CN102009914B - 吊钩位置监控系统、方法及具有该监控系统的起重机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种吊钩位置监控系统、方法及具有该监控系统的起重机，其中，监控系统包括吊钩动态位置参数检测装置，用于检测吊钩位置的动态参数；计算装置，用于存储吊钩位置的固定参数，并根据动态参数和固定参数计算吊钩下极限点与地面的距离，吊钩滑轮的内侧极限点与驾驶室的水平距离，以及吊钩滑轮的上极限点与吊臂的下臂头滑轮的距离中的至少一个距离。监控方法主要是根据动态参数和固定参数计算吊钩及吊钩滑轮的极限点的位置。本发明提供的吊钩位置监控系统、方法能够有效地防止起重机伸缩臂与水平面处于小角度时，吊钩及吊钩滑轮出现撞击的情况出现，不但能够减少操作手的主观判断、减轻其操作压力，而且能够提高起吊操作的安全性。

Description

吊钩位置监控系统、方法及具有该监控系统的起重机

技术领域

本发明涉及工程机械领域，特别地涉及一种吊钩位置监控系统、方法及具有该监控系统的起重机。

背景技术

随着社会的发展，在工程建设中使用了越来越多的起重设备，而汽车起重机由于其施工转移场地快速的优点得到了最广泛的使用。

汽车起重机尤其是大吨位全地面起重机在实际施工转移场地及施工过程中，施工开始和施工结束收车时，吊臂角度，即吊臂(也可以说是基本臂)上平面与水平面的夹角较小(此角度一般在15°以下)，吊钩处于驾驶室前方，此两个过程中由于操作对象在操作手视线之外，同时操作对象可控制操作的范围较少，一不小心就可能出现吊钩撞地、撞驾驶室、撞臂头滑轮的情况。所以此时不仅需要额外的指挥手，而且需要指挥手和操作手注意力高度紧张才能避免吊钩撞地、撞驾驶室，撞臂头滑轮的情况出现。

因此，有必要提供一种监测控制装置，在起重机的吊臂角度较小时对吊钩的位置进行预判，并根据判断结果采取相应的控制措施，以防止出现吊钩下极限点撞地、撞驾驶室及吊钩滑轮的上极限点撞臂头滑轮等危险情况出现，减轻操作手的压力、提高起重机作业的效率和安全性。

发明内容

本发明旨在提供一种吊钩监控系统、方法及具有该监控系统的起重机，以解决现有技术中在起重机的吊臂的角度较小时，发生吊钩下极限点撞地、吊钩的内侧极限点撞驾驶室及吊钩滑轮的上极限点撞吊臂的下臂头滑轮的技术问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种吊钩位置监控系统，其包括：吊钩动态位置参数检测装置，用于检测吊钩位置的动态参数；计算装置，用于存储吊钩位置的固定参数，并根据动态参数和固定参数计算吊钩下极限点与地面的距离，吊钩滑轮的内侧极限点与驾驶室的水平距离，以及吊钩滑轮的上极限点与吊臂的下臂头滑轮的距离中的至少一个距离。

进一步地，吊钩动态位置参数检测装置包括：车架倾角传感器，用于检测车架与水平面的夹角；长度角度传感器，用于检测基本臂与水平面的夹角；上臂头滑轮旋转角度传感器，用于检测上臂头滑轮的旋转角度；高度限位器，用于检测吊钩与下臂头滑轮之间的距离是否超出预定距离值。

进一步地，本发明所提供的吊钩位置监控系统，还包括控制单元，用于根据吊钩下极限点与地面的距离，吊钩滑轮的内侧极限点与驾驶室的水平距离以及吊钩滑轮的上极限点与吊臂的下臂头滑轮的距离中的至少一个距离值调整吊钩滑轮的升降高度。

进一步地，本发明所提供的吊钩位置监控系统，还包括报警装置，当吊钩滑轮的上极限点与下臂头滑轮之间的距离超出预定距离值时，高度限位器向报警装置发送报警信号，报警装置根据所述报警信号发出报警信息。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种起重机，其包括：车架；基本臂，铰接于车架的一端；吊臂，套接于基本臂内，其末端具有弯折部，该弯折部的上端设置有上臂头滑轮，弯折部的下端设置有下臂头滑轮；吊钩滑轮，悬挂于弯折部的下方；吊钩，其上端设置在吊钩滑轮上；车头；以及上述吊钩位置监控系统。

