CN101214904A - 一种起重机吊钩升降过程中防止载荷冲击的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种起重机吊钩升降过程中防止载荷冲击的方法，包括以下步骤：11)实时获取钢丝绳和吊钩的相关检测数据，用以计算钢丝绳已放出长度、速度及吊钩高度、速度的当前数据；12)根据当前的吊钩速度及读取的起升加速度，计算减速距离；13)判断吊钩是否进入目标减速区域；若是，进入步骤14)；若否，返回步骤11)；14)判断吊钩是否到达制动位置；若否，进入步骤15)；若是，进入步骤16)；15)发出减速指令，通过动力传动系统使吊钩按照所述起升加速度减速，并返回步骤11)；16)发出停止指令，通过动力传动系统使吊钩制动。本发明还公开一种起重机吊钩升降过程中防止载荷冲击的装置。
Description
技术领域：
本发明涉及起重机领域，特别涉及一种起重机吊钩升降过程中防止载荷冲击的方法及装置。
背景技术
由于工业生产规模不断扩大，生产效率日益提高，以及产品生产过程中物料装卸搬运费用所占比例逐渐增加，促使大型或高速起重机的需求量不断增长，起重量越来越大，工作速度越来越高，并对能耗和可靠性提出更高的要求。因对提高劳动生产率、加快工程进度、降低工人劳动强度等方面的极大作用，起重机已成为自动化生产流程中的重要环节，被广泛地用于交通、矿山、石油、建筑等国民经济部门之中。但是，起重机在使用过程中，由于机械本身、维护保养、操作运行等方面的各种原因也极容易发生人身伤害事故，给工程和人员造成损失。由此，起重机上必须采用多种安全装置和防护装置，以及采取其它安全技术措施，主要目的是减少起重机在作业时产生的各种危险，防止起重机在意外情况下损坏或造成人员伤亡、财物损失等事故。起重机安全防护装置通常包括各种电气保护装置、声音信号、色灯及其它多种其它安全装置。
所有类型起重机起升机构的上升极限位置、有轨运行机构的轨道端头附近，都设置有极限位置限制装置，也称行程开关，其功能是限制运动范围，防止行程越位。当各种运动机构到达极限位置时，行程开关被触动，从而切断液压马达的压力油或电动机的电源，防止起重机各种运动机构超过极限位置。行程开关常常串联在运动机构的控制电路中，当向某方向的运动达到极限位置触碰行程开关时，切断该方向的运动电路，停止该方向的运行，同时接通反向运动电路，使运动机构只能向安全方向运行。
通常，起重机起升机构带有起升和下降极限位置(以下分别简称上极限位置、下极限位置)的保护装置。上极限位置保护装置作用是：载荷起升时，防止撞击到起重设备的上部结构，造成钢丝绳或传动系统部件损坏，使载荷从高空坠落发生事故；在保护装置起作用后，防止载荷的运动速度较大而安全距离过短时，撞击起重设备的上部结构，造成钢丝绳或传动系统部件损坏，使载荷从高空坠落发生事故。而下极限位置保护装置的作用为：防止钢丝绳从卷筒脱出，造成载荷高空坠落发生事故。
现有技术中，起重机在上极限位置设置位置传感器，其常为顶锤。起重机在下极限位置设置位置传感器，其常为行程开关。当吊钩到达上、下极限位置时，触发位置传感器，使其发出信号。根据位置传感器采集到的信号，起重机发出停止起升或停止下降的指令，并立即切断动力，使载荷停止运动。其中，依起重机动力传动形式不同，对载荷制动的方法有所差别：液压传动系统，通过切断马达的压力油并由液压制动器对钢丝绳卷筒进行制动；电力传动的系统，通过切断电动机的电力并由电磁制动器对电动机或钢丝绳卷筒进行制动。
上述上、下极限位置保护装置中，只有在吊钩到达上、下极限位置时，位置传感器才能被触发，其不能够检测载荷的实际位置。当吊钩到达上极限位置时，触发上极限位置传感器并立即切断传动系统动力，对载荷制动以防止其下降。因为惯性作用，上升的载荷在突然失去动力后继续向上运动，同时其速度也逐步降低直至停止；然后，在重力的作用下，载荷匀加速向下运动，直至被钢丝绳拉住而停止，由此载荷对起重机的钢结构及起升机构产生较大冲击。当吊钩到达下极限位置时，触发下极限位置传感器，并立即切断传动系统的动力对载荷制动。由于惯性作用，下降的载荷在突然失去动力后，继续向下运动，由此对起重机的钢结构及起升机构产生较大冲击。
特别是载荷运动速度较大而安全距离过短时，载荷会直接撞击到起重机起升机构，由此造成设备损坏，甚至造成人员伤亡的安全事故。
发明内容
