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越野轮胎起重机总线控制系统的设计

发表时间:2017-08-03 作者: 刘灿伦  吴法涛   来源: 互联网
阐述了越野轮胎起重机的发展趋势,指出越野轮胎起重机的控制系统研究具有重大意义。介绍了系统主要控制对象,提出了一套完整的越野轮胎起重机控制系统,就操纵控制系统进行详细设计。针对控制系统信息通讯中回转电滑环中的线束数量有限和单条总线上数据太多会导致通讯速度低等问题,提出了一种改良的CAN总线控制系统网络,其采用模块化设计,双CAN总线通讯。通过越野轮胎起重机的现场试验,验证了该控制系统的可靠性和优越性。

    越野轮胎起重机具有稳定性好、转弯半径小、结构紧凑、多功能及高效率等优点;与汽车起重机和全地面起重机的最大区别在于它可以带载行驶,适合于狭窄复杂的作业场所,且能在野外不平工地上作业。鉴于上述优点,越野轮胎起重机具有很大的市场需求,其中欧美和日本的市场需求量为全球的90%。目前国内只有少数几家企业能生产中小吨位的该类起重机,且都是模仿为主、控制系统不完善。因此,对越野轮胎起重机的控制系统研究具有重大意义。

    1 控制系统设计要求

    本文研究的对象为越野轮胎伸缩臂起重机,具体设计要求为:电控式操纵系统;主臂共5节臂,1节基本臂和4节伸缩臂,主臂伸缩动作的实现由液压缸和绳排来完成,主臂可以自动顺序伸缩,也可以手动任意组合式伸缩;起重机具有可伸缩的支腿,由驾驶室操作面板上支腿调平按钮来控制,通过电子水平仪进行校正;液压系统由变量泵和变量马达来构成;上下车共用1台发动机,通过取力器对上下车的动力输入进行切换。液压助力转向、电子换挡,具备柔性和刚性悬挂。上车具有起升、变幅、回转和伸缩的功能;下车具备行走、制动和多种转向模式的功能。

    2 控制系统设计

    2.1 系统组成

    如图1所示,根据越野轮胎起重机的结构,整车分为上车结构总成和下车结构总成2部分。上车部分由驾驶室总成、转台和臂架组成。下车部分由车架、轮胎、支腿和发动机总成等组成。

   

    图l 越野轮胎起重机结构组成

    如图2所示,按照越野轮胎起重机的结构,上车的功能为:力矩限制器系统、起重机操纵系统(起升、回转、变幅和伸缩功能)、智能故障诊断系统和整车信息的监控系统等控制系统。下车功能包含轮胎行走、转向系统、悬挂系统、制动系统和发动机控制系统等控制系统。

   

    图2 越野轮胎起重机控制系统组成

    2.2 控制系统设计

    由于越野起重机的驾驶室也是整车的操纵室,这就决定了其内控制系统设计的复杂性。操作者在驾驶室不仅要操纵上车系统,还要操纵下车系统。所以,驾驶室控制系统是整车控制系统的核心。为了便于上下车系统传输,上车控制系统和下车控制系统通过CAN总线进行通讯。这样不仅能提高整车电气系统信息传输的可靠性,也可减少上下车电气之间通讯的电滑环成本。所以,上车和下车电气设计系统的所有控制命令或动作的执行信号都经CAN总线进行传递。

    2.3 整车操纵系统设计

    越野轮胎起重机整车有一个发动机,不仅提供下车轮胎行走的动力,也提供上车起重机动作的源动力。通过取力器来控制下车发动机为上车提供动力的输入,同时切断下车的动力输出。

    越野轮胎起重机操纵系统和其他起重机的操纵系统几乎完全相同,通过电控手柄来控制上车起重机的所有动作,配合力矩限制器系统完成上车起重机的所有功能。上车起重机的功能会因下车支腿的伸缩状态不同而具有不同的工况,下车不同悬挂系统的组合决定了上车的不同工况。液压助力转向具有前轮转向、后轮转向、四轮转向和蟹行转向等4种转向模式,可通过控制不同的液压缸进行调整,液压制动和应急转向系统等功能均由控制器进行逻辑控制。