CN102807170B - 起重机及其双卷扬同步控制装置、控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种双卷扬同步控制装置，吊钩通过吊钩组件与所述双卷扬连接；所述同步控制装置包括角度信号采集部件和控制器，其中，所述角度信号采集部件用于获取所述吊钩组件的框架的姿态角度，所述控制器根据所述吊钩组件框架的姿态角度输出同步控制信号至所述双卷扬中一者或两者的驱动机构，以控制所述吊钩组件框架的姿态保持水平。本发明所述双卷扬同步控制装置可确保其吊钩组件框架处于水平姿态，提高整机的工作稳定性。在此基础上，本发明还提供一种双卷扬同步控制方法及应用该同步控制装置的起重机。

Description

起重机及其双卷扬同步控制装置、控制方法

技术领域

本发明涉及一种工程机械技术，具体涉及一种起重机及其双卷扬同步控制装置、控制方法。

背景技术

基于施工需求的日趋变化，现有起重机技术得以迅速发展，仅用不到十年的时间完成了从百吨级产品至千吨级产品的跨越式发展。目前，大型起重机在起吊较大重量的载荷时，将采用两个卷扬通过滑轮组同时提升一个起重吊钩，以适用较大起吊重量的使用工况。

然而，在起重机使用双卷扬起吊的工作过程中，受到外力、液压油流量不均、钢丝绳缠绕差异等因素的影响，极易造成吊钩滑轮组偏斜工作，从而导致滑轮损坏和钢丝绳加速磨损。另外，偏斜状态下的滑轮组也会使得两个卷扬的负荷不相等，这样，当满载荷吊重物时，必将会有一个卷扬超载工作而发生安全事故，因此存在十分严重的安全隐患。

为有效提高双卷扬的同步性能，各工程机械制造商均提出了相应的控制技术。例如，图1、图2和图3所示的一种解决方案。图中所示，卷扬1、2的钢丝绳分别经轮轴9上的引导滑轮3、4，左右对称绕设于吊钩组件5上，吊钩10设置在吊钩组件5下方；且在引导滑轮3、4处分别安装有感应式的电检测开关6、7，以检测固定在引导滑轮外侧带有方形齿的感应盘8。工作过程中，当滑轮旋转时感应盘的方形齿和缺口分别通过检测开关，开关相应发出通和断的信号，将这些脉冲信号进行累计计数，脉冲的实时累计数即对应为出绳(或收绳)的长度值。控制系统对两钢丝绳的长度差值进行比较，通过比较结果按照一定的规则来调节两卷扬的速度，使钢丝绳长度大的适当降低速度，使钢丝绳长度小的适当提高速度，直到两卷扬出绳量(或收绳量)的差值在允许的范围内。

基于前述工作过程分析可知，该技术的核心是通过电检测开关来检测卷扬出（收）绳量，以实现双卷扬同步控制。但是，受其工作原理的限制，该技术存在以下缺点：

首先，吊载前初始水平状态仅靠人来观察，不能保证初始水平精度，若吊载作业前吊钩组件框架的姿态未处于水平，吊载过程中即使卷扬的出（收）绳量相同，也不能保证双卷扬工作同步，受力相等。

第二，通过在滑轮处安装电检测开关来计算引导滑轮处卷扬的出（收）绳量，检测和计算过程中存在误差，控制精度不高。

第三，需在滑轮外侧安装带有感应齿的感应盘，结构复杂，加工误差直接影响同步控制精度。

有鉴于此，亟待另辟蹊径提供一种同步驱动吊钩的双卷扬同步控制技术，在吊钩装置平稳工作的基础上，同时确保双卷扬保持均载工作状态。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种双卷扬同步控制装置，以确保其吊钩组件处于水平姿态，提高整机的工作稳定性。在此基础上，本发明还提供一种双卷扬同步控制方法及应用该同步控制装置的起重机。

本发明提供的双卷扬同步控制装置，吊钩通过吊钩组件与所述双卷扬连接；所述同步控制装置包括角度信号采集部件和控制器，其中，所述角度信号采集部件用于获取所述吊钩组件的框架的姿态角度，所述控制器根据所述吊钩组件框架的姿态角度输出同步控制信号至所述双卷扬中一者或两者的驱动机构，以控制所述吊钩组件框架的姿态保持水平。

