CN101891119A - 一种轮胎式集装箱门式起重机的自动纠偏方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轮胎式集装箱门式起重机的自动纠偏方法，依靠设置在起重机前侧的左右两端的两个超声波传感器反馈的探测信号经计算完成，具体包括以下步骤：A、超声波传感器根据其与位置参照物之间的距离反馈探测信号；B、根据超声波传感器反馈的探测信号计算两个传感器的位置P1、P2；C、将P1、P2与设定的最小最佳距离a和最大最佳距离b进行比较，若P1、P2同时落入[a、b]范围内，则不执行纠偏操作；否则，结合大车行走的方向确定执行前纠偏或者后纠偏操作。实施本发明可以获得良好的纠偏效果，明显降低了因大车跑偏问题造成的滑触供电小车损坏的故障率，提高了RTG的运行效率和安全性，减少了司机的工作量。

Description

一种轮胎式集装箱门式起重机的自动纠偏方法

技术领域

本发明属于轮胎式集装箱门式起重机技术领域，具体地说，是涉及一种轮胎式集装箱门式起重机的自动纠偏方法。

背景技术

轮胎式集装箱门式起重机(Rubber Tyred Gantry Crane，简称RTG)是国内外集装箱专业化码头堆场的主力设备，其既有轨道式集装箱门式起重机(RMG)适合大堆场作业、高作业效率的性能，又具备轮胎式流动机械的机动性，可以大范围灵活调动，有高空间利用率、高生产率和全堆场机动的特点。

在RTG大车运行过程中，大车跑偏现象普遍存在，严重影响着生产效率和设备安全，且在RTG“油改电”应用中对大车纠偏的要求更高。RTG行驶路线要与滑触供电小车的运行轨道支架保持基本一致的平行状态，因为大车跑偏造成的滑触供电小车故障损坏的问题经常发生。通常的解决办法是依靠位于司机室内的司机手动操作进行纠偏，这种纠偏方式不仅占用了司机的很大精力，而且因为司机的操作熟练水平及个人判断力的差别，也会导致纠偏效果的不理想。尤其是在大车运行速度较快时，纠偏效果非常差，容易出现事故。

针对RTG大车跑偏问题，目前市场上有利用四个带有开关量信号输出的超声波传感器结合中间继电器和控制变压器完成自动纠偏的产品，但是，纠偏效果差，基本无法实现自动纠偏，并且安全系数低，投资金额大，设计安装复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、成本低、且纠偏效果理想的轮胎式集装箱门式起重机的自动纠偏方法，使得大车在运行过程中能够自动完成纠偏功能。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种轮胎式集装箱门式起重机的自动纠偏方法，所述纠偏方法依靠设置在起重机前侧的左右两端的两个超声波传感器反馈的探测信号经计算完成，所述起重机的前侧为起重机在场地正常运行时邻近且平行于滑触供电小车的运行轨道支架的一侧；

具体包括以下步骤：

A、所述超声波传感器根据其与位置参照物之间的距离反馈探测信号；

B、控制器根据超声波传感器反馈的探测信号计算两个传感器的位置，并分别记为P1、P2；其中，P1表示右端超声波传感器相对位置参照物的距离值，P2表示左端超声波传感器相对位置参照物的距离值；

C、将P1、P2与设定的最小最佳距离a和最大最佳距离b进行比较，若P1、P2同时落入[a、b]范围内，则不执行纠偏操作；否则，结合大车行走的方向确定执行前纠偏或者后纠偏操作。

