本发明公开了一种超起配重优化控制装置及方法，方法是通过安装在起重机上的传感器得到包括当前履带起重机工况配置信息、臂架角度等参数；基于重心合成的基本原理得到履带起重机整机的重心位置，计算出所需最优超起配重范围；根据测得的超起变幅拉板力和主变幅拉板力计算出实际利用的超起配重；当实际利用超起配重与最优超起配重范围引起的力矩偏差大于回转支撑承载能力的15%时，报警器进行报警，通过手工调节主变幅拉板力或超起配重提升装置来调整超起配重，使超起配重接近或达到最优值。通过本方法可以控制在起臂、载荷提起、载荷落下、载荷变幅等载荷力矩变化过程中超起配重利用率，始终控制整机力矩在一定的优化范围内。
1.一种超起配重优化控制装置，其特征在于，包括角度传感器、油压传感器、长度传感器、重量传感器、拉力传感器、控制器和显示器，所述角度传感器、所述长度传感器、所述重量传感器、所述显示器分别与所述控制器连接，所述控制器通过接收到的测量信息实时计算出起重机的最优超起配重范围并在所述显示器上进行显示，所述起重机的最优超起配重范围的计算方法包括：回转支承承受的力矩为：
M＝W·Lw(θ)-P·SR+G·Lg(θ) (1)
由公式(1)、(2)和(3)得出回转支承承受的力矩：
其中，M：回转支承承受的力矩；W：载荷；Lw：作业半径；P：超起配重；SR：超起配重半径；G：回转支承以上不包括载荷和超起配重的重量；Lg：回转支承以上不包括载荷和超起配重的重量对回转支承的力臂；Lwb：载荷重量对主臂下铰点的力臂；G1：主副臂、撑杆重量；
Lg1b：主副臂、撑杆重量对主臂下铰点的力臂；Fx2：主臂防后倾油缸力；Lx2：主臂防后倾油缸力对主臂下铰点的力臂；Lx1a：超起变幅拉力对主臂下铰点的力臂；Fx1：超起变幅拉力；Lx1b：超起变幅拉力对超起桅杆下铰点的力臂；G2：超起桅杆重量；Lg2b：超起桅杆重量对超起桅杆下铰点的力臂；Fx3：超起桅杆防后倾油缸力；Lx3：超起桅杆防后倾油缸力对超起桅杆下铰点的力臂；Fx4：主变幅拉力；Lx4：主变幅拉力对超起桅杆下铰点的力臂；SRb：超起配重对超起桅杆下铰点的力臂；θ：主臂与水平表面的夹角度；Lg1：为主副臂、撑杆重量对回转支承的力臂；Lg2：为超起桅杆重量对回转支承的力臂；G3：为回转支承以上不包括载荷和超起配重、主副臂、撑杆、超起桅杆的重量；Lg3：为回转支承以上不包括载荷和超起配重、主副臂、撑杆、超起桅杆的重量对回转支承的力臂；
令公式(4)中的M＝0，从中解出主变幅拉力Fx4大小，基于实际限制条件即可求出最优主变幅拉力Fx4*，将Fx4*代入超起配重计算公式(3)即可得出相应期望的最优超起配重范围。
2.根据权利要求1所述的超起配重优化控制装置，其特征在于，还包括一报警器，所述报警器与所述控制器连接。
3.根据权利要求1所述的超起配重优化控制装置，其特征在于，所述最优超起配重范围还包括允许偏差在内。
4.一种与权利要求2所述的一种超起配重优化控制装置相匹配的超起配重优化控制方法，其特征在于，包括：通过安装在起重机上的传感器得到包括当前履带起重机工况配置信息、臂架角度、当前吊载在内的参数；
在履带起重机各部件重量和重心位置已知的前提下，基于重心合成的基本原理得到履带起重机整机的重心位置，计算出所需最优超起配重范围；
根据测得的超起变幅拉力和主变幅拉力计算出实际利用的超起配重；
当实际利用超起配重与最优超起配重范围引起的力矩偏差大于回转支承承载能力的
15％时，所述报警器进行报警，通过手工调节主变幅拉力或超起配重提升装置来调整超起配重，使超起配重接近或达到最优值。
5.根据权利要求4所述的超起配重优化控制方法，其特征在于，所述传感器包括角度传感器、油压传感器、长度传感器、重量传感器和拉力传感器。
