控制。

3計算力矩百分比

在上述步驟s11中,可以通過起重機主臂上的長度角度傳感器和變幅油缸上的油壓傳感器,結(jié)合三較點的相對位置,換算得出實際力矩、額定力矩以及空載力矩,然后代入力矩百分比的計算公式,得出力矩百分比。所述力矩百分比=實際力矩/(額定力矩＋空載力矩)=(重物力矩＋空載力矩)/(額定力矩＋空載力矩)。其中,三較點是指變幅上較點、變幅下較點以及吊臂后較點[6]。

在上述步驟s12中,經(jīng)實驗證明,所述預(yù)定值可以設(shè)置在96%、97%或98%,通常不應(yīng)過于接近100%,即所述預(yù)定值不應(yīng)過大,否則與現(xiàn)有技術(shù)中在力矩百分比等于100%的情況下將控制電流置零的方案相比,無法更好地起到消除超載抖動的作用。當(dāng)然,所述預(yù)定值也不宜過小,通常可以大于95%,如果預(yù)定值過小,會使控制電流在未到達超載危險點之前置零,導(dǎo)致力矩限制器提前限制起重機的動作[7],影響起重機的正常作業(yè),從而降低起重機的操作效率。此外,本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以根據(jù)起重機的性能及作業(yè)需求設(shè)定預(yù)定值,所述預(yù)定值實際上是起重機存在超載風(fēng)險的點,具體可以選取90%~100%之間的任意數(shù)值。

在上述步驟s12中,如果否,即力矩百分比沒有超過預(yù)定值,此時力矩限制器輸出的液壓比例閥的控制電流可以隨手柄開度的大小按照設(shè)定比例變化,即按正常的控制程字進行控制,按照手柄開度變化正比例輸出控制電流。顯然,此時由于不存在超載風(fēng)險,可以直接終止控制程序。

在上述步驟s13中,如果力矩百分比達到或者超過100%,還可同時發(fā)出超載的報警信號,以提醒操作人員停止危險動作,防止起重機傾翻。在左右操縱手柄操縱起重機的過程中,當(dāng)超載時,可通過力矩報警燈等報警裝置發(fā)出報警信號:還可在顯示器上實時顯示出力矩百分比的變化情況,以便操作人員及時掌握力矩百分比的變化值,如圖3所示。

與現(xiàn)有技術(shù)相比,雖然也是在力矩百分比達到100%時將控制電流置零,但在后續(xù)控制過程中并非以100%作為限制力矩動作執(zhí)行與否的判斷基準,而是以力矩百分比的變化趨勢為參照,而變化趨勢較為穩(wěn)定,不會來回跳變:因此,即使所測得的力矩百分比在100%上下來回跳變,控制電流也不會在零與正常輸出值之間來回跳變,而是按照既定控制策略執(zhí)行,可有效防止或減少起重機的抖動。

4本文創(chuàng)新點

(1)將判斷關(guān)閉閥芯開口的力矩百分比前移,以便將力矩百分比控制在100%內(nèi),防止超載:

(2)將力矩變化趨勢作為判斷超載限制動作執(zhí)行與否的條件,以抑制力矩百分比的變化趨勢,在防止超載的同時兼顧起升性能。

5結(jié)語

本文對國內(nèi)外防起重機超載抖動的研究現(xiàn)狀進行了分析,立足已有的基礎(chǔ)和研究積累,提出了切實可行的研究目標和研究方法。通過一系列科學(xué)的控制流程設(shè)計,有效實現(xiàn)了防起重機超載抖動的控制目標,將對開創(chuàng)機械制造新格局產(chǎn)生一定的影響。