一种实现履带起重机力矩限制器免空钩标定的算法与应用 *

韩晓东，孙 浩，李思奇，王永立，李 兵

(1.浙江三一装备有限公司，浙江 湖州 313000； 2.湖州师范学院 工学院，浙江 湖州 313000)

0 引 言

随着工程机械的快速发展及国内外市场需求的扩大，履带起重机凭借其可负载行驶、爬坡能力强、接地比压小等独特的优势，在路基建设、风力及化工建设等领域具有较大的市场占有率，具有其他起重设备无法替代的地位[1]。GB6067.1-2010《起重机械安全规程》规定额定起重量随工作半径变化的起重机需要安装力矩限制器，可有效防止超载引起臂架结构件断裂或车体翻车的危害，减少设备损害和人员伤亡[2]。

目前力矩限制器在实际应用中主要采用反推的方式，通过跑空钩以获取臂架自重力矩，进而计算实际吊载重量[3]。该方法需要对不同的工况均实行跑空钩标定，因此较为繁复。笔者提出一种可实现力矩限制器免空钩标定的算法与应用，能够提高其计算效率。

1 力矩限制器原理

履带起重机力矩限制器算法是通过获取拉板拉力、臂架角度，以臂架根部绞点为中心建立力矩平衡方程式，再根据方程即可求解臂架吊重，其算法原理如图1所示。

图1 力矩限制器算法原理

图中：A为臂架根部绞点；B为为滑轮中心；a为臂架角度；L为臂架长度；F为拉板拉力；f为钢丝绳拉力；n为钢丝绳倍率；H为滑轮效率。

F×LF+f×Lf=T×LT+G×LG+

mg×Lmg

(1)

式中:f=mg/nH，L、α为已知变量，并结合已知结构参数，通过三角关系即可求得公式(1)中各自拉力对应的力臂LF、Lf、LT、Lmg、LG，进而可以计算臂架吊载重量。

2 免空钩标定

2.1 免空钩标定算法的研究

免空钩标定算法能够根据不同的臂架工况自动计算臂架自重力矩。臂架长度决定臂架的重量，臂架角度决定臂架的力臂，因此通过臂架长度、臂架角度即可计算臂架自重。免空钩标定算法原理如图2所示，其中臂架角度由臂架角度传感器检测获取；臂架重量由臂架长度决定，均为已知变量。臂架自重力矩计算公式:

(2)

式中：GX为臂架重心到臂架根部绞点的距离；GY为偏移量。

图2 免空钩标定算法原理

2.2 免空钩标定算法的实现

免空钩标定算法中臂架自重力矩的计算通过空钩标定计算软件实现，该软件可根据车型和工况自动计算对应臂架的自重力矩。计算的数据存储在控制器存储单元中，系统可根据对应的工况自动调用，软件界面如图3所示。

图3 空钩标定计算软件

2.3 实验对比分析

试验检测数据以SCC3200A车型为例，针对18种不同的履带起重机臂架工况，采用免空钩标定算法得到的计算值与检测值对比如图4所示。

应用本文提出的免空钩标定算法，得到的18种工况下臂架自重力矩的具体计算值如表1所列。

图4 免空钩标定算法臂架自重力矩的检测值与计算值

表1 臂架自重力矩的检测值和计算值

通过上述18种不同工况对比分析，臂架自重力矩试验检测值和理论计算值的误差率在0.159 3%～1.589 0%。造成误差的原因主要有，拉力传感器和角度传感器精度存在误差；推导模型相对理想化，没有考虑臂架挠度等其他因素的影响。在试验检测中误差基本控制在1.5%以下，可以满足力矩限制器综合误差精度的要求。

3 结 语

提出一种力矩限制器免空钩标定的算法与应用，该算法能够计算臂架自重力矩，与实验检测值的误差在1.5%以内。该算法可以应用到履带起重机力矩限制器的免空钩标定中，能够提高履带起重机的工作效率和经济效益。