6.根据权利要求4所述的超起配重优化控制方法，其特征在于，所述起重机的最优超起配重范围的计算方法包括：回转支承承受的力矩为：
M＝W·Lw(θ)-P·SR+G·Lg(θ) (1)超起变幅拉力为：
由公式(1)、(2)和(3)得出回转支承承受的力矩：
其中，M：回转支承承受的力矩；W：载荷；Lw：作业半径；P：超起配重；SR：超起配重半径；G：回转支承以上不包括载荷和超起配重的重量；Lg：回转支承以上不包括载荷和超起配重的重量对回转支承的力臂；Lwb：载荷重量对主臂下铰点的力臂；G1：主副臂、撑杆重量；
Lg1b：主副臂、撑杆重量对主臂下铰点的力臂；Fx2：主臂防后倾油缸力；Lx2：主臂防后倾油缸力对主臂下铰点的力臂；Lx1a：超起变幅拉力对主臂下铰点的力臂；Fx1：超起变幅拉力；Lx1b：超起变幅拉力对超起桅杆下铰点的力臂；G2：超起桅杆重量；Lg2b：超起桅杆重量对超起桅杆下铰点的力臂；Fx3：超起桅杆防后倾油缸力；Lx3：超起桅杆防后倾油缸力对超起桅杆下铰点的力臂；Fx4：主变幅拉力；Lx4：主变幅拉力对超起桅杆下铰点的力臂；SRb：超起配重对超起桅杆下铰点的力臂；θ：主臂与水平表面的夹角度；Lg1：为主副臂、撑杆重量对回转支承的力臂；Lg2：为超起桅杆重量对回转支承的力臂；G3：为回转支承以上不包括载荷和超起配重、主副臂、撑杆、超起桅杆的重量；Lg3：为回转支承以上不包括载荷和超起配重、主副臂、撑杆、超起桅杆的重量对回转支承的力臂；
令公式(4)中的M＝0，从中解出主变幅拉力Fx4大小，基于实际限制条件即可求出最优主变幅拉力Fx4*，将Fx4*代入超起配重计算公式(3)即可得出相应期望的最优超起配重范围。
7.根据权利要求6所述的超起配重优化控制方法，其特征在于，所述最优超起配重范围还包括允许偏差在内。
8.一种起重机，包括主平台、驾驶室、带拉板的臂架、防后倾油缸和吊载，其中，包括如权利要求1至3任一项所述的超起配重优化控制装置，所述超起配重优化控制装置中的所述角度传感器和所述长度传感器位于所述臂架上，所述油压传感器位于所述防后倾油缸上，所述重量传感器位于所述吊载上，所述拉力传感器装在所述拉板上，所述显示器设在所述驾驶室内，所述控制器和所述显示器集成在一起。
超起配重优化控制装置及方法及包括该装置的起重机
技术领域
[0001] 本发明涉及起重机配重技术领域，尤其涉及一种超起配重优化控制装置及方法及包括该装置的起重机。
背景技术
[0002] 起重机的正常运行离不开与之相匹配的配重块，起重机吊起的物品越重，需要的配重块的吨位就越大，于是超大吨位起重机为增加起重能力，配有足够多的超起配重，在工作过程中，超起配重不离地。力矩限制器是一种独立的完全由计算机控制的安全操作系统，一般能自动检测出起重机所吊载的质量及起重臂所处的角度，并能显示出其额定载重量和实际载荷、工作半径、起重臂所处的角度，主要用于实时监控检测起重机工况，自带诊断功能，快速危险状况报警及安全控制。但是一般力矩限制器只能提供最大力矩控制，限制吊载在额定载荷范围内，却无法对超起配重进行最优计算，从而无法将回转支撑和整机力矩限制在最佳范围内。
发明内容
[0003] 针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种超起配重优化控制装置及方法，根据起重机当前的载荷、主变幅力、地面坡度、工作状态等因素确定履带起重机最优超起配重，通过调整主变幅力调节超起配重，使其达到或接近最优，即使回转支撑和整机力矩限制在最佳范围内。本发明的另一目的是提供包括上述装置的起重机。
[0004] 本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
