折臂式高空作业车防倾翻控制方案_毛立武.pdf

2 0 2 3 4第卷总第期5459第期44折臂式高空作业车防倾翻控制方案毛立武，陈晓峰，张仁民，翁卫杭州爱知工程车辆有限公司摘要原有折臂式高空作业车作业时为了防止车辆倾翻，通常要求 4 只水平支腿必须全部伸出，才允许上装机构作业。在水平支腿全部伸出后，高空作业车往往要占据较大的道路空间，严重影响交通通行。经过多年探索研究，开发出一种通用折臂式高空作业车防倾翻控制方案，该方案可以实现折臂式高空作业车在任意水平支腿位置下安全作业，在提供尽可能大的作业范围条件下，自动实现高空作业车防倾翻功能。该控制方案成本低，实施简单，可在各类折臂式高空作业车上推广使用。关键词：高空作业车；折臂式；防倾翻；控制方案作者简介：毛立武（1976），男，浙江宁波人，高级工程师，研究方向：高空作业车电气控制系统。随着经济的迅速发展，高空作业车在许多领域得到了广泛的应用。折臂式高空作业车由于跨越障碍能力好，作业范围大，受到很多客户欢迎。折臂式高空作业车作业时，为了防止车辆倾翻，通常要求 4 只水平支腿必须全部伸出，才允许上装机构作业。但是，水平支腿全部伸出后，高空作业车往往要占据两个车道或更大空间，严重影响交通通行，在道路狭窄的区域甚至无法展开作业。常规保证折臂式高空作业车在未全伸水平支腿的情况下安全作业的思路是：在水平支腿、上装各机构上加装各种检测传感器，并在控制系统中设定好当前水平支腿状态下的作业范围，在检测到工作斗超出作业范围时，限制相应机构的动作。这种解决手段所采用的控制系统复杂，成本高昂，而且繁杂的动作限制也会使操作人员操控作业困难。另外折臂式高空作业车由于结构形式不同，上臂机构和工作斗机构的变化也较多，导致具体控制方法也多种多样，不同车型要设计具体的控制方法，不具有通用性。经过多年探索研究，我公司创建了一种通用折臂式高空作业车防倾翻控制方案。该方案能够适用于各种形式的折臂式高空作业车，通用性好，而且实施简单，具有良好的社会效益和经济效益。1防倾翻工作原理折臂式高空作业车形式繁多，图 1、图 2 所示为两种较常见的折臂式高空作业车。为了使防倾翻方案适用于各种折臂式车型，不再考虑上臂机构和工作斗机构的具体形式，如上臂是否带伸缩机构、工作斗是否带折臂机构、工作斗是否带旋转机构、工作斗是否带小吊机构等。统一简化折臂式高空作业车的控制模型为下臂机构和上臂机构，为了保证高空作业的灵活性，上臂机构的各种动作均不增加动作限制。试验 研究Test and Research33试验 研究Test and Research2 0 2 3 4折臂式高空作业车的车辆前方和车辆后方的稳定性是足够的，基本不受水平支腿伸出量的影响，只有车辆侧方的稳定性与左右两侧水平支腿伸出量相关。为了便于实施，再次简化控制模型，不再考虑单侧水平支腿前后不同的状态，只分为该侧水平支腿全伸出和该侧水平支腿未全伸出两种状态。当转台机构旋转到侧方时，此时车辆的倾翻只与下臂角度相关。通过限制下臂的升和降动作，确保车辆的稳定性。下臂降限制、下臂升限制示意图如图3 和图 4 所示。为了防止折臂式高空作业车从前方或后方通过回转动作进入侧方危险区域，还要根据当前的具体位置来限制转台回转动作。2具体实施方案如图 3 所示，在折臂式高空作业车各支腿上均安装图 1折臂式高空作业车形式 1图 2折臂式高空作业车形式 2图 3下臂降限制示意图1.工作斗2.上臂机构3.上臂转轴4.下臂机构5.下臂角度传感器6.下臂转轴7.转台8.回转方位检测机构 9.副大梁10.左侧水平支腿全伸检测机构11.左侧水平支腿12.控制器13.右侧水平支腿全伸检测机构14.右侧水平支腿15.转台旋转轴图 4下臂升限制示意图342 0 2 3 4第卷总第期5459第期44有水平支腿伸出检测机构，可以通过限位开关或接近开关检测该支腿全伸出和未全伸出状态。当左侧的前后两只支腿全部伸出时，判断为该侧水平支腿全部伸出，否则判断该侧支腿为未全伸出状态。右侧与左侧的判断方法相同。转台可以带动下臂、上臂、工作斗绕着转台旋转轴旋转；转台上安装有回转方位检测机构，实现转台所在方位的检测（见图 5），回转方位即下臂机构的方向，包括前方、后方、右前方、右后方、左前方、左后方共 6 个方位，6 个方位的具体判定角度范围由相应车型确定。可以安装回转角度传感器进行方位判断，也可通过安装方位检测限位开关或接近开关来确认转台回转方位。下臂与转台铰接，下臂可以绕着下臂转轴旋转，下臂角度传感器安装在下臂上，通过控制器检测下臂角度。下臂角度 的增大和减小的方向如图 3、图 4 所示。上臂机构与下臂机构铰接，可以绕着上臂转轴旋转；工作斗与上臂机构铰接；上臂机构和工作斗机构均不限定具体结构形式，也不会影响该控制模型的具体工作。根据相应车型的稳定性计算，获取两侧水平支腿全部缩回时，能够满足侧方稳定性条件的下臂允许降的最小下臂角度 min和下臂允许升的最大下臂角度 max。在折臂式高空作业车上安装有控制器，能够获取水平支腿的伸出状态、转台回转方位以及下臂角度，根据控制器内设定的控制参数 min和 max，仅通过限制下臂升、下臂降、顺时针回转、逆时针回转几个动作，就可以实现折臂式高空作业车在任意水平支腿位置下的安全作业。3防倾翻控制逻辑左侧和右侧水平支腿全部伸出的状态下，控制系统功能和原有车型相同，不增加任何新的限制逻辑。详细控制流程见图 6。左侧水平支腿全伸，右侧水平支腿未全伸的状态下，当转台在前方和后方范围时，没有增加任何新的限制逻辑。若转台在右侧时，当下臂角度 min，为防止整体上装向右侧倾翻，限制下臂降动作，见图 3；如果转台在右前方，限制转台的顺时针回转动作，只允许向前方旋转；如果转台在右后方，限制转台的逆时针回转动作，只允许向后方旋转。