CN100337902C - 用于控制起重机中的吊架的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制在起重机中的吊架和安装在该吊架上的负载的摇摆和回转的方法，该起重机包括：吊车(1)；提升机构(2)；提升绳索(4)，吊架(7)通过该提升绳索(4)悬吊在吊车(1)上；辅助传动机构(10)，该辅助传动机构提供有马达和马达控制设备；以及辅助绳索(12)；且在该方法中，辅助绳索(12)施加在吊架(7)上的力通过根据扭矩指令(T_control)利用辅助传动机构(10)使辅助绳索运动而进行控制，该扭矩指令(T_control)根据辅助绳索的绳索力(F_rope)和辅助传动机构的转速数据而获得，因此，各辅助传动机构(10)的转速数据由特定传动机构形成为在辅助传动机构的测量转速(n_act)和辅助传动机构的计算转速(n_calc)之间的差值。

Description

用于控制起重机中的吊架的方法

技术领域

本发明涉及一种用于控制在起重机中的吊架(spreader)以及安装在该吊架上的负载的摇摆和回转的方法。

背景技术

由芬兰专利101466已知本发明的方法，其中，该方法与起重机结合，该起重机通过橡胶轮胎而运动，且它的提升高度和提升速度合适。

在原始用途中，芬兰专利101466的方法充分减小负载的不合适运动。然后，在例如码头起重机中(该码头起重机在导轨上运动，如芬兰专利108788中所述，它的提升高度和运动速度明显更高)，辅助绳索的对角线几何形状(diagonal geometry)以及与提升运动相关的过程变化和故障情况)需要辅助传动机构进行非常快的速度变化，这在任何情况下都合适，在芬兰专利101466中所述的方法提供了用于控制辅助传动机构的不正确转速数据。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题。该目的通过本发明的方法来实现，该方法的主要特征在于：向控制逻辑电路供给作为辅助传动机构转速数据的速度指令，该转速数据由传动比形成为辅助传动机构的测量转速和辅助传动机构的计算转速之间的差值。

本发明提供了一种用于控制在起重机中的吊架和安装在该吊架上的负载的摇摆和回转的方法，该起重机包括：吊车；具有提升卷筒的提升机构，该提升机构布置在吊车中；提升绳索，该提升绳索布置在提升卷筒上，吊架通过该提升绳索悬吊在吊车上，且该提升绳索经过布置在吊架上的槽轮而被引导返回吊车；因此，摇摆和回转通过控制设备来控制，该控制设备包括：四个辅助传动机构，这四个辅助传动机构提供有绳索卷筒，并且包括布置在吊车中的马达和马达控制设备；辅助绳索，该辅助绳索布置在辅助传动机构的绳索卷筒上；槽轮，用于辅助绳索，布置在吊架中，且从辅助传动机构的绳索卷筒斜向经过的辅助绳索通过该槽轮被导向布置在提升卷筒中的、用于辅助绳索的空间，且在该方法中，辅助绳索施加在吊架上的力通过根据扭矩指令利用辅助传动机构而使辅助绳索运动而进行控制，该扭矩指令根据辅助绳索的绳索力和辅助传动机构的转速数据而利用控制逻辑电路来获得，该控制逻辑电路能够提供和保持合适绳索力、控制在辅助传动机构中的马达的旋转以及回转阻力，其特征在于：向控制逻辑电路供给作为辅助传动机构转速数据的速度，该转速数据通过传动比而形成为辅助传动机构的测量转速和辅助传动机构的计算转速之间的差值。

计算转速至少包括由辅助绳索的对角线几何形状引起的辅助传动机构计算转速。

如果辅助绳索以多层缠绕在提升卷筒上时，那么将由在提升卷筒上产生的辅助绳索的可能层移引起的辅助传动机构的计算转速加入计算转速中。

优选是，将由吊架的摇摆引起的辅助传动机构计算转速也加入该计算转速中，该吊架的摇摆绕平行于提升卷筒轴的轴线产生，特别是当该摇摆通过称为“侧倾传动机构(list-gears)”的驱动运动而实现时。

