CN102491176A - 起重机回转控制的方法、装置和系统以及起重机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种起重机回转控制的方法、装置和系统以及起重机，用以解决现有技术中对于柔性连接吊重物的起重机的回转控制效果不佳的问题。该方法包括：根据当前起重机的回转机构的回转线速度、吊重物与吊绳形成的摆的长度、以及预先设置的针对起重机当前工况的吊绳与竖直方向的夹角，得出所述吊重物的回转线速度；在所述回转机构的回转线速度超出所述吊重物的回转线速度的差值大于第一预设值的情况下，降低所述起重机的回转速度。采用本发明的技术方案，有助于在满足车辆稳定性、结构强度和刚度的条件下，降低重物的冲击和重物切向偏转角以及对吊臂头部的冲击载荷，从而保证作业的安全。

Description

起重机回转控制的方法、装置和系统以及起重机

技术领域

本发明涉及工程机械控制技术领域，特别地涉及一种起重机回转控制的方法、装置和系统以及起重机。

背景技术

起重机是一种常见的工程机械。对于各种起重机来说，通常具有支腿、回转体、吊臂，吊臂头部可通过钢丝绳连接重物实现吊装作业。如图1所示，图1是根据现有技术中的起重机的吊装及回转结构的简图。

图1中示出了起重机的支腿11、回转平台12、吊臂13、吊臂头14、连接在吊臂头与重物之间的吊绳15，并同时示出了吊重物16。在回转过程中，回转平台绕直线L转动，该线L垂直于回转平面并经过回转平台的回转中心O。

在相关技术中，为了确保作业平稳，通常基于吊臂的回转速度来控制起重机的回转。在实现本发明的过程中，发明人发现在柔性连接吊重物的情况下，相关技术中对于起重机回转的控制效果不佳。参考图1，吊臂头部、吊重物为刚性体，之间的连接为钢丝绳，可称之为柔性连接。在柔性连接状态下，因臂头运转速度V1与和重物运转速度V2在回转启动、停止和匀速时两者并不相同，因此引起重物法向和切向的偏摆，造成整车臂架系统的失稳甚至断裂或翻车。

对于相关技术中对于柔性连接吊重物的起重机的回转控制效果不佳的问题，目前尚未提出有效解决方案。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种起重机回转控制的方法、装置和系统以及起重机，以解决现有技术中对于柔性连接吊重物的起重机的回转控制效果不佳的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种起重机回转控制的方法。

本发明提供的起重机回转控制的方法包括：根据当前起重机的回转机构的回转线速度、吊重物与吊绳形成的摆的长度、以及预先设置的针对起重机当前工况的吊绳与竖直方向的夹角，得出所述吊重物的回转线速度；在所述回转机构的回转线速度超出所述吊重物的回转线速度的差值大于第一预设值的情况下，降低所述起重机的回转速度。

进一步地，所述根据当前起重机的回转机构的回转线速度、预先设置的针对起重机当前工况的吊绳与竖直方向的夹角、以及吊重物与吊绳形成的摆的长度，得出所述吊重物的回转线速度，包括：根据公式

确定V1，其中，α表示所述夹角，V1表示所述吊重物的回转线速度，V2表示所述回转机构的回转线速度，H表示所述摆的长度，T表示所述摆的周期。

进一步地，所述降低所述起重机的回转速度之后，还包括：在所述差值小于第二预设值的情况下，增大所述起重机的回转机构的回转线速度。

根据本发明的另一个方面，提供了一种起重机回转控制的装置。

本发明提供的起重机回转控制的装置包括：确定模块，根据当前起重机的回转机构的回转线速度、吊重物与吊绳形成的摆的长度、以及预先设置的针对起重机当前工况的吊绳与竖直方向的夹角，得出所述吊重物的回转线速度；调整模块，在所述回转机构的回转线速度超出所述吊重物的回转线速度的差值大于第一预设值的情况下，降低所述起重机的回转速度。

