專利名稱：一種防傾翻力矩限制器系統(tǒng)及移動式起重機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及工程機械技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及起重機的防傾翻力矩限制器系 統(tǒng)。本實用新型還涉及設有所述防傾翻力矩限制器系統(tǒng)的移動式起重機。
背景技術(shù)：
移動式起重機作為一種特種工程車輛，兼具行駛和吊重作業(yè)功能，被廣泛應用于 石化、造船、風電等行業(yè)設備的安裝、維修。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，工程應用中所需求起重機產(chǎn)品的起重重量越來越大，對其 性能、功能的要求也越來越高，同時對車輛的安全性、可靠性、穩(wěn)定性及操作方便性等也提 出了相當大的挑戰(zhàn)。移動式起重機是一種蘊藏危險因素較多、事故發(fā)生幾率較大的工程機械，國內(nèi)外 每年都會發(fā)生大量因起重機作業(yè)造成的設備損壞甚至人身傷亡事故。從技術(shù)角度來講，任 何起重機都有其最大安全載荷限度，超過這個限度，輕則對設備部件造成損壞，重則發(fā)生整 車傾覆的惡性事故。因此，必須使用力矩限制器控制起重機在安全限度內(nèi)工作。力矩限制器系統(tǒng)是裝備在移動式起重機上的超載保護裝置，當起重機進入工作狀 態(tài)時，力矩限制器將實際各參數(shù)的檢測信號輸入控制器，經(jīng)過運算、放大、處理后，顯示相應 的參數(shù)值，并與事先存入的額定起重力矩值比較，并限制起重機部分動作，防止起重機由于 操作不當和過大的起重力矩而發(fā)生傾翻、折臂等事故，以保證安全作業(yè)。起重機在起重作業(yè)中，穩(wěn)定狀態(tài)有可能處于安全力矩范圍內(nèi)，但起重機在進行多 個動作或動作突然改變時，慣性力和離心力產(chǎn)生的附加力矩將大大增加。特別是在滿負荷 或接近滿負荷作業(yè)時，如只考慮所起重物件重量，起重機在突然改變起升、變幅和回轉(zhuǎn)作業(yè) 時容易造成傾翻事故?，F(xiàn)有力矩限制器系統(tǒng)只能在超載后限制起重機的動作，對于作業(yè)過程中的動態(tài)失 穩(wěn)沒有做出檢測計算并采取相應限制措施，更不能預測下一步動作將會產(chǎn)生多少附加力 矩，進而無法對工人操作做出限制。首先，未考慮風載荷和吊臂變形的影響，風載荷作用在吊臂正向時，傾覆力矩會在 變幅液壓缸的推力上有所反映；風載荷作用在吊臂的側(cè)面時，會產(chǎn)生側(cè)向傾覆力矩，使起吊 或下放重物偏離鉛垂線而產(chǎn)生額外的傾覆力矩，這在現(xiàn)有力矩限制器系統(tǒng)中無法體現(xiàn)。其次，由于支腿橫向跨距較大、帶載工作時對于支腿穩(wěn)定和慣性載荷等因素引起 幅度和載重的增大，在力矩限制器系統(tǒng)上反映不出來。再者，無法計算在工作過程中產(chǎn)生的動態(tài)力矩，只能在超出危險范圍后作出反應， 存在安全隱患。使用現(xiàn)有力矩限制器系統(tǒng)，依靠操作人員的經(jīng)驗雖然也可進行作業(yè)，但在滿載或 接近滿載作業(yè)時，風力、慣性力和離心力產(chǎn)生的力矩會增大起重機傾翻的可能性。因此，如何綜合考慮多方面因素、保證移動式起重機在作業(yè)過程中安全可靠，是本 領(lǐng)域技術(shù)人員目前需要解決的技術(shù)問題。
