УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ ТЕЛЕСКОПИЧЕСКОГО ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ЦИЛИНДРА ПОДЪЕМНОГО КРАНА
DEVICE AND METHOD FOR DEFINITION AND PROTECTION OF CRANE TELESCOPIC HYDRAULIC CYLINDER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к области подъемных кранов с телескопическими стрелами, в частности относится к устройству и способу определения и защиты телескопического гидравлического цилиндра подъемного крана.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Поскольку подъемные характеристики основной стрелы подъемного крана можно существенно улучшить посредством одноцилиндровой штифтовой телескопической системы, такая система широко используется в подъемных кранах большой/средней тоннажности.
Один конец штока поршня телескопического гидравлического цилиндра одноцилиндровой штифтовой системы закреплен на основной стреле, а корпус телескопического гидравлического цилиндра скользит в канавке скольжения в каждой стреле. Соединения и разъединения между телескопическим гидравлическим цилиндром и стрелами может достигаться посредством различных комбинаций пальца стрелы и пальца цилиндра на телескопическом гидравлическом цилиндре, после чего может выполняться выдвижение и втягивание посредством стрелы, а также выдвижение и втягивание, когда цилиндр находится в нерабочем состоянии.
На фиг.1 показана примерная схема одноцилиндровой штифтовой телескопической системы двухзвенной стрелы, в которой телескопический гидравлический цилиндр посредством пальца цилиндра может управлять вспомогательной стрелой для выдвижения и втягивания, при этом палец стрелы используется для жесткого соединения вспомогательной стрелы с основной стрелой. На практике такая комбинация обычно включает в себя пять или более стрел.
При наличии множества ситуаций, например выдвижение посредством стрелы, втягивание посредством стрелы, выдвижение, когда цилиндр находится в нерабочем состоянии, и втягивание, когда цилиндр находится в нерабочем состоянии, при различных переменных амплитудах и углах, различном количестве телескопических стрел и условиях их совместной работы, нагрузка на соответствующий телескопический гидравлический цилиндр будет неодинаковой, а значит, величина давления масла в телескопическом гидравлическом цилиндре неодинакова. Чем больше открытие соленоидного клапана на маслопроводе, тем больше поток и быстрее ход выдвижения и втягивания, так что определение величины открытия соленоидного клапана - требующая решения задача для обеспечения плавности хода выдвижения и втягивания.
Когда происходит утечка масла вследствие повреждения маслопровода и повреждения цепи клапана, давление в телескопическом гидравлическом цилиндре не может нагнетаться, а значит, величина давления масла будет относительно мала. Например, как показано на фиг.1, после того как выдвинулась вспомогательная стрела, если гидравлическое масло в большой полости полностью вытекло в связи с неполадками в канале подачи масла большой полости, то после извлечения пальца стрелы давление в большой полости не поддерживается, а значит под весом цилиндра и самой телескопической стрелы, а также под действием большого давления масла в малой полости выдвигающаяся стрела быстро совершит падение, что легко приведет к повреждению транспортного средства и несчастному случаю.
Если сопротивление ходу выдвижения и втягивания телескопического гидравлического цилиндра возрастает вследствие деформации основной стрелы под воздействием силы, недостатка смазки, отсутствия технического обслуживания в течение длительного времени и т. д., так что основная стрела не может нормально выдвигаться и втягиваться, это может привести к тому, что давление в цилиндр станет слишком высоким, при этом вынужденное нагнетание давления приведет к повреждению всей системы.
Когда обнаруживается, что концевая стрела выходит из строя, телескопический гидравлический цилиндр чрезмерно выдвигается и головка телескопического гидравлического цилиндра сталкивается с головкой основной стрелы, при этом под действием удара флуктуация давления масла будет очень резкой.
При втягивании посредством стрелы давление в большой полости должно быть чуть ниже давления в малой полости; если перепад давления слишком велик, скорость втягивания будет слишком большой; если перепад давления слишком мал, движение будет слишком медленным. Плавность работы системы можно повысить регулировкой соленоидного клапана и масляного насоса в режиме реального времени согласно величине перепада давления.
В уровне техники для недопущения слишком высокого давления масла часто используется технология применения перепускного клапана: перепускной клапан добавляется в гидравлический маслопровод, и когда давление масла достигает верхнего предельного значения для перепускного клапана, гидравлическое масло поступает обратно в масляный резервуар через перепускной клапан, чтобы гарантировать, что давление в канале подачи масла не превышает определенного верхнего предельного значения, тем самым обеспечивая защиту системы. Однако технология использования перепускного клапана может только гарантировать, что давление в канале подачи масла не превышает определенного верхнего предельного значения, но изменение давления масла в точности неизвестно. Когда давление масла слишком мало, информацию о давлении масла получить не удается, при этом насос, соленоидный клапан, двигатель и т. д. не поддаются регулировке или иному воздействию соответствующим образом.
В уровне техники также используется технология определения положения стрелы. Согласно этой технологии положение каждой стрелы определяется бесконтактным переключателем, при этом определяется информация о положении стрелы, а именно в какой области стрелы находится телескопический гидравлический цилиндр. Когда обнаруживается концевая стрела, выносится соответствующая оценка, чтобы предотвратить чрезмерное выдвижение цилиндра. Однако согласно технологии определения положения стрелы предупредительные меры могут приниматься только при чрезмерном выдвижении, но когда скорость выдвижения стрелы слишком высока, так что цилиндр и головка основной стрелы сталкиваются, никакие соответствующие действия не предпринимаются.
Кроме того, в уровне техники также используется технология измерения длины телескопического гидравлического цилиндра: посредством датчика длины стрелы измеряется длина выдвижения/втягивания штифтового телескопического гидравлического цилиндра одноцилиндровой конструкции. Однако эта технология предназначена лишь для распознавания результатов, при этом причину, по которой скорость выдвижения возрастает или снижается, либо почему оказывается невозможным выдвижение, определить не удается.