优选地，还包括两个转速信号采集部件，分别用于获取所述双卷扬的转速；所述控制器配置成：所述姿态角度信号为报错信号时，根据所述双卷扬的转速输出冗余同步控制信号至所述双卷扬中一者或两者的驱动机构。

优选地，所述控制器包括存储单元、比较判断单元和输出单元；其中，所述存储单元用于存储预设的姿态角度阈值；所述比较判断单元以所述姿态角度大于所述姿态角度阈值为条件，获得调整姿态的判断结果；所述输出单元根据所述判断结果输出同步控制信号。

优选地，所述存储单元还用于存储预设的转速差阈值，当所述姿态角度信号为报错信号时，所述比较判断单元以所述双卷扬的转速差大于所述转速差阈值为条件，获得冗余调整姿态的判断结果。

优选地，所述输出单元还根据所述判断结果输出报警信号至警示灯或者蜂鸣器。

优选地，所述角度信号采集部件包括无线角度传感器和无线接收器；其中，所述无线角度传感器设置在所述吊钩组件框架上，所述无线接收器接收所述无线角度传感器采集的姿态角度信号，并输出至所述控制器。

优选地，所述驱动机构为电机或者液压马达。

本发明提供的双卷扬同步控制方法，吊钩通过吊钩组件与所述双卷扬连接；按照下述步骤进行：

S1.获取所述吊钩组件的框架的姿态角度；

S2.根据所述吊钩组件框架的姿态角度输出同步控制信号至所述双卷扬中一者或两者的驱动机构，以控制所述吊钩组件框架的姿态保持水平。

优选地，步骤S2前执行：

S3.判断所述姿态角度信号是否为报错信号；若是，则

S4.根据所述双卷扬的转速输出冗余同步控制信号至所述双卷扬中一者或两者的驱动机构。

本发明提供的起重机，包括铰接于底盘的吊臂装置和悬置于所述吊臂装置的臂头部的吊钩，所述吊钩通过吊钩组件与设置在底盘上的双卷扬连接；还包括如前所述的双卷扬同步控制装置。

本发明所述双卷扬同步控制装置进行了改进设计，该方案采用角度信号采集部件获取吊钩组件框架的姿态角度，并基于吊钩组件框架的姿态角度输出同步控制信号至双卷扬中一者或两者的驱动机构，以通过两个卷扬的出绳长度控制吊钩组件框架的姿态保持水平。实际使用过程中，在起重吊载前首先进行初始工作状态下的同步控制，可保证吊载前吊钩组件框架处于水平状态，这样，在额定负荷状态下，能够完全规避双卷扬中的一者过载；吊载过程可根据当前吊钩组件框架的姿态角度实时调节两个卷扬的转动速度，即便受到外力、液压油流量不均、钢丝绳缠绕差异等因素的影响，也可以保证双卷扬同步工作，进而使得吊钩组件框架在吊载过程中始终处于水平状态。

与现有技术相比，本方案可保证吊载启动时刻及吊载全程的双卷扬同步，以及吊钩组件框架的有效调平，由于应用该同步控制装置的吊钩组件不会产生偏斜现象，因此不会导致滑轮损坏和钢丝绳非常态磨损的问题；此外，有效的调平吊钩组件框架为两个卷扬的均载同步要求提供了可靠保障，确保卷扬装置及其驱动机构处于安全可靠的工作状态，大大提高了整机作业的安全可靠性。

本发明的优选方案进一步增设有冗余同步控制功能，采用转速信号采集部件分别获取双卷扬的转速，当角度信号采集部件出现故障时，则根据双卷扬的转速输出冗余同步控制信号至双卷扬中一者或两者的驱动机构。相对于角度信号采集部件而言，转速信号采集部件作为冗余保护手段，根据所获取的两个卷扬的转速控制双卷扬同步，可进一步提高同步控制的安全可靠性。