實用新型內(nèi)容本實用新型的第一目的是提供一種防傾翻力矩限制器系統(tǒng)。該力矩限制器系統(tǒng)能 夠準確反應移動式起重機的工作狀態(tài)，計算工作過程中起吊重物、風力、慣性力和離心力所 產(chǎn)生的力矩，進而能夠?qū)ζ鹬貦C的變幅角度、速度及加速度、回轉(zhuǎn)速度、重物升降速度及加 速度進行控制，防止移動式起重機動態(tài)失穩(wěn)造成傾翻事故。本實用新型的第二目的是提供一種設有上述防傾翻力矩限制器系統(tǒng)的移動式起重機。為了實現(xiàn)上述第一個目的，本實用新型提供了一種防傾翻力矩限制器系統(tǒng)，用于 移動式起重機，包括檢測各作業(yè)參數(shù)的檢測單元；處理由所述檢測單元輸入的檢測信號 并輸出控制信號的控制器單元；顯示參數(shù)信息的顯示單元；所述檢測單元包括檢測起重臂長度的長度傳感器、檢測起重臂工作角度的角度傳 感器、檢測吊重重量的壓力傳感器；所述檢測單元進一步包括聯(lián)接于所述控制器單元的檢測風速的風速儀、檢測轉(zhuǎn)臺 回轉(zhuǎn)速度的回轉(zhuǎn)速度傳感器、檢測起重機水平度的水平儀、以及檢測卷揚機起升或降落速 度的升降速度傳感器。優(yōu)選地，所述長度傳感器固定于起重臂的基本臂的尾部，包括變送器和側(cè)長線，其 側(cè)長線一端纏繞在所述變送器上，另一端通過導向輪固定在起重臂伸縮油缸上。優(yōu)選地，所述角度傳感器包括第一角度傳感器和第二角度傳感器；所述第一角度 傳感器設置于起重臂的基本臂的側(cè)面，所述第二角度傳感器設置于所述起重臂的臂頭的側(cè) 面。優(yōu)選地，所述壓力傳感器包括第一壓力傳感器和第二壓力傳感器；所述第一壓力 傳感器和第二壓力傳感器分別設于變幅油缸的大腔和小腔。優(yōu)選地，所述風速儀設置于所述起重臂的臂頭。優(yōu)選地，所述回轉(zhuǎn)速度傳感器設置于起重機回轉(zhuǎn)支承中心的中心回轉(zhuǎn)體中。優(yōu)選地，所述水平儀固定于起重機轉(zhuǎn)臺的平臺上；所述平臺與起重機下車底盤平 面平行。優(yōu)選地，所述升降速度傳感器與卷揚減速機中心軸連接。為了實現(xiàn)上述第二個目的，本實用新型還提供了一種移動式起重機，包括轉(zhuǎn)臺、起 重臂、變幅油缸、卷揚機以及起重機作業(yè)控制系統(tǒng)，所述起重機作業(yè)控制系統(tǒng)設有上述任一 項所述的防傾翻力矩限制器系統(tǒng)。優(yōu)選地，所述防傾翻力矩限制器系統(tǒng)的控制器單元和顯示單元設于所述移動式起 重機的上車操縱室中。本實用新型根據(jù)移動式起重機在起重作業(yè)中，除起重機自重和起吊重量以外，還 有可能受到風力、慣性力、離心力的影響，為確保其安全性，在防傾翻力矩限制器系統(tǒng)中設 置了檢測風速的風速儀、檢測轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)速度的回轉(zhuǎn)速度傳感器、檢測起重機水平度的水平 儀、以及檢測卷揚機起升或降落速度的升降速度傳感器?？蓪崟r采集吊臂角度、吊臂長度、 液壓系統(tǒng)壓力、風速、回轉(zhuǎn)速度和卷揚速度等信號，由控制器單元根據(jù)程序計算出起重機在 穩(wěn)定工作狀態(tài)的實際力矩。并根據(jù)計算得出的實際力矩在微處理器中與存儲在控制器存儲
4器中的額定值進行比較，并依此控制輸出，當實際力矩達到或接近額定力矩時，在顯示器上 發(fā)出過載報警信號，控制器輸出控制信號，結(jié)合起重機的外圍控制元件，切斷全部能繼續(xù)增 大力矩的工作工況(例如伸臂、向下變幅、起升)，只有能使力矩減小的動作工況被保留(例 如縮臂、向上變幅、落鉤)。同時，根據(jù)計算出的實際力矩，可預測下一步動作所允許動作的 合理范圍，判斷該起重機改變現(xiàn)有狀態(tài)所允許的最大回轉(zhuǎn)速度或升降、變幅速度和加速度， 進而限制輸出信號的變化程度，限制操作人員的危險操作，保護起重機安全。本實用新型所提供的移動式起重機設有上述防傾翻力矩限制器系統(tǒng)，由于上述防 傾翻力矩限制器系統(tǒng)具有上述技術(shù)效果，具有該防傾翻力矩限制器系統(tǒng)的移動式起重機也 應具備相應的技術(shù)效果。

