專利名稱：：一種起重機(jī)安全保護(hù)系統(tǒng)及其起重機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及起重機(jī)安全技術(shù)，尤其是涉及一種起重機(jī)安全保護(hù)系統(tǒng)。本發(fā)明還提供一種使用上述系統(tǒng)和方法的起重機(jī)。
背景技術(shù)：
：起重機(jī)是常用的工程機(jī)械，其主要作用是起吊重物。起重機(jī)均具有可抬起、旋轉(zhuǎn)的吊臂，并且大多數(shù)吊臂都是可伸縮吊臂，進(jìn)行起吊作業(yè)時，起重機(jī)吊臂需要承受位于其前端的重物的重力，并且起吊的重物位置一般遠(yuǎn)在起重機(jī)底盤范圍之外。由于上述原因，起吊重物的重量對起重機(jī)安全性有很大的影響。首先是該重物的重量過大時，有可能超過起重機(jī)吊臂的承受能力，導(dǎo)致起重機(jī)吊臂折斷；其次是該重物產(chǎn)生的力矩對起重機(jī)產(chǎn)生傾翻力矩，若該傾翻力矩超過起重機(jī)的穩(wěn)定力矩，則起重機(jī)就會傾翻。再次，重物產(chǎn)生的重量過大可能超過起重機(jī)伸縮油缸的承受能力，會導(dǎo)致起重機(jī)伸縮油缸失效。由于上述起吊重量過大可能產(chǎn)生的嚴(yán)重后果，在起重機(jī)起吊作業(yè)中，操作者必須確保起重機(jī)的起吊重量不會超過一定的數(shù)值，該數(shù)值稱為起重機(jī)的額定工作載荷。決定起重機(jī)額定工作載荷的因素很多，包括吊臂的工作幅度和吊臂伸出的臂長等兩個吊臂工作狀態(tài)參數(shù)。也就是說，吊臂工作中，處于不同的工作幅度和臂長，將會有不同的額定工作載荷。為此，現(xiàn)有技術(shù)下為該起重機(jī)設(shè)置了專用的起重機(jī)工作性能表，該起重性能表按照吊臂工作幅度和臂長兩個工作狀態(tài)參數(shù)，將起重機(jī)的工作狀態(tài)分為與上述兩個參數(shù)相關(guān)的若干個工作范圍，為每個工作范圍確定一個額定工作載荷，這樣，操作者在操作過程中只要對應(yīng)其吊臂工作狀態(tài)，確保吊重不超過該表所確定的額定工作載荷，即可確保起重機(jī)的安全。下表就是起重機(jī)工作性能表的一個例子。<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>盡管上述表中僅僅通過吊臂工作幅度和臂長兩個工作狀態(tài)選取額定工作載荷，但是，額定工作載荷事實上還存在許多其它的約束條件，上述表中的數(shù)據(jù)是考慮了各種約束條件后，通過理論計算并結(jié)合實驗驗證獲得的。上表的內(nèi)容可以存儲在起重機(jī)的工作力矩限制器中，由工作力矩限制器讀取相關(guān)檢測元件檢測獲得的吊臂工作幅度和臂長等起重機(jī)工作狀態(tài)參數(shù)，從該表選取當(dāng)前工作狀態(tài)下具體的額定工作載荷，并確保實際工作載荷不超過該額定工作載荷。上述現(xiàn)有技術(shù)存在一些明顯的問題。首先，起重機(jī)的工作能力無法完全發(fā)揮。當(dāng)實際工作中吊臂工作幅度和臂長介于表中的數(shù)據(jù)段之間時，為了確保安全性，需要在其工作參數(shù)所處的范圍中，選擇較低的數(shù)值作為額定工作載荷。例如，當(dāng)?shù)醣郾坶L為ll米，吊臂工作幅度為3.5米時，根據(jù)上表，該吊臂的額定工作載荷選擇為15000kg?？梢钥闯?，該數(shù)值和上一數(shù)據(jù)段(即臂長10.3米時)，對應(yīng)的額定工作載荷25500kg的差距非常大。但是，為了安全性起見，必須選擇該數(shù)值。這種選擇方式造成起重機(jī)的工作能力無法完全發(fā)揮。其次，采用上述現(xiàn)有技術(shù)，額定工作載荷存在明顯的跳躍性，增加了對起重機(jī)的操控難度。同樣根據(jù)上述例子，起重機(jī)的臂長為10.3米時，其可以選擇25500kg作為其工作載荷，一旦超過了10.3米，就必須選擇15000kg作為其額定工作載荷，由于起重機(jī)起吊過程中，其吊臂幅度和臂長往往同時變化，上述跳躍性使操控者常常無所適從，造成操控困難。
發(fā)明內(nèi)容針對上述缺陷，本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于，提供一種起重機(jī)安全保護(hù)系統(tǒng)，該安全保護(hù)系統(tǒng)根據(jù)起重機(jī)的工作狀態(tài)，可確定一個相對連續(xù)的起重機(jī)額定工作載荷曲線，供起重機(jī)安全保護(hù)使用。本發(fā)明同時提供一種使用該種起重機(jī)安全保護(hù)系統(tǒng)的起重機(jī)。