一种可回转工程机械最大回转速度限制方法及其系统的制作方法

xiaoxiao2020-09-10  1

专利名称:一种可回转工程机械最大回转速度限制方法及其系统的制作方法
技术领域
本发明涉及一种防止可回转工程机械倾覆的装置,尤其是涉及一种可回 转工程机械的最大回转速度限制方法。本发明同时提供实现该方法的系统。
背景技术
可回转工程机械是指工程机械分为上下车两部分,其中上车会绕固定在 下车的一个回转轴回转,以实现所需的工程施工操作。起重机是一种典型的 可回转工程机械。在起重机吊装作业过程中,需要不断进行回转操作,必须 保持起重机的稳定性,防止由于吊装的重物作用而使其失去平衡而发生倾覆。图1示出起重机的在吊装过程中的静态受力示意图。以下结合该图对起 重机在吊装作业中的静态受力进行说明,如图1所示,该起重机处于吊装作业的状态,其支撑腿展开支撑,可旋转的上车处于静止状态。吊臂吊起的重物的重量产生竖直向下的重力G,该 重力G的重力线距离起重机最接近支撑腿的水平距离为L,该重力G以该最 接近支撑腿为支点对起重机产生使其倾向于倾覆的静态倾翻力矩,该静态倾 翻力矩的大小为Tj = GxL。当起重机上车回转时,起重机需要向被吊起的重物提供使其旋转的向心 力,该向心力的反作用力作用于起重机,相当于对起重机产生了一个向外的 拉力。该由于起重机回转运动产生的拉力以起重机支撑腿为支点,产生一个 力矩,该力称为动态力矩,该动态力矩会与上述被吊起重物的重力G形成的 静态力矩叠加,共同形成使起重机倾向于倾覆的倾覆力矩。为了说明上述动态力矩,请参看图2,该图示出起重机上车回转时起重 ^L动态受力示意图。如图2所示,起重机的所处状态以图1的静止状态为基础,惟一不同之 处是其上车以角速度(o旋转。此时,吊绳对除了对被吊重物产生方向向上大 小与该重物的重力相同的拉力G外,还产生水平方向指向回转中心向心力, 根据向心力的计算公式,该向心力的大小为F = Gx(o2>< (Li+Lo),其中, 为重力线距离起重机最接近支撑腿的水平距离,U为支撑腿到回转起重机回转中心的距离,两者相加为被吊重物到回转中心的距离,该值称为起重幅度,后文记为L。该向心力F对起重机产生的反作用力产生使起重机趋于倾 覆的动态倾翻力矩,该动态倾翻力矩大小为Td = Gxo)2>< (Li + Lo) xH,其 中,H为向心力到支撑腿的距离。上述静态力矩和动态力矩叠加后,产生总的使起重^M顷向于倾覆的倾覆 力矩。起重机的自重和支腿的展开距离则共同决定使起重机处于稳定状态的 稳定力矩。在倾覆力矩小于起重机的稳定力矩时,则起重机不致于倾覆;相 反,当倾覆力矩大于起重机的稳定力矩时,则起重机可能倾覆。目前,为了防止起重机以及其它可回转工程机械的倾覆,大多数可回转 工程机械均安装有力矩限制器。以起重机为例,力矩限制器通过4企测并处理 可回转机械的起重量和吊重幅度,计算出当前起重机的静态倾翻力矩;通过 检测起重机车体重量、重心位置、支腿位置等车体信息而计算出当前起重机 具有的稳定力矩。根据上述值,计算静态倾翻力矩和稳定力矩的比值,并根 据此比值作进一步的动作。例如,如果上述静态倾翻力矩与稳定力矩的比值 达到0.9,则给出报警信息;当比值达到1时,限制起重机向危险方向的动作。上述现有技术的问题在于,力矩限制器仅仅考虑静态倾翻力矩对起重机 倾覆产生的影响,而没有考虑起重机上车回转所需要的向心力对起重机产生 的动态倾翻力矩。在实际操作中,需要依靠操作者自己掌握当前的起重机稳 定情况,如果操作者认为当前起重机比较稳定,例如重物较轻,支撑腿展开 充分,则会认为起重机稳定,为动态倾翻力矩预留的空间比较大,在操作时 可以采用较快的上车回转速度。相反,当重物较重,支撑腿展开不充分,则 会认为起重机不够稳定,操作时使采用较低的上车回转速度。如果力矩限制 器出现报警,则操作者采用很慢的速度进行回转操作。由于回转速度越高,产生的动态倾翻力矩越大,因此,为了避免倾覆, 需要起重机的回转速度较低为佳;但是,为了使起重机效率高一些,又希望 起重机的回转速度能够高 一些。这就使保持起重机稳定和起重机效率发生矛 盾。如何使起重机尽可能发挥较高的效率,又不致于倾覆,这需要在不致引 起倾覆的情况下,使起重机回转速度尽可能高。现有技术采用的人工控制起 重机回转速度的方法依赖于操作者的操作经验;大多数操作者为了避免起重机倾覆, 一般倾向于使其回转速度稍低,以免出现倾覆等严重情况,这样, 就使起重机始终不能充分发挥其回转能力。另一方面, 一些操作者由于经验 不足,加之现场环境限制。造成支撑腿无法充分展开或者配重设置不合理等, 都会造成操作者对起重机的动态倾翻力矩预留空间估计错误,采用过高的速 度进行回转操作,导致起重机发生倾覆事故。 