一种救援清障车液压设备的过载保护系统

摘要

一种救援清障车液压设备的过载保护系统，液压设备的油路中设有溢流阀，当液压泵输出的压力达到设定的过载阈值时，溢流阀开启，实现液压设备的过载强制保护，其特征在于：在溢流阀之前增设一个以压力继电器，压力继电器的进油口接主油路，出油口接溢流阀的进油口，设置压力继电器的输出预警值，当发送端单片机监测到该预警值信号时，即传输给设置在驾驶室内接收端单片机控制的报警装置主动提醒操作人员，即使操作人员忽视了这一提醒，进而使压力进一步增加，当达到设定的过载阈值时，则再由溢流阀实施强制保护，实现主动预警和自动溢流双重保护。

说明书

技术领域

本发明涉及液压设备的过载保护，尤其涉及一种救援清障车液压设备的过载保护系统，具有主动预警和强制保护双重保护效果。

背景技术

救援清障车液压设备的是整个救援清障车系统中最关键的一个部分，一个完善的液压设备应具有一个可靠稳定的保护系统。目前救援清障车液压设备普遍运用的保护元件是溢流阀，它在液压设备系统中起重要作用，特别是在定量泵系统中，溢流阀是不可或缺的一部分，没有它几乎不可能工作。它的主要功能有如下两点：

1)起稳压溢流作用。用定量泵供油时，它与节流阀配合，可以调节和平衡液压系统中的流量。在这种场合下，阀口经常随着压力的波动而开启，油液经阀口流回油箱，起稳压溢流作用。

2)起安全阀作用。避免液压系统因过载而引起事故。在这种场合下，阀门平时是关闭的，只有负载超过规定的极限时才开启，起安全作用。通常，把溢流阀的调定压力比系统最高压力调高10～20％。

溢流阀是一个被动控制元件，它只有在外界压力达到事先设定的阈值时才工作。它的缺陷在于开启或关闭的时候并不产生反馈信号，操作人员不能实时了解液压设备系统中压力值的状态，不利于操作人员进行正确的操作。例如当液压设备系统过载时，由于液压泵输出的压力是随负载而变化的，压力超过设计时所能承受的最大压力时，液压设备系统进入危险状态，阀自动开启溢流。但是操作人员事先并不知晓，只有当发觉液压泵输出压力不能再增加时，才意识到液压设备系统处于过载状态，进而更正操作，所以溢流阀只适合做强制保护的元件。如果液压设备系统中在保留溢流阀的基础上再增加一个预警装置，当液压设备处于临界过载状态时，可以发出事先的主动报警信号，提醒操作人员更正操作；即使操作人员没有及时更正操作，液压设备过载状态加剧，还有溢流阀保护液压设备，从而保障了整个救援清障车液压设备系统的安全运行。

发明内容

本发明的目的是提出一种救援清障车液压设备的过载保护系统，包括主动预警和强制保护的双重保护，并开发一套基于这种保护的具有CAN总线和无线两种传输方式的保护系统，为救援清障车的安全工作提供保障。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种救援清障车液压设备的过载保护系统，液压设备的油路中设有溢流阀，当液压泵输出的压力达到设定的过载阈值时，溢流阀开启，实现液压设备的过载强制保护，其特征在于：在溢流阀之前增设一个以压力继电器，压力继电器的进油口接主油路，出油口接溢流阀的进油口，设置压力继电器的输出预警值，当发送端单片机监测到该预警值信号时，即传输给设置在驾驶室内接收端单片机控制的报警装置主动提醒操作人员，即使操作人员忽视了这一提醒，进而使压力进一步增加，当达到到设定的过载阈值时，则再由溢流阀实施强制保护，实现了主动预警和自动溢流双重保护。

所说压力继电器等效于一个单刀双掷开关，其输出的开关量信号经消抖电路后输送至发送端的单片机，正常状态下输出高电平1，达到或超过预警值即液压系统所允许承受最高压力值的90％～95％时输出为低电平0，单片机只有检测到输入值为低电平0后，通过CAN总线或无线两种方式发送预警信号至驾驶室内接收端单片机；其中，CAN总线发送方式在发送端和接收端均设有CAN控制器和CAN收发器；无线发送方式的发送端设有无线发送模块，接收端设有无线接收模块。

所说消抖电路系由两个与非门构成的一个RS触发器，针对消抖电路可能会出现的同态状态，使预警装置出现频繁报警的情况，设置接收端连续三次接收到预警信号才认为液压设备压力值已达到预警值，并点亮指示灯。

上述消抖电路、单片机、CAN控制器、CAN收发器、无线发送模块、无线接收模块均采用已知电路器件，其中，单片机采用飞利浦公司的P89C51，CAN控制器采用SJAI000、CAN收发器采用TJA1050，无线发送模块和无线接收模块采用CWMDP03。

