中大噸位履帶起重機主要控制功能實現(xiàn)原理

PAGEPAGE20中大噸位履帶起重機主要掌握功能的實現(xiàn)原理發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)控及掌握發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)通過Ｊ19３９總線與發(fā)動機EＣU進行通訊并獲得發(fā)動機的狀態(tài)數(shù)據(jù),通過其他傳感器采集發(fā)動機所沒有的信息，如柴油液位等信息,顯示器動態(tài)顯示發(fā)動機各參數(shù)或狀態(tài)，接受虛擬儀表顯示。發(fā)動機監(jiān)控的主要內(nèi)容包括:發(fā)動機轉(zhuǎn)速(rpm）,CAＮ總線信號或通過在飛輪殼上外加轉(zhuǎn)速傳感器；冷卻水溫度（℃），ＣAN總線信號;冷卻水液位(%），CＡＮ總線信號；機油溫度(℃），ＣAN總線信號;機油壓力(kＰa）,CAN總線信號;發(fā)動機工作小時(Houｒ），ＣＡN總線信號；燃油液位(％)，上、下油位超限報警,通過外加可變電阻來實現(xiàn)。一般特性滿箱：１80±５Ω，空箱：10±3Ω。處理方法，再串一個100-150Ω左右的電阻即可,要考慮到端子的最大輸入電流，不行超過這個電流值，如圖1所示。圖１油位傳感器連接方法發(fā)動機空氣濾清器報警，CＡN總線信號;其他發(fā)動機油門掌握的方式（以ＴEＲEX-ＤEＭAＧ5８00為例）油門踏板掌握油門踏板（自復位)給出的電壓信號（最大０-5Ｖ,正常0。5－４。5V）到主掌握器,主掌握器通過J193９總線掌握發(fā)動機的轉(zhuǎn)速.此類型可以做功率極限載荷掌握，轉(zhuǎn)速通過掌握器中轉(zhuǎn).油門踏板無操作時,發(fā)動機處于怠速狀態(tài),一般為600-80０ｒpm.油門電位計掌握油門電位計（不復位)給出的電壓信號（最大０—５V，正常0．5-4。5V)到掌握器,主掌握器通過Ｊ１９39總線掌握發(fā)動機的轉(zhuǎn)速。此類型可以做功率極限載荷掌握,轉(zhuǎn)速通過掌握器中轉(zhuǎn)。油門電位計無操作時:發(fā)動機處于當前電位計所處于狀態(tài),并始終保持此狀態(tài)。自動油門系統(tǒng)依據(jù)當前的主泵壓力和手柄操作,計算系統(tǒng)所需功率,依據(jù)此功率掌握發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，自動使發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和負載功率保持較好的匹配狀態(tài).在自動油門模式下，當油門踏板掌握有效時，發(fā)動機的轉(zhuǎn)速為油門踏板掌握的轉(zhuǎn)速和自動計算的轉(zhuǎn)速較高值。油門之間的轉(zhuǎn)換油門電位計和油門踏板的轉(zhuǎn)速命令同時作用于掌握發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，哪個計算的轉(zhuǎn)速高，掌握系統(tǒng)聽哪個。兩種掌握方式的切換之間具有緩沖階段，防止發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化過快。發(fā)動機啟動和停止發(fā)動機緊急停車掌握當消滅緊急狀況時，發(fā)動機需要急停,發(fā)動機能夠在短時間內(nèi)緊急停車。此時，掌握器需要接收到一個信號，全部掌握器輸出復位。發(fā)動機啟動、停車掌握：啟動、停止接受總線掌握當掌握器收到鑰匙開關發(fā)出的點火信號后，向發(fā)動機發(fā)送啟動信號，若是發(fā)動機經(jīng)過5秒的時間起動機在運轉(zhuǎn)而發(fā)動機仍然未啟動，停止向發(fā)動機發(fā)送啟動信號。掌握器需要等待下一次啟動信號后才能連續(xù)發(fā)送啟動信號。當鑰匙開關停止向掌握器發(fā)送起動信號后，掌握器立即停止向發(fā)動機發(fā)送啟動信號.當掌握器收到熄火信號,立即向發(fā)動機發(fā)送熄火信號,沒有延時。