根据本发明的又一个方面，还提供了一种吊钩位置监控方法，其包括：检测吊钩位置的动态参数；存储与吊钩位置相关的固定参数，并根据动态参数和固定参数计算吊钩下极限点与地面距离，吊钩滑轮的内侧极限点与驾驶室的水平距离，以及吊钩滑轮的上极限点与吊臂的下臂头滑轮的距离中的至少一个距离值。

进一步地，动态参数包括车架与水平面的夹角、基本臂与水平面的夹角、以及上臂头滑轮的旋转角度。

进一步地，固定参数包括：卷扬倍率，基本臂臂长，上臂头或下臂头滑轮半径，吊钩滑轮半径，上臂头滑轮中心与下臂头滑轮中心的距离，吊钩滑轮中心距吊钩的下极限点的距离，吊钩滑轮中心距吊钩滑轮的上极限点的距离，基本臂与车架的铰点与地面的垂直距离，起重机上车回转中心距驾驶室最前方的距离，以及高度限位器的预定距离值。

进一步地，根据下列公式测量吊钩下极限点与地面的距离：

$Y_1=H_6\×\cos C+\sqrt{{H_2}^2+{H_3}^2}\×\left\{\sin \right[b-\arctan \left(\frac{H_3}{H_2}\right)\left]\right\}$

$-\{\tan C\×\sqrt{{H_2}^2+{H_3}^2}\×\cos [b-\arctan \left(\frac{H_3}{H_2}\right)]-H_6\×\sin C\}-H-H_5-H_4;$

根据下列公式测量吊钩滑轮的上极限点与吊臂的下臂头滑轮的距离：

Y₂＝H-R₁；

根据下列公式测量吊钩滑轮的内侧极限点与驾驶室的水平距离：

$Y_3=\sqrt{{H_2}^2+{H_3}^2}\×\cos [b-\arctan \left(\frac{H_3}{H_2}\right)];$

$-\tan C\×\{(H+H_5+H_4)-\sqrt{{H_2}^2+{H_3}^2}\×\sin [b-\arctan \left(\frac{H_3}{H_2}\right)\left]\right\}-\frac{L_1}{\cos C}$

其中，Y₁为吊钩与地面的距离，Y₂为吊钩滑轮的上极限点与吊臂的下臂头滑轮的距离，Y₃为吊钩滑轮的内侧极限点与驾驶室的水平距离，H₆为基本臂与车架的铰点与地面的垂直距离，H₁为高度限位器的预定距离值，H₂为基本臂臂长，H₃为上臂头滑轮中心与下臂头滑轮中心的距离，b为基本臂与水平面的夹角，C为车架与水平面的夹角，H₅为钩滑轮中心距吊钩滑轮的上极限点的距离，H₄为吊钩滑轮中心距吊钩的下极限点的距离，L₁为起重机回转中心距车头的距离，H为吊钩下极限点距下臂头滑轮的距离，

本发明具有以下技术效果：

本发明所提供的吊钩位置监控系统及方法，由于设置采用有吊钩动态位置参数检测装置及相应的控制单元，能够准确地判断起重机的基本臂与水平面之间处于小角度的位置时，吊钩下极限点与地面的距离、吊钩滑轮的内侧极限点与驾驶室的水平距离及吊钩滑轮的上极限点与上臂头滑轮之间的距离，一旦出现危险情况能够及时发出报警信息，提醒操作人员进行调整，不但能够大大减少操作手的主观判断、减轻其操作压力，而且能够提高起重机作用的安全性和工作效率。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的整车安装结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1所示，为了解决上述技术问题，本发明提供了一种吊钩位置监控系统及具有该系统的起重机，其中，吊钩位置监控系统包括：吊钩动态位置参数检测装置，用于检测吊钩位置的动态参数；存储器，用于存储吊钩位置的固定参数；计算单元，根据动态参数和固定参数计算吊钩下极限点与地面的距离Y₁、吊钩滑轮的内侧极限点与驾驶室的水平距离Y₂，以及吊钩滑轮的上极限点与吊臂20的下臂头滑轮22的距离Y₃中的至少一个距离。

具体地说，吊钩动态位置参数检测装置可以包括：车架倾角传感器4，用于检测车架40与水平面的夹角C；长度角度传感器3，用于检测基本臂10与水平面的夹角b；上臂头滑轮旋转角度传感器1，用于检测上臂头滑轮21的旋转角度a；高度限位器2，用于检测吊钩与下臂头滑轮22之间的距离是否超出预定距离值H₁。

