中大吨位履带起重机主要控制功能实现原理

PAGEPAGE20中大吨位履带起重机主要掌握功能的实现原理发动机状态监控及掌握发动机状态监控系统通过Ｊ19３９总线与发动机EＣU进行通讯并获得发动机的状态数据,通过其他传感器采集发动机所没有的信息，如柴油液位等信息,显示器动态显示发动机各参数或状态，接受虚拟仪表显示。发动机监控的主要内容包括:发动机转速(rpm）,CAＮ总线信号或通过在飞轮壳上外加转速传感器；冷却水温度（℃），ＣAN总线信号;冷却水液位(%），CＡＮ总线信号；机油温度(℃），ＣAN总线信号;机油压力(kＰa）,CAN总线信号;发动机工作小时(Houｒ），ＣＡN总线信号；燃油液位(％)，上、下油位超限报警,通过外加可变电阻来实现。一般特性满箱：１80±５Ω，空箱：10±3Ω。处理方法，再串一个100-150Ω左右的电阻即可,要考虑到端子的最大输入电流，不行超过这个电流值，如图1所示。图１油位传感器连接方法发动机空气滤清器报警，CＡN总线信号;其他发动机油门掌握的方式（以ＴEＲEX-ＤEＭAＧ5８00为例）油门踏板掌握油门踏板（自复位)给出的电压信号（最大０-5Ｖ,正常0。5－４。5V）到主掌握器,主掌握器通过J193９总线掌握发动机的转速.此类型可以做功率极限载荷掌握，转速通过掌握器中转.油门踏板无操作时,发动机处于怠速状态,一般为600-80０ｒpm.油门电位计掌握油门电位计（不复位)给出的电压信号（最大０—５V，正常0．5-4。5V)到掌握器,主掌握器通过Ｊ１９39总线掌握发动机的转速。此类型可以做功率极限载荷掌握,转速通过掌握器中转。油门电位计无操作时:发动机处于当前电位计所处于状态,并始终保持此状态。自动油门系统依据当前的主泵压力和手柄操作,计算系统所需功率,依据此功率掌握发动机的转速，自动使发动机的转速和负载功率保持较好的匹配状态.在自动油门模式下，当油门踏板掌握有效时，发动机的转速为油门踏板掌握的转速和自动计算的转速较高值。油门之间的转换油门电位计和油门踏板的转速命令同时作用于掌握发动机的转速，哪个计算的转速高，掌握系统听哪个。两种掌握方式的切换之间具有缓冲阶段，防止发动机转速变化过快。发动机启动和停止发动机紧急停车掌握当消灭紧急状况时，发动机需要急停,发动机能够在短时间内紧急停车。此时，掌握器需要接收到一个信号，全部掌握器输出复位。发动机启动、停车掌握：启动、停止接受总线掌握当掌握器收到钥匙开关发出的点火信号后，向发动机发送启动信号，若是发动机经过5秒的时间起动机在运转而发动机仍然未启动，停止向发动机发送启动信号。掌握器需要等待下一次启动信号后才能连续发送启动信号。当钥匙开关停止向掌握器发送起动信号后，掌握器立即停止向发动机发送启动信号.当掌握器收到熄火信号,立即向发动机发送熄火信号,没有延时。图2ＴEREX-DＥMAＧ58００车型的油门掌握开关液压系统和发动机的功率匹配掌握极限载荷掌握在起重机的实际使用中，还是常常消灭发动机与液压系统功率不匹配的现象，导致发动机转速下降过多，偏离最佳工作点,增加油耗,情况严重的还会导致发动机熄火.掌握系统依据当前发动机的转速变化,推断发动机转速的失速状况.如果失速过大,则掌握系统自动调节（减小)变量泵的排量,或者同时降低马达的吸取功率,使发动机的输出功率削减至和负载功率相匹配，保障发动机处于较佳的工作状态.可通过发动机失速率Ｋ的大小来侧面推断泵的吸取功率PＰ是否大于发动机的输出功率PＥ。简略实现方法：依据发动机的空载油门－转速曲线,设定发动机允许失速率,即设定推断发动机是否超载的允许极限转速曲线ｎｌiｍiｔ,如图3所示:当在发动机处于某个油门位置状态下时，检测到的实际发动机转速n小于允许极限转速nlimit，则认为泵的吸取功率PP大于发动机输出功率PＥ,需要进行对泵的排量调节.一般的,最大允许失速率在1０~15%左右,即当发动机处于低怠速（800rpm）时,允许发动机转速下降80~１20rpｍ左右,而当发动机处于高怠速（２1００rpm)时，允许发动机转速下降210～３１5rpm左右。当极限载荷掌握系统推断出泵吸取功率PP大于发动机输出功率PE，需要进行调节后，系统飞速做出响应,降低变量泵的排量，使发动机转速回到允许的转速范围内。调节方式一般接受PIＤ调节方式。在实际应用中，当负载功率过大时，会导致发动机转速下降得很快，如果不能准时调整变量泵的排量,则会导致发动机在很短时间内熄火，经实际测量，此时间可小于0．