工程機(jī)械支腿自動(dòng)展收的研究

肖飛，張之善，曾陽(yáng)

(三一汽車制造有限公司，湖南長(zhǎng)沙 410100)

為了滿足工程機(jī)械的作業(yè)要求，同時(shí)便于在不同工地之間進(jìn)行轉(zhuǎn)場(chǎng)，工程機(jī)械一般具有適當(dāng)?shù)男旭倷C(jī)構(gòu)和多個(gè)布置在其主體周圍的可伸縮支腿。通過操作支腿，可以使工程機(jī)械在行駛狀態(tài)和施工狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。在行駛狀態(tài)下，各支腿收攏，工程機(jī)械能夠通過行駛機(jī)構(gòu)在路面上行駛，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)場(chǎng);在施工狀態(tài)下，支腿伸出并支撐在預(yù)定的基礎(chǔ)上，為工程機(jī)械提供更大的支撐跨度和支撐強(qiáng)度，保證工程機(jī)械施工作業(yè)的安全。

1 手工展開工程機(jī)械支腿存在的問題

工程機(jī)械由行駛狀態(tài)轉(zhuǎn)換為施工狀態(tài)，或從施工狀態(tài)轉(zhuǎn)化為行駛狀態(tài)時(shí)，一般需要操作人員根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)觀察進(jìn)行操作，通常按照預(yù)定的順序反復(fù)調(diào)整各支腿的長(zhǎng)度，以調(diào)整工程機(jī)械高度。調(diào)整時(shí)，各支腿長(zhǎng)度變化不能過大，以避免由于支腿之間長(zhǎng)度之差過大，使工程機(jī)械傾斜角度過大，產(chǎn)生傾翻的危險(xiǎn)，影響其安全性。

因此手工操作方式對(duì)操作人員的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)觀察判斷能力依賴性很大。同時(shí)，通過人工反復(fù)調(diào)節(jié)各支腿的長(zhǎng)度，也使得操作過程非常繁瑣、復(fù)雜，降低了工程機(jī)械狀態(tài)轉(zhuǎn)換的操作效率。

另外，在手工操作時(shí)，操作人員無(wú)法準(zhǔn)確平衡各支腿提供的支撐力，因此在完成操作后，很容易出現(xiàn)一個(gè)或兩個(gè)支腿提供的支撐力過小或不提供支撐力的情況，導(dǎo)致一個(gè)或兩個(gè)支腿為虛腿，影響工程機(jī)械施工作業(yè)的穩(wěn)定性和可靠性。

2 工程機(jī)械支腿自動(dòng)展收結(jié)構(gòu)

為實(shí)現(xiàn)工程機(jī)械支腿自動(dòng)展收的功能，需要對(duì)支腿的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和反饋。圖1為實(shí)現(xiàn)工程機(jī)械支腿自動(dòng)展收功能的液壓原理圖。接近開關(guān)D1～D8用來(lái)反饋工程機(jī)械支腿展開和收攏時(shí)到位情況。壓力傳感器P1～P8用來(lái)反饋工程機(jī)械支腿下?lián)魏涂s回時(shí)油缸的大小腔壓力。壓力傳感器P0用于對(duì)失效的接近開關(guān)進(jìn)行報(bào)警。雙軸傳感器檢測(cè)工程機(jī)械的傾斜狀態(tài)并反饋到控制器，以保證支腿水平下?lián)魏涂s回。在整個(gè)自動(dòng)展收過程中，聲光報(bào)警裝置持續(xù)工作，提醒在場(chǎng)人員避讓支腿，以免發(fā)生人身安全事故。

3 工程機(jī)械支腿自動(dòng)展收控制原理

在進(jìn)行支腿動(dòng)作之前，需要預(yù)先打開支腿鎖，并確保工程機(jī)械的工作裝置 (如汽車起重機(jī)的吊臂等)處于完全收攏并安全放置的狀態(tài)。