发明内容针对上述缺陷,本发明解决的技术问题在于,提供一种可回转工程机械 最大回转速度限制方法,该方法根据可回转工程机械的对静态倾翻力矩和稳 定力矩的检测计算结果,计算出该可回转工程机械最大可以允许的回转速度 值,使用该值限制该可回转工程机械的回转速度,避免起重机的倾覆。本发 明同时提供一种实现上述方法的液压装置。本发明提供的防止可回转工程机械倾覆的最大回转速度限制方法,包括 读取当前状态下该可回转工程机械的稳定力矩和静态倾翻力矩,并根据 两者的差值计算出动态倾翻力矩空间Tdmax,即7^^=稳定力矩-静态力矩;根据所述动态倾翻力矩空间Tdmax,根据公式ow丄T,T:,计算出VGxLxH最大允许回转速度C0mJ其中,G为起重重量,L为起重幅度,H为动态力的作用距离;上述三个参数均通过起重机上相应的传感器测量获得;根据最大允许回转速度co皿和回转减速机的减速比i,计算回转马达的 最大允许转速控制回转马达的转速在该最大允许转速nmmax之下。优选地,当采用闭式液压系统时,所述控制回转马达的转速在该最大允许回转速度nmmax之下的具体方法是根据所述液压回转马达的最大允许转速nmmax,以及该回转马达排量Vm, 根据公式Qmax=Vmxn 计算最大允许流量Qmax;根据计算获得的最大允许流量Qm^,除以检测获得的发动机转速Ne,获得回转泵的最大允许排量Vb;保持回转泵排量在所确定的最大允许排量范围内。优选地,在计算出最大允许排量Vb后,才艮据一个预定的安全^f谷量范围,使用该确定的最大允许排量Vb减去该安全裕量,获得修正后的数值Vi作为控制回转泵排量的所述最大允许排量。 -优选地,当所述回转泵采用变量活塞和电控比例阀控制其排量时,所述保持回转泵最大排量的方法是对所述电控比例阀电磁铁输入电流进行限制;当对应于所述最大允许排量的电磁铁输入电流为Ii时,若回转泵的排量与电 控比例阀电磁铁的输入电流正相关时,则限制通过电磁铁的输入电流小于所 述电流Ii,若回转泵的排量与电控比例阀电^兹铁的输入电流负相关时,则限 制该输入电流Ii大于所述电流I"优选地,当采用开式液压系统时,所述控制回转马达的转速在该最大允 许回转速度n,^之下的具体方法是根据该最大允许回转速度nmmax,以及液压马达排量Vm,根据公式 计算最大允许流量Qmax;才艮据计算获得的最大允许流量Qmax,控制电比例控制的回转阀的电i兹4失线圈输入电流;具体控制方法是若电比例控制回转阀的输出流量随着电磁 铁线圈的输入电流增大而增大,则控制电磁铁线圈输入电流小于对应于最大 允许流量Q蘭的电流,若电比例控制回转阀的输出流量随着电磁铁线圈输入电流增大而减小,则控制电磁铁输入电流大于对应于最大允许流量Qmax的电本发明同时提供一种可回转工程机械的最大回转速度限制系统,该工程 机才成的回转液压系统包括相互连接构成闭式液压系统主油路的回转泵和回转马达,其中,所述回转泵排量可调;还包括可对回转泵排量进行控制的控制 器,以及向该控制器提供检测信号的发动机转速传感器,力矩控制器,向该 控制器提供回转速度指令信号的先导手柄;其中,所述控制器采用以下步骤 控制所述回转马达的回转速度控制器从所述力矩控制器读取其检测计算获得的当前状态下该可回转工 程机械的稳定力矩和静态倾翻力矩,并根据两者的差值计算出动态倾翻力矩 空间Tto肪,即Td腿二稳定力矩-静态力矩;控制器根据所述动态倾翻力矩空间Tdmax,根据公式<formula>formula see original document page 9</formula>计算出最大允许回转速度co,;其中,G为起重重量,L为起重幅度,H为 动态力的作用距离;上述三个参数均通过起重机上相应的传感器测量获得;控制器根据最大允许回转速度co腿和回转减速机的减速比i,计算回转 马达的最大允许转速控制器根据所述液压回转马达的最大允许转速nmmax,以及该回转马达排量Vm,根据公式Qmax=Vmxnmmax,计算最大允许流量Qmax;控制器根据计算获得的最大允许流量Qmax,除以来自所述发动机转速传 感器检测获得的发动机转速Ne,获得回转泵的最大允许排量Vb;控制器在发出回转泵排量控制信号时,限制该排量在所确定的最大允许 排量范围内。优选地,该系统包括调整回转泵排量的电控比例阀和变量活塞,以及与 其配套的先导油源和液压油箱,所述变量活塞阀芯的移动控制所述回转泵排 量,所述电控比例阀可在输入其电磁铁线圏的输入电流的控制下,控制由液 压油源流向该变量活塞的液压油的方向和压力,从而控制变量活塞阀芯的移 动;所述控制器输出的回转泵排量控制信号具体是该电控比例阀的电-兹4^线 圈输入电流信号;设对应所述最大允许流量的电磁4^线圈的电流为Ii,所述 限制该排量在所确定的最大允许排量范围内,具体是在回转泵排量与所述电 控比例阀的电磁铁线圏排量正相关时,控制器将提供给电磁铁线圈的输入电 流限制在小于Ii的范围内,在回转泵排量与所述电控比例阀的电磁铁线圏排 量负相关时,控制器将提供给电磁铁线圈的输入电流限制在大于Ii的范围内。