В уровне техники, в основном оперируя ручкой управления, оператор контролирует величину открытия соленоидного клапана и/или рабочий объем насоса и тем самым управляет скоростью хода выдвижения и втягивания. Например, чем больше поворот ручки управления, чем больше открыт соленоидный клапан и чем больше поток, тем быстрее ход выдвижения и втягивания. Однако данный способ основан на действиях оператора в отношении ручки управления, вследствие чего к рабочим навыкам оператора предъявляются высокие требования. Кроме того, отсутствует количественная информация обратной связи по контролируемой переменной управляемого объекта (скорость выдвижения/втягивания телескопического гидравлического цилиндра). Таким образом, трудно обеспечить плавность работы и безопасность системы.
В действительности часто бывает трудно извлечь палец стрелы в одноцилиндровой штифтовой системе. Существуют две основные причины: 1) давление масла в телескопическом гидравлическом цилиндре не может нагнетаться, стрела не может выдвигаться, в результате чего палец стрелы не может отцепляться; 2) цилиндр пальца стрелы выходит из строя, так что палец стрелы невозможно извлечь. Однако, основываясь на уровне техники, причину, по которой палец стрелы невозможно извлечь, по-прежнему не удается определить.
Все вышеприведенные примеры действительно имели место, поэтому необходимо определять состояние телескопического гидравлического цилиндра.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Авторы настоящего изобретения видят наличие проблем в известном уровне техники и предлагают новое техническое решение для устранения, по меньшей мере, одной из проблем.
В одном аспекте настоящего изобретения предложено устройство для определения и защиты телескопического гидравлического цилиндра подъемного крана, включающее в себя датчик давления в большой полости, датчик давления в малой полости, контроллер, телескопический гидравлический цилиндр, а также регулятор телескопического гидравлического цилиндра, при этом датчик давления в большой полости соединен соответственно с телескопическим гидравлическим цилиндром и контроллером; датчик давления в малой полости соединен соответственно с телескопическим гидравлическим цилиндром и контроллером; контроллер соединен с регулятором телескопического гидравлического цилиндра; а регулятор телескопического гидравлического цилиндра соединен с телескопическим гидравлическим цилиндром.
Устройство дополнительно включает в себя признаки, согласно которым датчик давления в большой полости измеряет давление масла в большой полости телескопического гидравлического цилиндра; датчик давления в малой полости измеряет давление масла в малой полости телескопического гидравлического цилиндра; при этом
контроллер управляет электрическим сигналом, выдаваемым на регулятор телескопического гидравлического цилиндра, согласно значению давления масла в большой полости, переданному по каналу обратной связи датчиком давления в большой полости, а также значению давления масла в малой полости, переданному по каналу обратной связи датчиком давления в малой полости, а также посредством электрического сигнала управляет изменением количества гидравлического масла, поступающего в большую полость и малую полость и из большой полости и малой полости телескопического гидравлического цилиндра, чтобы регулировать давление масла в большой полости и малой полости.
Устройство дополнительно включает в себя признаки, согласно которым датчик давления в большой полости и датчик давления в малой полости соответственно расположены в полости телескопического гидравлического цилиндра или маслопровода.
Устройство дополнительно включает в себя признаки, согласно которым регулятор телескопического гидравлического цилиндра относится к соленоидному клапану, масляному насосу либо двигателю и масляному насосу.
Устройство дополнительно включает в себя признаки, согласно которым контроллер соединен с соленоидным клапаном либо контроллер соединен с масляным насосом, либо контроллер последовательно соединен с двигателем и масляным насосом, чтобы управлять изменением количества гидравлического масла, поступающего в большую полость и малую полость и из большой полости и малой полости, путем изменения числа оборотов двигателя, рабочего объема масляного насоса или величины открытия соленоидного клапана.
Устройство дополнительно включает в себя бесконтактный переключатель и/или устройство для измерения длины, при этом бесконтактный переключатель соответственно соединен с контроллером и телескопическим гидравлическим цилиндром и устройство для измерения длины соответственно соединено с контроллером и телескопическим гидравлическим цилиндром.
Устройство дополнительно включает в себя признаки, согласно которым контроллер определяет, не превышает ли давление масла в большой полости и давление масла в малой полости предельных значений, является ли перепад давления масла между большой полостью и малой полостью нормальным, а также в норме ли флуктуация давления масла в большой полости и малой полости, и если да, то регулирует давление масла в большой полости и малой полости согласно значениям давления масла, переданным по каналу обратной связи.
Устройство дополнительно включает в себя признаки, согласно которым, если контроллер определяет, что давление масла в большой полости и давление масла в малой полости превышают предельные значения, перепад давления масла между большой полостью и малой полостью аномален и/или флуктуация давления масла в большой полости и малой полости не в норме, принимаются меры по устранению отклонений от нормы.
В другом аспекте настоящего изобретения предложен способ определения и защиты телескопического гидравлического цилиндра подъемного крана, включающий в себя этапы, на которых
датчик давления в большой полости измеряет давление масла в большой полости телескопического гидравлического цилиндра;
датчик давления в малой полости измеряет давление масла в малой полости телескопического гидравлического цилиндра;
контроллер управляет выходным электрическим сигналом согласно значению давления масла в большой полости, переданному по каналу обратной связи датчиком давления в большой полости, а также значению давления масла в малой полости, переданному по каналу обратной связи датчиком давления в малой полости, а также посредством электрического сигнала управляет изменением количества гидравлического масла, поступающего в большую полость и малую полость и из большой полости и малой полости телескопического гидравлического цилиндра, чтобы регулировать давление масла в большой полости и малой полости.
Способ дополнительно включает в себя этапы, на которых контроллер соединяется с соленоидным клапаном либо контроллер соединяется с масляным насосом, либо контроллер последовательно соединяется с двигателем и масляным насосом, чтобы управлять электрическим сигналом, подаваемым на соленоидный клапан, масляный насос или двигатель, и посредством этого электрического сигнала изменять число оборотов двигателя, рабочий объем масляного насоса или величину открытия соленоидного клапана и управлять изменением количества гидравлического масла, поступающего в большую полость и малую полость и из большой полости и малой полости телескопического гидравлического цилиндра.