(1)支腿自動(dòng)展開控制原理

在支腿自動(dòng)展開下?lián)螘r(shí)，首先通過到位開關(guān)檢測(cè)工作裝置是否已經(jīng)處于完全收攏并安全放置的狀態(tài);然后開啟聲光報(bào)警器并提升發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速;接下來(lái)將兩側(cè)支腿自動(dòng)依次展開并依次自動(dòng)下?lián)蔚浇佑|地面;之后開啟自動(dòng)調(diào)平，使所有支腿自動(dòng)下?lián)蔚街挝恢?最后完成支撐，發(fā)動(dòng)機(jī)回到怠速并關(guān)閉聲光報(bào)警器。支腿自動(dòng)展開下?lián)喂ぷ髁鞒倘鐖D2所示。

圖1 支腿自動(dòng)展收功能液壓原理圖

圖2中的左側(cè)支腿全部展開、右側(cè)支腿全部展開、左側(cè)支腿下?lián)蔚浇佑|地面、右側(cè)支腿下?lián)蔚浇佑|地面、支腿下?lián)握{(diào)平在后文有詳細(xì)的介紹。

圖2 支腿自動(dòng)展開下?lián)喂ぷ髁鞒虉D

(2)支腿自動(dòng)收攏控制原理

在支腿自動(dòng)縮回收攏時(shí)，首先通過到位開關(guān)檢測(cè)工作裝置是否已經(jīng)處于完全收攏并安全放置的狀態(tài);然后開啟聲光報(bào)警器并提升發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速;接下來(lái)開啟自動(dòng)調(diào)平，使所有支腿自動(dòng)縮回直到某一支腿恰好接觸地面;之后所有支腿自動(dòng)縮回到位，并將兩側(cè)支腿自動(dòng)依次收攏;最后完成收攏，發(fā)動(dòng)機(jī)回到怠速并關(guān)閉聲光報(bào)警器。支腿自動(dòng)縮回收攏工作流程如圖3所示。

圖3中的支腿縮回調(diào)平、支腿全部縮回、左側(cè)支腿全部收攏、右側(cè)支腿全部收攏在后文有詳細(xì)的介紹。

圖3 支腿自動(dòng)縮回收攏工作流程圖

4 工程機(jī)械支腿自動(dòng)展收具體實(shí)施方法

(1)支腿自動(dòng)展開下?lián)喂ぷ髁鞒?/p>

在進(jìn)行支腿自動(dòng)展開下?lián)吻?，操作人員應(yīng)確認(rèn)所有支腿鎖已全部開啟。當(dāng)操作人員通過遙控/近控功能進(jìn)行支腿自動(dòng)展開操作時(shí)，控制器收到自動(dòng)展開電信號(hào)，首先檢查工作裝置到位開關(guān)是否閉合，判斷其是否收攏到位。假如工作裝置未收攏到位，則不進(jìn)行支腿自動(dòng)展開操作，并通過顯示屏提醒操作人員收攏工作裝置。假如工作裝置已收攏到位，則控制器開啟聲光報(bào)警器，并在一定延時(shí)后提升發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，以保證現(xiàn)場(chǎng)人員安全撤離支腿工作區(qū)域。

控制器開啟支腿閥，并使圖1中的電磁閥DT2、DT4得電，使左側(cè)支腿同時(shí)伸展，并根據(jù)接近開關(guān)的反饋值判斷左側(cè)支腿是否伸展到位，如圖4所示。假如某條支腿未伸展到位，則其對(duì)應(yīng)的電磁閥繼續(xù)得電，直到支腿伸展到位。假如某條支腿已伸展到位，則關(guān)閉其對(duì)應(yīng)的電磁閥停止伸展。在完成左側(cè)支腿伸展后，DT10、DT12得電，右側(cè)支腿同時(shí)伸展，如圖5所示。在支腿伸展過程中，如果接近開關(guān)發(fā)生故障，則通過判斷壓力傳感器P0是否溢流，完成支腿伸展操作，并對(duì)發(fā)生故障的接近開關(guān)進(jìn)行報(bào)錯(cuò)。當(dāng)所有支腿伸展到位后，控制器開始控制支腿進(jìn)行下?lián)尾僮鳌?/p>

圖4 左側(cè)支腿全部展開工作流程圖

圖5 右側(cè)支腿全部展開工作流程圖

支腿下?lián)尾僮鞣謨刹竭M(jìn)行:

第一步，使圖1中的電磁閥DT6、DT8得電，左側(cè)支腿同時(shí)下?lián)沃两佑|地面，如圖6所示。下?lián)螘r(shí)，檢測(cè)支腿支撐油缸兩端的壓力，并計(jì)算支撐油缸活塞兩端的作用力。當(dāng)油缸大腔作用力小于小腔作用力時(shí)，則認(rèn)為支腿未接觸地面，其對(duì)應(yīng)的電磁閥繼續(xù)得電，直到支腿接觸地面。當(dāng)油缸大腔作用力恰好略大于小腔作用力時(shí)，則認(rèn)為支腿接觸地面，關(guān)閉其對(duì)應(yīng)的電磁閥停止下?lián)巍＠缱笄爸斡透状笄粔毫閜1，其作用力為F1，小腔壓力為p2，其作用力為F2。當(dāng)支腿懸空時(shí)，小腔作用力F2等于大腔作用力F1、油缸活塞桿重力和支座重力之和，即F2＞F1。當(dāng)支腿接觸地面瞬間，小腔作用力F2等于大腔作用力F1，油缸活塞桿重力和支座重力之和等于地面的支撐力。因此，設(shè)定支腿接觸地面的條件為大腔作用力F1恰好略大于小腔作用力F2。然后，使圖1中的電磁閥DT14、DT16得電，右側(cè)支腿同時(shí)下?lián)沃两佑|地面，如圖7所示。當(dāng)支腿全部接觸地面后，控制器開始控制支腿進(jìn)行第二步操作。

圖6 左側(cè)支腿下?lián)蔚浇佑|地面工作流程圖

圖7 右側(cè)支腿下?lián)蔚浇佑|地面工作流程圖

第二步，使圖1中的電磁閥DT6、DT8、DT14、DT16得電，所有支腿同時(shí)下?lián)蔚轿?，如圖8所示。

圖8 支腿下?lián)握{(diào)平工作流程圖

下?lián)螘r(shí)，通過檢測(cè)雙軸傾角傳感器判斷工程機(jī)械傾斜狀態(tài)。假如工程機(jī)械前后傾角和左右傾角均小于角度A，則所有支腿同時(shí)以最大速度下?lián)?，直到某條支腿的大腔壓力達(dá)到溢流壓力，表明該支腿支撐到位。這時(shí)，電磁閥DT6、DT8、DT14、DT16同時(shí)失電，完成支腿支撐。假如下?lián)螘r(shí)，工程機(jī)械前后傾角或左右傾角大于角度A，則進(jìn)行調(diào)平。調(diào)平時(shí)，如果檢測(cè)到工程機(jī)械前后傾角和左右傾角均小于角度B，則結(jié)束調(diào)平，所有支腿同時(shí)以最大速度下?lián)?，否則繼續(xù)進(jìn)行調(diào)平操作。為避免工程機(jī)械支腿下?lián)螘r(shí)頻繁進(jìn)行調(diào)平操作，設(shè)定上述角度A大于角度B。

完成上述操作后，控制器關(guān)閉支腿閥，然后發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入怠速并關(guān)閉聲光報(bào)警器。

(2)支腿自動(dòng)縮回收攏工作流程

支腿自動(dòng)縮回收攏時(shí)的工作裝置到位開關(guān)檢測(cè)過程與支腿自動(dòng)伸展下?lián)螘r(shí)的操作相同。假如工作裝置已收攏到位，則控制器開啟聲光報(bào)警器，并在一定延時(shí)后提升發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，以保證現(xiàn)場(chǎng)人員安全撤離支腿工作區(qū)域。

控制器開啟支腿閥，進(jìn)行支腿縮回操作，分兩步進(jìn)行:

第一步，使圖1中的電磁閥DT5、DT7、DT13、DT15得電，所有支腿同時(shí)縮回直到某一支腿恰好接觸地面，如圖9所示?？s回時(shí)，通過檢測(cè)雙軸傾角傳感器判斷工程機(jī)械傾斜狀態(tài)。假如工程機(jī)械前后傾角和左右傾角均小于角度A，則所有支腿同時(shí)以最大速度縮回，直到某條支腿的大腔作用力恰好略小于小腔作用力，表明該支腿縮回到恰好接觸地面。假如在上述縮回過程中，工程機(jī)械前后傾角或左右傾角大于角度A，則進(jìn)行調(diào)平。調(diào)平時(shí)，如果檢測(cè)到工程機(jī)械前后傾角和左右傾角均小于角度B，則結(jié)束調(diào)平，所有支腿同時(shí)以最大速度縮回，否則繼續(xù)進(jìn)行調(diào)平操作。當(dāng)某一支腿縮回到恰好接觸地面后，控制器開始控制支腿進(jìn)行第二步操作。

第二步，繼續(xù)使圖1中的電磁閥 DT5、DT7、DT13、DT15得電，所有支腿同時(shí)縮回到位，如圖10所示。縮回時(shí)，如果某條支腿支撐油缸小腔壓力達(dá)到溢流壓力，表明該支腿縮回到位，則其對(duì)應(yīng)的電磁閥失電。所有支腿同時(shí)以最大速度縮回。當(dāng)電磁閥DT5、DT7、DT13、DT15全部失電時(shí)，完成支腿縮回。

控制器使圖1中的電磁閥DT1、DT3得電，左側(cè)支腿同時(shí)收攏，并根據(jù)接近開關(guān)的反饋值判斷左側(cè)支腿是否收攏到位，如圖11所示。假如某條支腿未收攏到位，則其對(duì)應(yīng)的電磁閥繼續(xù)得電，直到支腿收攏到位。假如某條支腿收攏到位，則關(guān)閉其對(duì)應(yīng)的電磁閥停止收攏。在完成左側(cè)支腿收攏后，DT9、DT11得電，右側(cè)支腿同時(shí)收攏，如圖12所示。在支腿收攏過程中，如果接近開關(guān)發(fā)生故障，則通過判斷壓力傳感器P0是否溢流，完成支腿收攏操作，并對(duì)發(fā)生故障的接近開關(guān)進(jìn)行報(bào)錯(cuò)。

圖9 支腿縮回調(diào)平工作流程圖

圖10 支腿全部縮回工作流程圖

圖11 左側(cè)支腿全部收攏工作流程圖

圖12 右側(cè)支腿全部收攏工作流程圖

完成上述操作后，控制器關(guān)閉支腿閥，然后發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入怠速并關(guān)閉聲光報(bào)警器。

5 工程機(jī)械支腿自動(dòng)展收附加報(bào)警功能

工程機(jī)械在進(jìn)行支腿自動(dòng)展收時(shí)，通過聲光報(bào)警、支腿接近開關(guān)故障報(bào)警和支腿虛支撐報(bào)警對(duì)支腿的工作狀態(tài)和存在的安全隱患進(jìn)行反饋。

(1)通過在工程機(jī)械上安裝聲光報(bào)警器，在進(jìn)行支腿自動(dòng)展收時(shí)，提醒現(xiàn)場(chǎng)人員避讓，避免發(fā)生人身傷害。

(2)當(dāng)支腿接近開關(guān)發(fā)生故障時(shí)，支腿展收操作因得不到接近開關(guān)的反饋而不能停止。通過判斷壓力傳感器P0是否達(dá)到溢流壓力，則可以停止已經(jīng)到位的支腿展收操作并反饋發(fā)生故障的接近開關(guān)。

(3)當(dāng)支腿下?lián)芜M(jìn)行調(diào)平時(shí)，支腿油缸大腔壓力作用力大于其小腔壓力作用力。如果某一支腿油缸大腔壓力作用力等于其小腔壓力作用力，則認(rèn)為該支腿虛撐。如果在某一支腿虛撐時(shí)，另外任意一條支腿有虛撐趨勢(shì)時(shí)，控制器將向操作人員進(jìn)行支腿虛撐報(bào)警。

6 結(jié)論

綜上所述，通過對(duì)工程機(jī)械支腿自動(dòng)展收功能的研究，實(shí)現(xiàn)支腿自動(dòng)展收及其附加報(bào)警功能。對(duì)于具體的下?lián)?(縮回)調(diào)平算法等，可進(jìn)行更深入的研究，在此僅拋磚引玉。

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