圖1為本實用新型所提供防傾翻力矩限制器系統(tǒng)的邏輯控制示意圖；圖2為具有本實用新型所提供防傾翻力矩限制器系統(tǒng)的移動式起重機的工作狀 態(tài)示意圖；圖3為長度傳感器的安裝示意圖；圖4為回轉(zhuǎn)速度傳感器的安裝示意圖；圖5為移動式起重機處于工作狀態(tài)時的受力分析模型；圖6為移動式起重機的起重臂處于工作狀態(tài)時的受力分析模型。圖1至圖6中1.轉(zhuǎn)臺 2.上車操縱室 3.起重臂 4.變幅油缸 5-1.主卷揚 5_2.副卷 揚6.吊臂頭7.吊鉤8.長度傳感器9.基本臂10.變送器11.側(cè)長線12.導向 輪13.三節(jié)臂臂位14.回轉(zhuǎn)速度傳感器15.回轉(zhuǎn)支承16.中心回轉(zhuǎn)體17.水平儀 18.第一角度傳感器19.第二角度傳感器
具體實施方式
本實用新型的核心是提供一種防傾翻力矩限制器系統(tǒng)。該防傾翻力矩限制器系統(tǒng) 能夠準確反應起重機的工作狀態(tài)，計算工作過程中起吊重物、風力、慣性力和離心力所產(chǎn)生 的力矩，進而能夠?qū)ζ鹬貦C的變幅角度速度及加速度、回轉(zhuǎn)速度、重物升降速度及加速度進 行控制，防止起重機動態(tài)失穩(wěn)造成傾翻事故。本實用新型的另一核心是提供一種設有上述防傾翻力矩限制器系統(tǒng)的移動式起重機。為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本實用新型方案，
以下結(jié)合附圖和具體實施 方式對本實用新型作進一步的詳細說明。本文中的“第一、第二”等用語僅是為了便于描述，以區(qū)分具有相同名稱的不同組 成部件，并不表示先后或主次關(guān)系。請參考圖1、圖2、圖3、圖4，圖1為本實用新型所提供防傾翻力矩限制器系統(tǒng)的邏 輯控制示意圖；圖2為具有本實用新型所提供防傾翻力矩限制器系統(tǒng)的移動式起重機的工 作狀態(tài)示意圖；圖3為長度傳感器的安裝示意圖；圖4為回轉(zhuǎn)速度傳感器的安裝示意圖。如圖1所示，在一種具體實施方式
中，本實用新型所提供的防傾翻力矩限制器系統(tǒng)主要由檢測單元、控制器單元、顯示單元三部分組成，其中檢測單元用于檢測各作業(yè)參 數(shù)，包括壓力傳感器、角度傳感器、長度傳感器等檢測元；控制器單元用于處理由所述檢測 單元輸入的檢測信號并輸出控制信號，包括放大、運算、比較、輸出、反饋、存貯等單元模塊 組成的智能化報警控制系統(tǒng)；顯示器單元用于顯示由控制器單元輸出的檢測處理信號。上述檢測單元、顯示單元均通過聯(lián)接件(如信號電纜等)與控制器單元聯(lián)接，控制 器單元通過聯(lián)接件與起重機的外圍控制元件聯(lián)接，向外圍控制元件輸出控制信號。如圖3所示，用于檢測起重臂長度的長度傳感器8固定于起重臂3的基本臂9的 尾部，由變送器10和側(cè)長線11構(gòu)成，側(cè)長線11 一端纏繞在變送器10上，另一端通過導向 輪12固定在起重臂伸縮油缸上。測長的方法是伸縮油缸找到起重臂3的三節(jié)臂臂位13，插入缸銷，將起重臂3起 升到要求位置，這期間固定于伸縮油缸上的側(cè)長線11將隨伸縮油缸運動，傳感器8將記錄 從三節(jié)臂臂位13至起升終點的距離Si，通過變送器10將信號傳輸至控制器單元。然后，伸 縮油缸縮回缸銷，回到起始位置，重復流程將二節(jié)臂起升到相應的位置，并記錄油缸伸出距 離S2，將兩者值求和，就是起重臂伸出的距離S。加上基本臂9的長度S0，既可計算出起重 臂3的長度L(L = S+S0)，同理可計算出任何工況工作時起重臂3的臂長。本系統(tǒng)選用兩個角度傳感器，分別是第一角度傳感器和第二角度傳感器；第一角 度傳感器18設置于起重臂3的基本臂9的側(cè)面，主要用于測量起重臂3的工作角度，第二 角度傳感器19設置于起重臂3的吊臂頭6的側(cè)面，用于對第一角度傳感器18的值進行修 正，并判斷起重臂3的撓度程度。如圖2所示，變幅油缸4的大腔和小腔各設計一個壓力傳感器，分別為第一壓力傳 感器和第二壓力傳感器，起重機在工作過程中，吊重所產(chǎn)生的力矩會在變幅油缸上體現(xiàn)，吊 重重量+吊鉤7重量+鋼絲繩重量+起重臂3的重量+變幅油缸小腔壓力=變幅油缸大腔 壓力，即是第一壓力傳感器所檢測的數(shù)值，由于吊鉤7的重量、鋼絲繩重量和起重臂3的重 量為起重機結(jié)構(gòu)參數(shù)，認為已知，變幅油缸小腔壓力由第二壓力傳感器測量，故可計算出吊 重重量產(chǎn)生的力矩。