进一步的，在所述步骤C中，包括如下的位置纠偏过程：

当大车右行时，

若P1＜a，则执行前纠偏操作；

若P1＞b，则执行后纠偏操作；

若a＜P1＜b，且P2＞b，则执行前纠偏操作；

若a＜P1＜b，且P2＜a，则执行后纠偏操作；

当大车左行时，

若P2＜a，则执行前纠偏操作；

若P2＞b，则执行后纠偏操作；

若a＜P2＜b，且P1＞b，则执行前纠偏操作；

若a＜P2＜b，且P1＜a，则执行后纠偏操作。

为了获得更为理想的纠偏效果，在所述步骤C中，优选再设计如下的偏差纠偏过程：

将所述P1、P2代入位置偏差计算公式P＝P1-P2，计算两个传感器的位置偏差值P；假设x为设定的最小偏差距离，y为设定的最大偏差距离；

若P≤-y则开始执行纠偏操作，此时若大车右行，则执行前纠偏操作；若大车左行，则执行后纠偏操作；直到P≥-x时结束纠偏操作；

若P≥y则开始执行纠偏操作，此时若大车左行，则执行前纠偏操作；若大车右行，则执行后纠偏操作；直到P≤x时结束纠偏操作；

所述位置纠偏过程和偏差纠偏过程同时作用，共同调整大车的行走路线。

其中，

      y＝2x。

又进一步的，当所述控制器确定执行前纠偏操作时，控制起重机前侧的大车电机加速运行；当确定执行后纠偏操作时，控制起重机后侧的大车电机加速运行；所述起重机的后侧为所述前侧的相对一侧。

再进一步的，在所述步骤B中，控制器将两个超声波传感器反馈的探测信号分别代入如下公式来计算两个传感器的位置P1、P2：

传感器位置＝(测量值-S0)*(Lmax-Lmin)/(S1-S0)+Lmin；

其中，测量值为传感器反馈的探测信号值；Lmax为设定的传感器相对位置参照物的最大距离值；Lmin为设定的传感器相对位置参照物的最小距离值；S0表示当传感器位置达到最大距离值Lmax时反馈的最小探测信号值；S1表示当传感器位置达到最小距离值Lmin时反馈的最大探测信号值。

为了在大车出现严重跑偏问题时，避免其对滑触供电小车造成损坏，本发明优选在所述步骤B与步骤C之间进一步包括如下步骤：

B1、判断P1、P2是否同时落入设定的最小安全距离Saft_min和最大安全距离Saft_max的范围内；若是，则执行步骤C；否则，控制起重机的大车停车。

更进一步的，所述Lmin＜Saft_min＜a＜b＜Saft_max＜Lmax。

优选的，所述位置参照物为超声波反射板，安装于滑触供电小车的运行轨道支架上，且与起重机的大车正常运行轨线相平行。

进一步的，所述的两个超声波传感器分别安装在起重机前侧的左平衡梁的左端和右平衡梁的右端，且与超声波反射板位于同一水平高度上。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明采用特有的信号采集处理方法使得RTG的大车机构在运行过程中可以自动完成纠偏功能，即使在大车处于高速运行状态下，也能获得良好的纠偏效果，从而确保了RTG行驶路线与滑触供电小车的运行轨道支架保持基本一致的平行状态，明显降低了因大车跑偏问题造成的滑触供电小车损坏的故障率，提高了RTG的运行效率和安全性，减少了司机的工作量。

附图说明

图1是使用本发明所提出的自动纠偏方法的轮胎式集装箱门式起重机的一种实施例的结构示意图；

图2是图1中起重机下部的局部放大图；

图3是图1中起重机与位置参照物之间的位置关系的局部放大示意图；

图4是需要设定的各距离参数的位置关系对应图；

图5是采用本发明所提出的纠偏方法的RTG系统的工作原理示意图；

图6是本发明所提出的纠偏方法的一种实施例的流程框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细地描述。

对于目前的轮胎式集装箱门式起重机RTG，其外观可以参见图1所示，通常由八只橡胶轮胎支撑，采用柴油发电机组或者岸电供电，经交流变频后作为驱动机器行走的动力。

对于采用岸电供电的RTG来说，需要在RTG的大车机构运行场地的一侧架设滑触供电小车的运行轨道支架，以在大车行走过程中能够持续地为RTG供电。为了纠正大车机构的行走路线，使其能够与滑触供电小车的运行轨道支架保持基本一致的平行状态，避免对滑触供电小车造成损坏，本发明提出了一种RTG自动纠偏方法，通过在RTG上安装超声波传感器，利用超声波传感器探测RTG与位置参照物之间的距离，从而产生并发送不同的探测信号至RTG中的控制器，控制器根据接收到的探测信号输出控制信号，控制变频驱动器的输出，进而通过变频驱动器增加、减少或停止相应大车电机的转动速度，以实现RTG自动纠偏的功能。