本发明系统的设计思想是，当液压设备处于临界过载状态时，由压力继电器产生预警信号，提示操作人员更正操作，如果未能及时更正操作，且液压设备过载状态加剧，则由自动开启的溢流阀作为强制保护，保障整个救援清障车液压设备的安全。其工作原理是将压力继电器产生的开关量信号经过消抖电路后输入至单片机，单片机实时监测输入信号，根据输入信号判断是否发送预警信号。其中压力继电器相当于一个单刀双掷开关，经消抖电路后，正常状态下输出高电平1，达到或超过预警值(液压系统所允许承受最高压力值的90％～95％)时输出为低电平0，单片机只有检测到输入值为低电平0后，才发送预警信号至接收端(驾驶室内)。本发明系统提供两种传输方式：CAN总线传输和无线传输，为用户提供多种选择，方便利用。针对消抖电路可能会出现的同态状态，使预警装置出现频繁报警的情况，引起操作人员的厌烦和麻痹，报警策略采取的方法是：接收端连续三次接收到预警信号才认为液压系统压力值已达到预警值，并点亮指示灯。如果驾驶员没有及时更正操作，压力值达到溢流阀的设定值(液压系统所允许承受——能承受最高压力值的105％～110％)，溢流阀自动开启，达到保护效果。

本发明的优点及有益效果是：为救援清障车液压设备提供包括主动预警和强制保护的双重保护，其中主动预警采取人性化的提醒方式，使报警效果更好，为救援清障车提供更多的保护。同时本发明系统为用户提供两种数据传输方式，满足用户的不同需求。

附图说明

图1是本发明工作流程图；

图2是本发明工作方框图；

图3是本发明系统的结构示意图；

图4是本发明涉及的消抖电路原理图；

图5是本发明系统的发送端原理图；

图6是本发明系统的接收端原理图；

图7是本发明系统的电源部分原理图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明进一步详细描述：

本发明系统用压力继电器产生主动预警信号，提示操作人员更正操作，如果操作人员没有及时更正操作，且液压设备的过载状态加剧，则由自动开启的溢流阀作为强制保护，保证了救援清障车液压设备的安全。

参看图1，步骤1为用单片机监测压力继电器经消抖电路后的输出信号。步骤2为单片机判断系统压力值是否达到预警值。本发明中，压力继电器经消抖电路后的输出信号在正常状态(未达到预警值)下为高电平1，达到预警值(液压设备所能承受最高压力值的90％～95％)后为低电平0。如果未达到预警值，则返回步骤1继续监测；如果达到预警值，则由步骤3单片机控制两种发送方式发出预警信号。步骤4为监测系统压力值是否达到溢流阀的设定值(液压设备所能承受最高压力值的105％～110％)，如果没有达到，则返回步骤1继续监测；如果达到了，则由步骤5溢流阀自动开启，进行强制保护。

图2中，压力继电器6相当于一个单刀双掷开关，正常状态下其内部的微动开关处于关断状态，当达到设定的预警值时，微动开关闭合。为了消除开关抖动，增加信号的稳定性，压力继电器接消抖电路7，消抖电路由两个与非门构成，经消抖电路后，正常状态下输出信号为高电平1，达到预警值时输出信号为低电平0。输出信号送至单片机8，当单片机8监测到低电平0时，可选择无线方式或CAN总线方式发送预警信号。如果选用无线方式，则将预警信号通过无线发送端9发送出去，由无线接收端15接收，并将信号传输给单片机14。如果选用CAN总线方式，则将预警信号通过CAN控制器10和CAN收发器11发送至救援清障车内部的CAN总线上，由CAN收发器12和CAN控制器13接收，并将信号传输给单片机14。单片机14实时接收发送端的信号，并控制指示灯16的亮灭。当单片机14连续三次接收到的信号都为预警信号时才点亮指示灯，提示操作人员液压系统已达预警值，提醒操作人员更正操作；否则指示灯灭，说明此时液压设备处于安全状态。CAN总线系统结构示意图中仅画出了本发明专利所涉及的智能设备，实际中还包括救援清障车所使用的电子燃油喷射装置、防抱死制动装置(ABS)、安全气囊装置、主动悬架等智能设备。CAN总线技术作为一种新型的总线技术，由于其具有良好的故障隔离能力、网络实时响应能力以及良好的传输防错设计等优点，已经成为现在最有前途的总线之一。本发明中，CAN总线系统结构两端的终端电阻R为120Ω，CAN收发器选用TJA1050，CAN控制器选用SJA1000。

图3中，17、19是油箱，18是液压泵，20是吸油滤油器，21是压力表，23是油路。现有的普遍液压系统中只有22溢流阀。本发明在溢流阀之前增加了24压力继电器，在保留了溢流阀的基础上，增加了以压力继电器为核心的主动预警装置，从而达到同时具有主动预警和强制保护的功能。安装上，压力继电器的进油口接主油路，出油口接溢流阀的进油口，其他结构保持不变。