風速儀(圖中未示出)固定在起重臂3的吊臂頭，實時檢測風速。如圖4所示，回轉(zhuǎn)速度傳感器14固定于回轉(zhuǎn)支承15中心的中心回轉(zhuǎn)體16中，轉(zhuǎn) 臺1在圍繞回轉(zhuǎn)支承15回轉(zhuǎn)時，回轉(zhuǎn)速度傳感器14即可檢測轉(zhuǎn)臺1的回轉(zhuǎn)速度，并將其傳 輸至控制器單元。水平儀17固定于起重機轉(zhuǎn)臺的平臺上，此平臺與下車底盤平面平行，實時檢測起 重機水平度，力矩限制器控制器根據(jù)水平儀檢測的信號判斷起重機傾斜程度，進而限制起 重機動作。升降速度傳感器也為兩個，分別與主卷揚5-1、副卷揚5-2的減速機中心軸連接， 實時檢測卷揚的起升或降落速度V，考慮吊鉤7的纏繞倍率n，即可計算重物起升速度V1 = V/n。下面對上述防傾翻力矩限制器系統(tǒng)的工作原理進行說明。請參考圖5、圖6，圖5為移動式起重機處于工作狀態(tài)時的受力分析模型；圖6為移 動式起重機的起重臂處于工作狀態(tài)時的受力分析模型。起重機在工作過程中，所受到的力產(chǎn)生的力矩有以下幾種
6[0055](1)起重機自重產(chǎn)生的穩(wěn)定力矩為M1 = G(0. 5^+0(1)式中G-起重機自重L1-支腳間距C-回轉(zhuǎn)中心與重心間的水平距離(2)起重載荷產(chǎn)生的力矩，采用變幅油缸所受壓力計算得出Fl2Cos α cos β+Fl2Sin α sin β-W (12+13+14) cos α -G2 (12+14) cos α = O (2)艮 |]:Fl2cos(a-3) = ff(l2+l3+l4) cos a +G2(l2+14) cos a (3)式中(}2——起重臂重力I2—變幅液壓缸支承點到起重臂鉸點的距離I3——起重臂重心到變幅液壓缸支承點的距離I4——起重臂重心到起重臂頭部的距離的距離F——變幅液壓缸所受的壓力將式(3)整理后得到由被吊重物的重力和起重臂重力產(chǎn)生的力矩即MqMq = Fl2Cos ( α - β ) =W (12+13+14) cos a +G2 (12+14) cos a(4)由式(3)可看出，要確定由被吊重物的重力和起重臂重力產(chǎn)生的力矩Mq只需測定 或確定變幅液壓缸的支承力F、起重臂傾角α和變幅液壓缸的傾斜角β即可，傾斜角β可 由12和α的函數(shù)求出β = f(l2, a)。(3)風力是考慮不利于穩(wěn)定性的工作風力，主要是指作用在起重機和吊物上的風 力。由風力產(chǎn)生的傾翻力矩Mf為Mf = P1HJP2H2(5)式中P1-作用在起重機上的工作狀態(tài)最大風力P2-作用在起吊物上的工作狀態(tài)最大風力H1、H2-與P1、P2對應的高度(4)坡度的影響也是不能忽視的，由其產(chǎn)生的力矩Mp為Mp = WH2Sin y +GH1Sin y(6)式中γ——坡角(5)慣性力的產(chǎn)生有兩種情況一種是指起升機構(gòu)動作，物品突然起吊和落下突 然剎車時，產(chǎn)生的不利穩(wěn)定的慣性力；一種是變幅機構(gòu)動作，起重臂突然動作或突然停止 時，產(chǎn)生的慣性力。上述慣性力產(chǎn)生的傾翻力矩Mg為Mg = WV1 (S-0. 5L) Zgt1+ (ff+G3) V2H2/gt2式中V1-起升機構(gòu)起、制動速度V2-變幅機構(gòu)起、制動速度、-起升機構(gòu)起、制動時間t2-變幅機構(gòu)起、制動時間S-作業(yè)半徑G3-折算到臂頭的起重臂自重[0087](6)離心力，主要是指起重機回轉(zhuǎn)時，起重臂、吊物所產(chǎn)生的離心力，特別是起吊物 的離心力，通過鋼絲繩直接作用在起重臂端部，增加力矩Ml。