参考图1，图示了使用本发明所提出的纠偏方法的RTG的一种实施例的结构示意图。由于RTG的结构复杂，而本发明的改进只在于纠偏方面，因此只对其能实现纠偏的相关部分的改进进行阐述，其他部分不做详细说明。如图1所示，本实施例的RTG主要包括主架体11，位于主架体11上的电气室12、司机室10以及平衡梁13，位于平衡梁13下方的驱动轮14、从动轮15-1、15-2、15-3，位于驱动轮14上方的大车电机16。假设图1所示的一侧为RTG在场地正常运行过程中邻近且平行于滑触供电小车的运行轨道支架的一侧，以下称之为前侧，则与其相对的一侧称之为后侧，参见图5所示的位置关系。在RTG的后侧也设置有一驱动轮，且位置刚好与图1所示驱动轮14呈对角线的关系，即图5中右起第一个车轮24，后侧的其余三个车轮为从动轮。按照这样的位置关系定义，RTG的大车机构在场地中的行走路线为左行或者右行。

在电气室12中包括继电器、控制器和变频驱动器等。所述平衡梁13用于配合驱动轮14的运动方向对从动轮15-1、15-2、15-3产生一定的扭矩，从而使起重机能够正常的改变方向，但是平衡梁13本身相对于起重机的位置不变。大车电机16用于接收变频驱动器的指令对驱动轮14的转速进行调整。这样，起重机在驱动轮14的带动下左右行走，以装卸集装箱货物。

参考图2，图示了图1所示起重机的下部局部放大图，图2仅就电气室12以下的部分进行放大说明。在本实施例中，需要设置2个超声波传感器21、22，优选固定安装于起重机前侧的平衡梁13上，且与地面平行成一直线，如图2所示。其中，安装于驱动轮14所在平衡梁13的超声波传感器21以下称之为左端超声波传感器21(采用图5所示的位置关系进行定义)；安装于从动轮15-2、15-3所在平衡梁13的超声波传感器22以下称之为右端超声波传感器22。并且，两个超声波传感器21、22优选安装于平衡梁13的外端，以准确地检测起重机左右两端与位置参照物的位置关系。当然，所述超声波传感器21、22也可以安装于起重机上除平衡梁13以外的其它相对起重机位置不变的地方，比如也可以安装在主架体11的四个支柱上等，本实施例并不仅限于以上举例。

用于对超声波传感器21、22发出的超声波进行反射的位置参照物可以选用超声波反射板20实现。参见图3所示，所述超声波反射板20可以安装在专门铺设的反射支架19上，使超声波反射板20与起重机的大车正常运行轨线保持平行且与两个超声波传感器21、22处于同一水平高度上，并且一直延续到大车运行的有效范围内，即大车机构在装卸集装箱过程中左右行走的最大距离内均设置有所述的反射支架19。作为本发明的一个优选实施例，所述反射支架19可以是滑触供电小车的运行轨道支架，在该支架上架设所述的超声波反射板20，并使其反射平面与超声波传感器21、22的超声波发射方向相垂直。

超声波传感器21、22通过采集反射回来的超声波，生成探测信号输送至起重机中的控制器，进而利用控制器内部的逻辑算法生成控制信号，调整两个变频驱动器的输出参数，从而控制两台大车电机16的转速，实现RTG的自动纠偏功能。在本实施例中，所述控制器可以采用目前起重机电气室12内配置的可编程逻辑控制器PLC实现，利用编写的PLC程序计算生成所需要的控制信号，实现对两台大车电机16转速的调节。

下面结合图6所示的程序流程框图，详细阐述本实施例的RTG自动纠偏方法的具体步骤：

S601、初始化，设定最小距离Lmin、最大距离Lmax、最小安全距离Saft_min、最大安全距离Saft_max、以及最小最佳距离a和最大最佳距离b的参数值。