Способ дополнительно включает в себя этапы, на которых контроллер определяет, не превышает ли давление масла в большой полости и давление масла в малой полости предельные значения, является ли перепад давления масла между большой полостью и малой полостью нормальным, а также в норме ли флуктуация давления масла между большой полостью и малой полостью, и если да, то регулирует давление масла в большой полости и малой полости согласно значениям давления масла, переданным по каналу обратной связи.
Способ дополнительно включает в себя этапы, на которых, если контроллер определяет, что давление масла в большой полости и давление масла в малой полости превышают предельные значения, перепад давления масла между большой полостью и малой полостью аномален и/или флуктуация давления масла в большой полости и малой полости не в норме, принимаются меры по устранению отклонений от нормы.
Согласно настоящему изобретению состояние давления масла в телескопическом гидравлическом цилиндре определяется путем определения давления масла в большой полости и малой полости телескопического гидравлического цилиндра одноцилиндровой штифтовой системы, при этом оно используется для телескопического управления телескопическим гидравлическим цилиндром, чтобы помочь системе плавно выполнять движение по выдвижению и втягиванию.
Кроме того, согласно настоящему изобретению можно также определять аномальное состояние и принимать меры по его устранению согласно значению давления масла в большой полости и малой полости телескопического гидравлического цилиндра, чтобы осуществлять такие функции, как снятие показаний давления, обработка сигналов тревоги и оптимизация логики управления, и обеспечивать эффективную защиту для всей телескопической системы.
Другие признаки настоящего изобретения и его преимущества станут очевидными из нижеследующего подробного описания примера осуществления настоящего изобретения со ссылкой на сопроводительные чертежи.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Чертежи, составляющие часть описания, иллюстрируют варианты осуществления настоящего изобретения и совместно с описанием направлены на пояснение принципов, заложенных в настоящем изобретении.
Настоящее изобретение можно будет яснее понять из нижеследующего подробного описания со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:
на фиг.1 показана примерное схематичное изображение одноцилиндровой штифтовой телескопической системы двухзвенной стрелы;
на фиг.2A показана блок-схема устройства для определения и защиты телескопического гидравлического цилиндра согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг.2B показана блок-схема устройства для определения и защиты телескопического гидравлического цилиндра согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг.3 показана блок-схема алгоритма способа определения и защиты телескопического гидравлического цилиндра согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг.4 показана блок-схема алгоритма работы устройства для определения и защиты телескопического гидравлического цилиндра согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, когда обнаружено, что давление превышает предельные значения;
на фиг.5 показана блок-схема алгоритма работы устройства для определения и защиты телескопического гидравлического цилиндра согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, когда обнаружено, что перепад давления масла между большой полостью и малой полостью аномален;
на фиг.6 показана блок-схема алгоритма работы устройства для определения и защиты телескопического гидравлического цилиндра согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, когда обнаружено, что флуктуация давления масла не в норме;
на фиг.7 показана блок-схема алгоритма работы устройства для определения и защиты телескопического гидравлического цилиндра согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, когда обнаружено соответствие норме;
на фиг.8 показана блок-схема алгоритма работы устройства для определения и защиты телескопического гидравлического цилиндра согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, когда в качестве отказа определяется, что палец стрелы невозможно извлечь.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Далее будут описаны различные примеры осуществления настоящего изобретения со ссылкой на сопроводительные чертежи. Следует отметить, что если специально не оговорено иное, относительное расположение компонентов и этапов, численные выражения и численные значения, приведенные в этих вариантах осуществления, не ограничивают объем изобретения.
При этом следует понимать, что для удобства описания размеры каждой из деталей, представленных на фигурах, могут не соответствовать действительным пропорциям.
Нижеследующее описание, по меньшей мере, одного примера осуществления по своему характеру является лишь иллюстративным и никоим образом не направлено на ограничение изобретения, его применения или назначения.
Для средних специалистов в соответствующей области техники известные технологии, способы и оборудование могут подробно не поясняться, однако там, где это уместно, эти технологии, способы и оборудование должны рассматриваться как часть описания. Во всех примерах, представленных и рассмотренных в настоящем описании, каждую конкретную величину следует толковать как приведенную лишь в целях иллюстрации, но не носящую ограничительного характера. Таким образом, в других примерах осуществления величины могут быть иными.
Следует отметить, что одинаковые ссылочные позиции и буквенные обозначения относятся к схожим элементам на нижеприведенных Фигурах, а значит, если элемент определен на одной Фигуре, он не требует дополнительных пояснений на последующих фигурах.
Чтобы задачи, технические решения и преимущества настоящего изобретения стали более понятными, настоящее изобретение ниже рассматривается подробно в отношении конкретных вариантов осуществления со ссылкой на сопроводительные чертежи.
На фиг.2A показана блок-схема устройства для определения и защиты телескопического гидравлического цилиндра согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Устройство включает в себя: датчик 205 давления в большой полости, датчик 206 давления в малой полости, контроллер 203, телескопический гидравлический цилиндр 213, а также регулятор телескопического гидравлического цилиндра. При этом отличие заключается в следующем.
Датчик 205 давления в большой полости соответственно соединен с телескопическим гидравлическим цилиндром 213 и контроллером 203.
Датчик 206 давления в малой полости соответственно соединен с телескопическим гидравлическим цилиндром 213 и контроллером 203.
Контроллер 203 соединен с регулятором телескопического гидравлического цилиндра. Например, соединение представляет собой проводное соединение, способное предотвратить внешние помехи.
Регулятор телескопического гидравлического цилиндра соединен с каналом для подачи гидравлического масла телескопического гидравлического цилиндра 213.
В данном варианте осуществления настоящего изобретения соединительные средства между датчиками давления для большой полости и малой полости и контроллером 203 включают в себя: аналоговые сигналы (например, 4-20mA), сигналы на шинах CAN (локальной сети контроллеров) и т.п. Контроллер 203 может представлять собой PLC (программируемый логический контроллер), однокристальный микрокомпьютер, ARM микроконтроллер и т.п.