附图说明

图1是现有技术中双卷扬单钩吊载整体结构示意图；

图2是图1中所示同步装置的感应盘示意图；

图3是图1中所示同步装置的引导滑轮处的局部放大示意图；

图4是具体实施方式所述起重机的整体结构示意图；

图5是具体实施方式所述双卷扬驱动吊钩的装配关系示意图；

图6是第一实施例所述双卷扬同步控制装置的方框图；

图7示出了无线角度传感器的整体结构示意图；

图8示出了图6所示双卷同步控制装置的原理框图；

图9是第二实施例所述双卷扬同步控制装置的方框图；

图10示出了图9所示双卷同步控制装置的原理框图；

图11示出了第二实施例中所述转速传感器的一种装配关系示意图。

图4-图11中：

角度信号采集部件10、无线角度传感器11、无线接收器12、吊钩组件20、控制器30、存储单元31、比较判断单元32、输出单元33、显示器40、第一转速信号采集部件51、第二转速信号采集部件52、第一卷扬驱动机构61、第二卷扬驱动机构62、液压马达70。

具体实施方式

本发明的核心是针对双卷扬同步控制技术进行优化，在可靠控制其吊钩组件保持水平姿态的基础上，有效规避了偏载影响整机稳定性。下面结合说明书附图具体说明本实施方式。

不失一般性，本实施方式以轮式起重机作为主体详细说明。

请参见图4，该图是本实施方式所述轮式起重机的整体结构示意图。

如图所示，该起重机包括轮式底盘、设置在轮式底盘上的上车转台、铰接于上车转台前部的吊臂装置、提供重物升降驱动力的卷扬装置，以及位于上车转台后部的配重装置等主要功能部件。

需要说明的是，本实施方式所述前述功能部件可以采用现有技术实现，故本文对于底盘、上车转台、吊臂装置等功能构件的具体不再赘述。

该轮式起重机具有双卷扬单钩吊载工况，吊钩通过滑轮组件与双卷扬连接，以适用于起吊较重载荷的工况。具体连接结构可以与现有技术相同，请一并参见图5，该图示出了双卷扬驱动吊钩的装配关系示意图。为详细说明本申请的发明点，请进一步参见图6所示的双卷扬同步控制装置的方框图。

如图6所示，该同步控制装置包括角度信号采集部件10，用于获取吊钩组件20框架的姿态角度，并将该姿态角度转换成可用输出信号；控制器30接收该信号后，根据吊钩组件20框架的姿态角度输出同步控制信号至双卷扬中一者或两者的驱动机构，即，第一卷扬驱动机构61和第二卷扬驱动机构62，以控制吊钩组件20框架的姿态保持水平。本文中，吊钩组件包括吊钩组件框架及滑轮组，该吊钩组件框架包括安装滑轮组的结构及用于连接吊钩的连接板。应当理解，基于整机动力传动的总体设计，卷扬的驱动机构可以为电机或者液压马达。

也就是说，通过两个卷扬的出绳长度控制吊钩组件20框架始终处于水平状态，如图5所示，若吊钩组件20框架倾斜导致其左侧下移，则输出降速控制信号至左侧卷扬和/或输出升速控制信号至右侧卷扬，即，左侧卷扬出绳长度相对减少，右侧卷扬出绳长度相对增加；若吊钩组件20框架倾斜导致其右侧下移，则输出升速控制信号至左侧卷扬和/或输出降速控制信号至右侧卷扬，即，左侧卷扬出绳长度相对增加，右侧卷扬出绳长度相对减少。实际使用过程中，在起重吊载前首先进行初始工作状态下的调平控制，可保证吊载前吊钩组件处于水平状态，这样，在额定负荷状态下，能够完全规避双卷扬中的一者过载；吊载过程可根据当前吊钩组件框架的姿态角度实时调节两个卷扬的转动速度，即便受到外力、液压油流量不均、钢丝绳缠绕差异等因素的影响，也可以保证双卷扬同步工作，进而使得吊钩组件在吊载过程中始终处于水平状态。