为了实现吊钩位置的调控，本发明所提供的吊钩位置监控系统还可以包括一个控制单元，用于根据吊钩下极限点与地面的距离Y₁，吊钩滑轮的内侧极限点与驾驶室的水平距离Y₂，以及吊钩滑轮的上极限点与吊臂20的下臂头滑轮22的距离Y₃之中的至少一个距离值来调整吊钩滑轮的升降高度。

另外，为了使吊钩的动作更加的直观，提高监控效率，本发明所提供的吊钩位置监控系统还可以包括一个报警装置，当吊钩滑轮的上极限点与下臂头滑轮22之间的距离超出预定距离值H₁时，高度限位器向该报警装置发送报警信号，则该报警装置就可以根据报警信号发出报警信息。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种吊钩位置监控方法，该方法主要包括下列步骤：

检测吊钩位置的动态参数；

存储吊钩位置的固定参数；

根据所述动态参数和所述固定参数计算吊钩下极限点与地面的距离Y₁，吊钩滑轮的内侧极限点与驾驶室的水平距离Y₂，以及吊钩滑轮的上极限点与吊臂20的下臂头滑轮22的距离Y₃，只要计算出三个距离中的至少一个距离值就可以在一定程度上提高吊钩起吊过程的安全性，

其中，动态参数可以包括：

车架40与水平面的夹角C；

基本臂10与水平面的夹角b；

上臂头滑轮21的旋转角度a；

固定参数可以包括：

卷扬倍率M；

基本臂臂长H₂；

上臂头或下臂头滑轮半径R₁；

吊钩滑轮半径R₂；

上臂头滑轮中心与下臂头滑轮中心的距离H₃；

吊钩滑轮中心距吊钩的下极限点的距离H₄；

吊钩滑轮中心距吊钩滑轮的上极限点的距离H₅；

基本臂20与车架40的铰点与地面的垂直距离H₆；

起重机回转中心距车头50的距离L₁；

高度限位器的预定距离值H₁。

作为一种优选实施例，H₁可以通过测量实际数值后存入控制器，这一数据针对某一高度限位器只需要进行一次存入即可；卷扬倍率M可以根据实际卷扬倍率由人机交互界面设定。

需要说明的是，以上固有不变数据只是针对所举实例来说，图1所示的模型是实际起重机的简化模型，实际起重机中数据形式不变，只是数据测量方式及起始位置稍有不同，本行业的人员做具体形式的变化较为简单，另外不同型款的起重机可能稍有删减，但是基本数据形式仍然不变。

在吊钩及车架状态处于稳定可工作状态时，通过这些参数可以唯一确定吊钩的空间位置。计算单元可以通过对这些参数的计算处理，就可以准确定位吊钩30的下极限点离地距离，吊钩滑轮的内侧极限点与驾驶室的水平距离，以及吊钩滑轮的上极限点与吊臂的下臂头滑轮20的距离，并且可以由控制单元根据计算得出的上述三个距离值中的至少一个距离值实时地调整吊钩30的位置，防止吊钩30的下极限点撞地、吊钩滑轮的内侧极限点撞驾驶室或吊钩滑轮的上极限点撞吊臂20的下臂头的情况发生。

下面以施工完收车时固定吊钩为例对上述吊钩位置监控系统和方法进行说明：

1、吊钩30起至目视离高度限位器重锤较小距离(比如100mm至500mm)且尚未报警的状态，吊臂20向下变幅到操作手尚可见到吊钩30，且吊臂20(也可以说是基本臂)与水平面的夹角较小，比如5°至15°的范围内，控制单元开始进行收钩状态判断。

2、提升卷扬使吊钩滑轮31上升至高度限位器的重锤与吊臂20的下臂头的滑轮中心的距离达到预定距离值H₁，则高度限位器发出报警信号，使报警装置发出报警信号，此时，控制单元可以判断吊钩30离下臂头滑轮22距离为H₁。此后操作过程中变量为基本臂与水平面角度b以及吊钩滑轮31的上极限点离下臂头滑轮22的距离H，其中

3、吊钩30的下极限点离地面高度由以上参数准确决定，通过已知不变的固定参数和可以通过传感器测量的动态参数，可以在控制系统(比如PLC)中通过下列公式精确实时的计算吊钩下极限点与地面的距离Y₁：