В данном варианте осуществления настоящего изобретения датчик 205 давления в большой полости и датчик 206 давления в малой полости могут соответственно располагаться в полости телескопического гидравлического цилиндра и/или маслопровода.
Например, датчик 205 давления в большой полости расположен в большой полости, а датчик 206 давления в малой полости расположен в малой полости; или датчик 205 давления в большой полости расположен на маслопроводе и датчик 206 давления в малой полости расположен на маслопроводе; или датчик 205 давления в большой полости расположен в большой полости, а датчик 206 давления в малой полости расположен на маслопроводе; или датчик 205 давления в большой полости расположен на маслопроводе, а датчик 206 давления в малой полости расположен в малой полости.
Регулятор телескопического гидравлического цилиндра, упомянутый в настоящем описании, относится к соленоидному клапану 209 или масляному насосу 211, либо двигателю 207 и масляному насосу 211. Разумеется, в одном варианте осуществления он может также включать в себя двигатель 207, соленоидный клапан 209 и масляный насос 211. Как показано на фиг.2A, соединение между контроллером 203 и регулятором телескопического гидравлического цилиндра может выполняться по следующей схеме: контроллер соединен с соленоидным клапаном либо контроллер соединен с масляным насосом, либо контроллер последовательно соединен с двигателем и масляным насосом, т.е. масляный насос управляется посредством двигателя.
Согласно настоящему изобретению датчик давления в большой полости и датчик давления в малой полости установлены на телескопическом гидравлическом цилиндре, так что величины давления в большой полости и малой полости известны в режиме реального времени и используются в качестве информации обратной связи для управления телескопическим гидравлическим цилиндром с целью оптимизации логической схемы управления. Это в особенности целесообразно для технического обслуживания, ремонта и осмотра подъемного крана. Например, это подходит для случаев снятия показаний давления, сигнализации о падении давления, когда давление является относительно малым вследствие утечки масла из поврежденного канала подачи масла, предотвращения взрыва цилиндра, недопущения резкого выдвижение, недопущения резкого втягивания и т. д.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения, как показано на фиг.2A, ʺручной вводʺ означает, что оператор сообщает контроллеру 203 рабочую команду, которую требуется выполнить, посредством ручки, кнопки, сенсорного экрана и т. д.
Контроллер соединен с соленоидным клапаном или контроллер соединен с масляным насосом, или контроллер последовательно соединен с двигателем и масляным насосом.
Контроллер 203 управляет электрическим сигналом (величиной тока или величиной напряжения), подаваемым на двигатель, масляный насос и/или соленоидный клапан, согласно значениям давления масла, переданным по каналу обратной связи датчиком давления в большой полости и датчиком давления в малой полости, и посредством этого электрического сигнала изменяет число оборотов двигателя, рабочий объем масляного насоса или величину открытия соленоидного клапана и управляет изменением количества гидравлического масла, поступающего в большую полость и малую полость и из большой полости и малой полости телескопического гидравлического цилиндра, чтобы регулировать давление масла в большой полости и малой полости. Таким образом, чем больше масла поступает в полость в единицу времени, тем соответственно выше становится давление; в противном случае давление становится ниже.
Регулировка соленоидного клапана осуществляется следующим образом: один конец элемента клапана подвергается воздействию силы, создаваемой пружиной, а другой конец - электромагнитной силы; когда ток или напряжение, подачу которого осуществляет контроллер, становится выше, электромагнитная сила увеличивается, при этом степень открытия порта клапана увеличивается, и наоборот. Чем выше степень открытия, тем больше проходящий через него поток гидравлического масла.
Если говорить о масляном насосе, сам насос имеет в себе наклонный дисковый механизм; при этом электромагнитная сила регулируется напряжением или током, величина угла наклонного диска регулируется электромагнитной силой, сама же величина угла определяет рабочий объем масляного насоса.
Что же касается двигателя, то, поскольку регулировка мощности задается изготовителями двигателя, крутящий момент и скорость вращения двигателя могут регулироваться посредством сигнала CAN-шины.
Операция, при помощи которой контроллер 203 управляет ходом выдвижения и втягивания телескопического гидравлического цилиндра 213 согласно давлению масла в большой полости, измеренному датчиком 205 давления в большой полости, и давлению масла в малой полости, измеренному датчиком 206 давления в малой полости, будет подробно проиллюстрирована ниже.
Контроллер 203 получает информацию о давлении масла в большой полости и давлении масла в малой полости, определяет, не превышает ли давление масла в большой полости и давление масла в малой полости соответствующие предельные значения (в том числе верхнее и нижнее предельные значения), является ли перепад давления масла между большой полостью и малой полостью нормальным, а также в норме ли флуктуация давления масла в большой полости и малой полости, и если да, регулирует ход выдвижения и втягивания телескопического гидравлического цилиндра согласно значению давления масла. В данном случае предельные значения подразумевают верхний предел и нижний предел, а именно верхний предел в большой полости, нижний предел в большой полости, верхний предел в малой полости и нижний предел в малой полости.
Когда выполняется выдвижение стрелы, регулятор телескопического гидравлического цилиндра регулируется согласно значению давления масла, так что давление масла в большой полости в телескопическом гидравлическом цилиндре становится выше, в малой полости создается противодавление (с целью обеспечения наличия масла в полости, чтобы не допустить такого явления как «резкое выдвижение» и «резкое втягивание» в ходе движения), при этом для перепада давления масла между большой полостью и малой полостью осуществляется процесс изменения от «большого к малому», стабилизация, а затем изменения «от малого к большому», так что при выдвижении стрелы имеет место процесс чередования «отсутствие движения-ускорение-стабильная скорость-торможение-отсутствие движения»; при этом в данном случае давление масла используется для управления этим процессом, так что ускорение и торможение регулируются более плавно, плавность работы в ходе выдвижения стрелы повышается, при этом перепад давления масла в устойчивом состоянии не превышает первого заданного значения. Первое заданное значение может устанавливаться и изменяться по необходимости.