优选地,所述控制电磁铁线圏输入电流,具体是,当先导手柄发出的回 转速度指令信号小于最大允许转速时,所述控制器根据该信号的指令控制向 所述电控比例阀电磁铁线圏提供输入电流;当先导手柄发出的回转速度指令 信号大于等于最大允许转速时,所述控制器向所述电控比例阀电磁铁线圈提 供对应最大允许转速的输入电流Ii。本发明另外还提供一种可回转工程机械的最大回转速度限制系统,该工 禾呈才几4成的回转液压系统包4舌相互连4妄构成开式液压系统主油路的回转泵、回 转阀和回转马达,其中,所述回转阀连接在回转泵到所述回转马达之间的油 路上,其阀芯的位置可控制回转泵向所述回转马达提供的液压油的流量和方向;该回转阀阀芯位置受控于其电^兹铁线圈;该系统还包括向回转阀电^兹纟失 线圈提供控制电流的控制器,以及向该控制器提供检测信号的发动机转速传 感器,力矩控制器,向该控制器提供转速指令信号的先导手柄;所述控制器采用以下步骤控制所述回转马达的回转速度控制器从所述力矩控制器读取其检测计算获得的当前状态下该可回转工 程机械的稳定力矩和静态倾翻力矩,并根据两者的差值计算出动态倾翻力矩 空间Tdmax,即Ttoa^稳定力矩-静态力矩;计算出最大允许回转速度co謹;其中,G为起重重量,L为起重幅度,H为 动态力的作用距离;上述三个参数均通过起重机上相应的传感器测量获得;控制器根据最大允许回转速度(o丽和回转减速机的减速比i,计算回转 马达的最大允许转速n画ax控制器根据所述液压回转马达的最大允许转速nmmax,以及该回转马达排 量Vm,根据公式Qmax=Vmxnmmax,计算最大允许流量Qmax;控制器根据计算获得的最大允许流量Qmax,控制器在发出回转阀控制信 号时,限制其输出排量在所确定的最大允许排量范围内。优选地,所述限制该排量在所确定的最大允许排量范围内的方法具体是设对应最大允许流量Q皿的回转阀电磁铁电流为Ii,则当先导手柄发出的回转速度指令信号小于最大允许回转速度时,所述控制器根据该信号的指令控制向所述回转阀电磁铁线圈提供输入电流;当先导手柄发出的回转速度指令 信号大于等于最大允许转速时,所述控制器向所述回转阀电磁铁线圏提供对 应最大允许流量Qmax的车俞入电流Ii。与现有技术相比,本发明提供的方法利用现有可回转工程机械普遍配备 的力矩限制器的检测数值,计算出为动态力矩提供的动态力矩空间,并根据 该动态力矩空间,进一步计算回转马达的最大允许回转转速。当最大允许转 速确定后,结合具体的液压系统,控制向该回转马达提供的液压流量,使回 转马达的回转速度不会超过所计算的最大允许回转速度。该方法的控制效果 是,当先导手柄输出的回转速度控制信号小于所确定的最大允许回转速度时,控制器才艮据所述动态倾翻力矩空间Tdmax, 4艮据公式co则根据该转速控制信号确定回转速度;当先导手柄输出的回转速度控制信号 大于等于所确定的最大允许回转速度时,则将回转速度控制在最大允许会转 速度上。本发明提供的控制方法使可回转工程机械的回转能力发挥到极限,由于 操作者无需担心出现倾翻问题,可以减轻操作者劳动强度和操作经验的要求。


图l是起重机的在吊装过程中的静态受力示意图; 图2是起重机上车回转时起重机动态受力示意图; 图3是本发明闭式液压系统实施例; 图4是本发明控制流程图; 图5是本发明开式液压系统实施例。
具体实施方式
本发明第 一 实施例以起重机为例,提供一种防止可回转工程机械倾覆的 最大回转速度限制方法,该方法的基本原理是一艮据计算获得动态倾翻力矩空间Tdmax,并根据该值确定最大回转速度,然后控制回转速度在此范围内。请参看图3图为一个起重机的闭式液压控制系统。该系统包括相互连接 构成闭式液压系统主回路的回转泵1和液压回转马达2,控制回转泵1排量的电控比例阀3和变量活塞4,以及为该比例阀3和变量活塞4提供的油源 的先导油源5和液压油箱6;该控制系统还包括供操作者发出控制信号的先 导手柄8,处理控制逻辑的控制器7,以及测量回转马达2转速的转速传感器 9,以及力矩限制器10。所述回转泵1为该闭式液压系统的油源。该回转泵1采用可调排量的液 压泵。具体的排量调整方法有多种,该系统中,该液压泵采用电控比例阀3 控制变量活塞4的移动,再由该变量活塞4控制回转泵1的排量。具体的连 4妄方法和见后名又。所述回转马达2为定排量马达,该马达驱动起重机上车回转。由于其排 量为固定排量,因此,其旋转速度完全取决于液压系统提供的流量。上述回转泵1和液压马达2相互连纟妄构成该起重才几上车回转的主驱动回 路,该系统是一个闭式液压系统,应当说明,该液压系统还需要具备补油回路、限压回路等,这些属于本领域的公知常识,并且与本发明对现有技术的 贡献无关,在此不予详述。 -上述回转泵1的排量是可调的,通过调整其排量,可调整液压回路中的液压流量,并^f吏所述液压马达2的转速发生改变。为了调整该液压泵l排量,需要有相关的排量控制油路,包括电控比例阀3和变量活塞4,以及为它们提供液压油的先导油源5和液压油箱6。所述 电控比例阀3为一个三位四通阀,即具有三个工作位置和四个连4妄油管的端 口。工作时,液压比例阀会在三个工作位置间变化。在图中,该电控比例阀 3从左到右分别为第一到第三位置;通过向其两侧的电磁线圈提供电流,可 以使该电控比例阀的阀芯在左右方向上移动,改变该阀的导通方向和导通程 度。所述先导油源5的出油口连接所述电控比例阀3的上左进口 A,所述液 压油箱6连接该电控比例阀3的上右进口 B;所述电控比例阀3的下左进口 C连接所述变量活塞4的左腔;所述电控比例阀3的下右进口 D连接变量活 塞4的右腔。当所述电控比例阀3的阀芯处于第一工作位置时,所述上左进 口A连通下右进口D,所述上右进口 B连通下左进口 C,使所述先导油泵5 泵出的液压油从上左进口 A经过电控比例阀3进入所述变量活塞4的右腔, 所述变量活塞4的左腔则经过该电控比例阀3连通到所述液压油箱6,这时, 所述变量活塞4的右腔为高压油腔,左腔为低压油腔,在液压油的作用下, 可向右推动活塞的阀芯移动;当所述电控比例阀3的阀芯处于第三工作位置 时,所述上左进口 A连通下左进口 C,所述上右进口 B连通下右进口 D,使 所述先导油泵5泵出的液压油从上左进口 A经过电控比例阀3进入所述变量 活塞4的左腔,所述变量活塞4的右腔则经过该电控比例阀3连通到所述液 压油箱6,这时,所述变量活塞4的左腔为高压油腔,右腔为低压油腔,在 液压油的作用下,可向左推动活塞的阀芯移动;所述电控比例阀3的阀芯处 于第二位置时,则该电控比例阀3处于上述第一位置和第二位置之间的过渡 状态。所述电控比例阀3在第一位置或者第三位置时,阀芯的偏移量受到其 左右侧的电》兹4失控制,并且随着偏移量的不同,其开口大小不同,导致提供 给变量活塞4的液压压力不同,使所述变量活塞4的活塞阀芯左右位移的距 离不同,该变量活塞4阀芯左右位移的距离不同,进一步导致所述回转泵1上述电控比例阀3的电磁线圏上所加的电流最终与所述回 转泵1的排量存在正相关或者负相关的关系。所述先导手柄8,该先导手柄8由操作者掌控,向所述控制器7发送回 转速度控制信号,该先导控制信号反应操作者期望的回转速度。所述转速传感器9,用于检测发动机(图未示)的转速,并将该信息提 供给所述控制器7。所述力矩控制器10通过设置在起重机上的若干检测传感器,主要包括检 测起重机实时起重量的负载检测装置、以及检测起重机起重幅度信息的幅度 信息检测装置等,实时检测获得起重机的工作状态,并计算获得起重机当前 的稳定力矩和静态倾翻力矩,并将上述计算值传送给所述控制器7。该力矩 控制器10目前已经是起重机常规配备,现有技术中存在多种实现方案,在此 不予赘述。所述控制器7为起重机的核心控制器件,其接收多种传感器的输出以及 操纵信号,并据此产生相应的控制信号,控制相应的执行元件。在本实施例 中,仅仅关心与最大回转速度限制相关的部分,输入信号包括来自先导手柄 8的回转速度控制信号,以及来自力矩限制器10的稳定力矩和静态倾翻力矩; 输出信号包括控制所述电控比例阀3的电磁铁电流信号。尽管在图1中,控 制器直接向所述电控比例阀3提供了电磁铁电流信号,但是实际上,该信号 可能只是一个代表电磁铁电流大小的输出信号,并被提供给功率原件,由功 率原件根据该电流大小向所述电控比例阀3提供相应大小的电流。总之,采 取何种方式向电控比例阀3提供电流完全取决于控制器7输出端点的负载能 力。上述介绍的是本实施例所应用的液压系统,本实施例的目的首先是提供 一种控制方法,这种控制方法实际上表现为存在于所述控制器7中的控制程 序。当然,也可以采用专用的硬件电路实现这种控制。这种控制方法和上述 液压系统相结合,则形成一个起重机最大回转速度限制系统。上述方法和系 统均可应用于与起重机的工作状态类似的可回转工程机械中。请参看图4,该图为本发明第一实施例的流程图。步骤S401,读取当前状态下该起重机的稳定力矩和静态倾翻力矩,并根据两者的差值计算出动态倾翻力矩空间Tdmax,即Td謹-稳定力矩-静态力 矩。所述起重机具有力矩控制器10,该力矩控制器IO可检测获得起重机的 稳定力矩和静态倾翻力矩。力矩控制器是目前起重机以及其它类似的可回转 工程机械上普遍应用的器件,其测量计算稳定力矩以及静态倾翻力矩的方法 以及稳定力矩和静态倾翻力矩的意义为本领域技术人员所公知,并在背景技 术中已经有所介绍叙述,在此不予赘述。现有技术下,上述数值提供给控制器7后,控制器7用所述静态倾翻力 矩除以稳定力矩,获得一个比值,该比值作为判断起重机是否可能倾翻的参 数,并根据此参数的大小做出相应的判断。