5秒。因此，对ＰID的动态响应速度提出了很高的要求.图3允许极限转速曲线同时，起重机在工作时，又要要求运行平稳,因此在极限载荷掌握下，不能让起重机的执行机构工作速度消灭震荡，即对PID调节的稳定性要求较高。基于上述实际需求，单一ＰＩD参数已经不能满意实际需求，多PID参数成为必需。经过实际试验,当失速率在１0～20％时，PＩD调节应以稳定性为主,在进行PＩD参数整定时应使比例参数P和微分参数D较小，保持其稳定性；而当失速率大于２0%时，ＰIＤ调节应以快速响应为主，比例参数Ｐ和微分参数D较大.发动机自动怠速掌握本功能工作于发动机转速受油门电位计掌握情况下。系统检测当前液压各分系统压力,如果各分系统压力都降低到空载状态后,则延时5秒（参数可调）后发动机转速自动回落到自动空转转速１400rｐｍ(参数可调)，再延时5秒（参数可调）后如果各分系统压力还没有上升,则发动机转速自动回落到低怠速位置8０0rpm(参数可调）。开式起升回路动作掌握液压系统组成为变量泵、换向阀和变量马达，开式系统.如图4所示,各个掌握元件的类型如表１所示。表１起升机构的掌握对象特性名称内容掌握方式掌握量－Y1泵排量掌握比例量2０0mA-600mＡ—Ｙ２主阀落开关量2Ａ－Y3主阀起开关量2A-Y4制动阀开关量２Ａ—Y５平衡阀开关量2A－Ｙ６马达排量掌握比例量２0０mA－6０0mA图4起升机构示意图图5泵的电流与流量之间的关系掌握过程:手柄掌握卷扬方向和起升速度大小。在起升开头时，泵和主阀先打开，制动器通过程序延时ｔ１（参数可调）时间自动打开，起升结束时相反。在下降时开头时，泵和主阀先打开，制动器通过程序延时ｔ1'（参数可调）时间自动开启,然后再延时t2(参数可调)时间开启平衡阀,结束过程相反。卷扬的速度掌握通过转变泵排量和马达排量来实现。当速度指令从零逐渐变大时（手柄的摆角从中位开启到最大）,泵的排量从零开头增大，即掌握器给Y１电磁铁的电流输出为20０mA到6０0mA；当泵的排量增加到最大时,如果仍需要增大机构速度，开头减小马达的排量以连续增大卷扬速度,即掌握器给Y6电磁铁的电流输出为2００mA到６０0mＡ，电流越大，排量越小,速度越快.当负载较大时，如果马达排量较小，其扭矩可能不满意起升扭矩，因此,需要依据负载的大小调整马达的最小排量，保证卷扬速度能跟随操作手柄全程变化。整个掌握过程如图6所示。图6速度掌握原理掌握过程的平稳性斜坡设计，不管手柄的动作如何快，掌握器对液压系统的掌握需要平滑、有肯定的时间斜坡,如图７所示。图７斜坡设计微调设计，在手柄上设置机构的最大运行速度，当手柄即使推到最大角度，速度也是依据设置的机构速度来运行，可以实现微调的动作。58０0的界面如图８所示.它的调节方式是在手柄上设置了翘板开关，左右调节速度的大小,如图9所示.在掌握的过程中，实际上是限定了掌握器对泵和马达的输出电流的最大值.机构的最大运行速度条机构的最大运行速度条图８5800的机构最大速度调节界面V型翘板开关V型翘板开关图9TＥREX－DＥＭＡG5800手柄上的速度调节开关闭式回转动作掌握由于回转基本上是一个独立的系统,同起升、变幅等回路基本上是独立的.目前ＤEＭAＧ的回转基本接受了闭式系统,保证了平稳性的要求，如图1０所示。回转工作模式默认：回转单独泵工作.增压模式：回转泵工作，增压阀打开，通过手柄按钮开关掌握，经过掌握器推断。增压的作用是在肯定程度上增加回转泵的出口压力,使回转的力气增大，如履带吊在坡面上向上回转时,这个功能很有用。如图1０所示的Y1开启，则泵的出口压力将会增大.随动(自由滑转）模式：泵立即回零位，随动阀Ｙ４打开,制动器Y３打开.自由滑转的作用有两个,一个是在大风天不工作的情况下，臂架可以随着风向而转到顺风方向，防止臂架承受过大的侧向力；另一个作用是在重物刚挂上钩子要起升的过程中，重物有可能和臂头不在一个垂线上，开启自由滑转功能后，则可以让臂架自动回转到与重物垂直的方向。图1０回转油路的示意图回转速度限制依据力矩限制器给定的力矩百分比信号，并考虑臂长、幅度、风速与回转速度的关联,自动实现三级回转速度。速度计算::当前由掌握器所限定的最大回转速度ﻩ：回转最大速度:臂架总长所决定的系数（主臂+塔臂/固定副臂） ﻩ ﻩ臂长≤6０m ﻩﻩ60m<臂长≤110ｍ ﻩ 臂长〉11０m:由载荷百分比所决定的系数，与载荷百分比的函数关系如图11所示,函数关系为：图11回转速度限制系数回转角度限制在回转中心安装回转编码器,实时测量臂架与履带前方的角度,为回转的角度限制供应参数。