针对现有技术中的上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种起重机吊钩升降过程中防止载荷冲击的方法，以防止载荷对起重机钢结构及起升机构造成冲击。本发明还提供一种起重机吊钩升降过程中防止载荷冲击的装置。
为解决以上技术问题，本发明提供一种起重机吊钩升降过程中防止载荷冲击的方法，包括以下步骤：
11)实时获取钢丝绳和吊钩的相关检测数据，用以计算钢丝绳已放出长度、速度及吊钩高度、速度的当前数据；所述吊钩高度为吊钩与起升滑轮组中心的垂直距离；
12)根据当前的吊钩速度及读取的起升加速度，计算减速距离；所述起升加速度为吊钩起升载荷在国家标准中的相应数据，所述减速距离为吊钩从当前位置到按所述起升加速度减速为0时的位置之间的位移；所述吊钩起升载荷为起重机现有设备所实时获取的载荷；
13)判断吊钩是否进入目标减速区域；所述目标减速区域，起升状态为减速距离小于吊钩高度与吊钩限动高度之差的区域，下降状态为减速距离小于钢丝绳可放出长度与钢丝绳已放出长度之差的区域；
若是，进入步骤14)；
若否，返回步骤11)；
14)判断吊钩是否到达制动位置；所述制动位置，起升状态为吊钩高度等于吊钩限动高度即上极限位置吊钩高度时的位置，下降状态为钢丝绳已放出长度等于钢丝绳可放出长度时的位置；
若否，进入步骤15)；
若是，进入步骤16)；
15)发出减速指令，通过动力传动系统使吊钩按照所述起升加速度减速，并返回步骤11)；
16)发出停止指令，通过动力传动系统使吊钩制动。
优选地，所述相关检测数据包括钢丝绳圈数数据，根据该数据及钢丝绳卷绕中径、钢丝绳直径可计算钢丝绳已放出长度。
优选地，所述相关检测数据包括钢丝绳圈数数据，根据该数据及钢丝绳卷绕中径、钢丝绳直径可计算钢丝绳已放出长度；还包括臂架伸出长度数据，根据该数据与钢丝绳已放出长度可计算吊钩高度。
优选地，所述步骤11)前，还包括以下步骤：
10)读取初始数据；
所述初始数据为与控制有关的数据，包括起升加速度，吊钩限定高度、钢丝绳可放出长度，钢丝绳卷筒直径，钢丝绳直径、钢丝绳总圈数、钢丝绳每层圈数等数据。
优选地，所述相关检测数据还包括钢丝绳卷筒转速数据，根据该数据与钢丝绳卷绕中径可计算钢丝绳速度及吊钩速度。
本发明还提供一种起重机吊钩升降过程中防止载荷冲击的装置，适用于门式起重机，包括：
-控制器，用于接收各种传感器输入的检测信号，并实时进行数据解算，按照预先设定的控制策略进行逻辑判断，输出相应的控制信号，调整动力传动系统的输入数据；该控制器还存储各种与控制有关的数据；
-钢丝绳卷筒圈数传感器，与钢丝绳卷筒同轴安装，输出钢丝绳圈数信号；
当该装置启动时，所述控制器按照以下策略进行控制：不断获取所述钢丝绳卷筒圈数传感器检测的钢丝绳圈数信号，计算钢丝绳已放出长度、速度及吊钩高度、速度的当前数据，所述吊钩高度为吊钩与起升滑轮组中心的垂直距离；根据当前的吊钩速度及读取的起升加速度，计算减速距离；所述起升加速度为起重机现有设备所实时获取的起升载荷在国家标准中的相应数据，所述减速距离为吊钩从当前位置按所述起升加速度减速为0时的位置之间的位移；吊钩进入目标减速区域，输出减速信号使起重机按照所述起升加速度减速，直至吊钩到达制动位置时输出停止信号使起重机制动；所述目标减速区域，起升状态为减速距离小于吊钩高度与吊钩限动高度之差的区域，下降状态为减速距离小于钢丝绳可放出长度与钢丝绳已放出长度之差的区域；所述制动位置，起升状态为吊钩高度等于吊钩限动高度即上极限位置吊钩高度时的位置，下降状态为钢丝绳已放出长度等于钢丝绳可放出长度时的位置。
本发明还提供一种起重机吊钩升降过程中防止载荷冲击的系统，适用于臂架式起重机，包括：
-控制器，用于接收各种传感器输入的检测信号，并实时进行数据解算，按照预先设定的控制策略进行逻辑判断，输出相应的控制信号，调整动力传动系统的输入数据；该控制器还存储各种与控制有关的数据；
-钢丝绳卷筒圈数传感器，与钢丝绳卷筒同轴安装，输出钢丝绳圈数信号；
-长度传感器，安装在臂架的第一级臂上，通过两端分别连接所述长度传感器及所述臂架的末级臂的长度测量绳，用于检测臂架伸出长度；