$Y_1=H_6\×\cos C+\sqrt{{H_2}^2+{H_3}^2}\×\left\{\sin \right[b-\arctan \left(\frac{H_3}{H_2}\right)\left]\right\}$

$-\{\tan C\×\sqrt{{H_2}^2+{H_3}^2}\×\cos [b-\arctan \left(\frac{H_3}{H_2}\right)]-H_6\×\sin C\}-H-H_5-H_4;$

吊钩滑轮31离下臂头滑轮22的距离Y₂可以通过下列公式计算得出：

Y₂＝H-R₁

吊钩滑轮31的内侧极限点与驾驶室的水平距离Y₃可以通过下列公式计算得出：

$Y_3=\sqrt{{H_2}^2+{H_3}^2}\×\cos [b-\arctan \left(\frac{H_3}{H_2}\right)]$

$-\tan C\×\{(H+H_5+H_4)-\sqrt{{H_2}^2+{H_3}^2}\×\sin [b-\arctan \left(\frac{H_3}{H_2}\right)\left]\right\}-\frac{L_1}{\cos C}$

开始施工准备需要起用吊钩时：

收车时卷扬自下臂头滑轮22以下的长度可以计算并存入控制单元，以此作为吊钩30起钩时卷扬的初始状态；吊臂(也可以说基本臂)与水平面角度以及车架40与水平面的夹角可以在起动控制系统时即时读取。

对于其它任一特定起重机的固定参数。通过以上确定的参数、采用同样的判断方式，也可以准确判断吊钩30的安全状态。

从以上状态判断方式可以看出，起重机每收车、起车一次，监控系统都会对卷扬的初始状态进行一次判断，从而可以有效防止判断精度的漂移。

通过以上技术确定了吊钩30以及吊钩滑轮31的状态，给定安全限定条件如吊钩30的下极限点离地距离、吊钩滑轮31的内侧极限点与驾驶室的水平距离、吊钩滑轮31的上极限点与吊臂20的下臂头滑轮22的安全距离，可以通过操作手与系统的人机交互提前预判吊钩状态并限定危险动作的出现，减少操作手的主观判断、减轻其操作压力，并提高起吊操控系统的安全性。

需要特别说明的是：具体起重机在结构设计和尺寸设计上可能会有出入，但是只要设计加工确定，各参数之间就存在固定关系，通过对这些关系的计算，同样可以确定吊钩30下极限点离地距离，吊钩滑轮的内侧极限点离驾驶室的水平距离，吊钩滑轮的上极限点离臂头下滑轮的距离。本具体案例只是提供一种简化通用的实现方式，并非唯一的方式。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种吊钩位置监控系统，其特征在于，包括：

吊钩动态位置参数检测装置，用于检测吊钩位置的动态参数；

计算装置，用于存储吊钩位置的固定参数，并根据所述动态参数和所述固定参数计算所述吊钩下极限点与地面的距离，吊钩滑轮的内侧极限点与驾驶室的水平距离，以及吊钩滑轮的上极限点与吊臂的下臂头滑轮的距离中的至少一个距离；

所述吊钩动态位置参数检测装置包括：

车架倾角传感器（4），用于检测车架与水平面的夹角；

长度角度传感器（3），用于检测基本臂与水平面的夹角；

上臂头滑轮旋转角度传感器（1），用于检测上臂头滑轮的旋转角度；

高度限位器（2），用于检测吊钩与下臂头滑轮之间的距离是否超出预定距离值；

所述动态参数包括车架与水平面的夹角C，基本臂与水平面的夹角b，上臂头滑轮的旋转角度a;

所述固定参数包括卷扬倍率M，基本臂臂长H₂，上臂头或下臂头滑轮半径R₁，吊钩滑轮半径R₂，上臂头滑轮中心与下臂头滑轮中心的距离H₃，吊钩滑轮中心距吊钩的下极限点的距离H₄，吊钩滑轮中心距吊钩滑轮的上极限点的距离H₅，基本臂与车架的铰点与地面的垂直距离H₆，起重机回转中心距车头的距离L₁，高度限位器的预定距离值H₁中的一项或多项。

2.根据权利要求1所述的吊钩位置监控系统，其特征在于，还包括控制单元，用于根据所述吊钩下极限点与地面的距离，所述吊钩滑轮的内侧极限点与驾驶室的水平距离以及所述吊钩滑轮的上极限点与吊臂的下臂头滑轮的距离中的至少一个距离值调整所述吊钩滑轮的升降高度。