圖2ＴEREX-DＥMAＧ58００車型的油門掌握開關液壓系統(tǒng)和發(fā)動機的功率匹配掌握極限載荷掌握在起重機的實際使用中，還是常常消滅發(fā)動機與液壓系統(tǒng)功率不匹配的現(xiàn)象，導致發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降過多，偏離最佳工作點,增加油耗,情況嚴重的還會導致發(fā)動機熄火.掌握系統(tǒng)依據(jù)當前發(fā)動機的轉(zhuǎn)速變化,推斷發(fā)動機轉(zhuǎn)速的失速狀況.如果失速過大,則掌握系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)（減小)變量泵的排量,或者同時降低馬達的吸取功率,使發(fā)動機的輸出功率削減至和負載功率相匹配，保障發(fā)動機處于較佳的工作狀態(tài).可通過發(fā)動機失速率Ｋ的大小來側面推斷泵的吸取功率PＰ是否大于發(fā)動機的輸出功率PＥ。簡略實現(xiàn)方法：依據(jù)發(fā)動機的空載油門－轉(zhuǎn)速曲線,設定發(fā)動機允許失速率,即設定推斷發(fā)動機是否超載的允許極限轉(zhuǎn)速曲線ｎｌiｍiｔ,如圖3所示:當在發(fā)動機處于某個油門位置狀態(tài)下時，檢測到的實際發(fā)動機轉(zhuǎn)速n小于允許極限轉(zhuǎn)速nlimit，則認為泵的吸取功率PP大于發(fā)動機輸出功率PＥ,需要進行對泵的排量調(diào)節(jié).一般的,最大允許失速率在1０~15%左右,即當發(fā)動機處于低怠速（800rpm）時,允許發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降80~１20rpｍ左右,而當發(fā)動機處于高怠速（２1００rpm)時，允許發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降210～３１5rpm左右。當極限載荷掌握系統(tǒng)推斷出泵吸取功率PP大于發(fā)動機輸出功率PE，需要進行調(diào)節(jié)后，系統(tǒng)飛速做出響應,降低變量泵的排量，使發(fā)動機轉(zhuǎn)速回到允許的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。調(diào)節(jié)方式一般接受PIＤ調(diào)節(jié)方式。在實際應用中，當負載功率過大時，會導致發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降得很快，如果不能準時調(diào)整變量泵的排量,則會導致發(fā)動機在很短時間內(nèi)熄火，經(jīng)實際測量，此時間可小于0．5秒。因此，對ＰID的動態(tài)響應速度提出了很高的要求.圖3允許極限轉(zhuǎn)速曲線同時，起重機在工作時，又要要求運行平穩(wěn),因此在極限載荷掌握下，不能讓起重機的執(zhí)行機構工作速度消滅震蕩，即對PID調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性要求較高?；谏鲜鰧嶋H需求，單一ＰＩD參數(shù)已經(jīng)不能滿意實際需求，多PID參數(shù)成為必需。經(jīng)過實際試驗,當失速率在１0～20％時，PＩD調(diào)節(jié)應以穩(wěn)定性為主,在進行PＩD參數(shù)整定時應使比例參數(shù)P和微分參數(shù)D較小，保持其穩(wěn)定性；而當失速率大于２0%時，ＰIＤ調(diào)節(jié)應以快速響應為主，比例參數(shù)Ｐ和微分參數(shù)D較大.發(fā)動機自動怠速掌握本功能工作于發(fā)動機轉(zhuǎn)速受油門電位計掌握情況下。系統(tǒng)檢測當前液壓各分系統(tǒng)壓力,如果各分系統(tǒng)壓力都降低到空載狀態(tài)后,則延時5秒（參數(shù)可調(diào)）后發(fā)動機轉(zhuǎn)速自動回落到自動空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速１400rｐｍ(參數(shù)可調(diào))，再延時5秒（參數(shù)可調(diào)）后如果各分系統(tǒng)壓力還沒有上升,則發(fā)動機轉(zhuǎn)速自動回落到低怠速位置8０0rpm(參數(shù)可調(diào)）。