当该装置启动时，所述控制器按照以下策略进行控制：不断获取所述钢丝绳卷筒卷绕圈数传感器检测的钢丝绳卷绕圈数信号、长度传感器输出的臂架伸出长度信号、计算钢丝绳已放出长度、速度及吊钩高度、速度的当前数据，所述吊钩高度为吊钩与起升滑轮组中心的垂直距离；根据当前的吊钩速度及读取的起升加速度，计算减速距离；所述起升加速度为起重机现有设备所实时获取的起升载荷在国家标准中的相应数据，所述减速距离为吊钩从当前位置按所述起升加速度减速为0时的位置之间的位移；吊钩进入目标减速区域，输出减速信号使起重机按照所述起升加速度减速，直至吊钩到达制动位置时输出停止信号使起重机制动；所述目标减速区域，起升状态为减速距离小于吊钩高度与吊钩限动高度之差的区域，下降状态为减速距离小于钢丝绳可放出长度与钢丝绳已放出长度之差的区域；所述制动位置，起升状态为吊钩高度等于吊钩限动高度即上极限位置吊钩高度时的位置，下降状态为钢丝绳已放出长度等于钢丝绳可放出长度时的位置。
优选地，所述动力传动系统为液压-机械传动；包括钢丝绳卷筒马达，用于驱动所述钢丝绳转筒转动。
优选地，还包括钢丝绳卷筒马达转速传感器，安装于所述钢丝绳卷筒马达上，用于检测钢丝绳卷筒转速，根据该数据可计算钢丝绳速度及吊钩速度。
优选地，所述动力传动系统为电力-机械传动；包括钢丝绳卷筒电动机，用于驱动所述钢丝绳转筒转动。
优选地，还包括钢丝绳卷筒电动机转速传感器，安装于钢丝绳卷筒电动机上，用于检测钢丝绳卷筒转速，根据该数据可计算钢丝绳速度及吊钩速度。
与现有技术相比，本发明在钢丝绳卷筒上同轴安装钢丝绳卷筒圈数传感器。利用钢丝绳卷筒圈数传感器对钢丝绳放出长度进行实时检测，同时对吊钩高度、钢丝绳可放出长度、安全减速距离等进行实时运算和逻辑判断。当吊钩到达减速位置或极限位置时，发出减速或停止指令，并输出相应的控制信号，减小或切断由钢丝绳卷筒液压马达的液压油，或减小或切断钢丝绳卷筒电动机的驱动电压，控制钢丝绳卷筒减速或制动，使吊钩减速或制动，也即使吊钩经由钢丝绳减速或制动。在吊钩到达减速位置时，发出相应的减速指令，使吊钩以匀加速度逐步减速；当吊钩到达极限位置时，发出相应的停止指令进行制动。由于吊钩在到达极限位置时的速度已减至0，也即载荷速度也减为0，故可消除惯性的影响，彻底防止载荷运动惯性对起重机钢结构及起升机构产生的冲击。
附图说明：
图1是本发明门式起重机的结构图；
图2是本发明臂架式起重机的结构图；
图3是本发明控制原理图；
图4是本发明方法第一实施例的流程图；
图5是本发明方法第二实施例的流程图；
图6是本发明装置用于门式起重机的示意图；
图7是本发明装置用于臂架式起重机的示意图。
具体实施方式
为方便讨论，下面定义有关符号定义如下。
参见图1，该图为本发明门式起重机的结构图。对于门式起重机：吊钩高度H，为吊钩5距起升滑轮组4中心的实际高度；吊钩限动高度H1，为吊钩5在上极限位置时距起升滑轮组4中心的实际高度。
参见图2，该图为本发明臂架式起重机的结构图。对于臂架式起重机：吊钩高度H，为吊钩5距起升滑轮组4中心的实际高度；吊钩限动高度H1，为吊钩5在上极限位置时距起升滑轮组4中心的实际高度；臂架原始长度，为臂架3未伸出时的长度；臂架伸出时长度L1，为臂架3伸出时的长度。
此外，起升加速度a，为特定载荷下国家标准中的相应数据，该特定载荷为起重机现有设备所实时获取的吊钩起升载荷；减速距离H2，为吊钩从当前位置按所述起升加速度减速为0时的位置之间的位移。
有关符号及含义如表1。
表1符号及含义
| 符号 | 含义 | 符号 | 含义 |
| H | 吊钩高度 | H1 | 吊钩限动高度 |
| H2 | 减速距离 | L | 臂架原始长度 |
| L1 | 臂架伸出时长度 | S | 钢丝绳可放出长度 |
| S1 | 钢丝绳已放出长度 | n | 每层钢丝绳实际卷绕圈数 |
| n1 | 最外层钢丝绳实际卷绕圈数 | s | 钢丝绳总卷绕层数 |
| D | 起重机卷筒的第一层的中径 | d | 钢丝绳直径 |
| N | 钢丝绳放出圈数 | t1 | 每个脉冲信号输出的时间 |
| T | 钢丝绳圈数传感器每圈输出脉冲信号数量 | a | 起升加速度 |
| i | 起升滑轮组倍率 | v | 吊钩速度 |
| V | 钢丝绳速度 |
有关术语定义如下：
目标减速区域，起升状态为减速距离H2小于吊钩高度H与吊钩限动高度H1之差的区域；下降状态为减速距离小于钢丝绳可放出长度与钢丝绳已放出长度之差的区域。