本方案中，角度信号采集部件10可以采用接触式角度传感器或者非接触式角度传感器，只要满足角度信号采集的功能需要均可。由于吊钩组件20框架及吊钩相对于吊臂装置的工作位置实时变化，故角度信号采集部件10优选采用无线传输信号的角度传感器，具体如图7所示，包括无线角度传感器11和无线接收器12。

无线角度传感器11设置在吊钩组件20框架上，吊重时随吊钩组件20上下移动；应当理解，只要能够实时获取姿态角度信号均可，图中所示，无线角度传感器11在吊钩组件20框架的连接板处，相对而言结构简单易于实现。无线接收器12接收无线角度传感器11采集的姿态角度信号，且其输出端与控制器30相连，输出模拟量信号或者总线信号至控制器30。无线传感器测量精度可达到±0.1°，控制精度高。

具体地，作为主令装置的控制器可以采用逻辑电路设计实现，按照预定顺序改变电路接线及电路中电阻值来控制电机的启动、调速、制动，或者控制液压马达的启动、液压油流量、制动等操作，即完全靠硬件来实现指令的功能。当然，也可以采用PLC控制器来实现相应的指令功能，通过内部程序实现系统的自动控制，以克服逻辑电路控制器所存在的结构复杂，设计完成后不能再修改或扩充的缺陷，请一并参见图8，该图示出了双卷同步控制装置的原理框图。

如图6所示，该控制器30包括存储单元31、比较判断单元32和输出单元33。其中，存储单元31用于存储预设的姿态角度阈值；比较判断单元32以所述姿态角度大于所述姿态角度阈值为条件，获得调整姿态的判断结果；输出单元33根据所述判断结果输出同步控制信号。以驱动机构为液压马达为例，PLC的输出端（输出单元33）与相应的控制电磁阀的信号接收端相连。

需要说明的是，姿态角度阈值为吊钩组件20框架的倾斜角度允许值，该阈值可以根据不同车型设计进行设定。众所周知，吊钩组件20框架的倾斜角度允许值与滑轮间距、轮槽尺寸、钢丝绳直径及吊钩组件20与卷扬之间的距离等参数直接相关，具体可根据安全性要求进行相应的设定。例如，姿态角度阈值设定为±1°，若角度信号采集部件10所获取的当前吊钩组件20框架的姿态角度大于1°，则输出单元33输出同步控制信号至双卷扬中一者或两者的驱动机构。

当然，还可以预设一姿态角度安全阈值，在同步控制过程中，受外界因素影响导致吊钩组件20框架的姿态角度大于该姿态角度安全阈值时，则控制器30可作出危险工况的判断，并输出卷扬停止工作的强制控制信号，以避免危险操作。另外，可以通过显示器40提供人机交互界面，以实时显示吊钩组件倾斜角度等工作状态；此外，也可以根据判断结果输出报警信号至警示灯或者蜂鸣器（图中未示出），以从视听两方面提示操作者及外周辅助工作人员关注，避免危险工况的出现。

除双卷同步控制装置外，本实施例在此基础上还提供一种同步控制方法，按照下述步骤进行：

S1.获取所述吊钩组件的姿态角度；

S2.根据所述吊钩组件的框架的姿态角度输出同步控制信号至所述双卷扬中一者或两者的驱动机构，以控制所述吊钩组件框架的姿态保持水平。

前述第一实施例基于吊钩组件框架的姿态角度进行同步自动控制，可有效控制同步控制精度。但是，当吊载过程中角度信号采集部件出现故障时，则需要将吊重物安全放下。。

基于上述问题，本发明提供了双卷扬控制装置的第二实施例，请一并参见图9和图10，其中，图9是第二实施例所述双卷扬同步控制装置的方框图；图10示出了图9所示双卷同步控制装置的原理框图。

本实施例与第一实施例的区别在于增设冗余同步控制的功能。如图所示，还包括两个转速信号采集部件：第一转速信号采集部件51和第二转速信号采集部件52，分别用于获取所述双卷扬的转速。其中，该转速信号采集部件同样可以采用机械、电气、磁、光和混合式等形式的转速传感器，并可安装在能够检测到卷扬速度的任何位置，例如，设置于图11所示的液压马达70的外部壳体上。其中，控制器30配置成：所述姿态角度信号为报错信号时，根据双卷扬的转速输出冗余同步控制信号至双卷扬中一者或两者的驱动机构。其他组成及配合关系与第一实施例完全相同。

