铁路救援起重机力矩限制器算法分析与设计

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1、铁路救援起重机力矩限制器算法分析与设计第一章绪论1.1课题的背景及意义铁路是国民经济的命脉，随着我国社会经济的快速发展，铁路运行的进步也增速显著。铁路救援起重机则是铁路运行的保障，但其在运行过程中具有很大的隐患，无法保证其安全稳定性。随着中国高速铁路的普遍运行，铁路车辆的安全性和系统的可靠性也变得尤其重要。铁路系统关系着人民的生活与经济的发展，一旦发生事故，不仅会使铁路车辆造成损坏，有可能还会造成重大的经济损失甚至人员伤亡。所以，一定要安装安全保护装置-力矩限制器，它能够在救援过程中保证吊重维持在安

2、全作业状态，并按照控制器中额定的吊重特性对设备迸行控制运行，防止危险的发生⑴。GB/T3811-2007《起重机设计规范》、GB6067-1985《起重机械安全规范》以及GB2602-1998《起重机过载保护装置》等中明确列出起重机如何安装安全检测系统的要求与方法，而且制定了关于哪种起重机应该安装哪种力限器，严格规定起重机必须配备安全保护装置。铁路救援起重机力距限制器是一种需要人为操作的装置，当起重机出现超出机器本身载荷所承受的范围时，它会通过显示器给出一个警告，起重机操作员结合其他控制电路使起重机

3、只能进行安全方向的运行，并不能进行危险方向的操作。随着时代的进步，工业化机械设备的使用者对安全控制系统的功能要求更高了，系统不仅要有力矩限制的功能，还能够实时的显示出起重机处于何种工况以及这种工况下的载荷比，并对整个系统设备的目前情况进行掌握。例如起吊高度、角度、工况、载荷比、钢丝绳张力、油虹压力和其他信息，并且有自动控制和自动故障诊断的功能，减少了起重机由人为错误造成的故障，确保安全的进行操作起重机。在一般情况下，起重机的自动化控制大体可体瑰为三点，第一，对系统的操作控制主要是控制起重机的一些动作

4、，吊钩的上下运动、起重机臂的转动与伸缩、系统工作在什么工况下等，通常选用性能合适的控制器；第二，力限器系统通常用来控制力矩的大小以及监控系统的载荷比，能够显示出起重机工况下的操作状态和系统参数；第三，自我诊断监控系统主要检查系统在给定工况下的有杆压强与无奸压强、角度长度传感器、发动机转动速度等。..1.2铁路起重机力矩限制器的发展铁路救援起重机安全监控配置分为进口和国内两种，中国七十年代末才开始起项机安全监控装置的发展，技术相对国外也不是那么先进[4j。国外对起重机的安全保扩作可以控制系统的力矩，并

5、且实时检测系统的状态等，而是可以对整个起重机的各项1:作状况进行监测分析，遇到问题时还可以显示出故障原因及解决方案。引入最小二乘法原理建立数学模型和数据分析，拟合出起重机实际起重量与起吊幅度的曲线方程，同时拟合出起重机额定起重量与起吊幅度的方程，并用Matlab进行图像仿真。基于起重机安全监控系统的算法，釆用芬兰EPECOY公司幵发的第三代CAN控制器进行系统的硬件设计，以德国3S公司生产的CoDeSys软件平台编写程序来进行力矩限制器算法的实现。第二章总体设计方案2.1铁路起重机臂的结构NS125

6、C型125t铁路救援起重机，是由我国机车最大集团下的子公司齐市铁路汽车线责任公司策划和生产的，应用于我国的各种类型的工程机械中。其主要由钢结构、动力传动系统、液压系统、空气系统、电气系统、安全监控系统以及辅助设备等组成[20]。木文主要针对它的安全监控装置进行研究。该起重机的主要结构如图2.1所示。系统由1个中央控制器、11个数据采集装置组成。中央处理单元为EPEC2024控制器。数掘采集系统包括1个长度、角度测量器、变幅油红压力测量器2个、均载油虹压力测量器2个、额定长度钢丝绳测量器1个、放出过多

7、钢丝绳测量器1个、支腿油社压力传感器2个、支腿位置的测量装置2个等等。这些前向通道会采集各种的信号。本文是对设谷的安全监控装贾的算法研究，只需考虑长度、角度、变幅油紅压力的值即可。.2.2力矩限制器的构成及原理铁路救援起重机力矩限制器基本结构如图2.1，由于铁路救援起重机与其他随车起市机或汽车起重机的不同，铁路救援起重机的安全装置在吊载重量计算上与其他起重机的珂线器也有很大的不同。其中许用起重量的大小是由臂架工作的工况和起重机的起重性能表共同决定的。因此，设计应用在具有起重性能的铁路救援起重机上的力

8、矩限制器系统，需要解决的关键问题有：起重机工况分析。根据起重性能表的规定，铁路救援起重机在作业时位贸姿态的变化影响允许吊载的最大载荷，要确定重物载荷，首先必须实时确定起重机臂的结构和受力情况。.因此首要问题是归纳总结起重机的各种工况，以便推出该工况下的的作业参数和臂架在性能表中位置的关系。分析力矩限制器的结构，结合前向通道采集回来的各个测量器的数据和起重机的基本几何参数，通过力学平衡原理求得实际载重量，使用最小乘法拟合出实际载重量和幅度的曲线方程。额定起重量。起重性能