CN102123935B - 对于起重设备的过负荷的提早识别 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于动态识别起重设备的错误运行的方法，其中，所述起重设备具有力传感器，具有下列步骤：监控力传感器的信号的上升，定义提升物料抓取装置所需的持续时间；监控信号是否超出过负荷阈值；如果在定义的持续时间内没有超出过负荷阈值，从信号中确定平均重力，且将平均重力确定为基本负荷；将动态跃变阈值确定为过负荷阈值，其大于基本负荷且小于标称的过负荷阈值；监控信号是否大于或等于跃变阈值，且当信号大于或等于跃变阈值时产生切断信号。

Description

对于起重设备的过负荷的提早识别

技术领域

本发明涉及一种用于动态识别起重设备、特别是集装箱起重机的危险运行的方法，其中，起重设备具有至少一个力传感器，其与物料抓取装置配合。本发明还涉及一种具有按照本发明的过负荷保护装置的起重机。

背景技术

常见的过负荷保护装置监控悬挂在起重机上的载荷的重力，其中，该载荷可由起重机的物料抓取装置以及需提起的物体组合而成。在码头上卸载集装箱货船的起重机具有一种所谓的“撒布器”(Spreader)作为物料抓取装置。撒布器通常是多臂的夹具，其在其端部具有锁止销，锁止销可以嵌入集装箱上的相应容纳装置中，这些容纳装置又位于集装箱的上侧面或下侧面的角上或中。可以向这种锁止销中插入所谓测量轴。测量轴由圆筒状的力传感器组成，力传感器配有电子测量系统，比如应变计(DMS)。一旦销被置入与集装箱的嵌接且集装箱借助于升降设备(比如卷扬机)被提起，则测量轴的测量区域产生变形，这产生了相应的测量信号。

作用到测量轴上的力越大，则测量信号衰失越多。由于起重机通常允许提起一个最大的额定负载，设置了过负荷保护装置，其在超出额定负载时产生起重机的紧急关断、特别是中断提升进程。

WO02/10056举例描述了一种集装箱撒布器。DE10233875A1描述了集装箱起重机。在这两个申请中清楚地阐述了有关撒布器或集装箱起重机的一般构造。

传统的过负荷保护装置通常也用于避免所谓的“阻碍加载”-状态。“阻碍加载”可以被理解为起重机的负载比如通过在卸载或装载的船上勾住负载或撒布器导致的不希望的上升，由此负载可能几乎无限地、上升直至最大的过负荷切断。在从船体内部拉起撒布器时，撒布器或悬挂在撒布器上的集装箱可能挂在位于向上拉起的集装箱对面的另一个集装箱上。如果升起的集装箱由此倾斜，则过负荷切断装置在超过起重机的额定载荷(比如60吨)时才做出反应。在此情况下起重机在意识到撒布器悬挂在船上之前以最大60吨(对于没有集装箱悬挂在撒布器上的情况)在船上牵拉。同时产生的力必须通过起重机的钢结构或者通过船的钢结构吸收。此外还存在起重机、船、撒布器和/或需升起的集装箱被损坏的巨大的风险。

如果空的撒布器、即不悬挂负载的撒布器能够以最大的提升绳索速度比如280m/min被提起，则其相当于反应时间为5ms时提升绳索长度2.5cm。在反应时间为30ms时提升绳索长度已经达到了15cm。如果以常见的过负荷保护装置工作，这种理论上的提升绳索长度必须通过起重机的钢结构和/或轮船的钢结构消化掉。因此，需致力于尽可能小地保持反应时间。

发明内容

因此本发明的目的在于，即使是在相同的反应时间下也可以进一步减小风险。

针对该目的所存在的问题在于，在两个升降情况之间必须存在区别。撒布器带着负荷一起被提升或撒布器单独被提升被加以区分。在图3中示出了负荷/时间图，其中，图中的通过圆圈中的编号1标记的左半部分表示过负荷切断中的正常提升进程。图中的通过圆圈中的编号2标记的右半部分表示实际上发生“阻碍负荷(Snag-Load)”状态的提升进程。