Когда выполняется втягивание стрелы, регулятор телескопического гидравлического цилиндра регулируется согласно значению давления масла, так что давление масла в малой полости в телескопическом гидравлическом цилиндре становится выше, в большой полости создается противодавление, при этом для перепада давления масла между малой и большой полостями осуществляется процесс изменения от «малого к большому», стабилизация, а затем изменения «от большого к малому», так что плавность работы в ходе втягивания стрелы повышается, при этом перепад давления масла в устойчивом состоянии не превышает второго заданного значения. Второе заданное значение может устанавливаться и изменяться по необходимости.
Согласно настоящему изобретению состояние давления масла в телескопическом гидравлическом цилиндре определяется путем определения давления масла в большой полости и малой полости телескопического гидравлического цилиндра одноцилиндровой штифтовой системы и используется для управления выдвижением/втягиванием телескопического гидравлического цилиндра, чтобы помочь системе плавно выполнять движение по выдвижению и втягиванию.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения, если давление масла в большой полости и давление масла в малой полости превышают свои соответствующие предельные значения, перепад давления масла между большой полостью и малой полостью аномален и/или флуктуация давления масла в большой полости и малой полости не в норме, принимаются меры по устранению отклонений от нормы. Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения порядок устранения вышеупомянутых трех видов отклонений от нормы может быть следующим: во-первых, убедиться, что величины давления масла в большой полости и малой полости не превышают предельных значений (а именно в том, что в системе отсутствуют серьезные проблемы), затем устранить аномальный перепад давления масла и, наконец, аномальную флуктуацию давления масла. Разумеется, объем настоящего изобретения этим не ограничивается.
Согласно настоящему изобретению можно также определять аномальное состояние и принимать меры по его устранению согласно значению давления масла в большой полости и малой полости телескопического гидравлического цилиндра, чтобы осуществлять такие функции, как снятие показаний давления, обработка сигналов тревоги, оптимизация логики управления и т. д., и эффективно защищать всю телескопическую систему.
На фиг.2B показана блок-схема устройства для определения и защиты телескопического гидравлического цилиндра согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения. В данном варианте осуществления настоящего изобретения устройство может дополнительно включать в себя бесконтактный переключатель 217 и/или устройство 219 для измерения длины. Бесконтактный переключатель 217 используется для измерения положения телескопического гидравлического цилиндра в стреле, а устройство 219 для измерения длины используется для измерения длины выдвижения/втягивания телескопического гидравлического цилиндра. Таким образом, бесконтактный переключатель 217 соответственно соединен с контроллером и телескопическим гидравлическим цилиндром и устройство 219 для измерения длины соответственно соединено с контроллером и телескопическим гидравлическим цилиндром.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения контроллер объединяет информацию о стреле, полученную бесконтактным переключателем 217, и информацию о длине, полученную устройством 219 для измерения длины, с информацией о давлении, полученной датчиком 205 давления в большой полости и датчиком 206 давления в малой полости, чтобы оптимально управлять ходом выдвижения и втягивания, в том числе длиной выдвижения/втягивания, скоростью и т.д., телескопического гидравлического цилиндра с целью повышения точности управления. Например, если бесконтактный переключатель 217 оповещает путем измерения, что телескопический гидравлический цилиндр расположен на позиции вспомогательной стрелы, при этом требуется, чтобы телескопический гидравлический цилиндр втянулся к основной стреле, контроллер 203 управляет масляным насосом 211 и/или соленоидным клапаном 209 для регулировки давления масла в телескопическом гидравлическом цилиндре (измеренного датчиком 205 давления в большой полости и датчиком 206 давления в малой полости), так чтобы давление в малой полости превышало давление в большой полости, после чего выполняется движение втягивания стрелы; когда устройство 219 для измерения длины путем измерения получает информацию о длине в отношении втягивающейся стрелы, а бесконтактный переключатель 217 оповещает путем измерения, что телескопический гидравлический цилиндр расположен на основной стреле, контроллер 203 управляет масляным насосом 211 и/или соленоидным клапаном 209 для регулировки давления масла в большой полости и малой полости с опережением, например, так, что величины давления масла в большой полости и малой полости постепенно стремятся к равновесию (вследствие силы тяжести самого телескопического гидравлического цилиндра и т. п., когда движение прекращается, величины давления в двух полостях не равны, а соответствуют состоянию равновесия сил), после чего движение втягивания стрелы прекращается.
На фиг.3 показана блок-схема алгоритма способа определения и защиты телескопического гидравлического цилиндра согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Этот способ содержит следующие этапы.
На этапе 301 датчик давления в большой полости измеряет давление масла в большой полости телескопического гидравлического цилиндра.
На этапе 302 датчик давления в малой полости измеряет давление масла в малой полости телескопического гидравлического цилиндра.
На этапе 303 контроллер управляет выходным электрическим сигналом согласно значению давления масла в большой полости, переданному по каналу обратной связи датчиком давления в большой полости, и значению давления масла в малой полости, переданному по каналу обратной связи датчиком давления в малой полости, а также посредством электрического сигнала управляет изменением количества гидравлического масла, поступающего в большую полость и малую полость и из большой полости и малой полости телескопического гидравлического цилиндра, чтобы регулировать давление масла в большой полости и малой полости.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения этап 303 дополнительно включает в себя: определение, не превышают ли давление масла в большой полости и давление масла в малой полости своих соответствующих предельных значений, является ли перепад давления масла между большой полостью и малой полостью нормальным, а также в норме ли флуктуация давления масла в большой полости и малой полости, и если да, регулировку давления масла в большой полости и малой полости согласно значениям давления масла, переданным по каналу обратной связи. В данном случае предельные значения относятся к верхнему пределу и нижнему пределу.
Если давление масла в большой полости и давление масла в малой полости превышают свои соответствующие предельные значения, перепад давления масла между большой полостью и малой полостью аномален и/или флуктуация давления масла в большой полости или малой полости не в норме, принимаются меры по устранению отклонений от нормы.