本發(fā)明提供的起重機(jī)安全保護(hù)系統(tǒng)，包括若干傳感器、控制器以及保護(hù)動作執(zhí)行機(jī)構(gòu)；所述傳感器實時檢測起重機(jī)的工作狀態(tài)并傳送給控制器；所述控制器根據(jù)所獲得的檢測數(shù)據(jù)采用如下步驟計算起重機(jī)的額定工作載荷G額定；根據(jù)上述傳感器的檢測數(shù)據(jù)，計算當(dāng)前工作狀態(tài)下，起重機(jī)各個特性確定的與特性相關(guān)的最大允許載荷；所述起重機(jī)各個特性確定的最大允許載荷，至少包括，起重機(jī)強(qiáng)度確定的強(qiáng)度最大允許載荷G*1度、由起重機(jī)穩(wěn)定性決定的穩(wěn)定性最大允許載荷G吊—穩(wěn)定性；比較已經(jīng)計算出上述與起重機(jī)各個特性相關(guān)的最大允許載荷，取其中最小值并取預(yù)定的設(shè)計余量后，獲得額定工作載荷G額定；才艮據(jù)傳感器凄t據(jù)，計算獲得當(dāng)前的實際吊重；將實際吊重和所述額定工作載荷相比較，若超過預(yù)設(shè)的安全范圍時，則所述控制器發(fā)出限制起重機(jī)向危險方向運(yùn)動的安全保護(hù)控制信號；所述保護(hù)動作執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)上述安全保護(hù)控制信號限制起重機(jī)向危險方向動作。優(yōu)選地，所述傳感器包括測量吊臂長度的長度傳感器、測量吊臂角度的角度傳感器、以及測量變幅油缸有桿腔壓力的有桿腔壓力傳感器、測量變幅油缸無桿腔壓力的無桿腔壓力傳感器。優(yōu)選地，所述起重機(jī)為具有伸縮吊臂的起重機(jī)，所述控制器首先根據(jù)傳感器的檢測結(jié)果判斷吊臂是否伸出；若是，則計算與起重機(jī)特性相關(guān)的最大允許載荷時，包括計算起重機(jī)的伸縮油缸閉鎖壓力最大允許載荷G吊-伸縮油缸。優(yōu)選地，所述傳感器包括測量吊臂長度的長度傳感器、測量吊臂角度的角度傳感器、以及測量變幅油缸有桿腔壓力的有桿腔壓力傳感器、測量變幅油缸無桿腔壓力的無桿腔壓力傳感器；還包括專用于測量吊臂是否存在伸縮運(yùn)動的吊臂伸出檢測開關(guān)，以及觸發(fā)該吊臂伸出檢測開關(guān)的觸發(fā)裝置；所述控制器根據(jù)該吊臂伸出檢測開關(guān)發(fā)出的觸發(fā)信號，判斷所述吊臂是否存在伸縮運(yùn)動。優(yōu)選地，所述吊臂伸出檢測為接近開關(guān)，該接近開關(guān)安裝在基本臂末端位置，在吊臂的第二節(jié)臂上，對應(yīng)該第二節(jié)臂完全縮回的狀態(tài)，設(shè)置觸發(fā)給接近開關(guān)的凸臺。優(yōu)選地，所述強(qiáng)度最大允許載荷G^強(qiáng)度采用以下方式計算獲得首先根據(jù)檢測獲得的吊臂伸出長度，判斷吊臂伸出的節(jié)數(shù)，并相應(yīng)計算各節(jié)臂受力截面的承受能力；以其中的最小值為依據(jù)，計算所述強(qiáng)度最大允許載荷G吊-強(qiáng)度。優(yōu)選地，所述穩(wěn)定性最大允許載荷G吊-穩(wěn)定性，是根據(jù)傳感器檢測獲得的數(shù)據(jù)，計算起重機(jī)的各方穩(wěn)定性后，將其中最小的數(shù)值作為穩(wěn)定性最大允許載荷G吊-穩(wěn)定性。優(yōu)選地，所述將實際吊重和所述額定工作載荷相比較，具體是將實際吊重除以計算獲得的額定工作載荷，獲得工作力矩百分比；所述預(yù)設(shè)的安全范圍，具體是該工作力矩百分比的一門限值。優(yōu)選地，所述吊重根據(jù)所述變幅油缸的有桿腔壓力傳感器和無桿腔壓力傳感器的檢測值計算。優(yōu)選地，還具有顯示器，該顯示器用于顯示與安全保護(hù)相關(guān)的信息。本發(fā)明同時提供一種起重機(jī)，該起重機(jī)采用上述任一項技術(shù)方案所述的起重機(jī)安全保護(hù)系統(tǒng)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的起重機(jī)安全保護(hù)系統(tǒng)，采用相關(guān)的傳感器實時檢測起重機(jī)吊臂的工作狀態(tài)參數(shù)，并根據(jù)檢測獲得的這些參數(shù)，計算起重機(jī)的不同特性確定的最大允許載荷；將各個特性確定的起重機(jī)最大允許載荷相比較，選擇其中的最小值并取預(yù)定的設(shè)計余量后，獲得最終的額定工作載荷。最后，將該額定工作載荷和檢測獲得的起重機(jī)實際吊重相比較，根據(jù)比較結(jié)果對起重機(jī)采取安全保護(hù)措施。相對現(xiàn)有技術(shù)，上述方法沒有機(jī)械的根據(jù)預(yù)先制定的起重性能表作為確定起重機(jī)額定工作載荷的依據(jù)，而是根據(jù)起重機(jī)的實際工作情況，隨時進(jìn)行額定工作載荷的計算，基本上避免了起重機(jī)額定工作載荷出現(xiàn)階躍性變化，這樣，對起重機(jī)工作能力的估計更為準(zhǔn)確，使起重機(jī)性能可以始終獲得充分發(fā)揮。同樣由于額定工作載荷幾乎不再出現(xiàn)階躍變化的情況，其操控更加方便。