还优选是，辅助传动机构的、使吊架偏离提升卷筒的平行水平线的计算转速加入该计算转速中，该偏离由提升机构的可能变化提升速度(特别是特意执行的“调整驱动”)引起。

本发明的方法还能够消除由高速和高提升高度的起重机产生的、吊架和负载的粗野和急促的校正运动，而使用由芬兰专利101466可知的方法不能实现该效果。

在下面对本发明的详细说明中将介绍本发明的详细情况和优点。

附图说明

下面将通过起重机装置并参考附图来详细介绍本发明，本方法成功用于该起重机结构中，附图中：

图1是起重机装置在沿吊车运行方向看时的简化示意图；

图2是图1所示的装置的侧视图；

图3是图1所示的装置的俯视图；

图4放大表示了辅助绳索空间；以及

图5表示了本发明的方法的简化图。

具体实施方式

例如由芬兰专利108788可知，图中所示的起重机装置包括两个提升机构2，该提升机构2有提升卷筒3，布置在起重机吊车1中。这些元件在吊车1中布置成使得它们的纵向轴在同一条线A中。两个提升绳索4平行地布置在两个提升机构2的提升卷筒3上，从而使在提升卷筒3的表面上的、用于该绳索的槽5和6方向相反。用于固定待提升的负载(未示出)的吊架7悬吊在该提升绳索4上。该吊架有用于提升绳索4的槽轮8，提升绳索4通过该槽轮8返回吊车1。槽轮8位于吊架7中，并基本直接在提升卷筒3的纵向中点的下面，因此，尽管提升高度不同，提升绳索的位置也保持基本沿垂直方向对称。提升绳索4经过另外的槽轮9被导向吊车1，并通过可能有的超载保护装置(未示出)而固定在起重机上。

在本例中，提升绳索4还通过称为侧倾传动机构18的装置而固定在它的固定点上，一个这样的侧倾传动机构用于两个提升绳索4，换句话说，在该起重机中，侧倾传动机构的数目为两个。这些传动机构18用于根据图2中所示的箭头L1和L2而使吊架7前后侧倾。这些侧倾传动机构18为已知，因此在本文中将不再更详细地介绍。

该装置还包括四个辅助传动机构10，这四个辅助传动机构10布置在吊车1中，用于控制吊架7以及装在该吊架上的负载的摇摆和回转。优选是，辅助传动机构10布置成矩形(尽管也可以为不对称结构)，这样，一个辅助传动机构10都位于矩形的一个拐角上。各辅助传动机构10的绳索卷筒11提供有辅助绳索12，该辅助绳索12斜向进入位于吊架7中的槽轮13内，并通过这些槽轮而朝着提升卷筒3返回并进入空间14，该空间14优选是设计成用于使提升卷筒3中的辅助绳索反向。槽轮13优选是也布置成矩形，这样，一个槽轮13位于矩形的一个拐角上。必须使辅助绳索12斜向布置，以便使得用于防止或减小摇摆或回转所需的垂直力能够通过辅助传动机构10和辅助绳索而施加在吊架7和负载上。因此，提升绳索4也可以布置成完全垂直。对这种摇摆和回转的控制将在后面进行说明。

辅助绳索12优选是有布置在吊车1中至少一组附加槽轮15，通过这些槽轮，来自吊架7和其中的第一组槽轮13的辅助绳索12将被导向到提升卷筒3的辅助绳索空间14中。这样，各辅助绳索12提供有在吊车1内相对于该吊车1静止的点，且该点与提升高度无关，因此，能避免辅助绳索12在吊车1一侧相对于卷筒运动。此外，当用于辅助绳索的空间14例如通过凸缘16在提升卷筒3端头形成于相当窄的区域内，从而使辅助绳索12能够缠绕成多层时，在任何提升高度处，辅助绳索12相对于提升卷筒3的角度都保持恒定，这可以使提升卷筒3制成比现有技术短得多。

