CN102923574A - 一种塔机控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种塔机控制系统及控制方法，该控制系统包括两个位置传感器、压力传感器和控制器；两个位置传感器分别用于检测塔机顶升横梁两端的安全销机构的位置状态；压力传感器用于检测塔机顶升油缸的负载状态；控制器用于根据位置传感器检测的安全销机构的位置状态和压力传感器检测的顶升油缸的负载状态控制顶升油缸的动作，在顶升油缸处于重载状态并且安全销机构处于拔出状态时，或者，在顶升油缸处于轻载状态并且安全销机构处于插入状态时，控制器控制顶升油缸停止动作。在本发明中，充分发挥安全销机构在防止顶升横梁两端的销轴从踏步弧槽中脱出的功能，提高了塔机加节和降节作业的安全性。

Description

一种塔机控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及工程机械领域，特别涉及一种塔机控制系统及控制方法。

背景技术

随着我国经济建设的快速发展，公路、桥梁、机场等基础设施建设，城乡房地产建设、以及大型市政工程建设等项目的不断增多，市场对于工程机械的需求也日益增大，塔式起重机（以下简称塔机）是各类工程建设中应用最普遍的起吊设备。

在自升式塔机中，塔机的升降是依靠顶升横梁、顶升油缸、顶升套架和标准节共同完成的，顶升横梁两端的销轴分别支撑在标准节臂踏步的弧槽中，顶升油缸的两端分别连接在顶升横梁和顶升套架上，通过顶升油缸的伸缩动作带动顶升套架的上下移动。在加节和降节过程中，塔机上部的全部重量支撑在顶升油缸上，顶升油缸安装在顶升横梁上，因此，顶升横梁两端的销轴需要可靠地放入踏步的弧槽中，从而为顶升油缸提供可靠的支撑，以提高作业安全性。

国标GB5144-2006《塔式起重机安全规程》中规定：自升式塔机应具有防止塔身在正常加节、降节作业时，顶升横梁从塔身支承中自行脱出的功能。

据此，为了避免顶升横梁两端的销轴因为意外情况脱出踏步的弧槽，现有技术中在顶升横梁上设有安全销机构，一种典型的安全销机构设在顶升横梁两端的销轴的下方。在塔机加节和降节作业时，顶升横梁两端的销轴落入踏步的弧槽中，将安全销机构插入踏步的弧槽下方的销孔内，通过设置安全销机构防止顶升横梁两端的销轴从踏步的弧槽中脱出；在后续加节和降节作业时，需要将安全销机构从销孔中拔出，然后顶升油缸带动顶升横梁上移或下移，以便进行后续的加节和降节作业。

现有技术中，虽然在塔机上一般都设有安全销机构，但是，在实际应用过程中，由于插入或拔出安全销机构的操作比较繁琐，增加了加节或降节作业的时间，因此，操作人员普遍未执行此项操作，安全销机构在防止顶升横梁两端的销轴从踏步的弧槽中脱出的功能未得到充分发挥，从而影响了操作的安全性。

因此，如何在现有技术的基础上对塔机的控制方式进行改进，以充分发挥安全销机构在防止顶升横梁两端的销轴从踏步的弧槽中脱出的功能，从而提高塔机加节和降节作业的安全性，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种塔机控制系统及控制方法，提高了塔机加节和降节作业的安全性。

一方面，本发明提出了一种塔机控制系统，包括两个位置传感器、压力传感器和控制器；两个位置传感器分别用于检测塔机顶升横梁两端的安全销机构的位置状态；压力传感器用于检测塔机顶升油缸的负载状态；控制器用于根据位置传感器检测的安全销机构的位置状态和压力传感器检测的顶升油缸的负载状态控制顶升油缸的动作，在顶升油缸处于重载状态并且安全销机构处于拔出状态时，或者，在顶升油缸处于轻载状态并且安全销机构处于插入状态时，控制器控制顶升油缸停止动作。