参见图4所示，上述的各个距离参数均以超声波反射板20为基准设定，且Lmin＜Saft_min＜a＜b＜Saft_max＜Lmax。其中，当大车前侧车轮的运行轨线均处于最小最佳距离a与最大最佳距离b之间时，认为大车行走在最佳的运行轨线上，此时无需进行纠偏处理；当大车前侧运行在最小安全距离Saft_min与最大安全距离Saft_max之间时，刨除前侧的四个车轮均行走在最小最佳距离a与最大最佳距离b之间的情况，则需要进行纠偏操作，从而使大车机构能够重新回归到最佳运行轨线上行走。

所述各距离参数的具体数值可以由操作人员凭借经验并结合场地的实际情况或者实际要求具体设定。

S602、接收两个超声波传感器21、22反馈的探测信号，计算两个传感器21、22的位置。

在本实施例中，假设超声波传感器21、22反馈的探测信号为模拟量信号，比如电流信号，当超声波传感器的位置远离超声波反射板20时，则需要经过较长的时间才能接收到反射回来的超声波，此时通过传感器输出较小的电流信号；反之，当超声波传感器的位置越靠近超声波反射板20时，则其接收到反射回来的超声波的时间就越短，此时通过传感器输出的电流信号就越大。起重机中的控制器根据超声波传感器21、22反馈的电流信号的大小即可间接地判断出当前大车的位置。

具体来讲，将两个超声波传感器21、22反馈的探测信号分别代入公式(1)来计算两个传感器的位置P1、P2：其中，P1表示右端超声波传感器22相对位置参照物的距离值，P2表示左端超声波传感器21相对位置参照物的距离值；

传感器位置＝(测量值-S0)*(Lmax-Lmin)/(S1-S0)+Lmin    (1)

式中，测量值为超声波传感器21或22反馈的探测信号值，即模拟电流信号的大小；S0表示当传感器位置达到最大距离值Lmax时反馈的最小探测信号值；S1表示当传感器位置达到最小距离值Lmin时反馈的最大探测信号值。

作为一种实施例，若选用的超声波传感器21、22反馈的电流信号的量程在[4mA，20mA]，则可以选择在传感器逐渐接近超声波反射板20的过程中首次输出20mA电流信号时所在的位置来设定最小距离值Lmin；而在传感器逐渐远离超声波反射板20的过程中首次输出4mA电流信号时所在的位置来设定最大距离值Lmax，这样即可将公式(1)修改为：

传感器位置＝(测量值-4mA)*(Lmax-Lmin)/16mA+Lmin。

计算出来的传感器位置P1、P2即代表起重机大车前侧的右端和左端相对超声波反射板20的位置。

S603、判断P1、P2是否同时落入设定的最小安全距离Saft_min和最大安全距离Saft_max的范围内；若是，则执行步骤S604；否则，控制起重机的大车停车，并输出报警，退出该纠偏程序。

在本实施例中，为了确保起重机及滑触供电小车的安全，故设定了最小安全距离Saft_min和最大安全距离Saft_max两个参数。当大车在行走过程中超出该安全距离范围内时，认为大车机构严重跑偏，必须紧急停车以确保安全。这两个参数值可以根据事先确定最小最佳距离a和最大最佳距离b以及滑触供电小车的运行轨道支架的架设位置具体确定。

