應用于工程機械的自動適應復雜路面的防傾覆裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種自動適應復雜路面的防傾覆方法及防傾覆裝置，屬于工程機械領 域。
【背景技術】
[0002] 工程機械作為特種車輛的品種之一，在樓宇建筑、道路施工、市政園林、油田開采、 災害現場、搬運和起重等場所發揮重要作用，為社會經濟發展做出重大貢獻。然而，資料顯 示，由于經驗不足、誤操作引起的工程機械傾覆事故每年都會發生，給人民的生命財產造成 重大損失。
[0003] 為了防止工程機械發生傾覆現象，國內工程機械通常采用的措施是：安裝力矩限 制器；使用支腿作業時，將支腿牢固的支撐在堅實的水平地面上；使回轉支撐平面保持水 平，其傾斜度不大于〇. 5% ;在工程機械上裝有水平儀等。
[0004] 但是隨著社會發展，人們對于工程機械的操作安全性、可靠性要求越來越高，對工 程機械的安全保護已經不限于力矩限制等基本功能，簡單的利用力矩限制器防傾覆的方法 也滿足不了人們的需求。而且現在施工現場環境復雜，比如地震救援現場，路面凹凸不平， 常規的支撐方式難以適應地面情況，更無法提供有效的防傾覆保護。
[0005] 鑒于此，需要設計一種防傾覆方法和裝置，能夠適應凹凸不平的路面，檢測每個支 腿上承受的壓力并自動控制單個支腿升降，及時報警提醒操作人員注意安全。
【發明內容】
[0006] 本發明針對工程機械防傾覆問題，提供一種防傾覆方法和裝置，簡單可靠，通過支 腿的升降自動適應不平路面，及時有效的防止工程機械傾覆的發生。
[0007] 本發明采用的技術方案為：
[0008] 一種應用于工程機械的自動適應復雜路面的防傾覆裝置，包括安裝在車體上的四 個支腿，，支腿結構及支腿液壓缸安裝位置均經過有限元分析優化，在車體上安裝有位于每 個支腿上部和下部的限位開關、用于檢測車體傾角的傾角傳感器和控制四個支腿伸縮的液 壓執行元件，在所述的液壓執行元件上設有壓力傳感器；所述的限位開關、傾角傳感器、壓 力傳感器均與控制器相連，其中傾角傳感器、壓力傳感器帶有CANopen接口，與控制器的通 訊方式采用CAN通訊。
[0009] 所述的控制器還與報警裝置相連。
[0010] 所述的傾角傳感器安裝在車體回轉平臺上，實時檢測車體的傾角，并將檢測到的 車體傾角值發送給控制器。
[0011] 所述控制器為工程機械專用控制器，滿足工程機械標準，可編程寫入，具有接收傳 感器數據，對數據按一定算法運算和比較的能力，可輸出PWM控制信號控制液壓執行元件。
[0012] 所述液壓執行元件包括先導式電液比例方向閥和液壓缸，先導式電液比例方向閥 可由PWM信號控制，所述的液壓缸的缸體固定在車體上，經過有限元分析，得到了支腿結構 的危險部位和應力分布，根據分析結果，對液壓缸固定位置進行了選擇，即在支腿完全放下 的情況下，液壓缸活塞桿尾端固定在支腿上半部的2/3處，且液壓缸與支腿上半部的夾角 為38°最佳。對支腿的結構進行優化，優化結果表明，支腿結構的拐角在142°時，支腿承 受力最大。按照此位置安置支腿，使支腿受力時其內部壓力分布最為均勻，由此增強支腿受 壓能力，減小危害的發生。
[0013] 4個所述的壓力傳感器安裝在4個支腿液壓缸后端蓋上，實時檢測液壓缸上腔的 壓力，并向控制器發送壓力信息。
[0014] 所述支腿可通過液壓缸的伸縮運動控制其升降。
[0015] 所述的壓力傳感器和傾角傳感器。工作可靠，壽命長，功耗低，測量精度高。所述 傾角傳感器能測量雙軸傾角變化，分辨率為±0. 03° (0. 05% )。所述壓力傳感器測量范圍 按實際計算值確定，精確度在±0.3%。壓力傳感器和傾角傳感器帶有CANopen接口，與控 制器的連接采用CAN通訊，提高信號傳輸的可靠性，實時性，精簡線束。可根據不同需要選 擇傳感器。
[0016] 上述裝置的防傾斜方法，如下：
[0017] 1)、在工程機械施工前，壓力傳感器和傾角傳感器分別檢測到4個支腿液壓缸壓 力和車體傾角，向控制器發出信號；
[0018] 2)、控制器接收到信號并與預先設定的數值進行比較，當接收到信號超出預設值 后，控制器向液壓執行元件發出控制命令；
[0019] 3)、液壓執行元件接收到控制器命令后，控制單個支腿的升降，與此同時，控制器 實時接收傳感器的信號，當接收到的信號在預設值范圍之內，控制器停止向液壓執行元件 發命令，支腿停止升降；
[0020] 4)、經過以上步驟，調整好支腿位置，控制車體傾斜度保持在0. 5%之內，控制4個 支腿壓力在設定范圍之內，工程機械即可進行施工作業；
[0021] 在施工過程中，傳感器實時檢測液壓缸壓力和車體傾角，向控制器發出信號。當檢 測到某一支腿液壓缸壓力超出預設值后，則控制該支腿升降，使車體傾角及液壓缸壓力回 到安全范圍之內，由此有效的防止車體傾覆。