3.根据权利要求2所述的吊钩位置监控系统，其特征在于，还包括报警装置，当所述吊钩滑轮的上极限点与下臂头滑轮之间的距离超出预定距离值时，所述高度限位器向所述报警装置发送报警信号，所述报警装置根据所述报警信号发出报警信息。

4.一种起重机，包括：

车架（40）；

基本臂（10），铰接于所述车架（40）的一端；

吊臂（20），套装于所述基本臂（10）内，其末端具有弯折部，所述弯折部的上端设置有上臂头滑轮（21），所述弯折部的下端设置有下臂头滑轮（22）；

吊钩滑轮（31），悬挂于所述弯折部的下方；

吊钩（30），其上端设置在所述吊钩滑轮（31）上；以及

车头（50）；

其特征在于，还包括权利要求1至3中任一项所述的吊钩位置监控系统。

5.一种吊钩位置监控方法，其特征在于，包括：

检测吊钩位置的动态参数；

存储与吊钩位置相关的固定参数，并根据所述动态参数和所述固定参数计算吊钩下极限点与地面距离，吊钩滑轮的内侧极限点与驾驶室的水平距离，以及吊钩滑轮的上极限点与吊臂的下臂头滑轮的距离中的至少一个距离值；

所述动态参数包括车架与水平面的夹角、基本臂与水平面的夹角、以及上臂头滑轮的旋转角度；

所述固定参数包括卷扬倍率M，基本臂臂长H₂，上臂头或下臂头滑轮半径R₁，吊钩滑轮半径R₂，上臂头滑轮中心与下臂头滑轮中心的距离H₃，吊钩滑轮中心距吊钩的下极限点的距离H₄，吊钩滑轮中心距吊钩滑轮的上极限点的距离H₅，基本臂与车架的铰点与地面的垂直距离H₆，起重机回转中心距车头的距离L₁，高度限位器的预定距离值H₁中的一项或多项。

6.根据权利要求5所述的吊钩位置监控方法，其特征在于，所述固定参数包括：卷扬倍率，基本臂臂长，上臂头或下臂头滑轮半径，吊钩滑轮半径，上臂头滑轮中心与下臂头滑轮中心的距离，吊钩滑轮中心距吊钩的下极限点的距离，吊钩滑轮中心距吊钩滑轮的上极限点的距离，基本臂与车架的铰点与地面的垂直距离，起重机上车回转中心距驾驶室最前方的距离，以及高度限位器的预定距离值。

7.根据权利要求6所述的吊钩位置监控方法，其特征在于，

根据下列公式测量吊钩下极限点与地面的距离：

$Y_1=H_6\×\cos C+\sqrt{{H_2}^2+{H_3}^2}\×\left\{\sin \right[b-\arctan \left(\frac{H_3}{H_2}\right)\left]\right\}$

$-\{\tan C\×\sqrt{{H_2}^2+{H_3}^2}\×\cos [b-\arctan \left(\frac{H_3}{H_2}\right)]-H_6\×\sin C\}-H-H_5-H_4;$

根据下列公式测量吊钩滑轮的上极限点与吊臂的下臂头滑轮的距离：

Y₂=H-R₁;

根据下列公式测量吊钩滑轮的内侧极限点与驾驶室的水平距离：

$Y_3=\sqrt{{H_2}^2+{H_3}^2}\×\cos [b-\arctan \left(\frac{H_3}{H_2}\right)]$

$-\tan C\×\{(H+H_5+H_4)-\sqrt{{H_2}^2+{H_3}^2}\×\sin [b-\arctan \left(\frac{H_3}{H_2}\right)\left]\right\}-\frac{L_1}{\cos C}$

其中，Y₁为吊钩与地面的距离，Y₂为吊钩滑轮的上极限点与吊臂的下臂头滑轮的距离，Y₃为吊钩滑轮的内侧极限点与驾驶室的水平距离，H₆为基本臂与车架的铰点与地面的垂直距离，H₁为高度限位器的预定距离值，H₂为基本臂臂长，H₃为上臂头滑轮中心与下臂头滑轮中心的距离，b为基本臂与水平面的夹角，C为车架与水平面的夹角，H₅为钩滑轮中心距吊钩滑轮的上极限点的距离，H₄为吊钩滑轮中心距吊钩的下极限点的距离，L₁为起重机回转中心距车头的距离，H为吊钩下极限点距下臂头滑轮的距离，且 $H=H_1-a\×\frac{R_1}{M}.$

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