优选地，位置传感器设在顶升横梁上并位于安全销机构的后方。

优选地，两个位置传感器分别与两个开关模块连接，两个开关模块串联接入控制器。

优选地，位置传感器为接近开关，开关模块为继电器。

优选地，压力传感器用于检测顶升油缸的无杆腔的油压，以确定顶升油缸的负载状态为重载状态或轻载状态。

优选地，压力传感器设在顶升液压回路中，用于检测顶升液压回路中油泵的出口油压，以确定顶升油缸的负载状态为重载状态或轻载状态。

优选地，压力传感器为压力开关。

另一方面，本发明提出了一种塔机顶升控制方法，包括：检测塔机顶升横梁两端的安全销机构的位置状态，并检测塔机顶升油缸的负载状态；在顶升油缸处于重载状态并且安全销处于拔出状态时，或者，在顶升油缸处于轻载状态并且安全销处于插入状态时，停止顶升油缸的动作。

优选地，检测塔机顶升油缸的负载状态，具体为：检测顶升油缸的无杆腔的油压以确定顶升油缸的负载状态为重载状态或轻载状态，或者，检测顶升液压回路中油泵的出口油压以确定顶升油缸的负载状态为重载状态或轻载状态。

本发明中，该塔机控制系统和控制方法，塔机在加节和降节过程中，通过检测安全销机构的位置状态和顶升油缸的负载状态以控制顶升油缸的动作：顶升油缸处于重载状态下，为了提高塔机作业安全性，要求安全销机构插入在销孔中，以通过安全销机构防止顶升横梁两端的销轴从踏步的弧槽中脱出；因此，在应用过程中，若检测到两个安全销机构均插入在销孔中，顶升横梁可以为顶升油缸提供稳定的支撑基础，控制顶升油缸正常工作，若检测到其中一个安全销机构未插入在销孔中，则顶升横梁存在从踏步的弧槽中脱出的风险，即顶升横梁处于不稳定状态，控制顶升油缸停止工作；相应地，顶升油缸处于轻载状态下，需要将顶升横梁两端的销轴从踏步的弧槽中脱出，以进行后续加节和降节作业，此时，要求两个安全销机构从销孔中拔出，以使得顶升横梁两端的销轴能够从踏步的弧槽中脱出，在具体操作中可以规范操作人员的操作步骤，避免因操作疏忽忘记将安全销机构拔出时进行顶升油缸的回缩动作并将安全销机构拉断或变形，这样，避免因操作人员的操作不当和过失导致安全事故；因此，在应用过程中，若检测到其中一个安全销机构插入在销孔中，则安全销机构妨碍了顶升横梁从弧槽中顺利脱出，控制顶升油缸停止工作，如检测到两个安全销机构从销孔中拔出，则顶升横梁可以从弧槽中脱出，控制顶升油缸正常工作。

再一方面，本发明提出了一种塔机，包括顶升横梁、顶升油缸、顶升套架和标准节臂，顶升横梁的两端分别安装在标准节臂上，顶升油缸的两端分别连接在顶升横梁和顶升套架上，在顶升横梁的两端分别设有安全销机构，还包括上述的塔机控制系统。

本发明中，应用该塔机控制系统的塔机，可以根据位置传感器检测的安全销机构的位置状态和压力传感器检测的顶升油缸的负载状态控制顶升油缸的动作，塔机在加节和降节过程中，切实发挥了安全销机构在防止顶升横梁两端的销轴从踏步的弧槽中脱出的功能，提高了塔机作业安全性。

附图说明

构成本发明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。

图1为本发明塔机的顶升横梁的安装结构图。

图2为本发明的塔机的顶升液压回路的结构原理图。

图3为本发明中塔机控制系统的结构示意图。

图4为本发明一种实施例方式中塔机控制系统的控制电路示意图。

图5为本发明另一种实施例方式中塔机控制系统的控制电路示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明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。