S604、将P1、P2与设定的最小最佳距离a和最大最佳距离b进行比较，若P1、P2同时落入[a、b]范围内，则执行步骤S606；否则，执行步骤S605。

S605、执行位置纠偏过程，即根据传感器位置P1、P2并结合大车的行走方向，确定执行前纠偏操作还是后纠偏操作。

在本实施例中，可以将P1、P2及大车的行走方向代入表1，通过查表的方式确定执行何种纠偏操作。

大车行走方向	传感器22位置P1	传感器21位置P2	纠偏方式
				大车右行	P1＜a	a＜P2＜b	前纠偏

大车右行	P1＜a	P2＞b	前纠偏
				大车右行	P1＞b	P2＞b	后纠偏
大车右行	a＜P1＜b	P2＞b	前纠偏
				大车左行	P1＞b	a＜P2＜b	前纠偏
大车左行	P1＞b	P2＜a	前纠偏
				大车左行	P1＞b	P2＞b	后纠偏
大车左行	a＜P1＜b	P2＜a	前纠偏
				大车右行	P1＜a	P2＜a	前纠偏
大车右行	P1＞b	a＜P2＜b	后纠偏
				大车右行	P1＞b	P2＜a	后纠偏
大车右行	a＜P1＜b	P2＜a	后纠偏
				大车左行	P1＜a	a＜P2＜b	后纠偏
大车左行	P1＜a	P2＜a	前纠偏
				大车左行	P1＜a	P2＞b	后纠偏
大车左行	a＜P1＜b	P2＞b	后纠偏

表1

结合表1所示的纠偏方法，可以总结出如下规律：

当大车右行时，

若P1＜a，则执行前纠偏操作；

若P1＞b，则执行后纠偏操作；

若a＜P1＜b，且P2＞b，则执行前纠偏操作；

若a＜P1＜b，且P2＜a，则执行后纠偏操作；

当大车左行时，

若P2＜a，则执行前纠偏操作；

若P2＞b，则执行后纠偏操作；

若a＜P2＜b，且P1＞b，则执行前纠偏操作；

若a＜P2＜b，且P1＜a，则执行后纠偏操作。

需要说明的是：当确定执行前纠偏操作时，控制器调节用于驱动起重机前侧大车电机16的变频驱动器的输出参数，进而控制起重机前侧的大车电机16加速运行，以驱动驱动轮14加快转速；而当确定执行后纠偏操作时，则控制器控制起重机后侧的大车电机加速运行，以加快后侧驱动轮24的转速。通过调节大车前侧和后侧车轮的行走速度，以实现整机的自动纠偏。

S606、判断是否执行偏差纠偏过程，即判断两个超声波传感器21、22的位置差值P＝P1-P2是否满足以下条件：

①若P≤-y则开始执行纠偏操作，此时若大车右行，则执行前纠偏操作；若大车左行，则执行后纠偏操作；直到P≥-x时结束纠偏操作；

②若P≥y则开始执行纠偏操作，此时若大车左行，则执行前纠偏操作；若大车右行，则执行后纠偏操作；直到P≤x时结束纠偏操作；

若上述两个判断条件均不满足，则不执行纠偏操作，反馈步骤S602。

在这里，x为设定的最小偏差距离，y为设定的最大偏差距离，所述x、y值可以根据操作人员的经验或者现场调试具体确定，也可以借助以下公式计算获得：

y＝2x                                      (2)。

公式(2)中，超声波传感器之间的水平距离即指超声波传感器21、22之间的水平间距；起重机前侧最左端轮胎与最右端轮胎之间的中心距离即指图1中驱动轮14与从动轮15-3之间的中心距离。

需要说明的是：该偏差纠偏过程是为了进一步提高纠偏效果，使纠偏具有预见大车走偏而设计的，增加该步骤，使其与步骤S605中的位置纠偏过程同时作用，在保证大车机构正常纠偏的同时下，可以防止大车频繁纠偏。在实际应用过程中，该步骤可以选择设置。

S607、本轮纠偏操作结束，返回步骤S602。

当然，是否启动上述自动纠偏程序可以由司机室10内的司机操作相应的纠偏按钮选择执行。

采用本实施例的自动纠偏方法，当大车运行路线偏离安全距离，或者传感器参数读取错误等故障发生时，可以通过系统进行相应的报警和故障显示，并对整机操作做出相应的限制。

当然，以上所述仅是本发明的一种优选实施方式，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 (10)

1.一种轮胎式集装箱门式起重机的自动纠偏方法，其特征在于：所述纠偏方法依靠设置在起重机前侧的左右两端的两个超声波传感器反馈的探测信号经计算完成，所述起重机的前侧为起重机在场地正常运行时邻近且平行于滑触供电小车的运行轨道支架的一侧；

