一种防起重机超载抖动的控制方法研究

引言

起重机力矩限制器是一种独立的完全由计算机控制的安全操作系统,能自动检测出起重机所吊载的质量及起重臂所处的角度,并显示出其额定载重量和实际载荷、工作半径、起重臂所处的角度等信息。

我国起重机的主臂上通常设有长度角度传感器,以便对起重机作业过程中三较点相对位置的变化进行测量:同时,变幅油缸(图1中1')上还设有油压传感器(图1中2'),以便对油缸内的油压进行检测。

起重机上设有操纵手柄,包括左手柄和右手柄。操作人员可以通过所述操纵手柄控制实现起重机的变幅起落、主臂伸缩、卷扬起落以及左右回转等动作:各个动作的快慢通过操纵手柄的开度大小来控制,开度是指操纵手柄被扳动离开自由状态的程度,扳动得越多,开度越大,力矩限制器输出的液压比例阀控制电流就越大,进而比例阀阀芯的位移就越大,油液流通量就越大,液压比例阀所对应的动作就越快。

为实现力矩限制,力矩限制器与操纵手柄信号连接,通过力矩限制器控制所述操纵手柄,力矩限制器输出的液压比例阀的控制电流是与手柄开度相对应的,即手柄开度越大,所述控制电控就越大,进而液压比例阀的阀芯位移就越大,油液流通量就越大。这样,液压比例阀所对应的动作就越快。

基于上述原理,通过所述控制电流即可控制起重机的力矩,以起到防止超载、减少超载抖动的作用。

1现有方法存在的问题

当起重机超载时,力矩限制器应立即停止操作人员的危险动作,防止起重机倾翻[5]。

现有技术中,当力矩百分比小于100%时,力限器输出的控制电流跟随手柄的开度变化:当力矩百分比大于或等于100%时,力矩限制器发出控制信号,立即切断液压比例阀的控制电流,使原来在大开口节流作用下高速通流的油液在密闭的油腔内形成较大的冲击,造成承重的变幅油缸和伸缩油缸发生抖动和冲击,导致变幅油缸大腔处的变幅油压传感器测得的油液压力数值来回波动,导致计算的力矩百分比存在很大的波动。

当力矩百分比在100%上下来回跳变时,力限器输出的控制电流也会在零和正常值之间来回跳变,造成起重机抖动,影响起重机的使用性能。

因此,如何设计一种防起重机超载抖动的方法,是该领域技术人员目前亟待解决的技术问题。

2防起重机超载抖动的控制流程和步骤

本文设计的防起重机超载抖动的方法具体控制流程如图2所示。

s11:获取力矩百分比:

s12:预设力矩百分比的预定值,该预定值处于90%~100%之间,根据力矩百分比的检测值判断其是否超过预定值,若是,则执行步骤s13,否则终止:

s13:判断力矩百分比是否达到100%,即此时是否已经超载,若是,执行步骤s15,若否,执行步骤s14:

s14:判断力矩百分比的变化趋势,根据其变化趋势进行分段控制,如果力矩百分比处于上升趋势,说明存在超载的风险,则执行步骤s15,若处于下降趋势,说明不存在超载风险,若继续下降则有可能影响正常作业,此时可以按照步骤s16继续作业,使得力矩百分比进一步增加:

s15:立即将力矩限制器输出的控制电流置零,以关闭主阀阀芯,切断油缸大腔的进油,防止超载或者缓解超载抖动:

s16:将力矩限制器输出的控制电流按照一定比例衰减后输出,使力矩百分比逐渐靠近100%,实现变幅起落、主臂伸缩、卷扬起落以及左右回转等动作,并在力矩百分比到达100%时立即将控制电流置零,防止超载:

s17:判断操纵手柄是否回中位,如果是,则说明起重机不处于作业状态,根本不可能超载,此时可以终止,如果否,可以返回步骤s12继续进行控制。

3计算力矩百分比

在上述步骤s11中,可以通过起重机主臂上的长度角度传感器和变幅油缸上的油压传感器,结合三较点的相对位置,换算得出实际力矩、额定力矩以及空载力矩,然后代入力矩百分比的计算公式,得出力矩百分比。所述力矩百分比=实际力矩/(额定力矩＋空载力矩)=(重物力矩＋空载力矩)/(额定力矩＋空载力矩)。其中,三较点是指变幅上较点、变幅下较点以及吊臂后较点[6]。

在上述步骤s12中,经实验证明,所述预定值可以设置在96%、97%或98%,通常不应过于接近100%,即所述预定值不应过大,否则与现有技术中在力矩百分比等于100%的情况下将控制电流置零的方案相比,无法更好地起到消除超载抖动的作用。当然,所述预定值也不宜过小,通常可以大于95%,如果预定值过小,会使控制电流在未到达超载危险点之前置零,导致力矩限制器提前限制起重机的动作[7],影响起重机的正常作业,从而降低起重机的操作效率。此外,本领域技术人员还可以根据起重机的性能及作业需求设定预定值,所述预定值实际上是起重机存在超载风险的点,具体可以选取90%~100%之间的任意数值。

在上述步骤s12中,如果否,即力矩百分比没有超过预定值,此时力矩限制器输出的液压比例阀的控制电流可以随手柄开度的大小按照设定比例变化,即按正常的控制程字进行控制,按照手柄开度变化正比例输出控制电流。显然,此时由于不存在超载风险,可以直接终止控制程序。

在上述步骤s13中,如果力矩百分比达到或者超过100%,还可同时发出超载的报警信号,以提醒操作人员停止危险动作,防止起重机倾翻。在左右操纵手柄操纵起重机的过程中,当超载时,可通过力矩报警灯等报警装置发出报警信号:还可在显示器上实时显示出力矩百分比的变化情况,以便操作人员及时掌握力矩百分比的变化值,如图3所示。

与现有技术相比,虽然也是在力矩百分比达到100%时将控制电流置零,但在后续控制过程中并非以100%作为限制力矩动作执行与否的判断基准,而是以力矩百分比的变化趋势为参照,而变化趋势较为稳定,不会来回跳变:因此,即使所测得的力矩百分比在100%上下来回跳变,控制电流也不会在零与正常输出值之间来回跳变,而是按照既定控制策略执行,可有效防止或减少起重机的抖动。

4本文创新点

(1)将判断关闭阀芯开口的力矩百分比前移,以便将力矩百分比控制在100%内,防止超载:

(2)将力矩变化趋势作为判断超载限制动作执行与否的条件,以抑制力矩百分比的变化趋势,在防止超载的同时兼顾起升性能。

5结语

本文对国内外防起重机超载抖动的研究现状进行了分析,立足已有的基础和研究积累,提出了切实可行的研究目标和研究方法。通过一系列科学的控制流程设计,有效实现了防起重机超载抖动的控制目标,将对开创机械制造新格局产生一定的影响。