可以供应以下的功能：回转至后方１10°时自动将行走正方向切换至驾驶员正前方。回转作业范围限制功能.图１2回转角度传感器安装及界面显示力限器系统力限器系统是起重机平安掌握模块的核心。它由力传感器、角度传感器、主机、显示器及软件组成，履带起重机的基本布置方式如图13所示,汽车起重机如图１4所示。图1３履带起重机的力限器的布置方式图14汽车起重机的力限器布置方式力限器的功能显示载荷、幅度、高度等信息预警、制止危险动作连续动作，防止起重机超载和倾翻国家规定１6吨以上臂架型起重机必须安装力矩限制器在小吨位安装吊重仪，只显示载荷大小，无力矩显示,如图１5所示。图15吊重仪和力矩限制器的差别国内外主要厂家Ｈirschmann，早期DEMAG、ＬＩＥBHERR供应商，现在主机厂自己做３B６、新韩，Robｗaｙ日本主机厂自己研发徐州赫思曼-徐工长沙弘安－中联宜昌、北京电脑所、等其他传感器介绍力传感器：主要有三种形式，拉板式、销轴式和压式,分别如图１6、１7、18所示。本质上都是应变片变形，输出电阻信号，然后经过处理，形成电流或电压信号输出，最核心的技术在于贴片的工艺上。图１６拉板传感器图17销轴传感器图1８压式传感器角度传感器：有重锤式和电子式两种,实现的原理是不一样的。重锤式是阻尼重锤配电位计，结构简洁,但是精度差。电子式是导电液体与电容极板组成的,精度高,体积小，是进展的方向之一。图19电子式角度传感器压力传感器主要为金属膜片应变检测液体压力，用于压力检测和故障诊断,是汽车起重机格外重要的传感器,是力限器系统所必需的传感器之一.图2０压力传感器力限器的安装形式变幅拉板取力，一般用于大吨位，如图21和２2所示。图21履带起重机拉板取力方式图２２拉板取力方式变幅绳取力,一般用于小吨位,如图2３所示。图23变幅绳取力方式起升绳取力，一般用于小吨位，可以是三滑轮结构，如图２4所示。也可以是在钩头取力。三滑轮的优点在于取力方式简洁,安装便利，价格廉价，但是初始精度高，用过一段时间后就不准了,磨损严重。钩头取力的方式在履带吊上,目前用处不大。由于涉及到倍率的问题，在单倍率的情况下，传感器只能安装在吊钩上，这是没法用有线的方式实现，如图25所示。图24绳头三滑轮取力方式图２5起升绳钩头取力方式工作过程，如图26、27所示。图26力限器的工作过程图2７力限器的输出结果核心算法：力+角度→当前起重量应用举例:超载信号ＤO→液压电磁阀→液压卸荷→起升+向下变幅停止,这个一般用于小吨位液控履带吊、先导掌握油路。正常，继电器没电，电磁阀得电,动作正常.超载，继电器得电,电磁阀失电,动作停止。强制，继电器失电,电磁阀得电，动作正常。图28力限器超载后的掌握原理超载信号DO→掌握器→液压电磁阀→液压卸荷→起升＋向下变幅停止，一般用于中大吨位，如图2９所示。图２９力限器超载后的掌握原理由于中大吨位力限器只作为整机掌握系统的一部分，为整机的主掌握器供应力限器的相关信息，因此，主掌握器作为全车的掌握中心，需要从力限器得到相关的平安数据,有如下几类：平安限位信号：超载、高度限位、臂架极限角度位置等各类载荷信息：载荷、载荷率、配重量、拉力整机参数：臂架长度、角度、工况、倍率等力限器的设计流程确定力传感器的安装形式,销轴？拉板?还是其他的。从总体那里得到各个受力点的最大拉力值,确定力传感器的量程。预留及超出确定力限器需要输出和输入的内容输出：各类平安信号,什么时候输出?输入：力、角度、平安开关确定力限器需要输出和输入的形式输出：各类平安信号，总线？DO输入：力、角度、平安开关显示器显示内容依据上述内容确定硬件清单主机、显示器、力传感器、角度传感器、限位开关、电缆、卷筒、接线盒等双方相互供应的数据制定技术协议，规定各自的权利和义务编程－调试应急操作方案一:对输入进行应急.其设计原理是将原车正常的全部输入人机界面进行屏蔽，接受另外一套独立的操作界面，全遥控手柄界面或有线操作界面,界面的输出口直接进原车掌握器，然后通过正常的输出口进行掌握液压系统。这个方案主要是针对输入操作进行应急的情况，前提是掌握器没有损坏.这种方案技术难度低，可行性好,但应急程度不高。DEMAG的履带起重机基本上就是依据这个模式