制动位置，起升状态为吊钩高度H等于吊钩限动高度H1即上极限位置吊钩高度时的位置；下降状态为钢丝绳已放出长度S1等于钢丝绳可放出长度S时的位置。
图3为本发明的控制原理图，该图为臂架起重机的控制原理，其与门式起重机的控制原理相同，差别仅在于长度传感器6，通过钢丝绳已放出长度S1及臂架伸出长度，用于计算吊钩实际高度H(门式起重机可直接从钢丝绳已放出长度S1得出)。钢丝绳圈数传感器1、长度传感器6与控制器9的输入端相连，控制器9的输出端与动力传动系统10的输入端相连。通过控制器9，对动力传动系统10的输入信号进行控制，并进而对钢丝绳卷筒的运动进行控制。请同时参见图1、图2，根据钢丝绳卷筒圈数传感器1输出的钢丝绳圈数信号，及长度传感器6输出的臂架长度信号(门式起重机无此信号，可视为0)，控制器9实时计算吊钩的实际高度H、钢丝绳已放出长度S1、吊钩减速距离H2等数据。根据起重机起升或下降的不同状态，控制器9通过逻辑判断输出相应控制信号，在吊钩5进入目标减速区域时，输出起升减速或下降减速控制信号，在吊钩5到达目标制动位置时，发出起升停止或下降停止控制信号。
控制器9的数据计算的方法是：通过钢丝绳卷筒圈数传感器1输出的脉冲总数、单位时间输出的脉冲数和其它初始数据，计算钢丝绳的实时卷绕中径、钢丝绳速V、已放出长度S1和可放出长度S；再根据臂架3伸出时长度L1(门式起重机为0)，实时计算出吊钩实际高度H、速度v；再根据速度v和设定的起升加速度a计算出需要的减速距离H2。
具体的逻辑判断是：起升时，当H-H2＝H1时，开始输出减速控制信号，当H＝H1时，输出停止控制信号；下降时，当钢丝绳长度S1＝S-H2时，开始输出减速控制信号，当S1＝S时，输出停止控制信号。
根据上述方法，当吊钩5到达减速位置时开始减速，在到达制动位置即上、下极限位置时，其速度已减至0，也即载荷在到达上、下极限位置时速度为0。此时对载荷制动，载荷不会因为惯性而继续运动，由此防止载荷因惯性作用对起重机钢结构及起升机构造成冲击。
参见图4，该图为本发明方法第一实施例的流程图。
步骤S01，开始。
步骤S02，读取初始值。读取的初始值包括：吊钩限动高度H1、起升加速度a，以及卷筒钢丝绳可放出长度S、每层钢丝绳的实际卷绕圈数n、最外层钢丝绳的实际卷绕圈数n1、钢丝绳的总卷绕层数s、起重机卷筒的第一层的中径D、钢丝绳直径d等钢丝绳的静态数据。如为臂架式起重机，还应包括臂架原始长度L。
步骤S03，判断起升或下降状态。若为起升，进入S104操作；若为下降，进入步骤S204操作。
以下步骤S104-S114为上升状态的操作，具体是，
步骤S104，获取钢丝绳和吊钩的相关检测数据。本实施例中，该检测数据为钢丝绳圈数据，根据该数据及钢丝绳卷绕中径，可计算钢丝绳已放出长度。对于臂架式起重机，则还包括还包括臂架伸出长度数据，根据该数据与钢丝绳已放出长度可计算吊钩高度。
步骤S105，计算钢丝绳长度S1。根据获取的钢丝绳圈数数据，有关钢丝绳的初始数据，包括从卷筒放出的圈数N、最外层实际圈数n1和每层实际圈数n，实时判断钢丝绳所放至的层数等，计算钢丝绳的卷绕中径、已放出的长度S1。
步骤S106，计算钢丝绳速度V。根据钢丝绳的卷绕直径、每圈输出脉冲信号数量T、每个脉冲信号输出的时间t1，计算实时钢丝绳速度V。
步骤S107，计算吊钩的速度v。根据钢丝绳速度V、起升滑轮组倍率i，实时计算吊钩速度v。
步骤S108，计算吊钩的高度H。对于臂架式起重机，根据放出的长度S1、臂架原始长度L和臂架伸出时长度L1，计算吊钩实时高度H；对于门式起重机，根据放出的长度S1，计算吊钩实时高度H。
步骤S109，计算吊钩的减速距离H2。根据吊钩速度v和起升加速度a，实时计算减速距离H2
步骤S110，判断钓钩是否进入目标减速区域，即是否满足H-H2≤H1，。若是，返回步骤S104；若否，进入步骤S111。
步骤S111，判断吊钩是否到达制动位置，即是否满足H＝H1。若是，进入步骤S112，若否，进入步骤S113。
步骤S112，发出停止起升指令，并进入步骤S114。起升停止指令发送给动力传动机构，从而切断钢丝绳卷筒动力，使吊钩停止运动。经过逐步减速，制动时吊钩及载荷的速度已减为0，由此，不会对起重机起升机构造成冲击。
步骤S113，发出减速起升指令，并返回步骤S104。起升减速指令发送给动力传动机构，通过减少液压油或降低驱动电压的方式，切断钢丝绳卷筒动力，使吊钩按照给定的起升加速度a减速，直至其速度为0。