本方案中，存储单元31还用于存储预设的转速差阈值，当姿态角度信号为报错信号时，比较判断单元32以双卷扬的转速差大于转速差阈值为条件，获得冗余调整姿态的判断结果。相对于角度信号采集部件而言，转速信号采集部件作为冗余保护手段，根据所获取的两个卷扬的转速控制双卷扬同步，可进一步提高同步控制的安全可靠性。从而，当无线传感器出现故障时，采用转速传感器控制双卷扬同步。

显然，基于本实施例所述双卷同步控制装置，在第一实施例所述同步控制方法的基础上，其同步控制方法需要在步骤S2前执行：

S3.判断所述姿态角度信号是否为报错信号；若是，则

S4.根据所述双卷扬的转速输出冗余同步控制信号至所述双卷扬中一者或两者的驱动机构。

特别说明的是，本实施方式所提供的双卷扬同步控制装置及同步控制方法不仅适用于轮式起重机，还可以适用于履带式起重机及其他应用双卷扬驱动吊钩的工程机械，任何形式的应用本申请的核心设计均在本申请请求保护的范围内。

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 (9)

1.双卷扬同步控制装置，吊钩通过吊钩组件与所述双卷扬连接；所述同步控制装置包括：

角度信号采集部件，用于获取所述吊钩组件的框架的姿态角度；和

控制器，根据所述吊钩组件框架的姿态角度输出同步控制信号至所述双卷扬中一者或两者的驱动机构，以控制所述吊钩组件框架的姿态保持水平；

其特征在于，还包括两个转速信号采集部件，分别用于获取所述双卷扬的转速；所述控制器配置成：所述姿态角度信号为报错信号时，根据所述双卷扬的转速输出冗余同步控制信号至所述双卷扬中一者或两者的驱动机构。

2.根据权利要求1所述的双卷扬同步控制装置，其特征在于，所述控制器包括：

存储单元，用于存储预设的姿态角度阈值；

比较判断单元，以所述姿态角度大于所述姿态角度阈值为条件，获得调整姿态的判断结果；和

输出单元，根据所述判断结果输出同步控制信号。

3.根据权利要求2所述的双卷扬同步控制装置，其特征在于，所述存储单元还用于存储预设的转速差阈值，当所述姿态角度信号为报错信号时，所述比较判断单元以所述双卷扬的转速差大于所述转速差阈值为条件，获得冗余调整姿态的判断结果。

4.根据权利要求3所述的双卷扬同步控制装置，其特征在于，所述输出单元还根据所述判断结果输出报警信号至警示灯或者蜂鸣器。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的双卷扬同步控制装置，其特征在于，所述角度信号采集部件包括：

无线角度传感器，设置在所述吊钩组件的框架上；和

无线接收器，接收所述无线角度传感器采集的姿态角度信号，并输出至所述控制器。

6.根据权利要求1所述的双卷扬同步控制装置，其特征在于，所述驱动机构为电机或者液压马达。

7.双卷扬同步控制方法，吊钩通过吊钩组件与所述双卷扬连接；其特征在于，按照下述步骤进行：

S1.获取所述吊钩组件的框架的姿态角度；

S2.根据所述吊钩组件框架的姿态角度输出同步控制信号至所述双卷扬中一者或两者的驱动机构，以控制所述吊钩组件框架的姿态保持水平。

8.根据权利要求7所述的双卷扬同步控制方法，其特征在于，步骤S2前执行：

S3.判断所述姿态角度信号是否为报错信号；若是，则

S4.根据所述双卷扬的转速输出冗余同步控制信号至所述双卷扬中一者或两者的驱动机构。

9.起重机，包括铰接于底盘的吊臂装置和悬置于所述吊臂装置的臂头部的吊钩，所述吊钩通过吊钩组件与设置在底盘上的双卷扬连接；其特征在于，还包括如权利要求1至6中任一项所述的双卷扬同步控制装置。