一种高空作业车支腿反力计算方法及转台调平控制方法技术

本发明专利技术公开了一种高空作业车支腿反力计算方法及转台调平控制方法，先推导转台调平车辆在任意驻车坡度、方位角及回转角度下支腿反力的一般计算公式，在此基础上，提供了一种转台调平工况下高空作业车辆的稳定性控制方法，首先根据双轴倾角传感器计算出车辆驻车坡度及方位角，然后根据臂架回转方位与驻车斜面的相对位置关系，实现车辆幅度的分区域控制。本发明专利技术弥补了现有方法仅适用水平面作业高空作业车辆，无法计算转台调平车辆斜坡作业工况的不足，为转台调平车辆整车稳定性的计算和控制提供了依据；将任意方位角和回转角度下的复杂作业工况简化为斜坡作业和水平面作业两个区域控制，解决了转台调平工况下整车稳定性影响变量多、控制复杂的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高空作业车支腿反力计算方法及转台调平控制方法。
技术介绍
高空作业车辆是一类具有高空救援、高空运输物料及高空工程作业等功能的特种车辆，在工程建设及抢险救援中有着广泛的应用。为提高车辆场地适用性，高空作业车辆通常具有支腿调平能力，即通过控制垂直支腿的不同伸长量，使车辆在斜坡驻车时转台下底面(上车安装平面)仍保持水平，由此保证车辆作业部分(工作平台)保持水平，实现安全作业。由于支腿跨距较大，而垂直支腿伸长量有限，因此支腿调平仅适用于小坡度斜面作业工况。我国幅员辽阔、地形复杂，在丘陵、山地等地区，车辆经常需要停驻在较大坡度的倾斜面上进行作业，因此近年来逐渐有厂家研发出调平范围更大的转台调平方式。为防止作业时发生倾翻危险，整车稳定性是高空作业车辆设计过程中必须涉及的重要内容，对于不同形式的高空作业车辆，判断整车稳定性的标准略有区别，但均是基于支腿反力的正确计算。因此，正确计算车辆的支腿反力，是判断整车稳定性，进而实现车辆安全作业控制的基础。采用支腿调平方式的车辆，尽管其支撑面为倾斜面，但支腿反力方向仍为竖直方向，因此支腿调平车辆驻车坡度对整车稳定性并无影响，其支腿反力与水平支撑面车辆计算方法相同。然而对于采用转台调平方式的车辆，其调平功能由副车架以上的转台结构实现，因此在斜坡作业时副车架不再保持水平状态，而支腿反力垂直于副车架上平面为倾斜方向，因此无法正确计算整车稳定性。因此，推导转台调平工况下支腿反力的一般计算方法，并提出相对应的控制策略，对确保转台调平车辆的整车稳定性，防止其在斜坡作业时发生倾翻危险具有十分重要的意义。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种高空作业车支腿反力计算方法及转台调平控制方法，弥补了现有支腿反力计算方法仅适用于水平面作业高空作业车辆，无法计算转台调平车辆斜坡作业工况的不足，转台调平控制方法简单，便于实现。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种高空作业车支腿反力计算方法，根据平行移轴定理将上车受力平移至回转中心，并等效为重力G0与力矩M，G0为上车重力，M为上车倾翻力矩；由于下车倾斜，此时G0与G2作用线不再经过OO’，G2为下车重力，OO’为底盘纵向中面与支撑面的交线；因此上车重力可根据副车架平面方向分解为G0sinθ与G0cosθ，下车重力分解为G2sinθ与G2cosθ，其中G0cosθ和G2cosθ与支腿受力方向一致，而G0sinθ和G2sinθ对交线OO’有附加力矩：M′＝(G0h+G2h2)·sinθ式中M’为整车重力对交线OO’附加力矩；h为回转中心距支撑面高度；h2为下车重心距支撑面高度；θ为副车架平面与水平面夹角；当车辆在斜坡驻车工作时，上车倾翻力矩法向与副车架平面夹角为因此上车倾翻力矩M可根据副车架平面方