例如,当该参数大于0.9时,发 出报警,使操作人员能够注意;当此参数等于l时,禁止起重机向危险方向 运动。但是,现有技术没有应用上述测量值分析给予动态倾翻力矩的空间。 在本实施例中,将上述测量值带入公式T^a^稳定力矩-静态力矩,所获得 的Tdmax称为动态倾翻力矩空间。该值用于估计动态倾翻力矩最大可以达到多 少而不致于倾翻。利用该动态倾翻力矩空间就可以充分发挥起重机的工作能 力。步骤S402,根据所述动态倾翻力矩空间Td皿,根据公式<formula>formula see original document page 15</formula>计算出最大回转速度COm^其中,G为起重重量,L为起重幅度,H为动态 力的作用距离;上述三个参数均通过起重机上相应的传感器测量获得。以下结合图2所示的起重机回转时的受力示意图对该步骤进行说明。如 图2所示,起重机在回转时,需要向重物提供的向心力为F = Gxco2x (Li+ L0),其反作用力就是作用在起重机上的离心力;该离心力的方向与向心力 相反,指向旋转中心的反方向,即水平背离旋转中心,其对起重机的着力点 在起重机吊臂的受力端点,该离心力以起重机最接近力作用线的支腿为支点 对起重机产生力矩作用,故其力臂的长度就&重机吊臂受力端到起重机支 腿的垂直距离H,即动态力矩为<formula>formula see original document page 15</formula>将其中的("+ Lo)即为L,则根据该公式可以计算出对应该动态力矩的角速度为<formula>formula see original document page 16</formula> ;将所述动态倾翻力矩空间Tdmax带入公式,则获得最大回转速度为<formula>formula see original document page 16</formula>步骤S403,根据最大允许回转速度co,和回转减速机的减速比i,计算回 转马达2的最大允许转速nmmax。回转马达2的旋转需要通过回转减速机驱动上车旋转。回转减速机的减 速比为i,则回转马达2的回转速度为上车的旋转速度co乘以i;对应所计算 获得的最大允许回转速度,则有液压马达的最大允许转速nmmax= co raax x i 。步骤S404,才艮据所述液压回转马达的最大允许转速nmmax,以及该回转 马达排量Vm,根据公式Qmax=Vmxnmmax,计算最大允许流量Qmax。所述回转马达2的最大允许回转速度已经获得,由于回转马达都采用定 排量液压马达,所以,其排量始终保持定值,设该值为Vm;液压马达转速和 排量的乘积等于流量,因此根据所述回转马达的最大允许转速,可计算出回 转马达2的最大允许流量Qmax。步骤S405,根据计算获得的最大允许流量Qmax,并根据检测获得的发动 机转速Ne,计算获得回转泵2的理论最大排量Vb 。所迷回转泵1在发动机(图3未示)的带动下旋转并向液压系统提供压 力油。发动机转速Ne可通过转速检测器检测获得。由于液压系统的流量是 相同的,回转泵输出的流量就是所述回转马达2的流量。因此,所述回转马 达2的最大允许流量,就是所述回转泵1的最大允许输出流量。将该最大允 许输出流量除以发动机转速Ne,就可以获得回转泵2的最大允许流量Vb。 为了保证不出现倾翻的情况,可以对该最大允许流量Vb进行适当的修正,具 体是在计算出最大允许排量Vb后,根据一个预定的安全裕量范围,使用所确 定的最大允许排量Vb减去该安全裕量,获得修正后的数值Vi作为控制回转 泵排量的最大允许排量。步骤S406,保持回转泵2排量在所确定的最大排量范围内。才艮据图3所示的系统,该回转泵2的排量由变量活塞4控制,该变量活 塞4阀芯左右位移可对回转泵1的排量以及旋转方向进行调整。该变量活塞4阀芯位移由所述电控比例阀3提供的液压流量以及方向控制,而该电控比 例阀3的输出流量和方向则受控于其左右两端电磁铁通过的电流,包括左右 电磁铁何者通过电流以及电流的大小。所述电控比例阀3的电》兹铁输入电流 大小与左右电磁铁的输入电流大小可以是正相关或者是负相关。如果对应于 所述回转泵1的最大允许排量Vb或者经过修正的最大允许排量Vi的电》兹铁 电流为Ii,则所述保持回转泵最大排量的具体方法是,对所述电控比例阀3 的电磁铁输入电流进行限制;当对应于所述最大允许排量的电磁铁输入电流 为Ii时,若回转泵1的排量与电控比例阀3电-兹铁的输入电流I正相关时, 则限制通过电磁铁的输入电流I小于所述电流Ii,若回转泵1的排量与电控 比例阀3电;兹铁的输入电流负相关,则限制该输入电流I大于所述电流Ii。 在该系统中,对输入电流I的控制具体是控制器7根据所述对应回转泵1的 最大允许排量的输入电流Ii的数值,在向所述电控比例阀3提供输入电流时, 进行过滤处理。