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，檢測起重機(jī)吊臂是否伸出，如果吊臂伸出，則在計算起重機(jī)工作載荷時，考慮起重機(jī)吊臂伸縮油缸閉鎖壓力所確定的該伸縮油缸能夠承受的最大吊重，將其作為確定起重機(jī)額定工作載荷的依據(jù)之在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施方式中，采用吊臂伸出長度，判斷起重機(jī)吊臂的受力截面位置，并根據(jù)該受力截面所能承受的最大吊重，計算起重機(jī)的強(qiáng)度最大允許載荷G吊-強(qiáng)度；這種計算方法抓住了起重機(jī)的最薄弱環(huán)節(jié)，能夠較好的反映起重機(jī)強(qiáng)度對其承受的最大吊重的影響。綜上所述，本發(fā)明提供的起重機(jī)安全保護(hù)系統(tǒng)，可以充分發(fā)揮起重機(jī)的起吊能力，并極大改善了起重機(jī)的操控性，具有很好的應(yīng)用效果。圖1是本發(fā)明第一實施例提供的起重機(jī)安全保護(hù)系統(tǒng)的功能框圖；圖2是吊臂伸出檢測開關(guān)的安裝方法示意圖3是吊臂不同節(jié)的受力截面位置；圖4示出吊臂在不同伸出長度下，其各個受力截面承受力矩的狀況。圖4是吊臂在不同伸出長度下，其各個受力截面承受力矩的狀況；圖5是本發(fā)明第一實施例提供的起重機(jī)安全保護(hù)系統(tǒng)的計算控制程序的流程圖6是起重機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖7是起重機(jī)伸縮油缸受力圖。具體實施例方式在說明本發(fā)明提供的起重機(jī)安全保護(hù)系統(tǒng)之前，首先說明本發(fā)明的基本工作原理。如前所述，起重機(jī)在工作中存在多種安全問題，主要包括下述問題。首先，重物的重量過大時，有可能超過起重機(jī)的強(qiáng)度，導(dǎo)致起重機(jī)失效甚至損壞。起重機(jī)整車強(qiáng)度包括吊臂受力截面強(qiáng)度、轉(zhuǎn)軸支撐強(qiáng)度、支腿強(qiáng)度等，由于吊臂受力截面強(qiáng)度是其中最薄弱的環(huán)節(jié)，其他部分的設(shè)計強(qiáng)度余量較大，這使起重機(jī)強(qiáng)度取決于吊臂的承受能力。如果重物重量超過起重機(jī)的強(qiáng)度，則首先表現(xiàn)為吊臂折斷。所以用來確定起重機(jī)額定載荷的強(qiáng)度計算由吊臂的強(qiáng)度決定，具體來說，是起重機(jī)吊臂受力截面所能承受的吊重決定起重機(jī)的強(qiáng)度最大允許載荷G吊-強(qiáng)度。另外，還需要考慮起重機(jī)吊重作用于起重機(jī)產(chǎn)生的傾翻力矩，若該傾翻力矩超過起重機(jī)的穩(wěn)定力矩，則起重機(jī)就會傾翻。此外，起重機(jī)采用伸縮吊臂時，吊臂伸縮油缸具有油缸閉鎖壓力，如果加于該吊臂伸縮油缸上的壓力超過其該數(shù)值，吊臂伸縮油缸將無法承受而失效，同樣會影響起重機(jī)的安全性；因此，吊臂伸縮油缸閉鎖壓力同樣是考慮起重機(jī)安全性的重要指標(biāo)。但是，只有一節(jié)吊臂的起重機(jī)不存在吊臂伸縮油缸；另外，伸縮吊臂完全未出時，吊臂伸縮油缸不受力；上述兩種情況均不用考慮吊臂伸縮油缸閉鎖壓力。對起重機(jī)的安全保護(hù)需要綜合考慮上述幾個相關(guān)因素，對于任何一個工作狀態(tài)，都需要確保上述幾個方面都處于安全狀態(tài)之中。本發(fā)明提供的保護(hù)系統(tǒng)即在考慮上述問題之后構(gòu)建獲得，該系統(tǒng)包括獲得起重機(jī)工作狀態(tài)的傳感器，以及對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的控制器以及其中的控制程序。請參看圖1,該圖為本發(fā)明第一實施例提供的起重機(jī)安全保護(hù)系統(tǒng)的功能才匡圖。如圖所示，該起重機(jī)安全保護(hù)系統(tǒng)包括控制器101、吊臂伸出檢測接近開關(guān)102、長度傳感器103、角度傳感器104、(變幅油缸)有桿腔壓力傳感器105、(變幅油缸)無桿腔壓力傳感器106、顯示器107;圖中還示出保護(hù)動作執(zhí)行結(jié)構(gòu)108,該機(jī)構(gòu)實際上就是起重機(jī)力矩限制器或者其它形式的起重機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，這一機(jī)構(gòu)直接限制起重機(jī)的動作方向，可視為該安全保護(hù)系統(tǒng)的一部分。所述控制器101是該系統(tǒng)的核心控制器件，其接收吊臂伸出檢測接近開關(guān)102、長度傳感器103、角度傳感器104、有桿腔壓力傳感器105、無桿腔壓力傳感器106等各個傳感器提供的檢測信號，并且其內(nèi)部保存有該起重機(jī)的各種設(shè)計參數(shù)。該控制器101中同時具有對應(yīng)上述起重機(jī)強(qiáng)度、穩(wěn)定力矩、伸縮油缸閉鎖壓力等特性所確定的最大允許載荷的計算模塊，以及根據(jù)變幅油缸的有桿腔壓力和無桿腔壓力計算實際吊重的各種計算才莫塊，這些計算模塊能夠根據(jù)上述各個傳感器的檢測數(shù)值，分別計算當(dāng)前起重機(jī)的強(qiáng)度、穩(wěn)定力矩、以及伸縮油缸承受能力等各個數(shù)據(jù)對應(yīng)的最大允許載荷；在獲得上述對應(yīng)起重機(jī)某一特性的最大允許載荷后，釆用其中最小的數(shù)值作為起重機(jī)當(dāng)前額定載荷確定的依據(jù)。