如图1至图5所示，图1为本发明塔机的顶升横梁的安装结构图，图2为本发明的塔机的顶升液压回路的结构原理图，图3为本发明中塔机控制系统的结构示意图，图4为本发明一种实施例方式中塔机控制系统的控制逻辑图，图5为本发明另一种实施例方式中塔机控制系统的控制逻辑图。

参照图1和图2，在自升式塔机中，塔机的升降是依靠顶升横梁1、顶升油缸5、顶升套架和标准节（图中未示出）共同完成的，在标准节臂上固定有踏步2，在踏步2上设有弧槽21，顶升横梁1两端的销轴11分别支撑在踏步2的弧槽21中，顶升油缸5的两端分别连接在顶升横梁1和顶升套架上，通过顶升油缸5的伸缩动作带动顶升套架的上下移动，安全销机构3设在顶升横梁1两端销轴11的下方，在踏步2的弧槽21下方设有销孔22，安全销机构3可插入或拔出踏步2的销孔22中。

参照图3，本发明提出的塔机控制系统，包括两个位置传感器4、压力传感器6和控制器7；两个位置传感器4分别用于检测顶升横梁两端的安全销机构3的位置状态，压力传感器6用于检测顶升油缸5的负载状态，控制器7用于根据位置传感器检测4的安全销机构3的位置状态和压力传感器6检测顶升油缸5的负载状态控制顶升油缸5的动作。

安全销机构3具有两个位置状态：插于销孔状态和拔出销孔状态。在图1中，在顶升横梁1两端销轴11的下方设有槽口，安全销机构3可以安装在该槽口，具体的，该槽口包括前槽12和后槽13，在安全销机构3上设有挡块；通过操纵安全销机构3，将挡块放入前槽12中，此时安全销机构3处于插于销孔状态，将挡块放入后槽13中，此时安全销机构3处于拔出销孔状态；通过设置前槽12和后槽13并在安全销机构3上设有挡块，安全销机构3具有稳定的插入或拔出状态，这样，在实际应用中便于操作，并提高了操作动作的确定性。

顶升油缸5具有两个负载状态：在进行加节和降节过程中，塔机下支座以上的重量（包含下支座）通过顶升套架支撑在顶升油缸5上，此时顶升油缸5处于重载状态，要求顶升横梁1两端的销轴11支撑在踏步2的弧槽21中；顶升油缸只承受顶升横梁的重量，此时顶升油缸5处于轻载状态，在重载状态切换到轻载状态时，需要将顶升横梁1两端的销轴11从踏步2的弧槽21中脱出。

为了提高塔机加节和降节作业的安全性，控制器7可根据安全销机构3的位置状态和顶升油缸5的负载状态控制顶升油缸5的动作，其具体控制方式为：

在顶升油缸5处于重载状态并且安全销机构3处于插入销孔状态时，控制器7控制顶升油缸5正常工作，在顶升油缸5处于重载状态并且安全销机构3处于拔出销孔状态时，控制器7控制顶升油缸5停止工作；或者，在顶升油缸5处于轻载状态并且安全销机构3处于插入销孔状态时，控制器7控制顶升油缸5停止动作，在顶升油缸5处于轻载状态并且安全销机构3处于拔出销孔状态时，控制器7控制顶升油缸5正常动作。