向分解为与其中力矩分量作用于副车架平面内，因此对支腿反力不产生影响，θ为副车架平面与水平面夹角，γ为车头方位角γ∈[-180°,180°]，为上车回转角度车辆的整车受力可等效为垂直于副车架平面的力G0cosθ和G2cosθ，平行于副车架平面的力G0sinθ和G2sinθ，法向垂直于副车架平面的力矩法向平行于副车架平面的力矩和(G0h+G2h2)sinθ，其中，平行于副车架平面的力与法向垂直于副车架平面的力矩仅影响支脚盘与地面之间的切向力，与支腿反力无关，由此，车辆在任意驻车坡度及车头方位角下的支腿反力计算公式为：式中FA、FB、FC和FD为各支腿反力；G0为上车重力；G2为下车重力；e0为回转中心到支腿中心的水平距离；e2为支腿中心到下车重心的水平距离；a为支腿横向跨距的一半；b为支腿纵向跨距的一半；M为上车倾翻力矩；为臂架变幅平面与车辆纵向对称轴的夹角。一种高空作业车转台调平控制方法，整车稳定性应满足受载后减小负载的二支腿剩余载荷之和不小于整车整备质量的6％，因此，式中G为整车整备质量，n为稳定性裕度，g为重力加速度；将公式一代入公式二，得将车辆参数及最大允许调平角度代入公式三～公式五并对M进行求解，即可求得不同方位、不同回转角度及车头方位角时满足整车稳定性要求的上车最大允许倾翻力矩，进一步对对所求出的倾翻力矩取最小值，即为在斜坡作业时稳定性最恶劣工况的上车最大允许倾翻力矩，在此基础上，根据上车质量及尺寸参数，即可求出各变幅角度下臂架最大伸长量，即斜坡作业安全范围。与现有技术相比本专利技术所提供的高空作业车支腿反力计算方法，弥补了现有支腿反力计算方法仅适用于水平面作业高空作业车辆，无法计算转台调平车辆斜坡作业工况的不足，为转台调平车辆整车稳定性的准确计算和控制提供了理论依据；本专利技术所提供的高空作业车转台调平控制方法，通过判断臂架相对于斜坡的作业方向，将任意方位角和回转角度下的复杂作业工况简化为斜坡作业和水平面作业两个区域控制，解决了转台调平工况下整车稳定性影响变量多、控制复杂的问题，便于工程实现。附图说明图1所示为支腿反力计算示意图；图2所示为转台调平车辆受力示意图；图3所示为转台调平车辆驻车方位示意图；图4所示为转台调平车辆整车稳定性控制流程图；具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。对于在水平支撑面作业及在倾斜面采用支腿调平的高空作业车辆，其支腿反力计算方法为：(公式零)。一种高空作业车支腿反力计算方法，根据平行移轴定理将上车受力平移至回转中心，并等效为重力G0与力矩M，G0为上车工作平台、梯架、转台等重力，单位为N，M为上车倾翻力矩，单位N·mm；如图1和图2所示，由于下车倾斜，此时G0与G2作用线不再经过OO’，G2为下车重力，单位为N，OO’为底盘纵向中面与支撑面的交线；因此上车重力可根据副车架平面方向分解为G0sinθ与G0cosθ，下车重力分解为G2sinθ与G2cosθ，其中G0cosθ和G2cosθ与支腿受力方向一致，而G0sinθ和G2sinθ对交线OO’有附加力矩：M′＝(G0h+G2h2)·sinθ式中M’为整车重力对交线OO’附加力矩，单位N·mm；h为回转中心距支撑面高度，单位mm；h2为下车重心距支撑面高度，单位mm；θ为副车架平面与水平面夹角；当车辆在斜坡驻车工作时，上车倾翻力矩法向与副车架平面夹角为因此上车倾翻力矩M可根据副车架平面方向分解为与其中力矩分量作用于副车架平面内，因此对支腿反力不产生影响，如图3所示，车辆方位参数θ为副车架平面与水平面夹角，γ为车头方位角γ∈[-180°,180°]，为上车回转角度车辆的整车受力可等效为垂直于副车架平面的力G0cosθ和G2cosθ，平行于副车架平面的力G0sinθ和G2sinθ，法