进一步地，所述确定模块还用于：根据公式

确定V1，其中，α表示所述夹角，V1表示所述吊重物的回转线速度，V2表示所述回转机构的回转线速度，H表示所述摆的长度，T表示所述摆的周期。

进一步地，所述调整模块还用于：在所述差值小于第二预设值的情况下，增大所述起重机的回转机构的回转线速度。

根据本发明的又一个方面，提供了一种起重机回转控制的系统。

本发明的起重机回转控制的系统包括：操纵装置，用于在受到外部操作时发出操作信号；控制装置，用于在所述操作信号存续期间，根据当前起重机的回转机构的回转线速度、吊重物与吊绳形成的摆的长度、以及预先设置的针对起重机当前工况的吊绳与竖直方向的夹角，得出所述吊重物的回转线速度，以及在所述回转机构的回转线速度超出所述吊重物的回转线速度的差值大于第一预设值的情况下，降低所述起重机的回转速度。

进一步地，所述操纵装置为所述起重机的操作手柄；或者，所述操纵装置为踏板；或者，所述操纵装置为按钮。

进一步地，所述控制装置还用于在所述差值小于第二预设值的情况下，增大所述起重机的回转机构的回转线速度。

根据本发明的又一个方面，提供了一种起重机。

本发明的起重机具有柔性连接吊重物的装置，还具有本发明的起重机回转控制的系统。

根据本发明的技术方案，通过针对起重机当前工况计算吊重物的回转线速度，并且控制吊重物的回转线速度与起重机的回转机构的回转线速度之间的差值，使得在满足车辆稳定性、结构强度和刚度的条件下，更为准确地控制了吊重物的回转速度，保证了重物在回转启动、运行和停止、定位时的平稳，大幅降低了重物的冲击和重物切向偏转角以及对吊臂头部的冲击载荷，实现了吊装过程以吊装物体为目标的控制。

附图说明

说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，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是根据现有技术中的起重机的吊装及回转结构的简图。；

图2是根据本发明实施例的起重机回转控制的方法的示意图；

图3是根据本发明实施例的回转平面运行状态示意图；

图4是根据本发明实施例的起重机回转机构的回转线速度和吊重物回转线速度的示意图；

图5是根据本发明实施例的起重机回转控制的装置的主要模块示意图；

图6是根据本发明实施例的起重机回转控制的系统的主要组成部分的示意图；

图7是与本发明实施例相关的操作手柄行程的示意图；

图8是根据本发明实施例的控制电流与起重机回转机构的回转速度相对应的示意图；

图9是根据本发明实施例的控制方式的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图2是根据本发明实施例的起重机回转控制的方法的示意图，如图2所示，该方法主要包括如下步骤：

步骤S21：根据当前起重机的回转机构的回转线速度、吊重物与吊绳形成的摆的长度、以及预先设置的针对起重机当前工况的吊绳与竖直方向的夹角，得出吊重物的回转线速度；

步骤S23：在回转机构的回转线速度超出吊重物的回转线速度的差值大于第一预设值的情况下，降低起重机的回转速度。

起重机的回转机构的回转线速度可以根据现有的各种方式来确定。例如根据发动机转速，按照发动机转速与回转泵的最大输出流量、回转马达最大输出转速以及回转机构回转速度之间的关系来确定，也可以直接检测回转机构中的齿轮的转速从而确定回转机构的回转线速度。

可以预先设置针对起重机当前工况的吊绳与竖直方向的夹角。可以根据当前吊臂长度和工作幅度在最大起重量和最小起重量，按照结构稳定性公式计算得出两个吊绳与竖直方向的夹角值，对于当前工况下的起重量介于最大起重量和最小起重量之间，因此针对起重机当前工况的吊绳与竖直方向的夹角可通过上述计算得出的两个夹角值通过插值法得到。另外预先设置的上述夹角也可以直接采用根据国家标准提供的数值5°。

在步骤S21中，具体可以根据公式来确定吊重物的回转线速度。其中，α表示预先设置的针对起重机当前工况的吊绳与竖直方向的夹角，V1表示吊重物的回转线速度，V2表示回转机构的回转线速度，H表示吊重物与吊绳形成的摆的长度，T表示该摆的周期，可采用

计算，其中g表示重力加速度。其中。该摆的长度可以采用吊绳的长度，或者更精确地可采用吊臂头部至吊重物重心之间的距离。视控制精度要求而定。

回转泵最大输出流量计算公式可采用Q_p＝V_p·n₁·η，式中V_p为油泵的排量，可根据电流大小随机变化，n₁为发动机的转速。回转马达最大输出转速计算公式为式中V_m为液压马达的排量，可根据电流大小随机变化，η为机械工作效率。回转机构回转速度计算公式为

i为回转减速机传动比，Z₂、Z₁为回转大小齿轮齿数。V2的计算方式可采用：

起重机当前作业半径的计算方法为R＝L·cosβ+Δfy，式中L为起重臂架长度，β为起重臂变幅角度，Δfy为当前起重量和臂架组合下臂架变幅方向的挠度，通过标准构架绕度计算公式和现场实际测量值进行修正计算得出。从以上计算公式中可以看出，回转机构线速度的大小或者加减速除了系统正常的配置外可以通过液压电控变量泵和电控变量马达的电流大小得到控制，同时回转机构的线速度也可以通过检测回转机构转速n经过验算得到。以上的计算中，各量的单位可采用国际单位制，也可以采用其他单位制。