開式起升回路動作掌握液壓系統(tǒng)組成為變量泵、換向閥和變量馬達，開式系統(tǒng).如圖4所示,各個掌握元件的類型如表１所示。表１起升機構的掌握對象特性名稱內(nèi)容掌握方式掌握量－Y1泵排量掌握比例量2０0mA-600mＡ—Ｙ２主閥落開關量2Ａ－Y3主閥起開關量2A-Y4制動閥開關量２Ａ—Y５平衡閥開關量2A－Ｙ６馬達排量掌握比例量２0０mA－6０0mA圖4起升機構示意圖圖5泵的電流與流量之間的關系掌握過程:手柄掌握卷揚方向和起升速度大小。在起升開頭時，泵和主閥先打開，制動器通過程序延時ｔ１（參數(shù)可調(diào)）時間自動打開，起升結束時相反。在下降時開頭時，泵和主閥先打開，制動器通過程序延時ｔ1'（參數(shù)可調(diào)）時間自動開啟,然后再延時t2(參數(shù)可調(diào))時間開啟平衡閥,結束過程相反。卷揚的速度掌握通過轉(zhuǎn)變泵排量和馬達排量來實現(xiàn)。當速度指令從零逐漸變大時（手柄的擺角從中位開啟到最大）,泵的排量從零開頭增大，即掌握器給Y１電磁鐵的電流輸出為20０mA到6０0mA；當泵的排量增加到最大時,如果仍需要增大機構速度，開頭減小馬達的排量以連續(xù)增大卷揚速度,即掌握器給Y6電磁鐵的電流輸出為2００mA到６０0mＡ，電流越大，排量越小,速度越快.當負載較大時，如果馬達排量較小，其扭矩可能不滿意起升扭矩，因此,需要依據(jù)負載的大小調(diào)整馬達的最小排量，保證卷揚速度能跟隨操作手柄全程變化。整個掌握過程如圖6所示。圖6速度掌握原理掌握過程的平穩(wěn)性斜坡設計，不管手柄的動作如何快，掌握器對液壓系統(tǒng)的掌握需要平滑、有肯定的時間斜坡,如圖７所示。圖７斜坡設計微調(diào)設計，在手柄上設置機構的最大運行速度，當手柄即使推到最大角度，速度也是依據(jù)設置的機構速度來運行，可以實現(xiàn)微調(diào)的動作。58０0的界面如圖８所示.它的調(diào)節(jié)方式是在手柄上設置了翹板開關，左右調(diào)節(jié)速度的大小,如圖9所示.在掌握的過程中，實際上是限定了掌握器對泵和馬達的輸出電流的最大值.機構的最大運行速度條機構的最大運行速度條圖８5800的機構最大速度調(diào)節(jié)界面V型翹板開關V型翹板開關圖9TＥREX－DＥＭＡG5800手柄上的速度調(diào)節(jié)開關閉式回轉(zhuǎn)動作掌握由于回轉(zhuǎn)基本上是一個獨立的系統(tǒng),同起升、變幅等回路基本上是獨立的.目前ＤEＭAＧ的回轉(zhuǎn)基本接受了閉式系統(tǒng),保證了平穩(wěn)性的要求，如圖1０所示。回轉(zhuǎn)工作模式默認：回轉(zhuǎn)單獨泵工作.增壓模式：回轉(zhuǎn)泵工作，增壓閥打開，通過手柄按鈕開關掌握，經(jīng)過掌握器推斷。增壓的作用是在肯定程度上增加回轉(zhuǎn)泵的出口壓力,使回轉(zhuǎn)的力氣增大，如履帶吊在坡面上向上回轉(zhuǎn)時,這個功能很有用。如圖1０所示的Y1開啟，則泵的出口壓力將會增大.隨動(自由滑轉(zhuǎn)）模式：泵立即回零位，隨動閥Ｙ４打開,制動器Y３打開.自由滑轉(zhuǎn)的作用有兩個,一個是在大風天不工作的情況下，臂架可以隨著風向而轉(zhuǎn)到順風方向，防止臂架承受過大的側向力；另一個作用是在重物剛掛上鉤子要起升的過程中，重物有可能和臂頭不在一個垂線上，開啟自由滑轉(zhuǎn)功能后，則可以讓臂架自動回轉(zhuǎn)到與重物垂直的方向。圖1０回轉(zhuǎn)油路的示意圖回轉(zhuǎn)速度限制依據(jù)力矩限制器給定的力矩百分比信號，并考慮臂長、幅度、風速與回轉(zhuǎn)速度的關聯(lián),自動實現(xiàn)三級回轉(zhuǎn)速度。速度計算::當前由掌握器所限定的最大回轉(zhuǎn)速度?：回轉(zhuǎn)最大速度:臂架總長所決定的系數(shù)（主臂+塔臂/固定副臂） ? ?臂長≤6０m ??60m<臂長≤110ｍ ? 臂長〉11０m:由載荷百分比所決定的系數(shù)，與載荷百分比的函數(shù)關系如圖11所示,函數(shù)關系為：圖11回轉(zhuǎn)速度限制系數(shù)回轉(zhuǎn)角度限制在回轉(zhuǎn)中心安裝回轉(zhuǎn)編碼器,實時測量臂架與履帶前方的角度,為回轉(zhuǎn)的角度限制供應參數(shù)?？梢怨韵碌墓δ埽夯剞D(zhuǎn)至后方１10°時自動將行走正方向切換至駕駛員正前方?