本发明中，塔机在加节和降节过程中，通过检测安全销机构3的位置状态和顶升油缸5的负载状态以控制顶升油缸5的动作：顶升油缸5处于重载状态下，为了提高塔机作业安全性，要求安全销机构3插入在销孔中，以通过安全销机构3有效地防止顶升横梁1两端的销轴从踏步2的弧槽中脱出；因此，在应用过程中，若检测到两个安全销机构3均插入在销孔中，顶升横梁1可以为顶升油缸5提供稳定的支撑基础，控制顶升油缸5正常工作，若检测到其中一个安全销机构3未插入在销孔中，则顶升横梁1存在从踏步2的弧槽中脱出的风险，即顶升横梁1处于不稳定状态，控制顶升油缸5停止工作；相应地，顶升油缸5处于轻载状态下，需要将顶升横梁1两端的销轴从踏步2的弧槽中顺利脱出，以进行后续加节和降节作业，此时，为了提高塔机作业安全性，要求两个安全销机构3从销孔中拔出，以使得顶升横梁1两端的销轴从踏步2的弧槽中顺利脱出，从而在具体操作中规范操作人员的操作步骤，避免因操作人员的操作不当和过失导致安全事故；因此，在应用过程中，若检测到其中一个安全销机构3插入在销孔中，则安全销机构3妨碍了顶升横梁1从弧槽中顺利脱出，控制顶升油缸5停止工作，如检测到两个安全销机构3从销孔中拔出，则顶升横梁1可以从弧槽中顺利脱出，控制顶升油缸5正常工作。

在安全销机构3的位置状态检测中，安全销机构3具有插于销孔状态和拔出销孔状态，为了对安全销机构3的上述两个状态进行检测，位置传感器4可采用接近开关，在图1中，将接近开关设置在顶升横梁1上位于安全销机构3的后方，接近开关用于检测安全销机构3的位置状态。在安全销机构3插入销孔时，安全销机构3远离接近开关，则接近开关检测不到安全销机构3，在安全销机构3拔出销孔时，安全销机构3靠近接近开关，则接近开关检测到安全销机构3，从而通过接近开关实现对安全销机构3的位置状态的检测。

本例中，上述位置传感器4采用常闭型接近开关，在安全销机构3插入销孔时接近开关输出电压信号，在安全销机构3拔出销孔时接近开关不输出电压信号。在实际应用过程中，为了提高位置检测的准确性，在安全销机构3完全插入销孔中，接近开关输出电压信号，在安全销机构3未插入或未完全插入时，接近开关不输出电压信号。

在具体实施例中，可以采用开关模块对位置传感器4检测的安全销机构3的位置状态进行转换，两个位置传感器4分别与两个开关模块连接，将位置传感器4的位置状态转换为开关模块的通断，并且两个开关模块串联接入控制器7。这样，在两个安全销机构3均插入销孔中，两个接近开关均输出电压信号，使得两个开关模块处于闭合状态，该支路连通，控制器7获取安全销机构3的位置状态；在任意一个安全销机构3未插入销孔中，则相应的接近开关不输出电压信号，相应的开关模块处于关断状态，该支路断开，控制器7不能获取安全销机构3的位置状态。

在图4和图5中，两个位置传感器4均采用常闭型接近开关，分别为第一接近开关SQ1和第二接近开关SQ2，两个开关模块均采用继电器，分别为第一继电器KA1和第二继电器KA2，其中，第一接近开关SQ1控制第一继电器KA1的通断，第二接近开关SQ2控制第二继电器KA2的通断，第一继电器KA1和第二继电器KA2串联接入控制器的DI1开关量输入端。

如果两个安全销机构3都插入销孔中，第一接近开关SQ1和第二接近开关SQ2均输出电压信号，第一继电器KA1和第二继电器KA2的线圈均得电，则第一继电器KA1和第二继电器KA2的开关闭合，该支路连通，DI1输入信号，控制器获取两个安全销机构3的位置状态为插入销孔状态；如果其中一个安全销机构3拔出销孔，检测该安全销机构3位置状态的第一接近开关SQ1不输出电压信号，则第一继电器KA1的线圈失电，则第一继电器KA1的开关关断，该支路断开，DI1不输入信号，控制器获取至少一个安全销机构3的位置状态为拔出销孔状态。

需要说明的是，本例中，第一接近开关SQ1和第二接近开关SQ2选用常闭型传感器，在检测线路故障时，即使安全销机构插入销孔中，控制器也要按照拔出销孔的情况处理，这样就可以及时发现线路故障，避免发生危险状况。