具体包括以下步骤：

A、所述超声波传感器根据起重机与位置参照物之间的距离反馈探测信号；

B、控制器根据超声波传感器反馈的探测信号计算两个传感器的位置，并分别记为P1、P2；其中，P1表示右端超声波传感器相对位置参照物的距离值，P2表示左端超声波传感器相对位置参照物的距离值；

C、将P1、P2与设定的最小最佳距离a和最大最佳距离b进行比较，若P1、P2同时落入[a、b]范围内，则不执行纠偏操作；否则，结合大车行走的方向确定执行前纠偏或者后纠偏操作。

2.根据权利要求1所述的轮胎式集装箱门式起重机的自动纠偏方法，其特征在于：在所述步骤C中，包括如下的位置纠偏过程：

当大车右行时，

若P1＜a，则执行前纠偏操作；

若P1＞b，则执行后纠偏操作；

若a＜P1＜b，且P2＞b，则执行前纠偏操作；

若a＜P1＜b，且P2＜a，则执行后纠偏操作；

当大车左行时，

若P2＜a，则执行前纠偏操作；

若P2＞b，则执行后纠偏操作；

若a＜P2＜b，且P1＞b，则执行前纠偏操作；

若a＜P2＜b，且P1＜a，则执行后纠偏操作。

3.根据权利要求2所述的轮胎式集装箱门式起重机的自动纠偏方法，其特征在于：在所述步骤C中，还包括如下的偏差纠偏过程：

将所述P1、P2代入位置偏差计算公式P＝P1-P2，其中，P表示两个传感器的位置偏差值；假设x为设定的最小偏差距离，y为设定的最大偏差距离；

若P≤-y则开始执行纠偏操作，此时若大车右行，则执行前纠偏操作；若大车左行，则执行后纠偏操作；直到P≥-x时结束纠偏操作；

若P≥y则开始执行纠偏操作，此时若大车左行，则执行前纠偏操作；若大车右行，则执行后纠偏操作；直到P≤x时结束纠偏操作；

所述位置纠偏过程和偏差纠偏过程同时作用，共同调整大车的行走路线。

4.根据权利要求3所述的轮胎式集装箱门式起重机的自动纠偏方法，其特征在于：

y＝2x。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的轮胎式集装箱门式起重机的自动纠偏方法，其特征在于：当所述控制器确定执行前纠偏操作时，控制起重机前侧的大车电机加速运行；当确定执行后纠偏操作时，控制起重机后侧的大车电机加速运行；所述起重机的后侧为所述前侧的相对一侧。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的轮胎式集装箱门式起重机的自动纠偏方法，其特征在于：在所述步骤B中，控制器将两个超声波传感器反馈的探测信号分别代入如下公式来计算两个传感器的位置P1、P2：

传感器位置＝(测量值-S0)*(Lmax-Lmin)/(S1-S0)+Lmin；

其中，测量值为传感器反馈的探测信号值；Lmax为设定的传感器相对位置参照物的最大距离值；Lmin为设定的传感器相对位置参照物的最小距离值；S0表示当传感器位置达到最大距离值Lmax时反馈的最小探测信号值；S1表示当传感器位置达到最小距离值Lmin时反馈的最大探测信号值。

7.根据权利要求6所述的轮胎式集装箱门式起重机的自动纠偏方法，其特征在于：在所述步骤B与步骤C之间还包括如下步骤：

B1、判断P1、P2是否同时落入设定的最小安全距离Saft_min和最大安全距离Saft_max的范围内；若是，则执行步骤C；否则，控制起重机的大车停车。

8.根据权利要求7所述的轮胎式集装箱门式起重机的自动纠偏方法，其特征在于：所述Lmin＜Saft_min＜a＜b＜Saft_max＜Lmax。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的轮胎式集装箱门式起重机的自动纠偏方法，其特征在于：所述位置参照物为超声波反射板，安装于滑触供电小车的运行轨道支架上，且与起重机的大车正常运行轨线相平行。

10.根据权利要求9所述的轮胎式集装箱门式起重机的自动纠偏方法，其特征在于：所述的两个超声波传感器分别安装在起重机前侧的左平衡梁的左端和右平衡梁的右端，且与超声波反射板位于同一水平高度上。

Images