图4所示本发明涉及的消抖电路原理图，其基本原理是用两个与非门构成一个RS触发器。具体分析如下：图中U6表示压力继电器，其等效为一个单刀双掷开关，COM端接地，NO为常开端，NC为常闭端。当压力继电器未达到预警值，即常闭开关接通，此时管脚2为低电平0，则管脚3输出为高电平1。管脚4，管脚5输入都为高电平1，则管脚6输出为低电平0，即管脚1为低电平0。此时即使因为机械性能，使按键因弹性抖动而产生瞬时断开(抖动跳开常闭触点)，只要按键不接触常开触点，双稳态电路的状态不改变，输出保持为高电平1，不会产生抖动的波形。当压力继电器达到预警值，即常开开关接通，此时管脚5为低电平0，则管脚6输出为高电平1，因为管脚2为高电平1，所以管脚3输出为低电平0。即管脚4为低电平0，此时即使因为机械性能，使按键因弹性抖动而产生瞬时断开(抖动跳开常开触点)，只要按键不接触常闭触点，双稳态电路的状态不改变，输出保持为低电平0，不会产生抖动的波形。当压力值在预警值附近震荡时，可能会引起压力继电器开关处于悬空的状态，此时2脚、5脚输入为高电平1，RS触发器处于同态，输出状态决定于前一次的输出值，由于液压系统的特殊性，系统压力值增加和减少的过程都比较缓慢，处于同态的时间会相应增长，会使装置会出现频繁报警的情况，引起操作人员的厌烦以及麻痹，不能很好地达到报警效果。为了在不影响报警效果的前提下使本发明更人性化，采取这样的报警策略：接收端连续三次接收到预警信号才认为液压系统压力值已达到预警值，并点亮指示灯。消抖电路的输出端接保护装置发送端中单片机的P1.0管脚。

图5中，发送端主要由单片机P89C51、CAN控制器SJA1000、CAN高速收发器TJA1050、高速光电耦合器6N137以及无线模块组成。单片机P1.0脚用于监测压力继电器经消抖电路后的输出信号，单片机用定时中断每50ms读取一次P1.0脚的信号，读取到低电平0时说明压力继电器达到预警值，并发送预警信号；读取到高电平1时说明压力继电器未达到预警值，发送正常信号。单片机同时负责SJA1000的初始化，控制SJA1000实现数据的接收和发送等通信任务。SJA1000的AD0-AD7连接到P89C51的P0口，CS连接到P89C51的P2.0。P2.0为0时，CPU片外存储器地址可选中SJA1000，CPU通过这些地址可对SJA1000执行相应的读/写操作。P89C51的P2.1脚通过三极管控制SJA1000的复位端RST。SJA1000的RD、WR、ALE分别与P89C51的相应引脚相连，SJA1000的INT接P89C51的INT1，P89C51可通过中断方式访问SJA1000。为了增强总线节点的抗干扰能力，SJA1000的TX0和RX0并不直接与TJA1050的TXD和RXD相接，而是通过6N137与TJA1050相接，这样可以很好地实现了总线上各节点间的电气隔离。不过，光耦电路用的电源VDD必须隔离。TJA1050型CAN总线收发器是CAN协议控制器和物理总线之间的接口，CAN总线上二端节点须加60Ω电阻器和45nF电容器将信号吸收，以避免信号反射。U7为无线模块，采用深圳瑞米斯科技开发有限公司的CWMDP03透明传输模块，该模块具有体积小，应用方便，性能稳定的特点，串口速率在不丢包的条件下能达到19200bps，该模块的RXD，TXD分别与单片机的RXD，TXD相连。

图6中，接收端的单片机、CAN控制器、CAN高速收发器、高速光电耦合器以及无线模块的型号均与发送端相同，这样使发送端和接收端的兼容性好，整个装置稳定性更高。接收端单片机P1.0脚接发光二极管，用于指示液压系统的状态。接收端实时接收来自发送端的信号，当连续三次接收到预警信号时才点亮发光二极管，说明液压设备处于临界过载状态，提示操作人员更正操作，直到接收到正常信号才将发光二极管熄灭。

图7所示本发明系统的电源部分原理图，同时适用于发送端和接收端。+24V由救援清障车内部蓄电池提供，蓄电池正极分别接7805和7809输出+5V和+9V电压，+5V电压用于单片机P89C51、CAN控制器SJA1000、CAN高速收发器TJA1050的供电，+9V电压用于无线接收模块的供电。电压VDD由三节1.5V干电池串联提供，用于光电耦合器的供电。因为光耦电路的电源必须隔离，虽然增加了接口电路的复杂性，但却提高了节点的稳定性和安全性。