即,该控制器7在接收所述先导手柄8的输入后,若其指令 回转速度没有超过最大允许回转速度,则控制器7根据该指令向电控比例阀 3的电磁铁线圈提供对应该转速所需回转泵排量的输入电流I;若先导手柄8 的指令回转速度超过最大允许回转速度时,则向电磁铁线圈提供所述对应最 大允许排量的电流Ii。以上方法的基本思路不仅适用于闭式液压控制系统,而且稍作改变即可用于开式液压控制系统。请参看图5,该图为本发明第二实施例所应用的开式液压控制系统的液 压原理图。该开式液压系统包括回转泵501、回转阀502、回转马达503、控制器504、 转速传感器505、先导手柄506、液压油箱507。所述回转泵501在发动机(图未示)的带动下旋转,向该液压系统提供 压力油。所述回转马达503 ^接收经过回转岡502与所述回转泵501连"^妻,其在液 压流量的驱动下产生旋转。所述回转阀502为三位四通的电比例控制阀,图中示出其A/v左到右三个 工作位置。工作在左边第一位置时,其左上进口 E连通右下进口 H,其左下进口G连通右上进口F,工作在右边第三个位置时,则左上进口E连通左下 进口 G,右上进口 F连通右下进口-H,中间第二个位置为上述两个位置的过 渡。上述三个工作位置的转换依靠阀芯的左右移动实现转换,并且阀芯位移 的程度可以控制通过该回转阀502的液压流量。阀芯移动依靠该回转阀502 左右两端的电磁铁线圏控制,电磁铁线圈输入的电流大小不同可产生不同的 阀芯位移量。在该液压系统中,所述回转泵1的出口连"t妄所述回转阀2的左 下进口 G,其左上进口 E连接回转马达3的左进口,其右上进口F连接回转 马达3的右进口,其右下进口 H连4妄液压油箱7。上述连接方式使该回转阀 503可控制由回转泵501通向回转马达503的液压油的方向和流量。上述回转泵501、回转阀5-2、回转马达503构成一个该液压系统的主回 路,使回转泵501泵出的液压油流量以流量可控的方式提供给所述回转马达 3,使回转马达3的旋转速度和旋转方向获得控制。在该液压系统中,通过控制回转阀503的电磁铁线圏的输入电流可控制 回转阀503的旋转方向和旋转速度,由控制器504、转速传感器505、先导手 柄507、力矩限制器508构成的控制线路即提供该输入电流。所述先导手柄506向控制器504提供反映操作者期望转速的转速指令信号。所述转速传感器505向控制器504提供发动机(图未示)转速的4企测信 息,供控制器504进行判断。所述力矩限制器507利用若干检测器的检测信息,实时检测获得起重机 的工作状态,并计算获得起重机当前的稳定力矩和静态倾翻力矩,并将上述 计算值传送给所述控制器7。所述控制器507接收上述指令信号和检测信号输入,并根据内部的预定 控制逻辑为所述回转阀502的电》兹4^线圏输入电流,控制通向回转马达503 的-液压流向和液压5危量。上述控制器507采用的控制逻辑和上述第一实施例是相同的,只是其输 出的控制信号是控制回转阀502阀芯移动方向和距离的电磁铁线圏输入电 流。设对应最大允许转速的最大允许流量为Qmax,则该Qmax对应于所述回转 阀2的一定的阀芯位置,即可通过4吏回转阀502的阀芯位于一个特定位置,向所述回转马达503提供的流量为Qmax。因此,只需要对回转阀502的电磁 -铁线圈输入电流进行控制,即可使该液压系统工作在最大允许流量Q匪之 下,保证转速不会超过最大允许转速。电磁铁线圈的输入电流与该回转阀502 向回转马达503提供的流量正相关或者负相关,无论何种形式,控制器504 在先导手柄506输出的转速指令信号低于计算获得的最大允许转速时,则按 照该先导手柄506的转速指令进行控制;当所述先导手柄506输出的转速指 令信号超过最大允许转速时,则所述控制器向所述回转阀502的电磁铁线圈 输出对应于最大允许流量的输入电流,使所述回转马达503获得的流量在最 大允许流量Qmax。上述本发明的实施例尽管是以起重机为例进行说明的,但是,本发明提 供的方法和系统无需创造性劳动即可移植到所有可回转工程机械的回转控制 上。因此,本发明的保护范围不限于起重机。以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普 通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润 饰,这些改进和润饰也应^L为本发明的保护范围。
权利要求
