[发明专利]一种幅度限制装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及信息处理技术领域，尤其是一种幅度限制装置及方法，是利用嵌入式技术和现场总线技术设计实现的用于计算并限制伸缩臂作业幅度的一种安全保护装置，适用于具有伸缩臂架型式的工程机械车的防倾翻安全控制，特别是伸缩臂式高空作业车、伸缩臂式起重机的作业幅度安全限制。

背景技术

伸缩臂式是一种典型结构的工程机械车臂架型式，可以使整个臂架系统的结构更加紧凑，特别是在起重机、高空作业车中，其应用越来越多。一般来讲，伸缩臂式臂架由回转转台、变幅关节、伸缩关节组成，使其臂架具有更好的灵活性和更广的可达空间，但这种臂架型式会带来一个新的问题，即在高空作业车、起重机中应用时，由于臂架的伸出可能会导致整个车体的重心发生很大变化，一旦整个重心处于四条支腿所确定的矩形之外，则会发生倾覆事故，造成灾难性后果。因此，对于伸缩臂式工程机械车而言，有效地限制臂架的运动范围，避免倾覆事故的发生是一个非常重要的问题。在工程应用中，常常通过作业幅度限制的办法实现防倾翻控制，即通过离线计算得到一种在最大负荷下不同作业方位角度下整车的最大安全工作幅度，而在实际工作过程中通过实时监测工作幅度的变化，使其限制在安全范围以内，保证作业的安全性。幅度限制器可以分为机械式和电子式两种，机械式往往与臂架型式有直接关系，使用不灵活，已逐渐被电子式所代替。电子式幅度限制器中需要对回转角度、伸缩臂长、俯仰角度进行监测，进而计算出实时作业幅度。一般情况下，回转角度采用旋转编码器测量，俯仰角度采用电子式或机械式倾角传感器测量，臂长采用拉线式传感器测量。各个测量值往往通过电流或电压信号传递给幅度限制控制器。但由于臂架一般都较长，模拟量的方式往往会对信号的精度存在很大影响，造成计算的作业幅度与实际作业幅度有很大偏差。另外，前两种测量手段都安装在机构内部，一般都具有较好的可靠性，而拉线式测长传感器需要将多圈拉线绞盘安装在伸缩臂的外臂(即一节臂)上，拉线一段缠绕在绞盘上，另一端固定在套接在外臂之内的二节臂上，伸缩臂在伸缩过程中带动拉线运动，通过绞盘上的多圈电位器计算伸缩长度。这种方式除了测量精度较差之外，还存在一定的安全隐患，一旦作业过程中拉线断裂或绞盘回收不及时，就会使测量的长度与实际长度存在很大差别甚至错误，不能反映实际伸缩长度，导致作业幅度计算失去依据，带来发生倾翻事故的隐患。因此，为了提高系统的可靠性，保证作业的安全性，需要开发一种新型的幅度限制装置，避免拉线式测长方式的弊端，保障臂架型工程机械车在应用过程中的作业安全。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型幅度限制装置及方法，改变传统的拉线式测长传感器存在的弊端，改变模拟量信号传输在系统应用中的误差问题，提高伸缩臂工程机械车在作业幅度测量和计算时的精度，使计算得到的作业幅度能够真实体现出其实际作业幅度值，并应用在工程机械车的幅度限制中，确保作业过程中不会发生倾翻事故，保证作业设备和人员的安全性。

为达到上述目的，根据本发明的一方面，提出一种幅度限制装置，用于计算并限制伸缩臂架型式工程机械车的伸缩臂的作业幅度，其特征在于，该装置包括ARM控制器模块、旋转编码器模块、倾角传感器模块和测长传感器模块；其中，

所述ARM控制器模块是所述幅度限制装置的核心控制单元，其包括ARM处理器、电源变换模块、CAN总线接口模块、显示屏、输出驱动模块、内部存储器，所述内部存储器中存储有离线计算出的伸缩臂在不同方位角度上的幅度限制临界值的对应表，所述ARM控制器模块还通过其输出驱动模块与外部的声光报警器、开关阀继电器相连；

所述旋转编码器模块用于测得伸缩臂的回转方位角度θ，并将测得的伸缩臂的回转方位角度θ通过CAN总线传送给所述ARM控制器模块；

所述倾角传感器模块用于测得伸缩臂的俯仰角度α，并将测得的伸缩臂的俯仰角度α通过CAN总线传送给所述ARM控制器模块；

所述测长传感器模块用于测得伸缩臂的臂长L，并将测得的伸缩臂的臂长L通过CAN总线传送给所述ARM控制器模块；

所述ARM控制器模块根据所述伸缩臂的结构形式、接收到的俯仰角度α和臂长L计算得到所述伸缩臂的作业幅度R；根据接收到的伸缩臂的回转方位角度θ从所述对应表中查得对应的幅度限制临界值R_H，并根据所述作业幅度R与所述幅度限制临界值R_H的比较来控制所述开关阀继电器的开关和所述声光报警器，以对伸缩臂的工作幅度进行限制或报警。

根据本发明的另一方面，提出一种幅度限制方法，用于计算并限制伸缩臂架型式工程机械车的伸缩臂的作业幅度，其特征在于，该方法包括以下步骤：