步骤S114，结束。
以下步骤S204-S213为下降状态的操作，具体是，
步骤S204，获取钢丝绳和吊钩的相关检测数据。
步骤S205，计算钢丝绳长度S1。
步骤S206，计算钢丝绳速度V。
步骤S207，计算吊钩的速度v。
步骤S208，计算吊钩的减速距离H2。
步骤S209，判断钓钩是否进入目标减速区域，即是否满足S1≤S-H2。若是，返回步骤S204；若否，进入步骤S210。
步骤S210，判断吊钩是否到达制动位置，即是否满足S1＝S。若是，进入步骤S211；若否，进入步骤S212。
步骤S211，发出停止下降指令，并进入步骤S213。下降停止指令发送给动力传动机构，从而切断钢丝绳卷筒动力，使吊钩停止运动。经过逐步减速，制动时吊钩及载荷的速度已减为0，由此，不会对起重机起升机构造成冲击。
步骤S212，发出减速下降指令，并返回步骤S204。发出减速下降指令，并给动力传动机构，通过减少液压油或降低驱动电压的方式，切断钢丝绳卷筒动力，使吊钩按照给定的起升加速度a减速，直至其速度为0。
步骤S213，结束。
参见图5，该图为本发明方法第二实施例的流程图。该实施例在与本发明方法上一实施例的区别在于：获取的检测数据及数据解算过程存在差异。
步骤T01，开始。
步骤T02，读取初始值。读取的初始值与上一实施例相同，具体包括：吊钩限动高度H1、起升加速度a，以及卷筒钢丝绳可放出长度S、每层钢丝绳的实际卷绕圈数n、最外层钢丝绳的实际卷绕圈数n1、钢丝绳的总卷绕层数s、起重机卷筒的第一层的中径D、钢丝绳直径d等钢丝绳的静态数据。如为臂架式起重机，还应包括臂架原始长度L。
步骤T03，判断起升或下降状态。若为起升，进入T104操作；若为下降，进入步骤T204操作。
以下步骤T104-T112为本实施例上升状态的操作，具体是，
步骤T104，获取钢丝绳和吊钩的相关检测数据。该检测数据包括钢丝绳圈数、臂架长度数据(对臂架式起重机而言)，还包括钢丝绳卷筒马达或电动机转速数据，根据该数据与钢丝绳卷绕中径可计算钢丝绳速度数据V、吊钩的速度v，由此可减少中间计算过程，提高运算效率。
步骤T105，计算钢丝绳长度S1。
步骤T106，计算吊钩的高度H。
步骤T107，计算吊钩的减速距离H2。
步骤T108，判断钓钩是否进入目标减速区域，即是否满足H-H2≤H1。若是，返回步骤T104；若否，进入步骤T109。
步骤T109，判断钓钩是否到达制动位置，即是否满足H＝H1。若是，进入步骤T110，若否，进入步骤T111；
步骤T110，发出停止起升指令，并进入步骤T112。
步骤T111，发出减速起升指令，并返回步骤T104。
步骤T112，结束。
以下步骤T204-T211为本实施例下降状态的操作，具体是，
步骤T204，获取钢丝绳和吊钩的相关检测数据。
步骤T205，计算钢丝绳长度S1。
步骤T206，计算吊钩的减速距离H2。
步骤T207，判断钓钩是否进入目标减速区域，即是否满足S1≤S-H2。若是，返回步骤T204；若否，进入步骤T208。
步骤T208，判断钓钩是否到达制动位置，即是否满足S1＝S。若是，进入步骤T209；若否，进入步骤T210。
步骤T209，发出停止下降指令，并进入步骤T211。
步骤T210，发出减速下降指令，并返回步骤T204。
步骤T211，结束。
在本实施例中，钢丝绳速度数据V、吊钩的速度v由钢丝绳卷筒马达或电动机转速直接得出，而不需要对其另行计算，由此减少计算量，提高结算速度。
参见图6，该图所示为本发明装置的第一种实施方式示意图，适用于门式起重机。本装置包括控制器9，及钢丝绳卷筒圈数传感器1。请同时参见图1。钢丝绳圈数传感器1与钢丝绳卷筒2同轴安装在桥架8上，钢丝绳绕过安装在桥架8的起升滑轮组4后与吊钩5连接。其中：
控制器9存储各种与控制有关的初始数据，包括吊钩限动高度H1、起升加速度a及卷筒钢丝绳可放出长度S、每层钢丝绳的实际卷绕圈数n、最外层钢丝绳的实际卷绕圈数n1、钢丝绳的总卷绕层数s、起重机卷筒的第一层的中径D、钢丝绳直径d等钢丝绳的静态数据。
同时，控制器9还接收各种传感器输入的检测信号，实时进行数据解算，按照预先设定的控制策略进行逻辑判断，输出相应的控制信号，减小或切断钢丝绳卷筒2的动力输出的速度。