1、一种防止可回转工程机械倾覆的最大回转速度限制方法,其特征在于,包括读取当前状态下该可回转工程机械的稳定力矩和静态倾翻力矩,并根据两者的差值计算出动态倾翻力矩空间Tdmax,即Tdmax=稳定力矩-静态力矩;根据所述动态倾翻力矩空间Tdmax,根据公式<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow><msub> <mi>&omega;</mi> <mi>max</mi></msub><mo>=</mo><msqrt> <mfrac><msub> <mi>T</mi> <mrow><mi>d</mi><mi>max</mi> </mrow></msub><mrow> <mi>G</mi> <mo>&times;</mo> <mi>L</mi> <mo>&times;</mo> <mi>H</mi></mrow> </mfrac></msqrt><mo>,</mo> </mrow></math>]]></math-cwu><!--img id="icf0001" file="S2007103022479C00011.gif" wi="148" he="46" img-content="drawing" img-format="tif"/-->计算出最大允许回转速度ωmax;其中,G为起重重量,L为起重幅度,H为动态力的作用距离;上述三个参数均通过起重机上相应的传感器测量获得;根据最大允许回转速度ωmax和回转减速机的减速比i,计算回转马达的最大允许转速nmmax;控制回转马达的转速在该最大允许转速nmmax之下。
2、 根据权利要求1所述的方法,其特征在于,当采用闭式液压系统时,所述控制回转马达的转速在该最大允许回转速度nmmax之下的具体方法是 根据所述液压回转马达的最大允许转速nmmax,以及该回转马达排量Vm,根据公式<formula>formula see original document page 2</formula>,计算最大允许流量Qmax;根据计算获得的最大允许流量Qmax,除以检测获得的发动机转速Ne,获得回转泵的最大允许排量Vb;保持回转泵排量在所确定的最大允许排量范围内。
3、 根据权利要求2所述的方法,其特征在于,在计算出最大允许排量Vb 后,根据一个预定的安全裕量范围,使用该确定的最大允许排量Vb减去该安 全裕量,获得修正后的数值Vi作为控制回转泵排量的所述最大允许排量。
4、 根据权利要求2或3所述的方法,其特征在于,当所述回转泵采用变 量活塞和电控比例阀控制其排量时,所述保持回转泵最大排量的方法是对所述 电控比例阀电磁铁输入电流进行限制;当对应于所述最大允许排量的电磁铁输 入电流为Ii时,若回转泵的排量与电控比例阀电磁铁的输入电流正相关时,则 限制通过电磁铁的输入电流小于所述电流Ii,若回转泵的排量与电控比例阀电 磁铁的输入电流负相关时,则限制该输入电流Ii大于所述电流Ii。
5、 根据权利要求1所述的方法,其特征在于,当采用开式液压系统时,所述控制回转马达的转速在该最大允许回转速度nmmax之下的具体方法是根据该最大允许回转速度IVmax,以及液压马达排量Vm,根据公式 Qmax=VmXnmmax,计算最大允许流量Qmax;根据计算获得的最大允许流量Qmax,控制电比例控制的回转阀的电磁铁线 圏输入电流;具体控制方法是若电比例控制回转阀的输出流量随着电》兹铁线 圏的输入电流增大而增大,则控制电磁铁线圈输入电流小于对应于最大允许流量Qmax的电流,若电比例控制回转阀的输出流量随着电磁铁线圏输入电流增 大而减小,则控制电》兹l^输入电流大于对应于最大允许流量Qm狀的电流。
6. 一种可回转工程机械的最大回转速度限制系统,该工程机械的回转液 压系统包括相互连接构成闭式液压系统主油路的回转泵和回转马达,其中,所 述回转泵排量可调;还包括可对回转泵排量进行控制的控制器,以及向该控制 器提供检测信号的发动机转速传感器,力矩控制器,向该控制器提供回转速度指令信号的先导手柄;其特征在于,所述控制器采用以下步骤控制所述回转马 达的回转速度控制器从所述力矩控制器读取其检测计算获得的当前状态下该可回转工 程机械的稳定力矩和静态倾翻力矩,并根据两者的差值计算出动态倾翻力矩空间Tdm狀,即Tdma^稳定力矩-静态力矩;控制器根据所述动态倾翻力矩空间Tdmax,根据公式owjV Gx Lx H计算出最大允许回转速度COmJ其中,G为起重重量,L为起重幅度,H为动 态力的作用距离;上述三个参数均通过起重机上相应的传感器测量获得;控制器根据最大允许回转速度co,和回转减速机的减速比i,计算回转马 达的最大允许转速控制器根据所述液压回转马达的最大允许转速nmmax,以及该回转马达排量Vm,根据公式Qmax=VmXnmmax,计算最大允许流量Qmax;控制器根据计算获得的最大允许流量Qmax,除以来自所述发动机转速传感 器检测获得的发动机转速Ne,获得回转泵的最大允许排量Vb;控制器在发出回转泵排量控制信号时,限制该排量在所确定的最大允许排 量范围内。