考慮到確保起重機(jī)的安全性的需要，具體的額定載荷是在該確定依據(jù)的數(shù)值基礎(chǔ)上取預(yù)定的設(shè)計余量獲得。例如，當(dāng)設(shè)計余量系數(shù)取1.5時，就將上述數(shù)值除以1.5,獲得起重機(jī)額定工作載荷。該控制器101獲得上述起重機(jī)額定載荷后，即可向操作者提示起重機(jī)當(dāng)前的額定載荷數(shù)值，以及根據(jù)起重機(jī)當(dāng)前的實際吊重和額定載荷數(shù)值比較，判定是否發(fā)出安全保護(hù)控制信號。吊臂伸出檢測開關(guān)102用于檢測吊臂是否伸出。由于吊臂未伸出時，伸縮油缸不受力，不需要考慮伸縮油缸受力情況；吊臂伸出時，伸縮油缸受力；兩種情況下，由于存在是否需要將伸縮油缸承受能力考慮在內(nèi)的區(qū)別，造成對起重機(jī)的額定載荷數(shù)值的確定和吊臂伸出時的情況有很大差別，起重機(jī)額定工作載荷可能產(chǎn)生階躍性變化。由于單純使用長度傳感器無法對吊臂是否伸出進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，所以需使用專用的檢測開關(guān)來判斷吊臂是否伸出。請參看圖2,該圖示出該吊臂伸出檢測開關(guān)102的安裝方法，所述吊臂伸出檢測開關(guān)102采用接近開關(guān)，該接近開關(guān)安裝在基本臂末端的適當(dāng)位置，在第二節(jié)臂上安裝有凸塊(圖中未示出)作為觸發(fā)^M勾。當(dāng)?shù)醣畚瓷斐鰰r，所述凸塊觸發(fā)該吊臂伸出檢測開關(guān)102，即發(fā)出吊臂未伸出信號；當(dāng)?shù)醣凵斐龊?，所述凸塊不再觸發(fā)所述吊臂伸出檢測開關(guān)102，該信號變化作為吊臂伸出信號發(fā)出；所述控制器101根據(jù)上述信號確定是否需要考慮吊臂伸縮油缸閉鎖壓力對額定工作載荷的影響。'所述長度傳感器103用于檢測吊臂的伸出長度,該吊臂的伸出長度不同，其各節(jié)臂的受力也不相同，圖3示出吊臂不同節(jié)的受力截面位置，分別示為A-A、B-B、C-C、D-D。圖4示出吊臂在不同伸出長度下，其各個受力截面承受力矩的狀況。由于吊臂各節(jié)伸出存在規(guī)律，只有前一節(jié)完全伸出后，才會伸出下一節(jié)，因此，可以根據(jù)吊臂伸出長度確定吊臂各個受力截面的受力狀況，并根據(jù)各個受力截面的承載能力確定其最大載荷值，并選擇其中最小值作為吊臂強(qiáng)度允許最大載荷G，-賄，該數(shù)值為確定起重機(jī)額定載荷的主要判斷依據(jù)之一。由于根據(jù)吊臂伸出長度即可確定其受力截面，因此，長度傳感器103是起重機(jī)安全保護(hù)系統(tǒng)的重要組成部件之一。另外，吊臂伸出長度還可與吊臂角度檢測值一起，計算吊臂工作幅度，而該數(shù)值和吊重傾翻力矩相關(guān)。所述角度傳感器104,用于檢測吊臂的抬起角度，采用該數(shù)值和吊臂伸出長度相結(jié)合，可以獲得吊臂工作幅度。不同的吊臂幅工作度，在同樣的吊重情況下，對吊臂受力截面產(chǎn)生的力矩大小不同，產(chǎn)生的傾翻力矩也不相同，所以需要使用該角度傳感器104獲得吊臂工作角度值，以便計算當(dāng)前吊重在受力截面上產(chǎn)生的實際應(yīng)力，以及傾翻力矩。所述有桿腔壓力傳感器105和無桿腔壓力傳感器106,分別用于檢測變幅油缸的有桿腔和無桿腔壓力，使用上述壓力值可以計算起重機(jī)當(dāng)前吊重。所述顯示器107用于顯示與起重機(jī)安全保護(hù)相關(guān)的信息。例如，在控制器101獲得上述起重機(jī)額定載荷后，即可通過該顯示器107向操作者提供起重機(jī)當(dāng)前的額定載荷數(shù)值，以及起重機(jī)當(dāng)前實際載荷下允許的幅度值以及吊臂伸出長度等顯示內(nèi)容。所述保護(hù)動作執(zhí)行結(jié)構(gòu)108是指直接控制起重機(jī)的執(zhí)行器件不向危險方向運(yùn)動的機(jī)構(gòu)，具體是力矩控制器等現(xiàn)有技術(shù)下已經(jīng)具備的器件，其接收控制器IOI輸出的安全保護(hù)控制信號，并據(jù)此限制起重機(jī)向危險方向的運(yùn)動。上述起重機(jī)安全保護(hù)系統(tǒng)的關(guān)鍵之一在于控制器101內(nèi)部的計算控制程序。控制器IOI根據(jù)上述吊臂伸出檢測接近開關(guān)102、長度傳感器103、角度傳感器104、有桿腔壓力傳感器105、無桿腔壓力傳感器106等傳感器的檢測值，計算當(dāng)前的額定工作重量和實際起吊重量，從而判斷起重機(jī)是否處于危險狀態(tài)，以及起重機(jī)目前的安全系數(shù)，這些結(jié)果可以通過顯示器107顯示出來供操作者操作判斷，當(dāng)判斷起重機(jī)處于危險狀況時，控制所述保護(hù)動作執(zhí)行結(jié)構(gòu)108執(zhí)行保護(hù)動作。