[0005] 一种超起配重优化控制装置，其中，包括角度传感器、油压传感器、长度传感器、重量传感器、拉力传感器、控制器和显示器，所述角度传感器、所述长度传感器、所述重量传感器、所述显示器分别与所述控制器连接，所述控制器通过接收到的测量信息实时计算出起重机的最优超起配重范围并在所述显示器上进行显示。
[0006] 上述超起配重优化控制装置，其中，还包括一报警器，所述报警器与所述控制器连接。
[0007] 上述超起配重优化控制装置，其中，所述起重机的最优超起配重范围的计算方法包括：
[0008] 回转支承承受的力矩为：
[0009] M＝W·LW(θ)-P·SR+G·Lg(θ) (1)
[0010] 超起变幅拉力为：
[0011]
[0012] 超起配重、主变幅拉力和超起变幅拉力间的关系为：
[0013]
[0014] 由公式(1)、(2)和(3)得出回转支承承受的力矩：
[0015]
[0016] 其中，M：回转支承承受的力矩；W：载荷；Lw：作业半径；P：超起配重；SR：超起配重半径；G：回转支承以上不包括载荷和超起配重的重量；Lg：回转支承以上不包括载荷和超起配重的重量对回转支承的力臂；Fx1：超起变幅拉力；Lwb：载荷重量对主臂下铰点的力臂；G1：主副臂、撑杆等重量；Lg1b：主副臂、撑杆等重量对主臂下铰点的力臂；Fx2：主臂防后倾油缸力；Lx2：主臂防后倾油缸力对主臂下铰点的力臂；Lx1a：超起变幅力对主臂下铰点的力臂；
Fx1：超起变幅拉力；Lx1b：超起变幅拉力对超起桅杆下铰点的力臂；G2：超起桅杆重量；Lg2b：
超起桅杆重量对超起桅杆下铰点的力臂；Fx3：超起桅杆防后倾油缸力；Lx3：防后倾油缸力对超起桅杆下铰点的力臂；Fx4：主变幅拉力；Lx4：主变幅拉力对超起桅杆下铰点的力臂；SRb：
超起配重对超起桅杆下铰点的力臂；
[0017] 令公式(4)中的M＝0，从中解出主变幅拉力Fx4大小，基于实际限制条件即可求出最优主变幅力Fx4*，将Fx4*代入超起配重计算公式(3)即可得出相应期望的最优超起配重范围。
[0018] 上述超起配重优化控制装置，其中，所述最优超起配重范围还包括允许偏差在内。
[0019] 一种与上述任意一项所述的超起配重优化控制装置相匹配的方法，其中，包括：
[0020] 通过安装在起重机上的传感器得到包括当前履带起重机工况配置信息、臂架角度、当前吊载在内的参数；
[0021] 在履带起重机各部件重量和重心位置已知的前提下，基于重心合成的基本原理得到履带起重机整机的重心位置，计算出所需最优超起配重范围；
[0022] 根据测得的超起变幅拉板力和主变幅拉板力计算出实际利用的超起配重；
[0023] 当实际利用超起配重与最优超起配重范围引起的力矩偏差大于回转支撑承载能力的15％时，所述报警器进行报警，通过手工调节主变幅拉板力或超起配重提升装置来调整超起配重，使超起配重接近或达到最优值。
[0024] 上述超起配重优化控制方法，其中，所述传感器包括角度传感器、油压传感器、长度传感器、重量传感器和拉力传感器。
[0025] 上述超起配重优化控制方法，其中，所述起重机的最优超起配重范围的计算方法包括：
[0026] 回转支承承受的力矩为：
[0027] M＝W·LW(θ)-P·SR+G·Lg(θ) (1)
[0028] 超起变幅拉力为：
[0029]
[0030] 超起配重、主变幅拉力和超起变幅拉力间的关系为：
[0031]
[0032] 由公式(1)、(2)和(3)得出回转支承承受的力矩：
[0033]
[0034] 其中，M：回转支承承受的力矩；W：载荷；Lw：作业半径；P：超起配重；SR：超起配重半径；G：回转支承以上不包括载荷和超起配重的重量；Lg：回转支承以上不包括载荷和超起配重的重量对回转支承的力臂；Fx1：超起变幅拉力；Lwb：载荷重量对主臂下铰点的力臂；G1：主副臂、撑杆等重量；Lg1b：主副臂、撑杆等重量对主臂下铰点的力臂；Fx2：主臂防后倾油缸力；Lx2：主臂防后倾油缸力对主臂下铰点的力臂；Lx1a：超起变幅力对主臂下铰点的力臂；