7、 根据权利要求6所述的可回转工程机械的最大回转速度限制系统,其 特征在于,该系统包括调整回转泵排量的电控比例阀和变量活塞,以及与其配 套的先导油源和液压油箱,所述变量活塞阀芯的移动控制所述回转泵排量,所 述电控比例阀可在输入其电》兹铁线圈的输入电流的控制下,控制由液压油源流 向该变量活塞的液压油的方向和压力,从而控制变量活塞阔芯的移动;所述控 制器输出的回转泵排量控制信号具体是该电控比例阀的电磁铁线圈输入电流 信号;设对应所述最大允许流量的电-兹铁线圏的电流为Ii,所述限制该排量在 所确定的最大允许排量范围内,具体是在回转泵排量与所述电控比例阀的电磁 铁线圏排量正相关时,控制器将提供给电磁铁线圏的输入电流限制在小于Ii 的范围内,在回转泵排量与所述电控比例阀的电磁铁线圏排量负相关时,控制 器将提供给电;兹铁线圈的输入电流限制在大于Ii的范围内。
8、 根据权利要求7所述的可回转工程机械的最大回转速度限制系统,其 特征在于,所述控制电磁铁线圏输入电流,具体是,当先导手柄发出的回转速 度指令信号小于最大允许转速时,所述控制器根据该信号的指令控制向所述电 控比例阀电磁铁线圈提供输入电流;当先导手柄发出的回转速度指令信号大于 等于最大允许转速时,所述控制器向所述电控比例阀电f兹铁线圏提供对应最大 允i午转速的输入电流Ii。
9、 一种可回转工程机械的最大回转速度限制系统,该工程机械的回转液 压系统包括相互连接构成开式液压系统主油路的回转泵、回转阀和回转马达, 其中,所述回转阀连接在回转泵到所述回转马达之间的油路上,其阀芯的位置 可控制回转泵向所述回转马达提供的液压油的流量和方向;该回转阀阀芯位置 受控于其电磁铁线圏;该系统还包括向回转阀电磁铁线圏提供控制电流的控制 器,以及向该控制器提供检测信号的发动机转速传感器,力矩控制器,向该控 制器提供转速指令信号的先导手柄;其特征在于,所述控制器采用以下步骤控 制所述回转马达的回转速度控制器从所述力矩控制器读取其检测计算获得的当前状态下该可回转工 程机械的稳定力矩和静态倾翻力矩,并根据两者的差值计算出动态倾翻力矩空 间Tdm収,即1臓=稳定力矩-静态力矩;控制器根据所述动态倾翻力矩空间Tdmax,根据公式comax=、,-TT ,. VGxLxH计算出最大允许回转速度co腿;其中,G为起重重量,L为起重幅度,H为动 态力的作用距离;上述三个参数均通过起重机上相应的传感器测量获得;控制器根据最大允许回转速度oo腿和回转减速机的减速比i,计算回转马 达的最大允许转速控制器根据所述液压回转马达的最大允许转速nmmax,以及该回转马达排量Vm,根据公式Qmax=VmXnmmax,计算最大允许流量Qmax;控制器根据计算获得的最大允许流量Qmax,控制器在发出回转阀控制信号时,限制其输出排量在所确定的最大允许排量范围内。
10、根据权利要求9所述的可回转工程机械的最大回转速度限制系统,其 特征在于,所述限制该排量在所确定的最大允许排量范围内的方法具体是设 对应最大允许流量Q皿的回转阀电磁铁电流为Ii,则当先导手柄发出的回转速 度指令信号小于最大允许回转速度时,所述控制器根据该信号的指令控制向所 述回转阀电磁铁线圈提供输入电流;当先导手柄发出的回转速度指令信号大于 等于最大允许转速时,所述控制器向所述回转阀电磁4^线圏提供对应最大允许流量Qmax的lt入电流Ii。
全文摘要
本发明公开一种防止可回转工程机械倾覆的最大回转速度限制方法,其特征在于,包括读取当前状态下该可回转工程机械的稳定力矩和静态倾翻力矩,并根据两者的差值计算出动态倾翻力矩空间T<sub>dmax</sub>,即T<sub>dmax</sub>=稳定力矩-静态力矩;根据所述动态倾翻力矩空间T<sub>dmax</sub>,根据公式ω<sub>max</sub>= (T<sub>dmax</sub>/G×L×H),计算出最大允许回转速度ω<sub>max</sub>;其中,G为起重重量,L为起重幅度,H为动态力的作用距离;上述三个参数均通过起重机上相应的传感器测量获得;根据最大允许回转速度ω<sub>max</sub>和回转减速机的减速比i,计算回转马达的最大允许转速n<sub>mmax</sub>;控制回转马达的转速在该最大允许转速n<sub>mmax</sub>之下。本发明提供的控制方法使可回转工程机械的回转能力发挥到极限,并减轻操作者劳动强度和操作经验的要求。
文档编号B66C23/94GK101219758SQ20071030224
公开日2008年7月16日 申请日期2007年12月20日 优先权日2007年12月20日
发明者曹显利, 李翠英 申请人:三一重工股份有限公司

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