在正常情况下(参见图中的左半部分)，在提起负荷之后得到力传感器的测量信号的上冲，力传感器通常如下设置，即优选可在角区域中测量负荷或负荷分布。该上冲在一定时间之后稳定下来。在测量信号振动期间可以确定一个平均的负荷。这通过以“平均负荷”标记的水平线在图3中示出。在正常的提升进程结束时，负荷再次被放下，测量信号降到零。

在图3的右半部分示出了出现不希望的负荷上升(“阻碍负荷”)的提升进程。在负荷被提起之后(正常负荷情况下，与正常提升进程的上升(曲线)边沿平行)负荷或相应的测量信号突然再次上升。负荷可能比如在集装箱起重机的运行中被钩住。由于在正常运行中不会出现进一步的负荷上升，控制装置最终会以实施无其它提升进程的运行为出发点，这种进一步的上升一定是由一种错误造成的。这只有在测量信号超出了预设的过负荷阈值时才会由传统的控制装置识别。在此情况下持续一段时间，直到测量信号达到了过负荷阈值，因此，实际的反应时间相对较长地延迟，可能会导致对于人员和机器的损害，因为起重机以最大的力牵拉。

在图4中示出了另一种情形。该另一种情形是指撒布器在没有悬挂负荷的情况下的提升和/或移动。撒布器本身可能比如在移动中钩在船的内部。在图4的负荷/时间图中的左半部分中示出了撒布器的正常的运行，其中，测量信号与单独的撒布器的重量相符。在图的右半部分中示出了具有“阻碍负荷”-状态的运行。

如果将图4的右边的曲线2的负荷上升与图3的左边的曲线1的负荷上升进行对比可以看出，对于控制装置来说在正常的负荷与“阻碍负荷”状态之间进行区分是非常困难的。在图4的右边的曲线的情况下，起重机被加载负荷，直到过负荷保护装置识别到超出了过负荷阈值。在这一时刻起重机以最大的额定力在撒布器上牵拉且可能会引起很大的损坏。

因此本发明的目的在于找出克服该缺陷的技术方案。

本发明建议如下步骤：定义在带有或不带有额外的负荷的提升物料抓取装置所需的持续时间；在定义的持续时间内的上升期间监控信号是否超出过负荷阈值；如果在定义的持续时间内没有超出过负荷阈值，从信号中确定平均重力，且将平均的重力确定为基本负荷；将动态跃变阈值确定为过负荷阈值，其大于基本负荷且小于标称(nominelle)的过负荷阈值；以及监控信号是否大于或等于跃变阈值，且当信号大于或等于跃变阈值时产生切断信号。

在现有技术中固定不变地定义标称的跃变阈值，即不实施过负荷阈值与各实际情况相匹配。这可以特别是这些情况，即没有负荷悬挂在撒布器上，其导致了或者起重机或者轮船被大大损坏，这是因为达到过负荷阈值且触发切断的持续时间相对较长。

在本发明中，动态地确定阈值，即阈值可在时间上变化且可以取与各实际情况相匹配的值。一旦提升中的起振进程结束，则根据本发明确定一个平均值，其与具有或不具有悬挂的负荷的撒布器的重量一致。如此确定的值可以比如增加30％，用以定义动态的“跃变阈值”。如果力传感器的信号超出该阈值，则很明显，撒布器被钩住或卡住且需要紧急切断。这通常在起重机以最大的力在撒布器上牵拉之前实现。这些情况不仅可能在提升负荷时产生，而且也在起重机或起重机小车水平行驶的情况下撒布器悬挂在其下方时产生。

本发明还能够在具有负荷的撒布器的提升与不具有负荷的撒布器的提升以及“阻碍负荷”-状态之间进行区分，因为跃变阈值动态地相匹配。如果没有负荷悬挂在撒布器上，跃变阈值的绝对值小于有负荷悬挂在撒布器上的情况。