Fx1：超起变幅拉力；Lx1b：超起变幅拉力对超起桅杆下铰点的力臂；G2：超起桅杆重量；Lg2b：
超起桅杆重量对超起桅杆下铰点的力臂；Fx3：超起桅杆防后倾油缸力；Lx3：防后倾油缸力对超起桅杆下铰点的力臂；Fx4：主变幅拉力；Lx4：主变幅拉力对超起桅杆下铰点的力臂；SRb：
超起配重对超起桅杆下铰点的力臂；
[0035] 令公式(4)中的M＝0，从中解出主变幅拉力Fx4大小，基于实际限制条件即可求出最优主变幅力Fx4*，将Fx4*代入超起配重计算公式(3)即可得出相应期望的最优超起配重范围。
[0036] 上述超起配重优化控制方法，其中，所述最优超起配重范围还包括允许偏差在内。
[0037] 一种起重机，包括主平台、驾驶室、带拉板的臂架、防后倾油缸和进行载荷的吊载，其中，包括如上述所述的超起配重优化控制装置，所述超起配重优化控制装置中的所述角度传感器和所述长度传感器位于所述臂架上，所述油压传感器位于所述防后倾油缸上，所述重量传感器位于所述吊载上，所述拉力传感器装在所述拉板上，所述显示器设在所述驾驶室内，所述控制器和所述显示器集成在一起。
[0038] 与已有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0039] 1、通过主变幅力和超起变幅力实时计算最优超起配重，操作者通过调整配重使整机力矩达到最小，使整车稳定性达到最优，增加回转支承和下车的疲劳寿命；
[0040] 2、通过本方法可以控制在起臂、载荷提起、载荷落下、载荷变幅等载荷力矩变化过程中超起配重利用率，始终控制整机力矩在一定的优化范围内。
附图说明
[0041] 图1是本发明超起配重优化控制装置的结构示意框图；
[0042] 图2是本发明超起配重优化控制方法的流程示意框图；
[0043] 图3是本发明超起配重优化控制装置及方法中的最优超起配重以及实际超起配重同时在显示器上的标定显示图例；
[0044] 图4a是本发明超起配重优化控制方法中计算回转支承承受的力矩的公式中各个符号在起重机结构上的标定示意图；
[0045] 图4b是本发明超起配重优化控制方法中计算超起变幅拉力的公式中各个符号在起重机结构上的标定示意图；
[0046] 图4c是本发明超起配重优化控制方法中表示超起配重、主变幅拉力和超起变幅拉力间的关系的公式中各个符号在起重机结构上的标定示意图。
具体实施方式
[0047] 下面结合原理图和具体操作实施例对本发明作进一步说明。
[0048] 如图1所示，本发明超起配重优化控制装置，应用于履带起重机上，具体包括角度传感器3、油压传感器4、长度传感器5、重量传感器6、拉力传感器7、控制器1和显示器2，角度传感器3、长度传感器5、重量传感器6、显示器2分别与控制器1连接，控制器1通过接收到的测量信息实时计算出起重机的最优超起配重范围并在显示器上进行显示，最优超起配重范围包括允许偏差在内，还包括一报警器8，报警器8与控制器1连接，其中控制器1可以集成在起重机上的其他控制器内，显示器2也可以与履带起重机上的其它显示器共用。
[0049] 如图2和图1所示，本发明还包括了一种与上述超起配重优化控制装置相匹配的方法，具体包括：
[0050] 通过安装在起重机上的传感器得到包括当前履带起重机工况配置信息(如工况、臂长、配重重量、吊钩重量等)、臂架角度、当前吊载在内的参数，传感器包括角度传感器、油压传感器、长度传感器、重量传感器和拉力传感器；
[0051] 在履带起重机各部件重量和重心位置已知的前提下，基于重心合成的基本原理得到履带起重机整机的重心位置，计算出所需最优超起配重范围，最优超起配重范围包括允许偏差在内；