請參看圖5,該圖為本發(fā)明第一實施例提供的起重機(jī)安全保護(hù)系統(tǒng)的計算控制程序的流程圖。以下結(jié)合該圖介紹控制器的控制過程。步驟S501,開始。該步驟進(jìn)行各種準(zhǔn)備工作。步驟S502,傳感器信號處理。該步驟中，所述控制器101接收各個傳感器的檢測信息。所述控制器101以固定的周期掃描其各個輸入端口，獲得該掃描周期的傳感器檢測信號。這些信號是控制器101進(jìn)行額定工作載荷計算以及當(dāng)前實際載荷計算的基礎(chǔ)。步驟S503，吊重以及幅度計算。通過有桿腔壓力傳感器105、無桿腔壓力傳感器106的檢測數(shù)據(jù)可計算出當(dāng)前的吊重；所述幅度計算是根據(jù)檢測獲得的吊臂工作角度以及吊臂伸出長度，計算吊臂的幅度，即重物重心與起重機(jī)吊臂轉(zhuǎn)軸中心的水平距離。步驟S504,根據(jù)吊臂伸出檢測接近開關(guān)102的信號，判斷吊臂當(dāng)前的伸出狀態(tài)。并根據(jù)吊臂的不同伸出狀態(tài)，選擇不同的額定工作載荷計算方法。若該吊臂伸出檢測接近開關(guān)102有信號，則進(jìn)入步驟S505;若該吊臂伸出檢測接近開關(guān)102無信號，則進(jìn)入步驟S506。由于吊臂尚未伸出時，所述伸縮油缸不起作用，不用考慮該伸縮油缸承受的壓力超過閉鎖壓力而失效的情況，因此，額定工作載荷的計算方式和吊臂伸出時不同，為此，根據(jù)所述吊臂伸出檢測接近開關(guān)102的信號，判斷吊臂當(dāng)前是否伸出。并據(jù)此選擇不同的額定工作載荷計算方法。在本實施例中，當(dāng)?shù)醣凵斐鰴z測接近開關(guān)102發(fā)出信號時，則表明吊臂未伸出，在計算的額定工作載荷時，無需考慮伸縮油缸閉鎖壓力的承受能力，選擇步驟S505確定的額定載荷計算方法；當(dāng)?shù)醣凵斐鰴z測接近開關(guān)102不發(fā)送信號時，則需要考慮伸縮油缸閉鎖壓力的承受能力，選擇步驟S506確定的額定載荷計算方法；該計算方法將伸縮油缸閉鎖壓力決定的伸縮油缸對吊重的承受能力，與吊臂強(qiáng)度、以及傾翻力矩等因素一起，作為確定起重機(jī)額定載荷的指標(biāo)。步驟S505，采用不考慮伸縮油缸的閉鎖壓力的計算方法，確定起重機(jī)額定工作載荷。進(jìn)入步驟S507。具體而言，就是計算出起重機(jī)強(qiáng)度決定的強(qiáng)度最大允許載荷G^強(qiáng)度，以及起重沖幾傾翻力矩決定的穩(wěn)定性最大允許載荷G吊-穩(wěn)定性，取兩個數(shù)值中的較低值并取一定的設(shè)計余量后，獲得額定工作載荷G額定。其中，上述強(qiáng)度最大允許載荷G吊-強(qiáng)度，采用起重機(jī)中強(qiáng)度最薄弱部分，即吊臂強(qiáng)度作為計算依據(jù)。上述穩(wěn)定性最大允許載荷G吊-穩(wěn)定性需要考慮起重機(jī)各個方向的傾翻力矩，例如考慮側(cè)方和后方的傾翻力矩，并取其中的最小值作為起重機(jī)穩(wěn)定性最大允許載荷G*-穩(wěn)定性。上述起重機(jī)穩(wěn)定性最大允許載荷G吊-穩(wěn)定性與起重機(jī)的工作幅度以及吊臂的旋轉(zhuǎn)方向、起重機(jī)的支撐狀況等都有關(guān)系，需要根據(jù)相應(yīng)的傳感器檢測值確定。步驟S506,采用考慮伸縮油缸閉鎖壓力的計算方法，確定起重機(jī)的額定工作載荷。進(jìn)入步驟S507。該方法與上述步驟S505的方法相比，需要在額定工作載荷G額定的計算中，考慮由伸縮油缸閉鎖壓力確定的允許載荷。伸縮油缸閉鎖壓力是伸縮油缸維持有效工作所允許承受的最大壓力，如果伸縮油缸承受的壓力高于該伸縮油缸閉鎖壓力，則伸縮油缸由于無法支持而失效。因此，在伸縮油缸承擔(dān)壓力的情況下，必須考慮工作載荷對該伸縮油缸產(chǎn)生的壓力，確保不會由于工作載荷過大造成伸縮油缸失效。為此，根據(jù)伸縮油缸所能夠承受的最大壓力，可計算出其對應(yīng)的最大允許載荷，即伸縮油缸閉鎖壓力最大允許載荷G吊-伸縮油釭。將該數(shù)值和上述強(qiáng)度最大允許載荷G吊-強(qiáng)度、穩(wěn)定性最大允許載荷G吊-穩(wěn)定性一起比較，取其中最小值并取一定的設(shè)計余量后，獲得額定工作載，G額定。步驟S507,計算當(dāng)前的起重機(jī)實際工作載荷。步驟S508，使用上述實際工作載荷與所述額定工作載荷相比較，計算出工作力矩百分比。步驟S509,將所述工作力矩百分比和設(shè)定的限度相比較，判斷其是否大于等于該設(shè)定的限度；若是，則進(jìn)入步驟S510;若否，則返回步驟S501。步驟S510,發(fā)出安全保護(hù)控制信號。當(dāng)其達(dá)到設(shè)定的限度時，則所述控制器輸出安全保護(hù)控制信號，到所述保護(hù)動作執(zhí)行結(jié)構(gòu)108,限制起重機(jī)向危險方向的動作。