钢丝绳卷筒圈数传感器1输出钢丝绳圈数信号，用于计算有关钢丝绳长度与速度数据。该钢丝绳卷筒圈数传感器1与钢丝绳卷筒2同轴安装，保证消除系统误差。
当该装置启动时，控制器9按照如下策略进行控制。不断获取钢丝绳卷筒圈数传感器1检测的钢丝绳圈数信号，结合各种与控制有关的初始数据，计算钢丝绳已放出长度S1、速度V及吊钩高度H、速度v的当前数据，根据当前的吊钩速度v及读取的起升加速度a，计算减速距离H2；起升状态，当减速距离H2小于吊钩高度H与吊钩限动高度H1之差时，输出减速上升信号，使吊钩5按照设定的起升加速度a减速上升，直至吊钩高度H与吊钩限动高度H1相等时，输出停止上升信号，使吊钩5停止上升；下降状态，当减速距离H2小于钢丝绳可放出长度S′与钢丝绳已放出长度S1之差时，输出减速下降信号，使吊钩5按照设定的起升加速度a减速下降，直至钢丝绳已放出长度S1等于钢丝绳可放出长度S时的位置，输出停止下降信号，使吊钩5停止下降。
参见图7，该图所示为本发明装置第二种实施方式示意图，适用于臂架式起重机。本装置包括控制器9，及钢丝绳卷筒圈数传感器1、长度角度传感器6。请同时参见图2，钢丝绳圈数传感器1与钢丝绳卷筒2同轴安装在臂架3的底部，钢丝绳绕过安装在臂架3顶部的起升滑轮组4后与吊钩5连接，在臂架3的第一级臂上还安装有长度传感器6，包括长度测量绳7，该长度测量绳7的两端分别与长度传感器6及臂架3的末级臂连接，通过长度测量绳7可测量臂架3的伸出长度。其中：
控制器9存储各种与控制有关的初始数据，包括吊钩限动高度H1、起升加速度a，以及卷筒钢丝绳可放出长度S、每层钢丝绳的实际卷绕圈数n、最外层钢丝绳的实际卷绕圈数n1、钢丝绳的总卷绕层数s、起重机卷筒的第一层的中径D、钢丝绳直径d等钢丝绳的静态数据。此外，还包括臂架原始长度L。
同时，控制器9还接收各种传感器输入的检测信号，实时进行数据解算，按照预先设定的控制策略进行逻辑判断，输出相应的控制信号，减小或切断钢丝绳卷筒2的动力。
钢丝绳卷筒圈数传感器1输出钢丝绳圈数信号，用于计算有关钢丝绳长度与速度数据。该钢丝绳卷筒圈数传感器1与钢丝绳卷筒2同轴安装，以消除系统误差。
长度传感器6，输出臂架长度信号，结合钢丝绳的长度与速度数据，用于计算吊钩5的高度与速度数据。通常，臂架式起重机都安装有长度传感器，本实施例中，可利用现有设备中长度传感器，并获取其检测数据，而不必额外增加该配件。
当该装置启动时，控制器9按照如下策略进行控制。不断获取钢丝绳卷筒圈数传感器1检测的钢丝绳圈数信号、以及长度传感器6输出的臂架长度信号，结合各种与控制有关的初始数据，计算钢丝绳已放出长度S1、速度V及吊钩高度H、速度v的当前数据，根据当前的吊钩速度v及读取的起升加速度a，计算减速距离H2；起升状态，当减速距离H2小于吊钩高度H与吊钩限动高度H1之差时，输出减速上升信号，使吊钩按照设定的起升加速度a减速上升，直至吊钩高度H与吊钩限动高度H1相等时，输出停止上升信号，使吊钩5停止上升；下降状态，当减速距离H2小于钢丝绳可放出长度S与钢丝绳已放出长度S1之差时，输出减速下降信号，使吊钩5按照设定的起升加速度a减速下降，直至钢丝绳已放出长度S1等于钢丝绳可放出长度S时的位置，输出停止下降信号，使吊钩5停止下降。
本发明的上述实施方式，所述动力传动系统可以为液压-机械传动，也可以是电力-机械传动。对于液压-机械传动系统，安装有钢丝绳卷筒马达，用于驱动钢丝绳卷筒2转动；对于电力-机械传动系统，安装有钢丝绳卷筒电动机，用于驱动钢丝绳卷筒2转动。钢丝绳卷筒2的转动，增加或减少钢丝绳的绕卷，使得吊钩5相应上升或下降。上述实施方式，控制器9输出的减速上升信号、减速下降信号、停止上升信号、停止下降信号被输入到动力传动系统10之中，并按照以下方式对钢丝绳卷筒2减速或制动。
对液压-机械传动系统，钢丝绳卷筒液压马达压力油的流量受液压油路的电比例液压泵或电比例阀控制。控制器9输出减速信号时，采用电比例液压泵的液压油路减小了液压泵的输出流量，采用电比例阀控制的的液压油路减小电比例换向阀的开度，由此减少液压油的输出流量，使得钢丝绳卷筒液压马达的速度降低，同时使得钢丝绳卷筒2减速。当控制器9输出停止信号时，采用电比例液压泵的液压油路液压泵停止输出液压油，采用电比例阀控制的的液压油路关闭电比例换向阀，停止液压油的输出，由此切断液压油通道，使得钢丝绳卷筒马达停止运转，同时结合液压制动器的作用，使钢丝绳卷筒2有效地制动。