若转台在左侧时，当下臂角度 max，为防止整体上装向右侧倾翻，限制下臂升动作，见图 4；如果转台在左前方，限制转台的逆时针回转动作，只允许向前方旋转；如果转台在左后方，限制转台的顺时针回转动作，只允许向后方旋转。左侧水平支腿未全伸，右侧水平支腿全伸的状态下，转台在前方和后方范围时，没有增加任何新的限制逻辑。若转台在右侧时，当下臂角度 max，为防止整体上装向左侧倾翻，限制下臂升动作；如果转台在右前方，限制转台的顺时针回转动作，只允许向前方旋转；如果转台在右后方，限制转台的逆时针回转动作，只允许向后方旋转。若转台在左侧时，当下臂角度 min，为防止整体上装向左侧倾翻，限制下臂降动作；如果转台在左前方，限制转台的逆时针回转动作，只允许向前方旋转；如果转台在左后方，限制转台的顺时针回转动作，只允许向后方旋转。左侧水平支腿和右侧水平支腿均未全伸的状态下，转台在前方和后方范围时，没有增加任何新的限制逻辑。若转台在右侧，当下臂角度 min，为防止整体上装向右侧倾翻，限制下臂降动作；当下臂角度 max，为防止整体上装向左侧倾翻，限制下臂升动作；当 minmax时，转台的回转动作均不受限制，否则，如果转台在右前方，限制转台的顺时针回转动作，只允许向前方旋转；如果转台在右后方，限制转台的逆时针回转动作，只允许向后方旋转。若转台在左侧，当下臂角度 min，为防止整体上装向左侧倾翻，限制下臂降动作；当下臂角度 max，为防止整体上装向右侧倾翻，限制下臂升动作；当 minmax时，转台的回转动作均不受限制，否则，如果转台在左图 5转台回转方位示意35试验 研究Test and Research2 0 2 3 4图 6控制流程图前方，限制转台的逆时针回转动作，只允许向前方旋转；如果转台在左后方，限制转台的顺时针回转动作，只允许向后方旋转。4结束语通过本文所述防倾翻控制方案的实施，折臂式高空作业车可以做到在任意水平支腿状态下，均可以安全可靠作业。在两侧水平支腿全伸出时，与原车型作业范围相同。当受道路条件限制，水平支腿无法全伸出时，转台在前方、后方范围内仍可以正常作业。在侧方时，为了防止倾翻，下臂的升降角度会受到一定的限制，而上臂和工作斗部的机构不增加新的限制。在下臂升降受限的区域，转362 0 2 3 4第卷总第期5459第期44台回转动作可以向安全方向转动，同时限制了向非安全的方向的转动。这种控制方法成本增长小，却能给用户高空作业时带来极大的灵活性，随着该防倾翻控制方案在折臂式高空作业车上的大量推广应用，必将产生良好的社会效益和经济效益。参考文献1 朱燕，李晓刚.一种新型自行走伸缩臂式高空作业平台控制系统J.工程机械，2018，49（11）：1-5.2 杨林，郑维华，许鹏.工程车辆信息化智能管理研究J.工程机械，2019，50（3）：1-6.3 孙占瑞，程琳，张小静.高空作业车辆稳定性计算方法探讨J.工程机械，2019，50（7）：46-50.4 张竟，姚占磊，陈添明.考虑臂架变形的高空作业车工作空间计算研究 J.工程机械，2020，51（7）：67-73.5 侯文礼，孙丽，孟进军.伸缩臂履带式起重机回转机构动态特性分析 J.工程机械，2020，51（5）：17-21.通信地址：浙江杭州下沙经济技术开发区 5 号大街17 号杭州爱知工程车辆有限公司（310018）（收稿日期：2022-11-15）续图 6控制流程图37for drilling,oil extraction,gathering and transportation,observation,navigation,construction and other activities at sea.In the deep sea,engineering vessels,offshore platforms and FPSOs are the main tools for the exploration and ex-ploitation of offshore resources.Apart from the positioning of technologically advanced ultra-deepwater power,the positioning of other offshore engineer-ing equipment relies mainly on mooring systems of mooring chains.However,most of the mooring systems and pile legs require manual inspection and maintenance,which is highly danger-ous,requires a lot of time and effort and is inefficient.Therefore,a machine with integrated functions such as cleaning,shot peening,polishing and flaw detec-tion for the offshore mooring systems and pile legs of offshore platforms is designed.The main structure is divided into an ultrasonic detector,a cavitation water jet mechanical assembly,a