向垂直于副车架平面的力矩法向平行于副车架平面的力矩和(G0h+G2h2)sinθ，其中，平行于副车架平面的力与法向垂直于副车架平面的力矩仅影响支脚盘与地面之间的切向力，与支腿反力无关，由此，车辆在任意驻车坡度及车头方位角下的支腿反力计算公式由公式零相应变为：式中FA、FB、FC和FD为各支腿反力，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高空作业车支腿反力计算方法，其特征在于，根据平行移轴定理将上车受力平移至回转中心，并等效为重力G0与力矩M，G0为上车重力，M为上车倾翻力矩；由于下车倾斜，此时G0与G2作用线不再经过OO’，G2为下车重力，OO’为底盘纵向中面与支撑面的交线；因此上车重力可根据副车架平面方向分解为G0sinθ与G0cosθ，下车重力分解为G2sinθ与G2cosθ，其中G0cosθ和G2cosθ与支腿受力方向一致，而G0sinθ和G2sinθ对交线OO’有附加力矩：M′＝(G0h+G2h2)·sinθ式中M’为整车重力对交线OO’附加力矩；h为回转中心距支撑面高度；h2为下车重心距支撑面高度；θ为副车架平面与水平面夹角；当车辆在斜坡驻车工作时，上车倾翻力矩法向与副车架平面夹角为因此上车倾翻力矩M可根据副车架平面方向分解为与其中力矩分量作用于副车架平面内，因此对支腿反力不产生影响，θ为副车架平面与水平面夹角，γ为车头方位角γ∈[‑180°,180°]，为上车回转角度车辆的整车受力可等效为垂直于副车架平面的力G0cosθ和G2cosθ，平行于副车架平面的力G0sinθ和G2sinθ，法向垂直于副车架平面的力矩法向平行于副车架平面的力矩和(G0h+G2h2)sinθ，其中，平行于副车架平面的力与法向垂直于副车架平面的力矩仅影响支脚盘与地面之间的切向力，与支腿反力无关，由此，车辆在任意驻车坡度及车头方位角下的支腿反力计算公式为：式中FA、FB、FC和FD为各支腿反力；G0为上车重力；G2为下车重力；e0为回转中心到支腿中心的水平距离；e2为支腿中心到下车重心的水平距离；a为支腿横向跨距的一半；b为支腿纵向跨距的一半；M为上车倾翻力矩；为臂架变幅平面与车辆纵向对称轴的夹角。...

【技术特征摘要】
1.一种高空作业车支腿反力计算方法，其特征在于，根据平行移轴定理将上车受力平移至回转中心，并等效为重力G0与力矩M，G0为上车重力，M为上车倾翻力矩；由于下车倾斜，此时G0与G2作用线不再经过OO’，G2为下车重力，OO’为底盘纵向中面与支撑面的交线；因此上车重力可根据副车架平面方向分解为G0sinθ与G0cosθ，下车重力分解为G2sinθ与G2cosθ，其中G0cosθ和G2cosθ与支腿受力方向一致，而G0sinθ和G2sinθ对交线OO’有附加力矩：M′＝(G0h+G2h2)·sinθ式中M’为整车重力对交线OO’附加力矩；h为回转中心距支撑面高度；h2为下车重心距支撑面高度；θ为副车架平面与水平面夹角；当车辆在斜坡驻车工作时，上车倾翻力矩法向与副车架平面夹角为因此上车倾翻力矩M可根据副车架平面方向分解为与其中力矩分量作用于副车架平面内，因此对支腿反力不产生影响，θ为副车架平面与水平面夹角，γ为车头方位角γ∈[-180°,180°]，为上车回转角度车辆的整车受力可等效为垂直于副车架平面的力G0cosθ和G2cosθ，平行于副车架平面的力G0sinθ和G2sinθ，法向垂直于副车架平面的...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐蕾，田志坚，姚占磊，
申请(专利权)人：徐工消防安全装备有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32