图3是根据本发明实施例的回转平面运行状态示意图。图3示出了起重机支腿31、回转体32、吊臂33、臂头34、吊绳35、吊重物36，以及吊绳与竖直方向的夹角α(或称作摆转角度)、吊重物法向运动方向37和切向运动方向38，以及吊重物36回转轨迹39。吊重物的回转线速度V1沿切向运动方向38。

根据上述步骤控制起重机回转机构的回转速度，得到的控制效果的示例参见图4。图4是根据本发明实施例的起重机回转机构的回转线速度和吊重物回转线速度的示意图。图4所示的坐标系中，横坐标表示时间，纵坐标表示速度，线条41表示起重机回转线速度，线条42表示吊重物回转线速度，43表示回转启动阶段，44表示回转平稳运行阶段，45表示回转停止阶段，46表示回转过程中起重机回转机构的回转线速度和吊重物回转线速度相等的阶段，47表示回转停止之前的起重机回转机构的回转线速度和吊重物回转线速度相等的阶段。T0为回转机构即臂头回转启动时间点，T0`为吊重物回转启动时间点，因两者为柔性连接方式，因此T0与T0`的时间差客观存在，从而存在偏转角度α。根据重物摆转规律和现有计算方式，T0与T0`的时间差可以近似为重物摆转周期T的1/4。在两者速度相等阶段，其偏转角度α近似为零。

如图4所示，在T2之后，降低了起重机回转机构的回转线速度，从而使吊重物的回转速度接近起重机回转机构的回转速度，在T3之后，可以增大起重机回转机构的回转速度。在实际运行中，可以在在起重机回转机构的回转线速度超出吊重物的回转线速度的差值小于预设值的情况下增大起重机的回转机构的回转线速度。

图5是根据本发明实施例的起重机回转控制的装置的主要模块示意图。如图5所述，本发明实施例的起重机回转控制的装置50主要包括：

确定模块51，用于根据当前起重机的回转机构的回转线速度、吊重物与吊绳形成的摆的长度、以及预先设置的针对起重机当前工况的吊绳与竖直方向的夹角，得出吊重物的回转线速度；调整模块52，用于在回转机构的回转线速度超出吊重物的回转线速度的差值大于第一预设值的情况下，降低起重机的回转速度。

确定模块51还可用于：根据公式

确定V1，其中，α表示所述夹角，V1表示吊重物的回转线速度，V2表示回转机构的回转线速度，H表示吊重物与吊绳形成的摆的长度，T表示该摆的周期。

调整模块51还可用于：在回转机构的回转线速度超出吊重物的回转线速度的差值小于第二预设值的情况下，增大起重机的回转机构的回转线速度。

图6是根据本发明实施例的起重机回转控制的系统的主要组成部分的示意图。起重机回转控制的系统60主要包括操纵装置61和控制装置62。其中操纵装置61用于在受到外部操作时发出操作信号；控制装置62用于在该操作信号存续期间，根据当前起重机的回转机构的回转线速度、吊重物与吊绳形成的摆的长度、以及预先设置的针对起重机当前工况的吊绳与竖直方向的夹角，得出吊重物的回转线速度，以及在回转机构的回转线速度超出吊重物的回转线速度的差值大于第一预设值的情况下，降低起重机的回转速度。