上述步驟中，計算上述強(qiáng)度最大允許載荷Gr強(qiáng)度、穩(wěn)定性最大允許載荷G吊-穩(wěn)定性、伸縮油缸閉鎖壓力最大允許載荷G吊-伸縮油虹等數(shù)值的方法，以及根據(jù)檢測數(shù)據(jù)計算實際吊重G吊的方法，在現(xiàn)有技術(shù)中有多種，均可以采用。為了較好的實現(xiàn)計算目的，對上述各個數(shù)值，本發(fā)明進(jìn)一步提出如下計算方法。應(yīng)當(dāng)明確，現(xiàn)有技術(shù)中可以獲得的其它方法也可以應(yīng)用。首先說明由起重機(jī)強(qiáng)度決定的強(qiáng)度最大允許載荷G吊-強(qiáng)度的計算方法。起重機(jī)整車強(qiáng)度包括吊臂受力截面強(qiáng)度、轉(zhuǎn)軸支撐強(qiáng)度、支腿強(qiáng)度等，除了吊臂受力截面強(qiáng)度外，整車其他部分設(shè)計強(qiáng)度余量較大。因此，用于確定起重機(jī)額定載荷的為吊臂受力截面強(qiáng)度。以圖2所示的4節(jié)臂單缸結(jié)構(gòu)吊臂為例，該吊臂在不同的伸出長度下，其吊臂受力截面為A-A、B-B、C-C、D-D,吊臂所用的材料HG70的安全許用應(yīng)力值為[cr]=374Mpa。根據(jù)起重機(jī)吊臂結(jié)構(gòu)設(shè)計，得出各截面承載能力決定的最大載荷值。以下以A-A截面的應(yīng)力算法為例進(jìn)行說明。計算A-A截面的應(yīng)力，首先需要計算加載在A-A截面上的力矩。由吊臂結(jié)構(gòu)圖分析，以垂直水平面向下方向為正方向，可得出吊重以及各主要部件機(jī)構(gòu)對于A-A截面所產(chǎn)生的力矩計算式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>拉繩對A-A截面所產(chǎn)生的力矩。上述G吊重、G二臂、G三臂、G四臂、G副臂、G單滑輪分別為主鉤吊重(即吊重)、二節(jié)臂、三節(jié)臂、四節(jié)臂、副臂、臂前端單滑輪的重量JlidLE吊重、L二臂、L三臂、L四臂、L副臂、L單滑輪、L拉繩、U-A分別為主鉤吊重、二節(jié)臂、三節(jié)臂、四節(jié)臂、副臂、臂前端單滑輪重心和拉繩拉力受力點(diǎn)以及A-A截面對于吊臂鉸點(diǎn)的垂直水平面向下方向的力臂長度，a二作為吊臂工作角度，由角度傳感器104檢測獲得。a拉繩為拉繩與吊臂中軸線的夾角，由起重機(jī)尺寸分析獲得。N倍為鋼絲繩倍率，一般情況下默認(rèn)為8倍率。帶入扭矩力矩平衡公式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>;其中，5H為A-A截面所受切應(yīng)力，TiH為A-A截面切力矩系數(shù)。則有<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>G吊-強(qiáng)度-H為由A-A截面強(qiáng)度所確定的最大吊重值，即額定重量值。5A-A-,為A-A截面所能承受的最大切應(yīng)力值。由上述步驟，可求出由A-A截面強(qiáng)度所決定的額定重量值G吊-強(qiáng)度-A-A同理，可同樣求出由B-B、C-C、D-D截面強(qiáng)度所決定的額定重量值G吊-強(qiáng)度-B-B、U吊-強(qiáng)度-C-C、U吊-強(qiáng)度-D-D,取其中最小值，為強(qiáng)度值所決定的起重機(jī)額定載荷G^狄。由于吊臂各節(jié)的截面積隨著節(jié)數(shù)增加而逐漸減小，其承受的額定重量值也相應(yīng)逐級減小。所以實際上，可以根據(jù)長度傳感器的檢測值，判斷起重機(jī)伸出的最末一節(jié)為第幾節(jié)，并據(jù)此確定受力截面為上述A-A、B-B、C-C、D-D中的哪一個截面，以該受力截面的承受能力為依據(jù)，計算起重機(jī)強(qiáng)度即可。也就是說，吊臂伸出節(jié)的最末一節(jié)的受力截面決定了起重機(jī)的強(qiáng)度以下提供一種起重機(jī)穩(wěn)定性計算的具體方法。如圖6所示的汽車起重機(jī)。由力矩平衡公式，當(dāng)達(dá)到起重機(jī)傾翻臨界點(diǎn)時，有M,二M毅。M傾翻為起重機(jī)重物產(chǎn)生的傾翻力矩；M穩(wěn)定為起重機(jī)穩(wěn)定力矩。^吊_穩(wěn)定性="^穩(wěn)定/S幅度其中，G，-穩(wěn)定性為由穩(wěn)定性決定的額定吊重值；S幅度為起重機(jī)吊重工作幅度，即重物重心與起重機(jī)轉(zhuǎn)軸中心的水平距離。由于車體后方和側(cè)方傾翻穩(wěn)定力矩不同，需要分為兩部分進(jìn)行計算^穩(wěn)定一側(cè)方G下固xL下固—側(cè)方十G上固xL上固一側(cè)方—G上活xi上活；，申，G下固力/^*舌！^^重量；G上s為上車固定機(jī)構(gòu)重量；G上活為上車(吊臂)活動機(jī)構(gòu)重量；L下固一側(cè)方為底盤重心到轉(zhuǎn)軸中心力臂長度；L娟-側(cè)方為上車固定機(jī)構(gòu)重心到轉(zhuǎn)軸中心力臂長度；L上活為上車(吊臂)活動機(jī)構(gòu)重心到轉(zhuǎn)軸中心力臂長度。