在附加槽轮15和提升卷筒3之间还布置有槽轮17，辅助绳索12通过该槽轮17，而且该槽轮主要布置成保证辅助绳索12无阻碍地通过。

例如，根据芬兰专利101466，辅助传动机构10同样可以是机械独立的系统，该系统的控制完全电动执行，并根据辅助绳索12的重量数据、绳索卷筒11(即辅助传动机构10)的转速等变量来确定。在绳索卷筒11上总是储存有足量的辅助绳索12，因此，辅助绳索12和提升绳索4的不同几何形状产生的补偿能够自动解决。通过控制辅助传动机构10的专用控制逻辑电路C，根据上述变量来控制施加在各辅助绳索12上的力，这样，吊架7和悬挂在该吊架7上的负载都不能摇摆或回转。并不必须将辅助传动机构10以完全对称的方式布置，因为由前面可知，上述控制逻辑电路能够考虑到该不对称。

下面参考图5，根据本发明，吊架7和安装在该吊架7上的负载进行如下控制。

对于各辅助传动机构10，通过单独布置的控制逻辑电路C计算扭矩指令T_control，该控制逻辑电路C例如可以参考由芬兰专利101466可知的电路，它包括力控制器和速度控制器，其中，根据各辅助传动机构10中的绳索力的参考值F_ref、绳索力F_rope的测量数据以及辅助传动机构10的转速n来计算扭矩指令T_control。绳索力F_rope可以是由合适的称量传感器来测量的信息，或者绳索力可以由辅助传动机构10中的马达控制设备(例如变频器)确定的扭矩实际值来计算。转速数据又表示了负载怎样从平衡位置摇摆。在上述专利中详细介绍了绳索力的参考值F_ref设定，因此在本文中将不再介绍。

根据本发明，作为在辅助传动机构10的测量转速n_act和辅助传动机构10的计算转速n_calc之间的差值而获得的n_control作为辅助传动机构10的转速数据n而供给反馈控制逻辑电路C。

在本例中，计算的转速n_calc至少包括由辅助绳索12的对角线几何形状引起的辅助传动机构10的计算转速n_g以及由在提升卷筒2上产生的辅助绳索的层变化引起的辅助传动机构10的计算转速n_l。

假定提升绳索4垂直定位，且辅助绳索12对称布置，那么：

$n_g=a3*[\frac{a1-H}{\sqrt{{(a1-H)}^2+{a2}^2}}-1]*\mathrm{dH}$

其中：

a1＝辅助绳索12的垂直几何形状参数(a1-H是辅助绳索12的对角线部分的垂直投影)；

a2＝辅助绳索12的水平几何形状参数(辅助绳索的对角线部分的水平投影)；

a3＝比例系数

H＝吊架7的提升高度；以及

dH＝吊架7的提升速度。

由于形成于辅助绳索12上的层，它的缠绕梁会变化，而在提升绳索4中则保持相同。因此，需要有下面的补偿，因此，与辅助绳索12的层变化相关的转速将根据以下公式来计算：

n_l＝k×dH，其中：

k＝常量换算系数，当辅助绳索12在提升卷筒3上从一层运动至另一层时，它的值总是作为提升高度的函数而逐步变化；以及

dH＝吊架7的提升速度。

当辅助传动机构10不对称布置时，由于几何参数a2的传动比(gear-specific)变化而使各传动机构有不同大小的n_g。

当上述侧倾传动机构18用于使吊架7前后侧倾时，换句话说，吊架与提升卷筒3的轴一起沿方向L1或L2而绕平行轴线侧倾时，辅助传动机构的计算侧倾转速n_s加入计算转速n_calc中。