；剞D(zhuǎn)作業(yè)范圍限制功能.圖１2回轉(zhuǎn)角度傳感器安裝及界面顯示力限器系統(tǒng)力限器系統(tǒng)是起重機平安掌握模塊的核心。它由力傳感器、角度傳感器、主機、顯示器及軟件組成，履帶起重機的基本布置方式如圖13所示,汽車起重機如圖１4所示。圖1３履帶起重機的力限器的布置方式圖14汽車起重機的力限器布置方式力限器的功能顯示載荷、幅度、高度等信息預警、制止危險動作連續(xù)動作，防止起重機超載和傾翻國家規(guī)定１6噸以上臂架型起重機必須安裝力矩限制器在小噸位安裝吊重儀，只顯示載荷大小，無力矩顯示,如圖１5所示。圖15吊重儀和力矩限制器的差別國內(nèi)外主要廠家Ｈirschmann，早期DEMAG、ＬＩＥBHERR供應商，現(xiàn)在主機廠自己做３B６、新韓，Robｗaｙ日本主機廠自己研發(fā)徐州赫思曼-徐工長沙弘安－中聯(lián)宜昌、北京電腦所、等其他傳感器介紹力傳感器：主要有三種形式，拉板式、銷軸式和壓式,分別如圖１6、１7、18所示。本質(zhì)上都是應變片變形，輸出電阻信號，然后經(jīng)過處理，形成電流或電壓信號輸出，最核心的技術在于貼片的工藝上。圖１６拉板傳感器圖17銷軸傳感器圖1８壓式傳感器角度傳感器：有重錘式和電子式兩種,實現(xiàn)的原理是不一樣的。重錘式是阻尼重錘配電位計，結構簡潔,但是精度差。電子式是導電液體與電容極板組成的,精度高,體積小，是進展的方向之一。圖19電子式角度傳感器壓力傳感器主要為金屬膜片應變檢測液體壓力，用于壓力檢測和故障診斷,是汽車起重機格外重要的傳感器,是力限器系統(tǒng)所必需的傳感器之一.圖2０壓力傳感器力限器的安裝形式變幅拉板取力，一般用于大噸位，如圖21和２2所示。圖21履帶起重機拉板取力方式圖２２拉板取力方式變幅繩取力,一般用于小噸位,如圖2３所示。圖23變幅繩取力方式起升繩取力，一般用于小噸位，可以是三滑輪結構，如圖２4所示。也可以是在鉤頭取力。三滑輪的優(yōu)點在于取力方式簡潔,安裝便利，價格廉價，但是初始精度高，用過一段時間后就不準了,磨損嚴重。鉤頭取力的方式在履帶吊上,目前用處不大。由于涉及到倍率的問題，在單倍率的情況下，傳感器只能安裝在吊鉤上，這是沒法用有線的方式實現(xiàn)，如圖25所示。圖24繩頭三滑輪取力方式圖２5起升繩鉤頭取力方式工作過程，如圖26、27所示。圖26力限器的工作過程圖2７力限器的輸出結果核心算法：力+角度→當前起重量應用舉例:超載信號ＤO→液壓電磁閥→液壓卸荷→起升+向下變幅停止,這個一般用于小噸位液控履帶吊、先導掌握油路。正常，繼電器沒電，電磁閥得電,動作正常.超載，繼電器得電,電磁閥失電,動作停止。強制，繼電器失電,電磁閥得電，動作正常。圖28力限器超載后的掌握原理超載信號DO→掌握器→液壓電磁閥→液壓卸荷→起升＋向下變幅停止，一般用于中大噸位，如圖2９所示。圖２９力限器超載后的掌握原理由于中大噸位力限器只作為整機掌握系統(tǒng)的一部分，為整機的主掌握器供應力限器的相關信息，因此，主掌握器作為全車的掌握中心，需要從力限器得到相關的平安數(shù)據(jù),有如下幾類：平安限位信號：超載、高度限位、臂架極限角度位置等各類載荷信息：載荷、載荷率、配重量、拉力整機參數(shù)：臂架長度、角度、工況、倍率等力限器的設計流程確定力傳感器的安裝形式,銷軸？拉板?還是其他的。從總體那里得到各個受力點的最大拉力值,確定力傳感器的量程。預留及超出確定力限器需要輸出和輸入的內(nèi)容輸出：各類平安信號,什么時候輸出?輸入：力、角度、平安開關確定力限器需要輸出和輸入的形式輸出：各類平安信號，總線？DO輸入：力、角度、平安開關顯示器顯示內(nèi)容依據(jù)上述內(nèi)容確定硬件清單主機、顯示器、力傳感器、角度傳感器、限位開關、電纜、卷筒、接線盒等雙方相互供應的數(shù)據(jù)制定技術協(xié)議，規(guī)定各自的權利和義務編程－調(diào)試應急操作方案一:對輸入進行應急.其設計原理是將原車正常的全部輸入人機界面進行屏蔽，接受另外一套獨立的操作界面，全遙控手柄界面或有線操作界面,界面的輸出口直接進原車掌握器，然后通過正常的輸出口進行掌握液壓系統(tǒng)。這個方案主要是針對輸入操作進行應急的情況，前提是掌握器沒有損壞.這種方案技術難度低，可行性好,但應急程度不高。DEMAG的履帶起重機基本上就是依據(jù)這個模式