我國(guó)起重機(jī)的主臂上通常設(shè)有長(zhǎng)度角度傳感器,以便對(duì)起重機(jī)作業(yè)過程中三較點(diǎn)相對(duì)位置的變化進(jìn)行測(cè)量:同時(shí),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(duì)油缸內(nèi)的油壓進(jìn)行檢測(cè)。

　　起重機(jī)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(shí)現(xiàn)起重機(jī)的變幅起落、主臂伸縮、卷?yè)P(yáng)起落以及左右回轉(zhuǎn)等動(dòng)作:各個(gè)動(dòng)作的快慢通過操縱手柄的開度大小來(lái)控制,開度是指操縱手柄被扳動(dòng)離開自由狀態(tài)的程度,扳動(dòng)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(jìn)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(duì)應(yīng)的動(dòng)作就越快。

　　為實(shí)現(xiàn)力矩限制,力矩限制器與操縱手柄信號(hào)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(duì)應(yīng)的,即手柄開度越大,所述控制電控就越大,進(jìn)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(duì)應(yīng)的動(dòng)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(jī)的力矩,以起到防止超載、減少超載抖動(dòng)的作用。

　　1現(xiàn)有方法存在的問題

　　當(dāng)起重機(jī)超載時(shí),力矩限制器應(yīng)立即停止操作人員的危險(xiǎn)動(dòng)作,防止起重機(jī)傾翻[5]。

　　現(xiàn)有技術(shù)中,當(dāng)力矩百分比小于100%時(shí),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(shí),力矩限制器發(fā)出控制信號(hào),立即切斷液壓比例閥的控制電流,使原來(lái)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(dòng)和沖擊,導(dǎo)致變幅油缸大腔處的變幅油壓傳感器測(cè)得的油液壓力數(shù)值來(lái)回波動(dòng),導(dǎo)致計(jì)算的力矩百分比存在很大的波動(dòng)。

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

　　因此,如何設(shè)計(jì)一種防起重機(jī)超載抖動(dòng)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(jī)超載抖動(dòng)的控制流程和步驟

　　本文設(shè)計(jì)的防起重機(jī)超載抖動(dòng)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(cè)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(dá)到100%,即此時(shí)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(shì),根據(jù)其變化趨勢(shì)進(jìn)行分段控制,如果力矩百分比處于上升趨勢(shì),說明存在超載的風(fēng)險(xiǎn),則執(zhí)行步驟s15,若處于下降趨勢(shì),說明不存在超載風(fēng)險(xiǎn),若繼續(xù)下降則有可能影響正常作業(yè),此時(shí)可以按照步驟s16繼續(xù)作業(yè),使得力矩百分比進(jìn)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(jìn)油,防止超載或者緩解超載抖動(dòng):

　　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(shí)現(xiàn)變幅起落、主臂伸縮、卷?yè)P(yáng)起落以及左右回轉(zhuǎn)等動(dòng)作,并在力矩百分比到達(dá)100%時(shí)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(jī)不處于作業(yè)狀態(tài),根本不可能超載,此時(shí)可以終止,如果否,可以返回步驟s12繼續(xù)進(jìn)行控制。

　　3計(jì)算力矩百分比

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

　　在上述步驟s12中,經(jīng)實(shí)驗(yàn)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(wú)法更好地起到消除超載抖動(dòng)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(huì)使控制電流在未到達(dá)超載危險(xiǎn)點(diǎn)之前置零,導(dǎo)致力矩限制器提前限制起重機(jī)的動(dòng)作[7],影響起重機(jī)的正常作業(yè),從而降低起重機(jī)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(jī)的性能及作業(yè)需求設(shè)定預(yù)定值,所述預(yù)定值實(shí)際上是起重機(jī)存在超載風(fēng)險(xiǎn)的點(diǎn),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(shí)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(jìn)行控制,按照手柄開度變化正比例輸出控制電流。顯然,此時(shí)由于不存在超載風(fēng)險(xiǎn),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(dá)到或者超過100%,還可同時(shí)發(fā)出超載的報(bào)警信號(hào),以提醒操作人員停止危險(xiǎn)動(dòng)作,防止起重機(jī)傾翻。在左右操縱手柄操縱起重機(jī)的過程中,當(dāng)超載時(shí),可通過力矩報(bào)警燈等報(bào)警裝置發(fā)出報(bào)警信號(hào):還可在顯示器上實(shí)時(shí)顯示出力矩百分比的變化情況,以便操作人員及時(shí)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(dá)到100%時(shí)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(dòng)作執(zhí)行與否的判斷基準(zhǔn),而是以力矩百分比的變化趨勢(shì)為參照,而變化趨勢(shì)較為穩(wěn)定,不會(huì)來(lái)回跳變:因此,即使所測(cè)得的力矩百分比在100%上下來(lái)回跳變,控制電流也不會(huì)在零與正常輸出值之間來(lái)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(jī)的抖動(dòng)。

　　4本文創(chuàng)新點(diǎn)

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

　　5結(jié)語(yǔ)

　　本文對(duì)國(guó)內(nèi)外防起重機(jī)超載抖動(dòng)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析,立足已有的基礎(chǔ)和研究積累,提出了切實(shí)可行的研究目標(biāo)和研究方法。通過一系列科學(xué)的控制流程設(shè)計(jì),有效實(shí)現(xiàn)了防起重機(jī)超載抖動(dòng)的控制目標(biāo),將對(duì)開創(chuàng)機(jī)械制造新格局產(chǎn)生一定的影響。