在所有情况下都可以避免超出绝对的过负荷阈值(额定负荷阈值)。

此外优选信号在所希望的提升进程期间经过一个起振阶段，其被包括在定义的持续时间内，且基本负荷在定义的持续时间内与信号的平均值一致。

以这种方式可以顾及到起振进程。用于确定动态跃变阈值的基础值代表一个平均值，从而在起振进程中不基于极限值来确定跃变阈值。

根据一个优选的实施方式询问，在信号上升期间是否操作负荷升降装置的升降机构、特别是卷扬机。

通过这种询问给出了额外的信息源。如果没有操作升降机构且负荷还是上升，则可以由此判定，撒布器和/或悬挂的负荷(比如集装箱)比如在起重机的水平行驶中被钩住。

如果操作了升降机构，则可以在负荷(从底座上)的提起与负荷的上升(负荷事先连同撒布器悬在空中)之间进行区分。在第一种情况下会出现力传感器的测量信号的上升，这是因为除了撒布器的重量之外还必须提起负荷的重量。在第二种情况下不会出现其它的重量上升，这是因为起重机已经将撒布器和负荷保持住。

此外优选的还有，针对每个力传感器检测是否超出了针对力传感器的过负荷阈值，其小于总系统的过负荷阈值。

特别是在使用撒布器提升集装箱的应用中为集装箱的每个角配设一个力传感器，其并非一定要设置在撒布器中。因此在集装箱的应用中通常采用4个力传感器(针对每个提升绳索设置一个)。4个力传感器的测量信号的总和与总负荷(撒布器加上集装箱)相等。由于每个力传感器由此有益于确定总负荷，可以为每个传感器还确定一个单独的过负荷值，其小于总系统的过负荷值。基于这些单独的过负荷值以及起振进程的持续时间可以确定在负荷/时间图中的窗口，在该窗口内测量信号在提起负荷的起振进程中允许移动。如果信号离开了通过此类窗口定义的区域，可以相比于常见的针对标称的过负荷值的过负荷切断相对较早地实施紧急切断。

此外有利的还有，连续地实施跃变阈值的监控。

以这种方式可以连续地、即动态地与跃变阈值的绝对值相匹配。

按照本发明的另一个优选的实施方式，物料抓取装置以直至300m/min的速度运行且识别的反应时间优选小于或等于5ms。

在这种情况下提升绳索长度为2.5cm，尽管出现了紧急切断，提升绳索还是以该值继续移动。该提升绳索长度由起重机或轮船的钢结构消化掉且通常不会导致轮船或起重机的损伤。

此外有利的是，在每个提升进程中重新确定动态跃变阈值。

可以持续地实施与动态跃变阈值的确定相关联的计算。这提高了安全性。

可以如下理解，前述的以及后面还将阐述的特征不仅在各给出的组合中，而且还在其它组合中或者全部组合地应用，而不会离开本发明的范畴。

附图说明

下面在附图中以及在下面的描述中详细阐述本发明的实施例。其中，

图1示出了负荷/时间图，包括过负荷阈值、特别是按照本发明的动态过负荷阈值；

图2示出了按照本发明的方法的流程图；

图3示出了按照现有技术的承受负荷的撒布器的负荷/时间图；

图4示出了按照现有技术的未承受负荷的撒布器的负荷/时间图。

具体实施方式

本发明通过软件和/或硬件实现。发明人认为，通过定义动态过负荷阈值可以相比于传统的以静态过负荷阈值工作的紧急切断更快且更好地实施在升降负荷或移动负荷时的紧急切断。“动态”过负荷阈值在下面被理解为可变的值，在超过该值时启动紧急切断。这可以不取决于该值是从系统中得出抑或是该值从系统外的源产生。该值分别与实际的状态相匹配。是否撒布器(Spreader)独自(即无负荷)运动还是撒布器连同悬挂的负荷移动没有区别。在刚刚悬挂负荷且将被升起的撒布器提升与负荷已经被悬挂在撒布器上的撒布器提升之间可被明显加以区分。

