1前言：
由于汽車起重機經常工作在復雜惡劣的環(huán)境中，若發(fā)生事故，會造成生命財產的重大損失。為保證其安全作業(yè)，力矩限制器就成為非常重要的保護裝置?，F今常用的機械式汽車起重機力矩限制器其重量檢測部分通常分為鋼絲繩取力和變幅油缸取力兩種。前者直接使用傳感器在鉤頭鋼絲繩上測得鋼絲繩所受拉力，按鋼絲繩受力與吊重物的正比關系就可以得到重物重量，數據處理過程方便。但由于汽車起重機自身的工作特性，測力傳感器很容易發(fā)生損壞，影響正常工作。變幅油缸取力的方法為使用兩個油壓傳感器分別測得上下油缸的油壓，得到壓力差值，然后結合起重機的其他結構參數按一定的公式算得吊重重量,采用這種方法就必須建立準確的汽車起重機數學模型。基于第二種測上下油缸油壓差的方法，本文介紹了一種新型汽車起重機力矩限制器及其數學模型，并根據現場實測數據對模型進行了誤差分析。

2 系統(tǒng)硬件結構：
本系統(tǒng)硬件結構如圖1所示。分為信號采集、數據處理、參數輸入及顯示、報警制動保護四個部分。
1） 信號采集部分負責采集模擬量信號和開關量信號。模擬量信號有長度傳感器信號、角度傳感器、變幅油缸上、下腔油壓傳感器信號，這些傳感器信號均為4－20mA電流信號，經過轉換成為0－4V電壓信號后送到A/D轉換芯片TLC2543測量。高度限位傳感器為開關量信號，這個信號經過光電隔離后送到單片機W78E516處理，用以防止起重機吊鉤過卷。
2） 數據處理部分的核心為單片機W78E516，各模擬量及開關量信號經過處理后送入單片機，結合汽車起重機的工作狀況和結構參數，W78E516計算并顯示出起重機的臂長、仰角、載重、力矩百分比等參數；判斷是否有報警及制動保護信號，并作出相應處理。通過鍵盤輸入的各項參數也由W78E516處理，并存入可掉電保存的eeprom芯片24C256中。
3） 參數輸入及顯示部分由薄膜鍵盤及精電MGLS-240128T圖形字符混和液晶顯示器組成。通過鍵盤可以方便地對起重機的各項結構參數、報警參數等進行設置。240×128點陣的大屏幕液晶顯示器可對起重機的臂長、仰角、載重等各項參數進行顯示。具有良好地人機操作界面。
4） 當汽車起重機處于危險操作狀況時，報警制動保護部分會為操作員提供聲光預警。當情況緊急時，制動保護部分會強制停止危險操作，以保證起重機的安全。

3 系統(tǒng)軟件流程
系統(tǒng)軟件流程如圖2所示。開機后首先進行硬件自檢，對內存、掉電保護存儲器24C256、各模擬量、開關量I/O口進行檢查，如果出現硬件故障，則以相應代碼進行報警。硬件自檢通過后，程序以循環(huán)掃描的方式運行。首先讀取鍵盤參數、起重機結構參數以及各傳感器信號；然后由數據處理部分根據各個參數以及汽車起重機的數學模型進行計算處理，將計算得到的結果及相應參數顯示在液晶顯示器上；最后判斷是否有報警，若有報警則進行相應報警及制動保護。

4 汽車起重機數學模型
由于汽車起重機的機械結構復雜，當采用取上下油缸壓力差的方法測載荷時，數據處理需要結合起重機的數學模型進行，因此，只有建立適合起重機作業(yè)現場使用的準確簡潔的數學模型，才能既準確快速測量起重機的載荷，又能在調試時快速方便。以下介紹一種數學模型的建立，并結合現場實測數據對該模型進行分析。

如圖3所示O為主臂鉸點的中心，C為主臂起升滑輪與起升鋼絲繩切點，B為變幅油缸上鉸點，D為變幅油缸下鉸點；OA為主臂臂長，BD變幅油缸長度，AC為起升鋼絲繩長度，OC為主臂鉸點到起升滑輪與鋼絲繩切點距離；α角為主臂與水平面夾角，γ角為OC與水平面的夾角；mg為重物重量,N為主臂自重，T為起升鋼絲繩拉力。
由圖3的進行分析可得：

5 調試方法
第一步：測量起重機各個結構參數并輸入系統(tǒng)。
第二步：空載調試。空載調試時，根據起重機性能表，在臂長固定在某一值的情況下使主臂不吊重物做勻速圓周運動，記錄下各個角度下的上下油缸傳感器的空載電流差值。由于汽車起重機運行過程中臂長和仰角均是變化的，所以需記錄多節(jié)臂長下的空載電流值，中間臂長的空載電流值以線性插值推得。
第三步：傳感器重量系數k調試。起重機起吊一標準重塊，在某一臂長和角度下記錄上下油缸傳感器的電流差值，然后根據公式1算得重量系數k。
起重機運行過程中，系統(tǒng)根據測量到的臂長、仰角、上下油缸傳感器信號差值，結合公式1即可算得所吊重物的重量。

6結語
本汽車起重機力矩限制器軟硬件都經過了嚴格的實驗室檢測及現場考驗，現已在深圳、廣州等地小批量安裝，現場使用已有兩年，狀態(tài)良好，得到了用戶的好評。
本系統(tǒng)使用上述簡潔的數學模型及調試方法，既大大減少了調試時間，又保證了系統(tǒng)準確可靠的運行，根據現場調試結果，誤差可以控制在2％以內，總的來說，取得了良好的效果。