在顶升油缸5的负载状态检测过程中，可通过检测顶升油缸5的无杆腔的油压或者检测顶升液压回路中油泵的出口油压来确定顶升油缸5的负载状态。

在一种实施方式中，如图4所示，通过压力传感器6检测顶升油缸5的无杆腔的油压，从而根据顶升油缸5无杆腔的油压来确定顶升油缸5的负载状态为重载状态或轻载状态。

本例中，压力传感器6具有多种安装方式，可以将压力传感器6安装在顶升油缸的无杆腔的端部，具体的，在无杆腔的端部开孔，将压力传感器6安装在该孔中；或者，在顶升油缸5的无杆腔连接有管道，可以将压力传感器6连接在该管道的外端用于检测无杆腔的压力。

在另一种实施方式中，如图4所示，压力传感器6设在顶升液压回路中，通过压力传感器6检测顶升液压回路中油泵的出口油压，从而通过油泵的出口油压来间接地确定顶升油缸5的负载状态为重载状态或轻载状态。

本例中，顶升液压回路包括油泵、换向阀和顶升油缸5，油泵通过换向阀为顶升油缸5供油，换向阀用于控制顶升油缸5进行换向，油泵通过电机M驱动，在顶升液压油路中还设有平衡阀、溢流阀等。在该顶升液压回路中，可以将压力传感器6设在油泵的出口油路上。在实际应用中，在油泵出口的油路上通常设有压力表用于显示油泵的出口油压，因此，可以在压力表中集成压力检测触头用于检测油泵的出口油压，这样可以简化顶升液压回路的结构。

在图4中，压力传感器6为压力开关SQ3，压力开关SQ3接入控制器的DI2开关量输入端。通过设定压力开关SQ3的切换压力阈值，当检测到无杆腔的油压或油泵的出口油压大于切换压力阈值时，压力开关SQ3闭合，DI2输入信号，则控制器检测到顶升油缸5处于重载状态，当检测到无杆腔的油压或油泵的出口油压小于切换压力阈值时，压力开关SQ3断开，DI2不输入信号，则控制器检测到顶升油缸5处于轻载状态。

在图5中，压力传感器6可以为输出模拟量的压力传感器S1，压力传感器S1接入控制器的AI1模拟量输入点，压力传感器S1检测无杆腔的油压或油泵的出口油压，并将压力值输入至控制器中。在控制器中预先设定顶升油缸5负载状态的压力阈值或压力范围，当压力值大于设定的压力阈值时则顶升油缸5处于重载状态，否则顶升油缸5处于轻载状态；或者，在压力值处于重载压力范围时则顶升油缸5处于重载状态，在无杆腔的油压或者油泵的出口油压处于轻载压力范围时则顶升油缸5处于轻载状态。

在上述实施例中，控制器根据安全销机构3的位置状态和顶升油缸5的负载状态以控制顶升油缸5的动作，具体的，控制器7可控制顶升液压回路中电机M的开启与关闭来实现顶升油缸5正常工作与停止工作。

图4和图5中，在控制器的DO1开关量输出端连接有中间继电器KA3，中间继电器KA3可以控制电机M的开启与关闭。控制器控制顶升油缸5正常工作时，控制器输出电压信号，中间继电器KA3闭合，电机M得电，电机M驱动油泵转动从而带动顶升油缸5动作；控制器控制顶升油缸5停止工作时，控制器不输出电压信号，中间继电器KA3关断，电机M失电，电机M停止工作，油泵停止工作，从而顶升油缸5停止动作。

需要说明的是，本例中，控制器采用逻辑控制装置，通过PLC、专用控制器以及其他种类的逻辑控制装置均可实现上述控制功能。

本发明还提出了一种塔机控制方法，包括：检测塔机顶升横梁两端的安全销机构的位置状态，并检测塔机顶升油缸的负载状态；在顶升油缸处于重载状态并且安全销处于拔出状态时，或者，在顶升油缸处于轻载状态并且安全销处于插入状态时，停止顶升油缸的动作。