本发明可以应用在负荷升降装置比如集装箱起重机或其它类型的起重机中。

为了确定悬挂在起重机上的负荷采用力传感器。力传感器通常由力收集器和与之配合的电子测量系统组成，该系统将重力转换成电子信号。比如可以采用测量轴(Messachse)、测量板(Messlasche)、测力计等作为力传感器。比如可以采用应变计(DMS)作为电子测量系统。DMS可以粘贴或以“喷溅”技术敷设在力收集器上。

本发明特别是结合所谓的撒布器应用在集装箱起重机中。撒布器被用作提升比如集装箱的夹紧装置。力收集器、比如测量轴被用于确定作用在撒布器的提升绳索上的力。该测量轴通过提升绳索通常抓握(angreifen)在需提升的撒布器的角中。所有测量信号的总和代表总负荷。

力传感器产生测量信号，其被传递到用于确定总重量的控制装置上。基于这些信号还可以确定侧负荷、过负荷、松弛信号、特殊负荷信号或侧负荷错误或翻转负荷错误以及单绳索负荷错误。为了确定这些不同的信息或信号，力传感器的各测量信号以不同的方式组合，如本领域技术人员已经公知的那样。

显而易见，还可以仅设置唯一一个力传感器。

图1示出了用于提升进程的负荷/时间图。在提升进程中撒布器与集装箱连接。集装箱同时放置在底座(地面/其它的集装箱)上。一旦撒布器与集装箱连接，借助于起重机的提升装置开始提升进程。由此，测量信号从零提高到第一(限制的)最大值，其代表针对集装箱的重力的第一数值。这在图1的以圆圈中的编号1标记的测量曲线的左半部分示出。一旦集装箱被提升，即从地面或其底座上被提起，则进入起振进程，这通过信号围绕平均负荷值的振动表示，其在图1中借助于水平的辅助线示出。在一定时间后起振进程衰减。之后测量信号近似恒定。集装箱可以被移动且之后被放下。当集装箱被放下，测量信号降到零。

根据需提起的重量的大小以及提升进程的速度，起振进程较慢或较快地衰减。需提升的物体的最大重量通常是已知的。根据需提升的物体的重量可以至少近似地预知提升进程的持续时间。在图1的右半部分示出了另一个提升进程。提升进程的持续时间通过两个竖直的辅助线在以圆圈中的标号2标记的测量曲线中限定。

提升进程的持续时间可以针对每个提升进程手动地根据需提起的负荷的大小输入到按照本发明的控制装置中。提升进程的持续时间还可以以参数的形式预设，该参数保存在控制装置的储存装置中。可以保存大量不同的参数，用以能够与不同的负荷相匹配。

按照本发明，在提升进程开始时触发用于提升进程的时间窗。该触发时间点特别是与测量信号大于零的时间点一致。在提升进程的持续时间上获取测量信号。在定义的持续时间结束之后形成平均值，该值相当于平均负荷。平均负荷还在图1的右半部分借助于水平的辅助线表示。

按照本发明，基于该平均值定义动态跃变阈值，其在图1中以“动态阻碍负荷阈值”表示。该跃变阈值可以比如高出平均负荷30％。

在图1中还可见，动态阈值位于总负荷的过负荷阈值的下方。在图1的示例中该动态负荷甚至远低于总过负荷阈值。

在图1中还画出了另一个水平的辅助线，其被标作“过负荷阈值角点(Eckpunkte)”。该辅助线表示各优选通过提升绳索作用在撒布器的角中的力传感器的过负荷阈值。显而易见，该特殊的过负荷阈值比总过负荷阈值下降得更小。

在提升进程的持续时间内，负荷的监控借助于角点的过负荷阈值以及负荷上升边沿实现。

此外，在图1的右边的测量曲线的端部示出了“阻碍负荷”状态。在撒布器上的集装箱可能比如在进一步提升进程(集装箱在提起后进一步被提升)期间钩在另一个还位于船上的集装箱上。因此，测量曲线再次跃进式地上升。由于动态阈值大大低于总过负荷阈值，可以相对于常见的操作模式更早地识别“阻碍负荷”状态。无论如何，“阻碍负荷”状态已经在到达总过负荷阈值之前被识别且提升进程通过产生紧急制动信号而被终止。在这种情况下不会产生任何有损起重机或轮船的负荷。

