力矩限制器的工作原理

力矩限制器的工作原理

什么是力矩限制器?

力矩限制器，通俗讲，就是装在起重机上，限制起重机不要超过额定设计力矩的装置，英文名称是Load Moment Indicator（力矩显示器），简称LMI。

进入21世纪以来，国际上起重机行业已经不再用LMI来称呼起重机的安全系统，而是取代为Safe Load Indicator (安全负载指示器)，简称SLI。

安全负载指示器（SLI）是一种安装在起重机上的装置，用于在载荷超过起重机的安全工作范围时警告操作员。在某些情况下，设备会在确定为不安全的情况下物理锁定机器。SLI系统通常由连接到起重机本身各种传感器的微处理系统组成。 SLI测量吊臂的角度和长度以及负载重量，并将其与制造商的技术规格进行比较以确定起重工作是否安全。

安全负载指示器（SLI）具有检测任何提升装置的角度，负载提升重量和半径的能力。它控制起重设备按照制造商设计的载荷图（性能表）保持起重机的正常工作。

由于使用习惯的原因，下面统称为力矩限制器或者力限器。

起重机配备有多个传感器，用于测量各个参数，然后将这些参数经过计算进一步显示在驾驶室内供操作者参考，如下图：

力矩限制器的用途

几乎所有的现代起重机都有超载保护(超载限制)和力矩保护的功能，力矩限制器广泛使用于移动起重机、港口起重机、门座式起重机、塔

式起重机、港口海工船舶起重机和消防和高空作业车辆。

力矩限制器的工作原理

由于属于偏门和小众的市场，曾经，力矩限制器显得很神秘，被俗称为吊车电脑。其实，力矩限制器(SLI)的核心算法非常简单，就是一个公式：

∑M =0

∑ M = M自重 + M 吊装- M变幅油缸 - M卷扬 = 0

在这个计算模型里面，已知的变量有：支点，吊臂自重，起重机设计结构参数，其余都是未知变量。未知变量可以通过用传感器测量与计算得出，其中：

油缸的压力 = 油压 (p) x 活塞的面积 (A)

通过用油压传感器测量油压，活塞面积看看图纸就知道了。

油缸相对于支点的力矩半径R(油缸)，通过查图纸

F(自重)：通过查图纸，或计算得出

F(臂架自重)相对于支点的半径R(自重)

这个稍微麻烦一点，由于伸缩臂起重机半径不好直接测量，所以通过测量臂架长度L和角度θ，然后R=L*cos(θ)。对于有的伸缩臂起重机，制造商可以通过其他传感器和逻辑计算来计算出半径R，但原理都是一样的。

F(吊装)相对于支点的半径(吊重)，参照上面R(自重)

……

现在唯一剩下的变量就是：F吊重和F卷扬拉力

F吊重 = n * F 卷扬拉力

n= 吊装倍率（根据工况不同，看实际起重机就能够知道的已知量）

其实最理想的吊重测量方式就是在吊钩和吊机上装传感器来直接测量了，但是由于结构复杂和信号传输困难（想一下，吊钩要不停地上下，如果布线……）。

有的厂家能够通过使用三滑轮测力传感器测量出钢丝绳的拉力F卷扬拉力，但由于三滑轮测力传感器本身的误差大稳定性差的原因，目前的制造商基本不再测量钢丝绳的拉力。

怎么办？再看一下

∑M =0，起重机达到平衡状态，力矩平衡…

在这个公式中，唯一的未知量就是F吊重（或者F卷扬拉力，这两个是个倍率关系），根据上面的方程就能够计算出吊重。

所以，大部分按照力矩来设计的起重机所起吊的重物的重量是通过间接测量和计算而得出的。

难怪有的用户时常要抱怨，吊车力矩限制器吊重显示不准，尤其是大吊车吊小东西的时候。看了上面的力矩限制器的工作原理您能够明白，这有情可源，各种传感器和结构参数的误差最后都累积到计算出来的吊重上，更不要说机械结构本身的摩擦力等因素的影响。关于这个，其实相关的国际和国内标准都有规定，相对比较复杂一点，就不讨论

了。只需要记住一点：

力矩限制器不是电子秤，力矩限制器是安全系统，不是称重装置。

计算出来了，并没有完事，力矩限制器还需要把测量和计算出来的数据和额定设计数据（性能表）进行比较……

如果实际数据小于设计额定数据：一切正常

如果实际数据开始接近设计额定数据：预警和报警

如果实际数据达到或超过设计额定数据：报警、输出、切断或启动执行机构（譬如液压阀）

总结一下，到此为止，力矩限制器的核心功能就是测量相关参数、进行计算、然后比较…..

输入：测量、参数输入、锁定机器、打强制等等

核心: 计算 + 比较

输出：显示测量和计算参数、声光报警、电信号输出

力矩限制器的其他功能

当然现代力矩限制器除了具备以上核心功能外，还有一些提高工作效率方便工作的辅助功能，主要有：

- 虚拟墙（幅度和高度限制等）

- 臂架控制

- 支腿控制

- 调试

- 诊断

- 数据记录

- 其他控制功能

- ……

如果看完这篇文章，您还是有一些不太明白，没关系，您只需要记住四个字母： ∑M =0