一種實現履帶起重機力矩限制器免空鉤標定的算法與應用 *

韓曉東，孫 浩，李思奇，王永立，李 兵

(1.浙江三一裝備有限公司，浙江 湖州 313000； 2.湖州師范學院 工學院，浙江 湖州 313000)

0 引 言

隨著工程機械的快速發展及國內外市場需求的擴大，履帶起重機憑借其可負載行駛、爬坡能力強、接地比壓小等獨特的優勢，在路基建設、風力及化工建設等領域具有較大的市場占有率，具有其他起重設備無法替代的地位[1]。GB6067.1-2010《起重機械安全規程》規定額定起重量隨工作半徑變化的起重機需要安裝力矩限制器，可有效防止超載引起臂架結構件斷裂或車體翻車的危害，減少設備損害和人員傷亡[2]。

目前力矩限制器在實際應用中主要采用反推的方式，通過跑空鉤以獲取臂架自重力矩，進而計算實際吊載重量[3]。該方法需要對不同的工況均實行跑空鉤標定，因此較為繁復。筆者提出一種可實現力矩限制器免空鉤標定的算法與應用，能夠提高其計算效率。

1 力矩限制器原理

履帶起重機力矩限制器算法是通過獲取拉板拉力、臂架角度，以臂架根部絞點為中心建立力矩平衡方程式，再根據方程即可求解臂架吊重，其算法原理如圖1所示。

圖1 力矩限制器算法原理

圖中：A為臂架根部絞點；B為為滑輪中心；a為臂架角度；L為臂架長度；F為拉板拉力；f為鋼絲繩拉力；n為鋼絲繩倍率；H為滑輪效率。

F×LF+f×Lf=T×LT+G×LG+

mg×Lmg

(1)

式中:f=mg/nH，L、α為已知變量，并結合已知結構參數，通過三角關系即可求得公式(1)中各自拉力對應的力臂LF、Lf、LT、Lmg、LG，進而可以計算臂架吊載重量。

2 免空鉤標定

2.1 免空鉤標定算法的研究

免空鉤標定算法能夠根據不同的臂架工況自動計算臂架自重力矩。臂架長度決定臂架的重量，臂架角度決定臂架的力臂，因此通過臂架長度、臂架角度即可計算臂架自重。免空鉤標定算法原理如圖2所示，其中臂架角度由臂架角度傳感器檢測獲取；臂架重量由臂架長度決定，均為已知變量。臂架自重力矩計算公式:

(2)

式中：GX為臂架重心到臂架根部絞點的距離；GY為偏移量。

圖2 免空鉤標定算法原理

2.2 免空鉤標定算法的實現

免空鉤標定算法中臂架自重力矩的計算通過空鉤標定計算軟件實現，該軟件可根據車型和工況自動計算對應臂架的自重力矩。計算的數據存儲在控制器存儲單元中，系統可根據對應的工況自動調用，軟件界面如圖3所示。

圖3 空鉤標定計算軟件

2.3 實驗對比分析

試驗檢測數據以SCC3200A車型為例，針對18種不同的履帶起重機臂架工況，采用免空鉤標定算法得到的計算值與檢測值對比如圖4所示。

應用本文提出的免空鉤標定算法，得到的18種工況下臂架自重力矩的具體計算值如表1所列。

圖4 免空鉤標定算法臂架自重力矩的檢測值與計算值

表1 臂架自重力矩的檢測值和計算值

通過上述18種不同工況對比分析，臂架自重力矩試驗檢測值和理論計算值的誤差率在0.159 3%～1.589 0%。造成誤差的原因主要有，拉力傳感器和角度傳感器精度存在誤差；推導模型相對理想化，沒有考慮臂架撓度等其他因素的影響。在試驗檢測中誤差基本控制在1.5%以下，可以滿足力矩限制器綜合誤差精度的要求。

3 結 語

提出一種力矩限制器免空鉤標定的算法與應用，該算法能夠計算臂架自重力矩，與實驗檢測值的誤差在1.5%以內。該算法可以應用到履帶起重機力矩限制器的免空鉤標定中，能夠提高履帶起重機的工作效率和經濟效益。