權(quán)利要求1.一種防傾翻力矩限制器系統(tǒng)，用于移動式起重機，包括檢測各作業(yè)參數(shù)的檢測單元；處理由所述檢測單元輸入的檢測信號并輸出控制信號的控制器單元；顯示參數(shù)信息的顯示單元；所述檢測單元包括檢測起重臂長度的長度傳感器、檢測起重臂工作角度的角度傳感 器、檢測吊重重量的壓力傳感器，其特征在于，所述檢測單元進一步包括聯(lián)接于所述控制器單元的檢測風速的風速儀、檢測轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn) 速度的回轉(zhuǎn)速度傳感器、檢測起重機水平度的水平儀、以及檢測卷揚機起升或降落速度的 升降速度傳感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防傾翻力矩限制器系統(tǒng)，其特征在于，所述長度傳感器固定 于起重臂的基本臂的尾部，包括變送器和側(cè)長線，其側(cè)長線一端纏繞在所述變送器上，另一 端通過導向輪固定在起重臂伸縮油缸上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防傾翻力矩限制器系統(tǒng)，其特征在于，所述角度傳感器包括 第一角度傳感器和第二角度傳感器；所述第一角度傳感器設置于起重臂的基本臂的側(cè)面， 所述第二角度傳感器設置于所述起重臂的臂頭的側(cè)面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防傾翻力矩限制器系統(tǒng)，其特征在于，所述壓力傳感器包括 第一壓力傳感器和第二壓力傳感器；所述第一壓力傳感器和第二壓力傳感器分別設于變幅 油缸的大腔和小腔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的防傾翻力矩限制器系統(tǒng)，其特征在于，所述風速儀 設置于所述起重臂的臂頭。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的防傾翻力矩限制器系統(tǒng)，其特征在于，所述回轉(zhuǎn)速 度傳感器設置于起重機回轉(zhuǎn)支承中心的中心回轉(zhuǎn)體中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的防傾翻力矩限制器系統(tǒng)，其特征在于，所述水平儀 固定于起重機轉(zhuǎn)臺的平臺上；所述平臺與起重機下車底盤平面平行。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的防傾翻力矩限制器系統(tǒng)，其特征在于，所述升降速 度傳感器與卷揚減速機中心軸連接。
9.一種移動式起重機，包括轉(zhuǎn)臺、起重臂、變幅油缸、卷揚機以及起重機作業(yè)控制系統(tǒng)， 其特征在于，所述起重機作業(yè)控制系統(tǒng)設有上述權(quán)利要求1至8任一項所述的防傾翻力矩 限制器系統(tǒng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的移動式起重機，其特征在于，所述防傾翻力矩限制器系統(tǒng)的 控制器單元和顯示單元設于所述移動式起重機的上車操縱室中。
專利摘要本實用新型公開了一種防傾翻力矩限制器系統(tǒng)，用于移動式起重機，包括檢測單元、控制器單元、以及顯示單元；所述檢測單元包括檢測起重臂長度的長度傳感器、檢測起重臂工作角度的角度傳感器、檢測吊重重量的壓力傳感器；所述檢測單元進一步包括風速儀、回轉(zhuǎn)速度傳感器、水平儀、以及升降速度傳感器。該力矩限制器系統(tǒng)能夠準確反應移動式起重機的工作狀態(tài)，計算工作過程中起吊重物、風力、慣性力和離心力所產(chǎn)生的力矩，進而能夠?qū)ζ鹬貦C的變幅角度、速度及加速度、回轉(zhuǎn)速度、重物升降速度及加速度進行控制，防止移動式起重機動態(tài)失穩(wěn)造成傾翻事故。本實用新型還公開了設有上述防傾翻力矩限制器系統(tǒng)的移動式起重機。
文檔編號B66C23/88GK201882830SQ20102060325
公開日2011年6月29日 申請日期2010年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月11日
發(fā)明者史先信, 曹立峰, 郁中太, 金慧玲 申請人:徐州重型機械有限公司