其中上車活動機(jī)構(gòu)重心位置和重量由吊臂伸出長度和工作角度決定，而上述數(shù)值均已經(jīng)檢測獲得。丄上活=(^"基本臂一轉(zhuǎn)軸+^二臂一轉(zhuǎn)軸+^三臂一轉(zhuǎn)軸+"^四臂一轉(zhuǎn)軸+^副臂一轉(zhuǎn)軸+M單滑輪一轉(zhuǎn)軸+^伸縮機(jī)構(gòu)一轉(zhuǎn)軸)/(G吊臂)M基本臂-校點(diǎn)為基本臂相對于上車轉(zhuǎn)軸中心產(chǎn)生的力矩；M二臂-鼓為二臂相對于上車轉(zhuǎn)軸中心產(chǎn)生的力矩；M三臂—校點(diǎn)為三臂相對于上車轉(zhuǎn)軸中心產(chǎn)生的力矩；M四臂—鉸點(diǎn)為四臂相對于上車轉(zhuǎn)軸中心產(chǎn)生的力矩；M副臂-鉸點(diǎn)為副臂相對于上車轉(zhuǎn)軸中心產(chǎn)生的力矩；M單滑輪-校點(diǎn)為單滑4侖相對于上車轉(zhuǎn)軸中心產(chǎn)生的力矩；M伸縮機(jī)構(gòu)-餃點(diǎn)為吊臂伸縮機(jī)構(gòu)相對于上車轉(zhuǎn)軸中心產(chǎn)生的力矩；G吊臂為整個吊臂重量吊臂工作幅度由箱式懸臂梁物理分析可得5幅度=丄吊xCOS("工作)+Z安裝塊xS/iV(a工作)+G吊一穩(wěn)定性x丄吊2xS/iV(a工作)x(丄吊/3xCCW("工作)+0.392xS/AA(a工作》/10000—丄轉(zhuǎn)軸L安裝塊為吊臂頂部安裝塊垂直于吊臂中軸線方向長度；L轉(zhuǎn)軸為大臂安裝鉸點(diǎn)與轉(zhuǎn)軸中心水平距離；綜上所述，可求出側(cè)方穩(wěn)定性所決定的額定重量值G額定-側(cè)方。同理，可求出后方穩(wěn)定性所決定的額定重量值G額定-后方；取兩者較小值為穩(wěn)定性決定的額重值Gi穩(wěn)定性。以下說明一種伸縮油缸閉鎖壓力計算的方法。見圖7所示伸縮油缸受力圖，由起重機(jī)吊臂結(jié)構(gòu)可知，吊臂內(nèi)部安裝的伸縮油缸與吊臂中軸線平行，且吊重受力時伸縮油缸只承受垂直于油缸橫截面方向的壓力F。根據(jù)起重機(jī)吊臂結(jié)構(gòu)圖，油缸所承受的力來自于吊重和吊臂機(jī)構(gòu)，由上可知，由伸縮油缸閉鎖壓力決定的伸縮油缸閉鎖壓力最大允許載荷G伸縮油缸為G吊一伸縮油缸=(P閉鎖壓力一max承10承S活塞/4-G三臂)/SIN("工作)-G四臂其中，P閉鎖壓力-max為油缸所能承受的最大壓力，即伸縮油釭閉鎖壓力；S活塞為油虹活塞面積。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。權(quán)利要求1、一種起重機(jī)安全保護(hù)系統(tǒng)，包括若干傳感器、控制器以及保護(hù)動作執(zhí)行機(jī)構(gòu)；所述傳感器實時檢測起重機(jī)的工作狀態(tài)并傳送給控制器；所述控制器根據(jù)所獲得的檢測數(shù)據(jù)采用如下步驟計算起重機(jī)的額定工作載荷G額定；根據(jù)上述傳感器的檢測數(shù)據(jù)，計算當(dāng)前工作狀態(tài)下，起重機(jī)各個特性確定的與特性相關(guān)的最大允許載荷；所述起重機(jī)各個特性確定的最大允許載荷，至少包括，起重機(jī)強(qiáng)度確定的強(qiáng)度最大允許載荷G吊-強(qiáng)度、由起重機(jī)穩(wěn)定性決定的穩(wěn)定性最大允許載荷G吊-穩(wěn)定性；比較已經(jīng)計算出上述與起重機(jī)各個特性相關(guān)的最大允許載荷，取其中最小值并取預(yù)定的設(shè)計余量后，獲得額定工作載荷G額定；根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)，計算獲得當(dāng)前的實際吊重；將實際吊重和所述額定工作載荷相比較，若超過預(yù)設(shè)的安全范圍時，則所述控制器發(fā)出限制起重機(jī)向危險方向運(yùn)動的安全保護(hù)控制信號；所述保護(hù)動作執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)上述安全保護(hù)控制信號限制起重機(jī)向危險方向動作。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的起重機(jī)安全保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器包括測量吊臂長度的長度傳感器、測量吊臂角度的角度傳感器、以及測量變幅油缸有桿腔壓力的有桿腔壓力傳感器、測量變幅油缸無桿腔壓力的無桿腔壓力傳感器。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的起重機(jī)安全保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述起重機(jī)為具有伸縮吊臂的起重機(jī)，所述控制器首先根據(jù)傳感器的檢測結(jié)果判斷吊臂是否伸出；若是，則計算與起重機(jī)特性相關(guān)的最大允許載荷時，包括計算起重機(jī)的伸縮油缸閉鎖壓力最大允許載荷G吊-伸縮油缸。