一种汽车起重机超载时的变幅保护控制方式

汽车起重机，作为工程建设中重要的设备之一，在工程施工过程中发挥着不可或缺的作用。然而，在其使用过程中，由于作业场所的多变性、作业工况的复杂性以及一些超出既定允许范畴的违规操作等因素，导致各类大小事故时有发生。在诸类事故中，由于超载因素引起的不仅对生命财产造成极大的危害，并且急剧缩减了起重设备本身的使用寿命。

当前，力矩限制器作为一种完全由计算机控制的独立安全操作系统，已经成为各大汽车起重机生产厂家所生产产品的标配。起重机的力矩限制器，不仅可自动检测出吊载的重量、起重臂所处的角度、工作半径、额定载荷与实际载重量等参数，并能实时监控检测起重机工况，自带诊断功能，具备危险状况报警及安全控制；且，具有黑匣子功能，可自动记录作业时的危险工况，为事故分析处理提供依据，即将各参数的额定值与实际值示于中控屏的同时，后台均予以记录。如图1中所示，当工况出现吊载重量超出额定值时，传感器检测到的超载情况，就会传输至力矩限制器，进而由力矩限制器以超载信号形式传输至卸荷阀，进一步地使卸荷阀获得向导致危险动作发生的反方向动作指令。

现行的控制逻辑下，当力矩限制器检测到超载情况时，系统就会直接切断危险方向的动作指令，即禁止向下变幅、伸臂等作业动作的发生；该控制逻辑下，即使重物已经吊起，及时限制向下变幅也不会引起超载，这种方式是没有问题的。那么，已经被广泛采取的传统控制逻辑程序则为，当设备出现向下变幅时力臂加大致使起重性能下降的情况时，此时就会被力矩限制器迅速检测到并定为超载工况，继而发出超载信号，切断危险方向动作。但随着实际工程施工过程中所遇到的吊载作业工况种类的不断增加，现行控制逻辑仅限制向下变幅、伸臂等作业动作是远远不够的。因为如果超载工况发生在重物正在被向上起吊但是还没有完全离开地面的临界情况时，此时力矩限制器仍然能够检测到超载工况并且发出超载信号以切断危险方向动作；此时虽然变幅向下和起钩动作已被限制，然而变幅向上的动作并未被禁止，此时操作人员可能会通过操作变幅向上来拉起重物，这种操作就变成了一种危险动作。并且，对于操作人员来说此类操作方式是常见的。而当前各大主机厂的中小吨位车型的整车控制均未对此种状态下的动作采取相应的应对措施，这就成了一个非常大的安全漏洞，上述工况发生时就可能造成大的安全事故。

1  新控制方式

为了解决上述问题，首先需给予控制系统识别上述细分工况的指令，然后设计出不同工况下的控制方式。如何识别重物是否离开地面呢？在变幅向下造成的超载状态下，载荷可能会超过100%，但是我们不能简单认定当载荷超过100%时就限制变幅向上的动作，该种方式下可能会影响正常的作业要求。在设计伊始，人为地将超载值达到110%定义为是超载重物未离地工况，在限制变幅向下、伸臂等动作的同时也限制变幅向上动作；其中当超载在100%~110%的范围内，变幅向上的动作也是被允许的。

对于识别出的细分工况控制，除了要完善控制软件外，整车工作装置系统中还需在变幅控制油路中增加一个泄压阀。如图2所示，在超载重物未离地的工况发生时，我们要限制变幅向上动作：首先系统检测到超载，接下来力矩限制器在发出控制信号来切断变幅向上动作的同时，另外液压系统在变幅向上动作这路控制的先导油路上要有卸荷阀，且该阀不能与原卸荷阀共用。

具体的控制过程为，在液压系统上增加一个卸荷阀用来单独控制变幅向上的卸荷动作，另外当力矩限制器检测到超载110%时，力矩限制器在发出超载信号的同时，多发出1路变幅向上的卸荷信号来控制变幅卸荷阀，当变幅卸荷阀得电的时切断变幅向上的动作，以起到安全保护的作用。

2  结语

作为事故率最高的特种机械设备之一的起重机的广泛应用，其面临的工作环境恶劣复杂性，极其考验设备在设计和试验验证阶段考量的全面性，如何确保整机在完整服役周期内的安全性、可靠性是一项需持续改善的任务。一旦设备的关键零部件发生故障，就可能破坏整台设备甚至影响整个生产过程，不仅造成巨大的经济损失，甚至可能导致灾难性的人员伤亡事故。其次，基于实际工程施工应用中所遇到问题的解决方案，进而推广应用到后续所生产制造的设备性能优化与提升上，也是非常重要的技术提升手段。

文中，相比于原超载控制方式，在新的超载控制方式中，我们不仅在软件方面写入了细分工况识别方式，并且在硬件上还增加了一个泄压阀，这样就做到了在产品设计之初对其各种使用工况下的安全做了考量；然后在产品试验阶段，通过批量产品的规模有效试验的方式来验证参数设定以及功能实现的有效性与可靠性。当然，随着实际工程施工过程中新情况的出现以及新要求的提出，各主机制造厂在电液系统设计源头的控制逻辑以及元器件种类和数量的使用上也都在不断地完善与更新。

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