[0022] 在調節單個支腿升降過程中，當支腿升降超過極限位置時，即支腿與地面的夾角 超出30° - 60°的范圍，會觸碰到限位開關，報警器發出報警，操作人員應停止作業。
[0023] 所述預先設定的數值包括車體的傾斜度以及支腿液壓缸壓力設定值；
[0024] 所述的車體傾斜度不大于0. 5%。
[0025] 所述支腿液壓缸壓力設置在最小設定壓力Pmin與最大設定壓力Pmax之間，設定壓 力P是根據支腿的受力情況計算得到，假設N為支腿受力，N min為支腿最小受力，N _為支腿 的最大受力，Nmin和Nmax根據工程機械施工時的受力情況確定，且不同噸位、不同形狀的工程 機械施工時，其值是不同的，具體公式如下：
[0026] 設定壓力計算公式為：
【主權項】
1. 一種應用于工程機械的自動適應復雜路面的防傾覆裝置，其特征在于，包括安裝在 車體上的四個支腿，在車體上安裝有位于每個支腿上部和下部的限位開關、用于檢測車體 傾角的傾角傳感器和控制四個支腿伸縮的液壓執行元件，在所述的液壓執行元件上設有壓 力傳感器；所述的限位開關、傾角傳感器、壓力傳感器均與控制器相連，所述的控制器還與 報警裝置相連。
2. 如權利要求1所述的應用于工程機械的自動適應復雜路面的防傾覆裝置，其特征在 于，所述的傾角傳感器安裝在車體回轉平臺上，實時檢測車體的傾角，并將檢測到的車體傾 角值發送給控制器。
3. 如權利要求1所述的應用于工程機械的自動適應復雜路面的防傾覆裝置，其特征在 于， 所述液壓執行元件包括先導式電液比例方向閥和液壓缸，先導式電液比例方向閥可由 PWM信號控制，所述的液壓缸的缸體固定在車體上；在支腿完全放下的情況下，液壓缸活塞 桿尾端固定在支腿上半部的2/3處，且液壓缸與支腿上半部的夾角為38°。
4. 如權利要求1所述的應用于工程機械的自動適應復雜路面的防傾覆裝置，其特征在 于，4個所述的壓力傳感器安裝在4個支腿液壓缸后端蓋上，實時檢測液壓缸上腔的壓力， 并向控制器發送壓力信息。
5. 如權利要求1所述的應用于工程機械的自動適應復雜路面的防傾覆裝置，其特征在 于，所述的傾角傳感器和壓力傳感器均帶有CANopen接口，與控制器的通訊方式采用CAN通 訊。
6. 如權利要求1所述的裝置的防傾斜方法，其特征在于，如下： 步驟1、在工程機械施工前，壓力傳感器和傾角傳感器分別檢測到4個支腿液壓缸壓力 和車體傾角，向控制器發出信號； 步驟2、控制器接收到信號并與預先設定的數值進行比較，當接收到信號超出預設值 后，控制器向液壓執行元件發出控制命令； 步驟3、液壓執行元件接收到控制器命令后，控制單個支腿的升降，與此同時，控制器實 時接收傳感器的信號，當接收到的信號在預設值范圍之內，控制器停止向液壓執行元件發 命令，支腿停止升降； 步驟4、經過以上步驟，調整好支腿位置，控制車體傾斜度保持在0. 5 %之內，控制4個 支腿壓力在設定范圍之內，工程機械即可進行施工作業。
7. 如權利要求1所述的裝置的防傾斜方法，其特征在于，在調節單個支腿升降過程中， 當支腿升降超過極限位置時，即支腿與地面的夾角超出30° - 60°的范圍，會觸碰到限位 開關，報警器發出報警，操作人員應停止作業。
8. 如權利要求1所述的裝置的防傾斜方法，其特征在于，所述預先設定的數值包括車 體的傾斜度以及支腿液壓缸壓力設定值； 所述的車體傾斜度不大于〇. 5% ; 所述支腿液壓缸壓力設置在最小設定壓力？_與最大設定壓力Pmax之間。
9. 如權利要求8所述的裝置的防傾斜方法，其特征在于，所述的P _，Pniax的計算方法如 下： 假設N為支腿受力，Nmin為支腿最小受力，N max為支腿的最大受力，N min和N max根據工程 機械施工時的受力情況確定，且不同噸位、不同形狀的工程機械施工時，其值是不同的，具 體公式如下： 設定壓力計算公式為：
式（1)、⑵中，A為支腿液壓缸內孔面積，d為液壓缸內孔直徑。 在所述支腿末端上部和下部分別安裝限位開關，當支腿升降幅度超過一定值，觸發限 位開關，控制器檢測到開關量信息，發出報警指令。
【專利摘要】本發明公開了一種應用于工程機械的自動適應復雜路面的防傾覆裝置及方法，用于帶支腿的工程機械中，傳感器實時檢測支腿液壓缸上腔工作壓力和車體傾角，向控制器發送信號；控制器接收到信號并與預先設定的數值進行比較，當接收到信號超出預設值后，控制器向液壓執行元件發出控制命令；通過液壓執行元件控制單個支腿升降，達到自動適應復雜路面，防止車體傾覆的目的。當調節支腿達到極限位置時，則發出報警。本發明提供的防傾覆方法，使工程機械自動適應復雜路面，有效地防止工程機械作業時發生傾覆，防止了危險的發生，消除了安全隱患，結構簡單。
【IPC分類】B66C23-88
【公開號】CN104876138
【申請號】CN201510223692
【發明人】萬熠, 梁西昌, 寇彥蕓, 趙修林, 宋峰, 劉紅建
【申請人】山東大學
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年5月5日