[0052] 根据用拉力传感器7测得的超起变幅拉板力和主变幅拉板力计算出实际利用的超起配重；
[0053] 当实际利用超起配重与最优超起配重范围引起的力矩偏差大于回转支撑承载能力的15％时，报警器进行报警，通过手工调节主变幅拉板力或超起配重提升装置来调整超起配重，使超起配重接近或达到最优值；如果力矩偏差在正常即最优范围内，报警器不报警，继续对各项参数进行实时测量监控。
[0054] 图3示出了最优超起配重以及实际超起配重同时在显示器上的标定显示图例，如图3和图1所示，三角形的向上箭头代表了当前的实际超起配重，00区域为最优超起配重区域，01区域为允许偏差区域，02区域为必须调整区域，也即当实际利用超起配重与最优超起配重范围引起的力矩偏差大于回转支撑承载能力的15％的区域，当三角形向上箭头进入此区域时，控制器1将通过报警器8进行声光报警，操作手调节主变幅拉板力调节超起配重，使超起配重接近或达到最优值。
[0055] 起重机的最优超起配重范围的计算方法包括：
[0056] 回转支承承受的力矩为：
[0057] M＝W·LW(θ)-P·SR+G·Lg(θ) (1)
[0058] 超起变幅拉力为：
[0059]
[0060] 超起配重、主变幅拉力和超起变幅拉力间的关系为：
[0061]
[0062] 由公式(1)、(2)和(3)得出回转支承承受的力矩：
[0063]
[0064] 其中，各个相应的符号所代表的含义如下，同时参看图4a、图4b和图4c：M：回转支承承受的力矩；W：载荷；Lw：作业半径；P：超起配重；SR：超起配重半径；G：回转支承以上不包括载荷和超起配重的重量；Lg：回转支承以上不包括载荷和超起配重的重量对回转支承的力臂；Fx1：超起变幅拉力；Lwb：载荷重量对主臂下铰点的力臂；G1：主副臂、撑杆等重量；Lg1b：主副臂、撑杆等重量对主臂下铰点的力臂；Fx2：主臂防后倾油缸力；Lx2：主臂防后倾油缸力对主臂下铰点的力臂；Lx1a：超起变幅力对主臂下铰点的力臂；Fx1：超起变幅拉力；Lx1b：
超起变幅拉力对超起桅杆下铰点的力臂；G2：超起桅杆重量；Lg2b：超起桅杆重量对超起桅杆下铰点的力臂；Fx3：超起桅杆防后倾油缸力；Lx3：防后倾油缸力对超起桅杆下铰点的力臂；
Fx4：主变幅拉力；Lx4：主变幅拉力对超起桅杆下铰点的力臂；SRb：超起配重对超起桅杆下铰点的力臂；
[0065] 令公式(4)中的M＝0，从中解出主变幅拉力Fx4大小，基于实际限制条件即可求出最优主变幅力Fx4*，将Fx4*代入超起配重计算公式(3)即可得出相应期望的最优超起配重范围。
[0066] 本发明还公开了一种包括上述超起配重优化控制装置的起重机结构，包括主平台、驾驶室、带拉板的臂架、防后倾油缸和进行载荷的吊载，包括如上述超起配重优化控制装置，超起配重优化控制装置中的角度传感器和长度传感器位于臂架上，油压传感器位于防后倾油缸上，重量传感器位于吊载上，拉力传感器装在拉板上，显示器设在驾驶室内供操作人员观看，控制器和显示器集成在一起。由于本起重机的超起配重优化控制装置与现有技术存在区别，其他部分并未绘制，本领域技术人员可以结合现有技术掌握采用包括上述超起配重优化控制装置的起重机其他部分的结构，在此也不予赘述。
[0067] 以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但本发明并不限制于以上描述的具体实施例，其只是作为范例。对于本领域技术人员而言，任何对该超起配重优化控制装置及方法及包括该装置的起重机进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作出的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