根据图2，按照本发明的方法以流程图的形式表示。

在步骤S1中询问，是否原则上存在信号上升。对于该询问来说不区分是否撒布器独自地或连同负荷一起被提升。如果不存在负荷上升，该方法回到步骤S1。如果存在负荷上升，在步骤S2中询问，是否预设的持续时间已经走完。预设的持续时间可以手动地输入或通过询问参数数据库预置。如果在步骤S2的询问中判定，预设的持续时间还没有走完，则回到步骤S2。随该询问应该包括在图1中示出的起振进程。

如果在步骤S2中预设的持续时间走完，则在步骤S3中询问，是否在该持续时间内超过了过负荷阈值。步骤S3的询问还可以与步骤S2同时进行。

如果超过了过负荷阈值、特别是总过负荷阈值或针对力传感器的、特殊的过负荷阈值，则实施紧急切断，其由上位设置的控制装置在步骤S4中通过产生相应的信号来触发。

如果在步骤S3期间没有超出过负荷阈值(测量信号位于窗口内)，则确定平均负荷(撒布器/撒布器加集装箱)，从平均负荷中又确定“动态”跃变阈值。所有这些在步骤S5中实现。

如果之前还不存在动态跃变阈值，则在步骤S6中该跃变阈值确定为“新”的过渡阈值。如果已经存在跃变阈值，则新的值被确定为“新”的过渡阈值。

在询问S7中检查是否提升进程已经结束。如果其结束，则按照本发明的过负荷监测结束。如果提升进程还没有结束，回到步骤S1。

Claims (10)

1.一种用于动态识别起重设备的错误运行的方法，其中，所述起重设备具有至少一个力传感器，所述力传感器与物料抓取装置配合，具有下列步骤：

监控力传感器的信号的上升，所述信号与通过所述物料抓取装置施加的力成比例，

如果探测到上升，则检查是否超出标称的过负荷阈值；

如果超出了标称的过负荷阈值，则产生切断信号，从而在尽可能最短的持续时间内切断起重设备；

其特征在于，

定义提升带有或不带有额外的负荷的物料抓取装置所需的持续时间，其中，所述持续时间事先手动地输入到控制装置中或者所述持续时间以参数的形式预设，所述参数保存在所述控制装置的储存装置中；

如果探测到上升，在定义的持续时间内监控信号是否超出过负荷阈值；

如果在定义的持续时间内没有超出过负荷阈值，从信号中确定平均重力，且将平均重力确定为基本负荷；

将动态跃变阈值确定为过负荷阈值，其大于基本负荷且小于标称的过负荷阈值；

监控信号是否大于或等于动态跃变阈值，且当信号大于或等于动态跃变阈值时产生切断信号。

2.如权利要求1所述的方法，其中，信号在要进行的提升进程期间经过一个起振阶段，其被包括在定义的持续时间内，且基本负荷与信号的平均值一致。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中，询问在信号上升期间是否操作起重设备的升降机构。

4.如权利要求1或2所述的方法，其中，设置多个力传感器，具有下列步骤：

针对每个力传感器检测是否超出了针对力传感器的过负荷阈值，其小于总系统的标称的过负荷阈值。

5.如权利要求1或2所述的方法，其中，连续地实施动态跃变阈值的监控。

6.如权利要求1或2所述的方法，其中，在每个提升进程中重新确定动态跃变阈值。

7.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述起重设备是集装箱起重机。

8.如权利要求3所述的方法，其中，所述起重设备的升降机构是卷扬机。

9.一种起重机，具有过负荷保护装置，所述过负荷保护装置具有控制装置，所述控制装置适用于实施如权利要求1-8中任一项所述的方法，所述起重机还具有撒布器，所述撒布器配有力传感器，所述力传感器作用在撒布器的角部，用以在负荷的角点上确定各角点负荷，从所述角点负荷中能够导出总负荷。

10.如权利要求9所述的起重机，其中，所述负荷是集装箱。

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