其中，上述检测塔机顶升油缸的负载状态具体为：检测顶升油缸的无杆腔的油压以确定顶升油缸的负载状态为重载状态或轻载状态，或者，检测顶升液压回路中油泵的出口油压以确定顶升油缸的负载状态为重载状态或轻载状态。

本发明还提出了一种塔机，包括顶升横梁1、顶升油缸5、顶升套架和标准节臂，在标准节臂上固定两个踏步2，在踏步2上设有弧槽21，顶升横梁1两端的销轴11分别安装在踏步2的弧槽21中，顶升油缸5的两端分别连接在顶升横梁1和顶升套架上，通过顶升油缸5的伸缩动作带动顶升套架的上下移动，安全销机构3设在顶升横梁1两端销轴11的下方，在踏步2的弧槽21下方设有销孔22，安全销机构3可插入或拔出踏步2的销孔22中，还包括上述的塔机控制系统。

通过该塔机控制系统，可以根据位置传感器4检测的安全销机构3的位置状态和压力传感器6检测的顶升油缸5的负载状态控制顶升油缸5的动作，塔机在加节和降节过程中，切实发挥了安全销机构3在防止顶升横梁1两端的销轴11从踏步2的弧槽21中脱出的功能，提高了塔机作业安全性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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)

1.一种塔机控制系统，其特征在于，包括两个位置传感器、压力传感器和控制器；两个位置传感器分别用于检测塔机顶升横梁两端的安全销机构的位置状态；压力传感器用于检测塔机顶升油缸的负载状态；控制器用于根据位置传感器检测的安全销机构的位置状态和压力传感器检测的顶升油缸的负载状态控制顶升油缸的动作，在顶升油缸处于重载状态并且安全销机构处于拔出状态时，或者，在顶升油缸处于轻载状态并且安全销机构处于插入状态时，控制器控制顶升油缸停止动作。

2.根据权利要求1所述的塔机控制系统，其特征在于，位置传感器设在顶升横梁上并位于安全销机构的后方。

3.根据权利要求1或2所述的塔机控制系统，其特征在于，两个位置传感器分别与两个开关模块连接，两个开关模块串联接入控制器。

4.根据权利要求3所述的塔机控制系统，其特征在于，位置传感器为接近开关，开关模块为继电器。

5.根据权利要求1至4任一项所述的塔机控制系统，其特征在于，压力传感器用于检测顶升油缸的无杆腔的油压，以确定顶升油缸的负载状态为重载状态或轻载状态。

6.根据权利要求1至4任一项所述的塔机控制系统，其特征在于，压力传感器设在顶升液压回路中，用于检测顶升液压回路中油泵的出口油压，以确定顶升油缸的负载状态为重载状态或轻载状态。

7.根据权利要求5或6所述的塔机控制系统，其特征在于，压力传感器为压力开关。

8.一种塔机控制方法，其特征在于，包括：检测塔机顶升横梁两端的安全销机构的位置状态，并检测塔机顶升油缸的负载状态；在顶升油缸处于重载状态并且安全销处于拔出状态时，或者，在顶升油缸处于轻载状态并且安全销处于插入状态时，停止顶升油缸的动作。

9.根据权利要求8所述的塔机控制方法，其特征在于，检测塔机顶升油缸的负载状态，具体为：检测顶升油缸的无杆腔的油压以确定顶升油缸的负载状态为重载状态或轻载状态，或者，检测顶升液压回路中油泵的出口油压以确定顶升油缸的负载状态为重载状态或轻载状态。

10.一种塔机，包括顶升横梁、顶升油缸、顶升套架和标准节，顶升横梁的两端分别支撑在标准节上，顶升油缸的两端分别连接在顶升横梁和顶升套架上，在顶升横梁的两端分别设有安全销机构，其特征在于，还包括权利要求1至7任一项所述的塔机控制系统。

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