操纵装置61可以是起重机的操作手柄。另外也可以是踏板或按钮。在现有技术中，操作手柄的行程决定了起重机回转机构的回转速度，在本实施例中，不论操作手柄的行程大小，均视作相同的操作指令，具体的起重机回转机构的回转速度由控制装置决定。图7是与本发明实施例相关的操作手柄行程的示意图。图7中示出了手柄71、手柄运行轨迹72、手柄摆转角度73和手柄行程74。该手柄行程是手柄在水平面上投影的长度。图8是根据本发明实施例的控制电流与起重机回转机构的回转速度相对应的示意图。这里的控制电流是用于控制回转机构转速的电流，按现有技术中的方式应用，例如施加在回转泵或回转马达上。图8示出了手柄行程与手柄输出的电流之间的关系曲线81、手柄行程与控制电流之间的关系曲线82以及起重机回转机构的回转速度之间的关系曲线83。从图8可以看出，手柄行程越大，其输出的电流可以越大，但实际控制电流由控制系统决定，并不与手柄行程有必然的联系。这里的控制系统包含本实施例中的系统60，其工作方式可以采用图9的方式。图9是根据本发明实施例的控制方式的示意图。手柄的行程实际上给出一个时间段以及命令在该时间段内需有实际控制电流，而实际控制电流的大小不由手柄行程决定。在控制系统的控制下，实际控制电流实现了如曲线83所示的控制效果。

根据本实施例的技术方案，通过针对起重机当前工况计算吊重物的回转线速度，并且控制吊重物的回转线速度与起重机的回转机构的回转线速度之间的差值，使得在满足车辆稳定性、结构强度和刚度的条件下，更为准确地控制了吊重物的回转速度，保证了重物在回转启动、运行和停止、定位时的平稳，大幅降低了重物的冲击和重物切向偏转角以及对吊臂头部的冲击载荷，实现了吊装过程以吊装物体为目标的控制。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

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 (10)

1.一种起重机回转控制的方法，其特征在于，包括：

根据当前起重机的回转机构的回转线速度、吊重物与吊绳形成的摆的长度、以及预先设置的针对起重机当前工况的吊绳与竖直方向的夹角，得出所述吊重物的回转线速度；

在所述回转机构的回转线速度超出所述吊重物的回转线速度的差值大于第一预设值的情况下，降低所述起重机的回转速度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据当前起重机的回转机构的回转线速度、预先设置的针对起重机当前工况的吊绳与竖直方向的夹角、以及吊重物与吊绳形成的摆的长度，得出所述吊重物的回转线速度，包括：

根据公式 $\mathrm{\α}=\frac{\arctan (V2-V1)\×T}{4H}$ 确定V1，

其中，α表示所述夹角，V1表示所述吊重物的回转线速度，V2表示所述回转机构的回转线速度，H表示所述摆的长度，T表示所述摆的周期。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述降低所述起重机的回转速度之后，还包括：在所述差值小于第二预设值的情况下，增大所述起重机的回转机构的回转线速度。

4.一种起重机回转控制的装置，其特征在于，包括：

确定模块，用于根据当前起重机的回转机构的回转线速度、吊重物与吊绳形成的摆的长度、以及预先设置的针对起重机当前工况的吊绳与竖直方向的夹角，得出所述吊重物的回转线速度；

调整模块，用于在所述回转机构的回转线速度超出所述吊重物的回转线速度的差值大于第一预设值的情况下，降低所述起重机的回转速度。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述确定模块还用于：

根据公式 $\mathrm{\α}=\frac{\arctan (V2-V1)\×T}{4H}$ 确定V1，

其中，α表示所述夹角，V1表示所述吊重物的回转线速度，V2表示所述回转机构的回转线速度，H表示所述摆的长度，T表示所述摆的周期。

6.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述调整模块还用于：在所述差值小于第二预设值的情况下，增大所述起重机的回转机构的回转线速度。

7.一种起重机回转控制的系统，其特征在于，包括：

操纵装置，用于在受到外部操作时发出操作信号；

控制装置，用于在所述操作信号存续期间，根据当前起重机的回转机构的回转线速度、吊重物与吊绳形成的摆的长度、以及预先设置的针对起重机当前工况的吊绳与竖直方向的夹角，得出所述吊重物的回转线速度，以及在所述回转机构的回转线速度超出所述吊重物的回转线速度的差值大于第一预设值的情况下，降低所述起重机的回转速度。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，

所述操纵装置为所述起重机的操作手柄；

或者，所述操纵装置为踏板；

或者，所述操纵装置为按钮。

9.根据权利要求7或8所述的系统，其特征在于，所述控制装置还用于在所述差值小于第二预设值的情况下，增大所述起重机的回转机构的回转线速度。

10.一种起重机，具有柔性连接吊重物的装置，其特征在于，所述起重机还具有权利要求7，8，或9所述的系统。

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