当考虑到吊架7布置成稍微倾斜(换句话说，吊架7偏离平行于提升卷筒3的水平线)而使提升机构2在不同速度下驱动时(称为调整驱动)，辅助传动机构的计算调整转速n_t也加入计算转速n_calc中。

本发明的上述说明只是为了通过一个优选实施例阐述本发明的方法。不过，本领域技术人员能够在附加权利要求的广义范围内实施本发明。因此，相同方法甚至可以用于芬兰专利101466中所述的起重机，尽管该起重机的负载可以通过已知方法来充分控制。在权利要求定义的本发明范围内，存在多种可选实施方式来实施本方法。

Claims (5)

1.一种用于控制在起重机中的吊架和安装在该吊架上的负载的摇摆和回转的方法，该起重机包括：

吊车(1)；

具有提升卷筒(3)的提升机构(2)，该提升机构(2)布置在吊车(1)中；

提升绳索(4)，该提升绳索(4)布置在提升卷筒(3)上，吊架(7)通过该提升绳索(4)悬吊在吊车(1)上，且该提升绳索经过布置在吊架上的槽轮(8)而被引导返回吊车；

因此，摇摆和回转通过控制设备来控制，该控制设备包括：

四个辅助传动机构(10)，这四个辅助传动机构提供有绳索卷筒(11)，并且包括布置在吊车(1)中的马达和马达控制设备；

辅助绳索(12)，该辅助绳索布置在辅助传动机构(10)的绳索卷筒(11)上；

槽轮(13)，用于辅助绳索，布置在吊架(7)中，且从辅助传动机构(10)的绳索卷筒(11)斜向经过的辅助绳索(12)通过该槽轮被导向布置在提升卷筒(2)中的、用于辅助绳索的空间(14)，

且在该方法中，辅助绳索(12)施加在吊架(7)上的力通过根据扭矩指令(T_control)利用辅助传动机构(10)而使辅助绳索运动而进行控制，该扭矩指令(T_control)根据辅助绳索的绳索力(F_rope)和辅助传动机构的转速数据(n)而利用控制逻辑电路(C)来获得，该控制逻辑电路能够提供和保持合适绳索力、控制在辅助传动机构中的马达的旋转以及回转阻力，

其特征在于：向控制逻辑电路(C)供给作为辅助传动机构(10)转速数据的速度(n_control)，该转速数据通过传动比而形成为辅助传动机构的测量转速(n_act)和辅助传动机构的计算转速(n_calc)之间的差值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：计算的转速(n_calc)包括至少由辅助绳索的对角线几何形状引起的辅助传动机构(10)计算转速(n_g)，因此，假定提升绳索(4)垂直定位，且辅助绳索(12)对称布置，那么：

$n_g=a3*[\frac{a1-H}{\sqrt{{(a1-H)}^2+{a2}^2}}-1]*\mathrm{dH}$

其中：

a1＝辅助绳索(12)的垂直几何形状参数；

a2＝辅助绳索(12)的水平几何形状参数；

a3＝比例系数

H＝吊架(7)的提升高度；以及

dH＝吊架(7)的提升速度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：由在提升卷筒(2)上产生的辅助绳索(12)的层变化引起的辅助传动机构(10)的计算转速(n_l)加入计算转速(n_calc)中，因此：

n_l＝k×dH，其中：

k＝常量换算系数，当辅助绳索(12)在提升卷筒(3)上从一层运动至另一层时，该系数的值总是作为提升高度的函数而逐步变化；以及

dH＝吊架(7)的提升速度。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于：通过使吊架(7)绕与提升卷筒(3)的轴平行的轴线进行侧倾或摇摆而引起的、辅助传动机构的计算转速(n_s)也加入该计算转速(n_calc)中。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：通过提升机构(2)的不同提升速度而引起的、使吊架(7)偏离平行于提升卷筒(3)的水平线的辅助传动机构的计算转速(n_t)也加入该计算转速(n_calc)中。

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