На фиг.7 показана блок-схема алгоритма работы устройства для определения и защиты телескопического гидравлического цилиндра согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, когда обнаружено соответствие норме.
Когда обнаруживается, что давление масла в телескопическом гидравлическом цилиндре не превышает предельного значения, перепад давления масла между большой полостью и малой полостью в норме и флуктуация давления масла в норме, выполняется этап 702, а именно осуществляется работа в нормальном режиме.
Работа в нормальном режиме включает в себя: отображение нормального давления масла, нормальное управление устройством и т. д.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения при регулировке величины открытия соленоидного клапана данная регулировка может выполняться следующим образом:
Ф=F(J, A, B),
где Ф - величина открытия соленоидного клапана;
J - величина ручного воздействия, соответствующая ходу выдвижения и втягивания;
A - давление масла в большой полости в телескопическом гидравлическом цилиндре;
B - давление масла в малой полости в телескопическом гидравлическом цилиндре.
Величина открытия соленоидного клапана и/или рабочий объем насоса регулируются согласно значению давления масла в большой полости в телескопическом гидравлическом цилиндре, давлению масла в малой полости в телескопическом гидравлическом цилиндре и величине ручного воздействия, соответствующей ходу выдвижения и втягивания. Таким образом, можно повысить плавность работы системы.
Величина открытия соленоидного клапана количественно выражается в диапазоне 0-100%, величина ручного воздействия, соответствующая ходу выдвижения и втягивания, количественно выражается в диапазоне 0-100% и давление масла в большой полости и малой полости количественно выражается в диапазоне 0-100%. Следует понимать, что для обеспечения точного движения и точной скорости хода выдвижения и втягивания, величина воздействия на ручку, величина открытия соленоидного клапана, величины давления в большой полости и малой полости и скорость выдвижения/втягивания связаны между собой, но не общей линейной зависимостью. В одном варианте осуществления настоящего изобретения, например, в ходе выдвижения, когда цилиндр находится в нерабочем состоянии, если величина воздействия на ручку лежит в диапазоне 10-40%, чтобы гарантировать, что скорость выдвижения стрелы лежит в диапазоне 0-20%, величина давления в большой полости должна удерживаться в диапазоне 20-25%, при этом открытие соленоидного клапана, соответствующее большой полости, должно регулироваться в диапазоне 0-35%, чтобы удовлетворить данному требованию. В другом примере, когда величина воздействия на ручку лежит в диапазоне 80-100%, чтобы гарантировать, что скорость выдвижения стрелы лежит в диапазоне 60-100%, величина давления в большой полости должна удерживаться в диапазоне 35-45%, при этом открытие соленоидного клапана, соответствующее большой полости, должно регулироваться в диапазоне 70-100%, чтобы удовлетворить данному требованию. В течение всего процесса в отношении величины давления в малой полости должно сохраняться противодавление в диапазоне 1,5-2%, при этом открытие соленоидного клапана, соответствующее малой полости, должно контролироваться в диапазоне 80-85%. Однако следует понимать, что варианты осуществления, описанные выше, приведены лишь в качестве примера и не ограничивают настоящее изобретение.
Способ реализации хода выдвижения и втягивания проиллюстрирован выше на примере того, что перепад давления масла между большой полостью и малой полостью регулируется путем управления величиной открытия соленоидного клапана. В настоящем изобретении также существует возможность регулировать перепад давления между большой полостью и малой полостью, а также регулировать ход выдвижения и втягивания и их скорость путем управления двигателем и масляным насосом, либо управления одним только масляным насосом. Например, когда давление масла не соответствует норме и ход выдвижения и втягивания выполняется «искусственно» и «принудительно», контроллер ограничивает соответствующий выход, так что скорость хода выдвижения и втягивания снижается до 15% от максимальной скорости, тем самым способствуя тому, чтобы система безопасно и плавно выполняла ход выдвижения и втягивания.
В других вариантах осуществления вышеупомянутая величина Ф может также представлять собой выходной крутящий момент двигателя или мощность масляного насоса. Схожее описание в данном случае не повторяется.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения, когда выполняется ход выдвижения посредством стрелы, с увеличением числа выдвигающихся стрел нагрузка на телескопический гидравлический цилиндр все более и более возрастает; при этом, чтобы обеспечить достаточную поддержку давления в этот период времени, давление масла в большой полости в телескопическом гидравлическом цилиндре должно возрастать, а значит, в это время двигатель должен выдавать больший крутящий момент. В то же самое время, когда выполняется ход выдвижения, а цилиндр находится в нерабочем состоянии (выдвижение без помощи стрелы), поскольку сила тяжести стрел устранена, нагрузка становится меньше, а значит, в это время двигатель более не должен создавать слишком большой крутящий момент. В условиях обеспечения мощности, необходимой двигателю, может достигаться эффект энергосбережения и снижения выбросов вредных веществ благодаря недопущению режима «малой нагрузки» (явления «light load drive»).
В одном варианте осуществления настоящего изобретения для давления масла в большой полости и давления масла в малой полости могут устанавливаться одно или несколько заданных значений; например, устанавливаются два заданных значения, при этом в ходе выдвижения посредством стрелы давление в малой полости соответствует норме, а давление в большой полости постепенно возрастает; при этом если давление масла в большой полости выше первого заданного значения и по-прежнему движение отсутствует, обеспечивается раннее предупреждение (например, звуковой или световой сигнал тревоги); если же давление масла в большой полости выше второго заданного значения (второе заданное значение превышает первое заданное значение), соленоидный клапан закрывается для прекращения хода выдвижения посредством стрелы, чтобы не допустить повреждения телескопический системы вследствие избыточного давления, например, взрыва цилиндра.
На фиг.4-6 показан способ устранения несоответствия норме. Специалистам в данной области техники следует понимать, что порядок выполнения трех операций определения, а именно определение, не превышает ли давление в телескопическом гидравлическом цилиндре предельных значений (401), определение, не аномален (501) ли перепад давления масла между большой полостью и малой полостью, и определение, не аномальна (601) ли флуктуация давления масла в телескопическом гидравлическом цилиндре, может определяться самими специалисты в данной области техники сообразно конкретным обстоятельствам и потребностям.
Различные случаи отклонения от нормы проиллюстрированы ниже соответственно в сочетании с сопроводительными чертежами и конкретными вариантами осуществления.
На фиг.4 показана блок-схема алгоритма работы устройства для определения и защиты телескопического гидравлического цилиндра согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, когда обнаружено, что давление превышает предельные значения. На этапе 401 распознается, превышает ли давление масла в большой полости и давление масла в малой полости, определяемые в телескопической полости, свои соответствующие предельные значения, в том числе верхний и нижний пределы. Для разных подъемных кранов специалисты в данной области техники могут установить неодинаковые предельные значения. Например, верхний предел для давления масла в большой полости составляет 160 бар, нижний предел для давления масла в большой полости составляет 5 бар, верхний предел для давления масла в малой полости составляет 240 бар, а нижний предел для давления масла в малой полости составляет 8 бар. Следует понимать, что вышеупомянутые предельные значения давления масла приведены лишь в качестве примера и не должны рассматриваться как ограничивающие настоящее изобретение.
Когда обнаруживается, что величины давления масла в телескопической полости превышают свои соответствующие предельные значения, выполняется этап 403, а именно принимаются меры по устранению отклонений от нормы.
В число мер по устранению отклонений от нормы входят:
если определяется, что давление масла относительно мало, подается сигнал тревоги, а также проверяется, не повреждена ли магистраль подачи гидравлического масла и нет ли утечки масла, в норме ли открытое состояние и закрытое состояние соответствующего соленоидного клапана 209, и т. д.; а также
если определяется, что давление масла относительно велико, подается сигнал тревоги, автоматически контроллером 203 регулируется перепад давления масла между большой полостью и малой полостью для проведения торможения, осуществляется проверка, не слишком ли высока нагрузка, не деформирована ли крановая балка, проведены ли смазка и техническое обслуживание, в норме ли открытое состояние и закрытое состояние соответствующего соленоидного клапана 209, и т. д.
На фиг.5 показана блок-схема алгоритма работы устройства для определения и защиты телескопического гидравлического цилиндра согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, когда обнаружено, что перепад давления масла между большой полостью и малой полостью аномален; на этапе 501 распознается, аномальны ли перепад давления масла в большой полости и перепад давления масла в малой полости.
Специалистам в данной области техники следует понимать, что аномальное состояние перепада давления масла между большой полостью и малой полостью разнится от одного подъемного крана к другому; например, перепад давления масла между большой полостью и малой полостью, разрешенный для цилиндра, разнится от одного подъемного крана к другому; для одного и того же подъемного крана перепад давления масла между большой полостью и малой полостью будет разным в зависимости от различных условий; например, в ходе выдвижения стрелы и движения втягивания стрелы изменение требуемой скорости приводит к изменению перепада давления масла между большой полостью и малой полостью. Специалистам в данной области техники следует понимать, что аномальное состояние большой полости и малой полости телескопического гидравлического цилиндра диагностируемого подъемного крана может определяться путем многочисленных повторяющихся регистраций перепада давления масла между большой полостью и малой полостью, разрешенного для телескопического гидравлического цилиндра подъемного крана, хода выдвижения и втягивания и т. д., описание которых здесь повторно не приводится.
Когда определяется, что перепад давления масла в большой полости и перепад давления масла в малой полости не в норме, выполняется этап 503, а именно принимаются меры по устранению отклонений от нормы.
Таким образом, устранение несоответствия норме включает в себя:
если определяется, что перепад давления масла в большой полости и/или перепад давления масла в малой полости слишком велики, регулируется двигатель 207, масляный насос 211 и/или соленоидный клапан 209 для увеличения давления масла в полости, где давление масла ниже, и/или снижения давления масла в полости, где давление масла выше; а также
если определяется, что перепад давления масла в большой полости и/или перепад давления масла в малой полости слишком малы, регулируется двигатель 207, масляный насос 211 и/или соленоидный клапан 209 для снижения давления масла в полости, где давление ниже, и/или увеличения давления масла в полости, где давление выше.
На фиг.6 показана блок-схема алгоритма работы устройства для определения и защиты телескопического гидравлического цилиндра согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, когда обнаружено, что флуктуация давления масла не в норме. На этапе 601 распознается, является ли флуктуация давления масла аномальной.
Специалистам в данной области техники следует понимать, что выражение «флуктуация давления масла является нормальной» означает, что флуктуация давления масла лежит в разрешенном диапазоне флуктуации давления масла; выражение «флуктуация давления масла является аномальной» означает, что флуктуация давления масла находится за пределами разрешенного диапазона флуктуации давления масла. Диапазон флуктуации давления масла варьируется в зависимости от подъемного крана и в зависимости от различных рабочих состояний одного и того же подъемного крана, например, выдвигается ли стрела или втягивается. Диапазон флуктуации давления масла телескопического гидравлического цилиндра подъемного крана может определяться путем многочисленных повторяющихся тестирований, описание которых здесь не повторяется.
Когда обнаруживается, что флуктуация давления масла в телескопическом гидравлическом цилиндре является аномальной, выполняется этап 603, а именно принимаются меры по устранению отклонений от нормы.
Таким образом, устранение несоответствия норме включает в себя:
подается сигнал тревоги и регулируется двигатель 207, масляный насос 211 и/или соленоидный клапан 209 так, чтобы флуктуация давления масла стала нормальной.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения, когда выполняется ход выдвижения и втягивания и сигнал ручного управления стремится к устойчивому значению, давление масла в большой полости и малой полости должно флуктуировать в узком диапазоне (полученном путем многочисленных повторяющихся тестирований); если диапазон флуктуации представляет собой широкий диапазон, проблема может быть вызвана неожиданным сбоем, и в этом случае, если сигнал ручного управления не возвращается к нулю, открытие соленоидного клапана регулируется так, что оно становится меньше вплоть до закрытия, а именно скорость снижается, пока движение не остановится; если сигнал ручного управления возвращается к нулю, это говорит о том, что оператор осведомлен о сбое и искусственно останавливает движение, при этом соленоидный клапан закрывается в соответствии с сигналом ручного управления и движение прекращается. Широкий диапазон обычно в 1,5-3 раза превышает нормальный узкий диапазон.
В случаях отклонения от нормы, когда давление масла в телескопическом гидравлическом цилиндре является слишком высоким/слишком низким, перепад давления масла в большой полости и малой полости слишком велик/слишком мал, давление масла резко флуктуирует и т. д., принимаются меры посредством вышеупомянутого устранения отклонения от нормы, чтобы способствовать нормальной работе и эффективной защите устройства.
На фиг.8 показана блок-схема алгоритма работы устройства для определения и защиты телескопического гидравлического цилиндра согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, когда в качестве отказа определяется, что палец стрелы невозможно извлечь. На практике часто встречается ситуация, при которой палец стрелы не удается извлечь, что считается сбоем; согласно одному варианту настоящего изобретения причину такого сбоя, при котором палец стрелы невозможно извлечь, можно проанализировать путем определения давления масла в телескопическом гидравлическом цилиндре.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения, когда выполняется операция по выдергиванию пальца стрелы, определяется давление масла в большой полости и малой полости; если давление масла в одной из них меньше нижнего предела, чтобы не допустить явления неплавного движения, такого как «резкое выдвижение» и «резкое втягивание», вызванные слишком низким давлением масла в одной из них, движение выдергивания пальца стрелы запрещается, выдается звуковой/световой сигнал тревоги и сообщается о неисправности «под давлением». Например, когда палец стрелы выдергивается, а стрела втягивается, если давление масла в большой полости меньше предельного значения давления в большой полости, движение выдергивания пальца стрелы не выполняется; вместо этого сначала в большую полость подается масло, пока давление станет не ниже заданного значения, и только после этого может выполняться движение выдергивания пальца стрелы.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения, когда в качестве сбоя встречается ситуация, при которой палец стрелы невозможно извлечь, выполняется следующее.
Если отсутствует неисправность «под давлением», на этапе 801 определяется, в норме ли давление масла в телескопическом гидравлическом цилиндре.
Если давление масла в большой полости и малой полости телескопического гидравлического цилиндра находится в норме, осуществляется переход к этапу 805; если определяется, что возможна неисправность цилиндра пальца стрелы, сообщается о неисправности, при которой палец стрелы невозможно извлечь.
Если давление масла в телескопическом гидравлическом цилиндре не соответствует норме, осуществляется переход к этапу 803, при этом определяется, является ли давление масла в большой полости относительно большим или относительно малым: если оно велико, осуществляется переход к этапу 807, при этом определяется, является ли сопротивление телескопическому движению слишком большим, например, вследствие деформации основной стрелы или выдвижения и втягивания посредством стрелы и т.д.; если давление не превышает верхнего предельного значения, нагнетание давления продолжается; если давление выше, чем верхнее предельное значение, нагнетание давления прекращается и сообщается о неисправности, связанной с превышением давления; если давление относительно мало, осуществляется переход к этапу 809, при этом определяется, что масляный насос, возможно, не обеспечивает достаточную подачу масла и т.д. Упомянутое в настоящем описании понятие «относительно высокий/относительно низкий» будет отличаться для разных подъемных кранов или разных рабочих условиях, при этом специалисты в данной области техники смогут определить, является ли давление масла относительно высоким или относительно низким в конкретном случае. Например, для определенной модели подъемного крана может задаваться величина давления масла, при этом, когда давление превышает эту величину давления масла, оно считается относительно высоким; в противном случае - относительно низким. Специалисты в данной области техники должны понимать, что все вышеупомянутое в настоящем описании является лишь примерами и не должно толковаться как ограничивающее объем изобретения.
Согласно настоящему изобретению состояние давления масла в телескопическом гидравлическом цилиндре определяется путем определения давления масла в большой полости и малой полости телескопического гидравлического цилиндра одноцилиндровой штифтовой системы и используется для управления выдвижением/втягиванием телескопического гидравлического цилиндра и принятия мер по устранению аномального состояния, так что до наступления рискового случая могут приниматься такие меры, как раннее предупреждение и торможение, могут анализироваться причины отказов и может оптимизироваться выполнение таких функций, как логика управления, чтобы реализовать эффективную защиту всей телескопической системы.
Итак, изобретение подробно описано. Чтобы не затенять идею изобретения, некоторые детали, хорошо известные в данной области техники, не описаны. Из вышеприведенного описания специалисты в данной области техники могут вполне понять, как внедрить технические решения, раскрытые в настоящем описании.
Способ и устройство по изобретению могут быть реализованы различными путями. Например, способ и устройство по изобретению могут быть реализованы посредством программного обеспечения, аппаратного обеспечения, программно-аппаратного обеспечения либо любой комбинации программного обеспечения, аппаратного обеспечения и программно-аппаратного обеспечения. Вышеупомянутая последовательность этапов способа приведена лишь в иллюстративных целях, при этом этапы способа настоящего изобретения не ограничены порядком, конкретно описанным выше, если специально не оговорено иное. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение может быть также реализовано в виде программы, записанной на носителе информации, сама же программа содержит машиночитаемые инструкции для реализации способа согласно настоящему изобретению. Таким образом, настоящее изобретение также охватывает носитель информации, на котором хранится программа для выполнения способа согласно настоящему изобретению.
Хотя определенные варианты осуществления настоящего изобретения подробно описаны на примере, специалистам в данной области техники следует понимать, что вышеприведенные примеры носят исключительно иллюстративный характер и не ограничивают объем изобретения. Специалисты в данной области техники должны понимать, что модификации вышеприведенных вариантов осуществления могут проводиться, не выходя за границы объема и сущности настоящего изобретения. Объем изобретения определяется прилагаемой формулой изобретения.