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的起重機(jī)安全保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器包括測量吊臂長度的長度傳感器、測量吊臂角度的角度傳感器、以及測量變幅油缸有桿腔壓力的有桿腔壓力傳感器、測量變幅油缸無桿腔壓力的無桿腔壓力傳感器；還包括專用于測量吊臂是否存在伸縮運(yùn)動的吊臂伸出檢測開關(guān)，以及觸發(fā)該吊臂伸出檢測開關(guān)的觸發(fā)裝置；所述控制器根據(jù)該吊臂伸出檢測開關(guān)發(fā)出的觸發(fā)信號，判斷所述吊臂是否存在伸縮運(yùn)動。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的起重機(jī)安全保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述吊臂伸出檢測為接近開關(guān)，該接近開關(guān)安裝在基本臂末端位置，在吊臂的第二節(jié)臂上，對應(yīng)該第二節(jié)臂完全縮回的狀態(tài)，設(shè)置觸發(fā)給接近開關(guān)的凸臺。6、根據(jù)權(quán)利要求3至5任一項所述的起重機(jī)安全保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述強(qiáng)度最大允許載荷G^強(qiáng)度采用以下方式計算獲得首先根據(jù)4全測獲得的吊臂伸出長度,判斷吊臂伸出的節(jié)數(shù)，并相應(yīng)計算各節(jié)臂受力截面的承受能力；以其中的最小值為依據(jù)，計算所述強(qiáng)度最大允許載荷G^強(qiáng)度。7、根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的起重機(jī)安全保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述穩(wěn)定性最大允許載荷Gi穩(wěn)定性，是根據(jù)傳感器檢測獲得的數(shù)據(jù)，計算起重機(jī)的各方穩(wěn)定性后，將其中最小的數(shù)值作為穩(wěn)定性最大允許載荷Gi穩(wěn)定性。8、根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的起重機(jī)安全保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述將實際吊重和所述額定工作載荷相比較，具體是將實際吊重除以計算獲得的額定工作載荷，獲得工作力矩百分比；所述預(yù)設(shè)的安全范圍，具體是該工作力矩百分比的一門限值。9、根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的起重機(jī)安全保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述吊重根據(jù)所述變幅油缸的有桿腔壓力傳感器和無桿腔壓力傳感器的檢測值計算。10、根據(jù)權(quán)利要求l-5任一項所述的起重機(jī)安全保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，還具有顯示器，該顯示器用于顯示與安全保護(hù)相關(guān)的信息。11、一種起重機(jī)，其特征在于，采用權(quán)利要求1到權(quán)利要求IO任一項所述的起重機(jī)安全保護(hù)系統(tǒng)。全文摘要本發(fā)明公開一種起重機(jī)安全保護(hù)系統(tǒng)，包括若干傳感器、控制器以及保護(hù)動作執(zhí)行機(jī)構(gòu)；所述傳感器實時檢測起重機(jī)的工作狀態(tài)并傳送給控制器；根據(jù)傳感器的檢測數(shù)據(jù)，控制器計算當(dāng)前工作狀態(tài)下，起重機(jī)各個特性確定的最大允許載荷；比較上述與起重機(jī)各個特性相關(guān)的最大允許載荷，取其中最小值并取預(yù)定的設(shè)計余量后，獲得額定工作載荷G額定；根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)，計算獲得當(dāng)前的實際吊重；將實際吊重和所述額定工作載荷相比較，若超過預(yù)設(shè)的安全范圍時，則所述控制器發(fā)出限制起重機(jī)向危險方向運(yùn)動的安全保護(hù)控制信號；所述保護(hù)動作執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)上述安全保護(hù)控制信號限制起重機(jī)向危險方向動作。本發(fā)明同時提供一種使用上述安全保護(hù)系統(tǒng)的起重機(jī)。文檔編號B66C23/90GK101348216SQ20081021212公開日2009年1月21日申請日期2008年9月5日優(yōu)先權(quán)日2008年9月5日發(fā)明者斌周,軍羅,部小平申請人:湖南三一起重機(jī)械有限公司