对电力-机械传动系统，控制更为简单。控制器9输出减速信号时，电力动力输出系统降低钢丝绳卷筒电动机转速，使得钢丝绳卷筒2减速。控制器9输出停止信号时，钢丝绳卷筒电动机因失电而停止运转，同时结合由电磁制动器的作用，使钢丝绳卷筒2得以有效的制动
由于连接吊钩5的钢丝绳卷绕在钢丝绳卷筒2上，当钢丝绳卷筒2减速或制动时，吊钩5同步被减速或制动。按照上述控制方式，载荷也得以可靠减速、安全制动。
本发明装置可进一步加以改进：对于液压-机械传动系统，在钢丝绳卷筒马达上安装钢丝绳卷筒马达转速传感器，用于检测钢丝绳卷筒转速；对于电力-机械传动系统，在钢丝绳卷筒电动机上安装钢丝绳卷筒电动机转速传感器，用以检测钢丝绳卷筒转速，将所检测的钢丝绳卷筒转速数据输入控制器9，可直接计算钢丝绳速度及吊钩速度，从而减少控制器9计算过量，提高运行效率。
本发明的方法及装置，其基本构思是：利用多种传感器实时有关采集有关控制数据，采用工控机高速运算及逻辑判断，通过操纵动力传动系统，使吊钩到达极限位置前开始减速，并在到达极限位置时速度减为0。使用本发明，无需对起重机现有结构进行大范围改造，具有结构简单、可靠性高、成本较低的优势。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种起重机吊钩升降过程中防止载荷冲击的方法，其特征在于，包括以下步骤：
11)实时获取钢丝绳和吊钩的相关检测数据，用以计算钢丝绳已放出长度、速度及吊钩高度、速度的当前数据；所述吊钩高度为吊钩与起升滑轮组中心的垂直距离；
12)根据当前的吊钩速度及读取的起升加速度，计算减速距离；所述起升加速度为吊钩起升载荷在国家标准中的相应数据，所述减速距离为吊钩从当前位置到按所述起升加速度减速为0时的位置之间的位移；所述吊钩起升载荷为起重机现有设备所实时获取的载荷；
13)判断吊钩是否进入目标减速区域；所述目标减速区域，起升状态为减速距离小于吊钩高度与吊钩限动高度之差的区域，下降状态为减速距离小于钢丝绳可放出长度与钢丝绳已放出长度之差的区域；
若是，进入步骤14)；
若否，返回步骤11)；
14)判断吊钩是否到达制动位置；所述制动位置，起升状态为吊钩高度等于吊钩限动高度即上极限位置吊钩高度时的位置，下降状态为钢丝绳已放出长度等于钢丝绳可放出长度时的位置；
若否，进入步骤15)；
若是，进入步骤16)；
15)发出减速指令，通过动力传动系统使吊钩按照所述起升加速度减速，并返回步骤11)；
16)发出停止指令，通过动力传动系统使吊钩制动。
2.根据权利要求1所述的方法，适用于门式起重机，其特征在于，所述相关检测数据包括钢丝绳圈数数据，根据该数据及钢丝绳卷绕中径、钢丝绳直径可计算钢丝绳已放出长度。
3.根据权利要求1所述的方法，适用于臂架式起重机，其特征在于，所述相关检测数据包括钢丝绳圈数数据，根据该数据及钢丝绳卷绕中径、钢丝绳直径可计算钢丝绳已放出长度；还包括臂架伸出长度数据，根据该数据与钢丝绳已放出长度可计算吊钩高度。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤11)前，还包括以下步骤：
10)读取初始数据；
所述初始数据为与控制有关的数据，包括起升加速度，吊钩限定高度、钢丝绳可放出长度，钢丝绳卷筒直径，钢丝绳直径、钢丝绳总圈数、钢丝绳每层圈数等数据。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述相关检测数据还包括钢丝绳卷筒转速数据，根据该数据与钢丝绳卷绕中径可计算钢丝绳速度及吊钩速度。
6.一种起重机吊钩升降过程中防止载荷冲击的装置，适用于门式起重机，其特征在于，包括：
-控制器，用于接收各种传感器输入的检测信号，并实时进行数据解算，按照预先设定的控制策略进行逻辑判断，输出相应的控制信号，调整动力传动系统的输入数据；该控制器还存储各种与控制有关的数据；
-钢丝绳卷筒圈数传感器，与钢丝绳卷筒同轴安装，输出钢丝绳圈数信号；