polish-ing and painting integrated machine,an octagonal frame structure and an offshore control platform.It has the ad-vantages of simple operation and high efficiency,can completely cover the four parts of the mooring chain and replace the manual operations,which avoids various hazards and makes up for and perfects the relevant machines in China in the marine industry.Keywords:Offshore mooring chain;Offshore platform;Cavitationwater jet shot peening technology;Offshore en-gineering;Pile legVariable-span Bridge Inspection Vehi-cle for Cross Railway Bridge BottomThe main technical parameters,main structure and functional principles of the variable-span bridge inspection ve-hicle for the cable-stayed bridge bottom of the Huaian Road in Shijiazhuang are introduced.The main body of the inspection vehicle is made of aluminum alloy and bolted together,it travels by a variable-span traveling system,which can realize the functions of continu-ous traveling across the entire bridge with variable span and angle and adap-tive span changes.The main truss is equipped with an anti-electricity system underneath,and the vehicle travels safely and reliably.Keywords:Variable-span bridge inspection vehicle;Bridge bottom;Cross railway;Aluminum alloy;Anti-electricityAnti-rollover Control Scheme for Fold-ing-boom Hydraulic Aerial CageIn order to prevent the vehicle from roll-ing over during operation,the original folding-boom hydraulic aerial cage usu-ally requires all four horizontal outrig-gers to be extended before allowing the upper mechanism to operate.After the horizontal outriggers are fully extended,the hydraulic aerial cage often occupies a large road space,which seriously af-fects the traffic.After years of explo-ration and research,our company has created a general anti-rollover control scheme for the folding-boom hydraulic aerial cage,which can achieve safe op-eration of the folding-boom hydraulic aerial cage at any horizontal outrigger position and automatically achieve the anti-rollover function of the hydraulic aerial cage under the condition of pro-viding the largest operating range.The control scheme has a low cost,is easy to implement and can be used on various folding-boom hydraulic aerial cages.Keywords:Hydraulic aerial cage;Folding-boom;Anti-rollover;Control scheme英文摘要ABSTRACTS IN ENGLISHVol.54Serial No.594No.4Publishing on Apr.10,2023