当该装置启动时，所述控制器按照以下策略进行控制：不断获取所述钢丝绳卷筒圈数传感器检测的钢丝绳圈数信号，计算钢丝绳已放出长度、速度及吊钩高度、速度的当前数据，所述吊钩高度为吊钩与起升滑轮组中心的垂直距离；根据当前的吊钩速度及读取的起升加速度，计算减速距离；所述起升加速度为起重机现有设备所实时获取的起升载荷在国家标准中的相应数据，所述减速距离为吊钩从当前位置按所述起升加速度减速为0时的位置之间的位移；吊钩进入目标减速区域，输出减速信号使起重机按照所述起升加速度减速，直至吊钩到达制动位置时输出停止信号使起重机制动；所述目标减速区域，起升状态为减速距离小于吊钩高度与吊钩限动高度之差的区域，下降状态为减速距离小于钢丝绳可放出长度与钢丝绳已放出长度之差的区域；所述制动位置，起升状态为吊钩高度等于吊钩限动高度即上极限位置吊钩高度时的位置，下降状态为钢丝绳已放出长度等于钢丝绳可放出长度时的位置。
7.一种起重机吊钩升降过程中防止载荷冲击的装置，适用于臂架式起重机，其特征在于，包括：
一控制器，用于接收各种传感器输入的检测信号，并实时进行数据解算，按照预先设定的控制策略进行逻辑判断，输出相应的控制信号，调整动力传动系统的输入数据；该控制器还存储各种与控制有关的数据；
-钢丝绳卷筒圈数传感器，与钢丝绳卷筒同轴安装，输出钢丝绳圈数信号；
-长度传感器，安装在臂架的第一级臂上，通过两端分别连接所述长度传感器及所述臂架的末级臂的长度测量绳，用于检测臂架伸出长度；
当该装置启动时，所述控制器按照以下策略进行控制：不断获取所述钢丝绳卷筒卷绕圈数传感器检测的钢丝绳卷绕圈数信号、长度传感器输出的臂架伸出长度信号、计算钢丝绳已放出长度、速度及吊钩高度、速度的当前数据，所述吊钩高度为吊钩与起升滑轮组中心的垂直距离；根据当前的吊钩速度及读取的起升加速度，计算减速距离；所述起升加速度为起重机现有设备所实时获取的起升载荷在国家标准中的相应数据，所述减速距离为吊钩从当前位置按所述起升加速度减速为0时的位置之间的位移；吊钩进入目标减速区域，输出减速信号使起重机按照所述起升加速度减速，直至吊钩到达制动位置时输出停止信号使起重机制动；所述目标减速区域，起升状态为减速距离小于吊钩高度与吊钩限动高度之差的区域，下降状态为减速距离小于钢丝绳可放出长度与钢丝绳已放出长度之差的区域；所述制动位置，起升状态为吊钩高度等于吊钩限动高度即上极限位置吊钩高度时的位置，下降状态为钢丝绳已放出长度等于钢丝绳可放出长度时的位置。
8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述动力传动系统为液压-机械传动；包括钢丝绳卷筒马达，用于驱动所述钢丝绳转筒转动。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括钢丝绳卷筒马达转速传感器，安装于所述钢丝绳卷筒马达上，用于检测钢丝绳卷筒转速，根据该数据可计算钢丝绳速度及吊钩速度。
10.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述动力传动系统为电力-机械传动；包括钢丝绳卷筒电动机，用于驱动所述钢丝绳转筒转动。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，还包括钢丝绳卷筒电动机转速传感器，安装于钢丝绳卷筒电动机上，用于检测钢丝绳卷筒转速，根据该数据可计算钢丝绳速度及吊钩速度。
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Address after: 161002 Qigihar City, Heilongjiang province Tiefeng District Plant Road No. 36 Patentee after: CRRC QIQIHAR ROLLING STOCK Co.,Ltd. Address before: 161002 Qigihar City, Heilongjiang province Tiefeng District Plant Road No. 36 Patentee before: QIQIHAR RAILWAY ROLLING STOCK Co.,Ltd. |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20111012 Termination date: 20220110 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |