CN103145040A - 起重机及其吊钩起吊控制方法、设备和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种起重机及其吊钩起吊控制方法、设备和系统。其中，该方法包括：获取重物在当前工况下允许的实时起升最大高度值；根据卷扬卷筒实际旋转圈数计算重物的实际起升高度值；比较实际起升高度值与允许的实时起升最大高度值；根据比较的结果控制吊钩的起吊速度和臂架角度，使实际起升高度值小于允许的实时起升最大高度值。本发明能够有效地防止吊钩所吊重物与起重机自身臂架发生碰撞，保障了起吊作业的安全性，提升了设备的性能。

Description

起重机及其吊钩起吊控制方法、设备和系统

技术领域

本发明涉及工程机械领域，更具体地，涉及一种起重机及其吊钩起吊控制方法、设备和系统。

背景技术

在起重机械上，为避免吊钩或吊钩所吊重物与起重机自身臂架发生碰撞，从而损坏起重机的臂架结构，通常会在臂架头部安装高度限位装置，避免事故发生。如图1所示的高度限制装置安装方式的示意图，其中，高度限制装置由检测开关、链条和重锤组成，该高度限制装置通常会安装在臂架头部（即图1中的起重机臂头）；基于图1所示的安装方式，为避免吊钩或吊钩所吊重物与起重机自身臂架发生碰撞，从而损坏起重机的臂架结构，现有技术通常采用如下检测过程为：吊钩未与重锤发生碰撞时，重锤通过链条拉扯检测开关，检测开关在重锤拉力的作用下，检测开关闭合，此时将信号传递到控制器中，控制器识别当前检测开关状态正常，可以继续提起吊钩。此时，重物跟随吊钩运动上升，当上升到一定高度后，吊钩触碰重锤，使得重锤对检测开关的拉力变小，当拉力小于检测开关复位弹簧力时，检测开关的正常传递信号被切断，控制器将不能接收到正常的传递信号，此时控制器将识别当前检测开关异常，停止起吊吊钩，进而吊钩的高度将被限制。

但是由于起重机所处环境、臂架角度以及所吊重物的不同，其高度限制位置是变化的，如图2所示的不同尺寸物体或不同臂架角度条件下吊钩允许高度的差异示意图，由该图可知，为了避免重物与臂架发生碰撞，臂架角度越大，吊钩的允许高度越低；同时，重物的尺寸大小也影响了吊钩的允许高度，当重物越大时，吊钩的允许起升高度越小。而传统的限位开关只能在起升最高点，防止吊钩或吊钩所吊重物与起重机自身臂架发生碰撞，而不能根据起重机周边环境、臂架角度以及所吊重物的不同，设置不同起升位置限制。

针对相关技术中的吊钩限位方式中高度限制装置的安装位置固定，容易发生吊钩所吊重物与起重机自身臂架发生碰撞的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明目的在于提供一种起重机及其吊钩起吊控制方法、设备和系统，以解决吊钩限位方式中高度限制装置的安装位置固定，容易发生吊钩所吊重物与起重机自身臂架发生碰撞的问题。

根据本发明的一方面，提供了一种起重机的吊钩起吊控制方法，该方法包括：获取重物在当前工况下允许的实时起升最大高度值；根据卷扬卷筒实际旋转圈数计算重物的实际起升高度值；比较实际起升高度值与允许的实时起升最大高度值；根据比较的结果控制吊钩的起吊速度和臂架角度，使实际起升高度值小于允许的实时起升最大高度值。

优选地，上述获取重物在当前工况下允许的实时起升最大高度值包括：接收操作人员设置的起吊参数，其中，起吊参数包括：臂架臂长和重物的外形尺寸；通过角度传感器测量当前臂架角度；根据起吊参数和当前臂架角度计算重物在当前工况下允许的实时起升最大高度值。

优选地，上述根据比较的结果控制吊钩的起吊速度包括：如果比较的结果是允许的实时起升最大高度值减去实际起升高度值的差值与允许的实时起升最大高度值的比值大于第一距离阈值，采用设定的第一卷扬运动速度函数控制吊钩的起吊速度；如果比较的结果是允许的实时起升最大高度值减去实际起升高度值的差值与允许的实时起升最大高度值的比值小于第二距离阈值，采用设定的第二卷扬运动速度函数控制吊钩的起吊速度；如果比较的结果是允许的实时起升最大高度值减去实际起升高度值的差值与允许的实时起升最大高度值的比值在第一距离阈值和第二距离阈值之间，采用设定的第三卷扬运动速度函数控制吊钩的起吊速度；如果比较的结果是允许的实时起升最大高度值等于实际起升高度值，停止起吊吊钩。

优选地，上述根据比较的结果控制臂架角度包括：如果比较的结果是允许的实时起升最大高度值减去实际起升高度值的差值等于或小于第三距离阈值，停止臂架的变幅操作。

根据本发明的另一个方面，提供了一种起重机的吊钩起吊控制设备，包括：最大高度值获取模块，用于获取重物在当前工况下允许的实时起升最大高度值；实际高度值计算模块，用于根据卷扬内卷筒实际旋转圈数计算重物的实际起升高度值；高度值比较模块，用于比较实际高度值计算模块计算的实际起升高度值与最大高度值获取模块获取的允许的实时起升最大高度值；吊钩起吊控制模块，用于根据高度值比较模块比较的结果控制吊钩的起吊速度和臂架角度，使实际起升高度值小于允许的实时起升最大高度值。

优选地，上述最大高度值获取模块包括：参数接收单元，用于接收操作人员设置的起吊参数，其中，起吊参数包括：臂架臂长和重物的外形尺寸；臂架角度测量单元，用于通过角度传感器测量当前臂架角度；最大高度值计算单元，用于根据参数接收单元接收的起吊参数和臂架角度测量单元测量的当前臂架角度计算重物在当前工况下允许的实时起升最大高度值。

优选地，上述吊钩起吊控制模块包括：第一控制单元，用于如果比较的结果是起升最大高度值减去实际起升高度值的差值与允许的实时起升最大高度值的比值大于第一距离阈值，采用设定的第一卷扬运动速度函数控制吊钩的起吊速度；第二控制单元，用于如果比较的结果是起升最大高度值减去实际起升高度值的差值与允许的实时起升最大高度值的比值小于第二距离阈值，采用设定的第二卷扬运动速度函数控制吊钩的起吊速度；第三控制单元，用于如果比较的结果是起升最大高度值减去实际起升高度值的差值与允许的实时起升最大高度值的比值在第一距离阈值和第二距离阈值之间，采用设定的第三卷扬运动速度函数控制吊钩的起吊速度；第四控制单元，用于如果比较的结果是允许的实时起升最大高度值等于实际起升高度值，停止起吊吊钩。

优选地，上述吊钩起吊控制模块包括：第五控制单元，用于如果比较的结果是允许的实时起升最大高度值减去实际起升高度值的差值等于或小于第三距离阈值，停止臂架的变幅操作。

根据本发明的再一方面，提供了一种起重机的吊钩起吊控制系统，包括控制器，该控制器包括上述设备。

优选地，上述系统还包括：角度传感器，用于测量当前臂架角度，并将当前臂架角度发送给控制器；旋转位置传感器，用于测量卷扬内卷筒实际旋转的圈数，并将测量得到的圈数发送给控制器。

根据本发明的再一方面，提供了一种起重机，包括上述系统。

本发明通过比较吊钩重物的实际起升高度值与允许的实时起升最大高度值，并根据比较的结果控制吊钩的起吊速度和臂架角度，使实际起升高度值小于允许的实时起升最大高度值，这种方式能够有效地防止吊钩所吊重物与起重机自身臂架发生碰撞，保障了起吊作业的安全性，提升了设备的性能。

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是根据相关技术的高度限制装置安装方式的示意图；

图2是根据相关技术的不同尺寸物体或不同臂架角度条件下吊钩允许高度的差异示意图；

图3是根据本发明实施例的起重机的吊钩起吊控制方法的流程图；

图4是根据本发明实施例的吊钩起吊控制系统的结构示意图；

图5a是根据本发明实施例的吊装物体的矩形剖面示意图；

图5b和图5c是根据本发明实施例的吊装物体的球形剖面示意图；

图5d、图5e和图5f是根据本发明实施例的吊装物体的斜边剖面示意图；

图6a是根据本发明实施例的吊装物体的最低面与起重机所在水平面相平的示意图；

图6b是根据本发明实施例的吊装物体的最低面低于起重机所在水平面的示意图；

图6c是根据本发明实施例的吊装物体的最低面高于起重机所在水平面的示意图；

图7是根据本发明实施例的起重机和吊装物体在同一水平地面的示意图；

图8是根据本发明实施例的矩形剖面吊装物体在极限高度位置处的示意图；

图9a和图9b是根据本发明实施例的球形剖面吊装物体在极限高度位置处的示意图；

图10a、图10b和图10c是根据本发明实施例的斜边剖面吊装物体在极限高度位置处的示意图；

图11是根据本发明实施例的卷筒示意图；

图12是根据本发明实施例的另一个卷筒示意图；

图13是根据本发明实施例的各层钢丝绳间距A₂的示意图；

图14是根据本发明实施例的卷扬卷筒示意图；

图15是根据本发明实施例的自动调节卷扬工作速度的方法流程图；

图16a、图16b和图16c是根据本发明实施例的卷扬运动速率曲线示意图；

图17是根据本发明实施例的复合卷扬运动速率曲线示意图；

图18是根据本发明实施例的起重机的吊钩起吊控制设备的结构框图；以及

图19是根据本发明实施例的臂架角度与重物的实际起升高度值间的几何关系示意图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。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。

考虑到吊钩所掉重物的外形尺寸通常会发生变化，如果采用相关技术中的吊钩限位方式，很可能因高度限制装置的安装位置固定，发生吊钩所吊重物与起重机自身臂架发生碰撞的问题，本发明实施例提供了一种起重机及其吊钩起吊控制方法、设备和系统。下面通过实施例进行描述。

参见图3所示的起重机的吊钩起吊控制方法的流程图，该方法可以应用在起重机的控制器中实现，该方法包括以下步骤：

步骤S302，获取重物在当前工况下允许的实时起升最大高度值；其中，该工况指臂长、重物尺寸等信息；

步骤S304，根据卷扬内卷筒实际旋转圈数计算重物的实际起升高度值；

步骤S306，比较上述实际起升高度值与上述起升最大高度值；

步骤S308，根据比较的结果控制吊钩的起吊速度和臂架角度，使实际起升高度值小于允许的实时起升最大高度值。

本实施例的方法通过比较吊钩重物的实际起升高度值与允许的实时起升最大高度值，并根据比较的结果控制吊钩的起吊速度和臂架角度，使实际起升高度值小于允许的实时起升最大高度值，这种方式能够有效地防止吊钩所吊重物与起重机自身臂架发生碰撞，保障了起吊作业的安全性，提升了设备的性能。

本实施例中的上述获取重物在当前工况下的允许的实时起升最大高度值可以采用以下两种方式，方式一：由控制器自身计算得到，该方式具体可以包括：1）接收操作人员设置的起吊参数，其中，起吊参数包括：臂架臂长、重物的外形尺寸；2）通过角度传感器测量当前臂架角度；3）根据上述起吊参数和当前臂架角度计算重物的允许的实时起升最大高度值。方式二：由操作人员根据经验设定，这种方式下，控制器将可以接收操作人员设置的重物在当前工况下允许的实时起升最大高度值；考虑到方式二中的允许的实时起升最大高度值可能因为操作人员经验的不同而不同，也存在人为因素导致的误差，因此，实际应用中，可以根据吊钩所吊重物的外形选择上述方式之一得到重物的允许的实时起升最大高度值。

为了避免因吊钩运动速度过快，吊钩停止时的冲击力使吊钩所吊重物与臂架发生碰撞，在兼顾起吊作业效率的基础上，本实施例优选采用三个分段函数的方式控制吊钩的起吊速度，具体控制方式包括：1）如果比较的结果是允许的实时起升最大高度值减去实际起升高度值的差值与允许的实时起升最大高度值的比值P大于第一距离阈值P1，采用设定的第一卷扬运动速度函数控制吊钩的起吊速度；2）如果比较的结果是允许的实时起升最大高度值减去实际起升高度值的差值与允许的实时起升最大高度值的比值小于第二距离阈值P2，采用设定的第二卷扬运动速度函数控制吊钩的起吊速度；3）如果比较的结果是允许的实时起升最大高度值减去实际起升高度值的差值与允许的实时起升最大高度值的比值在第一距离阈值P1和第二距离阈值P2之间，采用设定的第三卷扬运动速度函数控制吊钩的起吊速度；4）如果比较的结果是允许的实时起升最大高度值等于实际起升高度值，停止起吊吊钩。其中，P1大于P2；具体地，设允许的实时起升最大高度值为Hmax，实际高度值X，当前手柄信号条件下的卷扬速度为V，则允许的实时起升最大高度值减去上述实际起升高度值的差值与允许的实时起升最大高度值的比值（该比值记为P）为：

$P=\frac{H_{\mathrm{MAX}}-X}{H_{\mathrm{MAX}}}(p\∈\left(0.1\right))$

而吊钩的起吊速度V则是比值P的函数，其关系为：

$V\left(p\right)=\left\{\begin{array}{cc}1-a*p^3-(1-a)p& (p\∈\left(p\mathrm{1,1}\right),a\∈\left(\mathrm{0,1}\right))\\ f_2\left(p\right)=1-p& p\∈(p2,p1)\\ (1+b)(1-p)-b{(1-p)}^3& (p\∈(0,p2),b\∈(-\mathrm{1,0}))\end{array}\right.;$

其中a、b两个参数在实际调试过程中进行设置，其作用是对曲线曲率进行微调。

通过上述这三种速度函数，可以在重物距离起升最大高度值较远时，采用比较快的起吊速度；在重物距离起升最大高度值较近时，采用比较慢的起吊速度，使吊钩的起吊速度更合理。

在实际起吊过程中，臂架角度的变化速度远远慢于实际起升高度的变化速度。因此臂架角度的变化控制策略为：只要实际起升高度小于实时的最大起升高度，则可不控制；而当实际起升高度趋向于接近实时的最大起升高度时则停止变幅动作。该“接近”的意思为等于某个预先设定的阈值。基于此，上述根据比较的结果控制臂架角度包括：如果比较的结果是允许的实时起升最大高度值减去实际起升高度值的差值等于或小于第三距离阈值（例如，该阈值可以是5cm等），停止臂架的变幅操作。

为了实现上述方法，本实施例采用了以下吊钩起吊控制系统，参见图4所示的吊钩起吊控制系统的结构示意图，其中，该系统主要包括以下装置：

设置在操作室内的参数设定装置，例如：显示器或触摸显示屏等人机交互界面，其人机交互界面用于外部参数设定（即上述起吊参数）；

设置在卷扬上的旋转位置传感器，用于实时检测卷扬的绝对位置值（相当于上述卷扬内卷筒实际旋转圈数）；

设置在臂架上的角度传感器，用于实时监测臂架角度；

设置在电控箱内的控制单元（即上述控制器），用于接收上述装置的信号，进而根据这些信号控制卷扬动作，及时切断卷扬动作，限定吊钩运动等操作。

基于上述图4所示的系统，本实施例采用下述检测过程：

操纵人员通过操作室内的显示器的HMI（Human Machine Interface，人机交互界面）设置臂架臂长、重物外形尺寸以及相关尺寸、吊钩倍率等参数并将这些参数传递给控制单元。

通过角度传感器实时测量臂架角度，并传输给控制单元；

控制单元实时接收角度传感器测量的臂架角度信号，以及操作人员设置的相关参数；

控制单元根据臂长、臂架角度、重物外形尺寸以及当前环境尺寸（例如起重机当前起吊重物与起重机所在位置的水平面之间的距离），计算出重物当前角度下允许的起升最大高度值；

通过卷扬钢丝绳长度计算方法，计算卷扬上钢丝绳长度变化，再结合吊钩（或吊具）动滑轮组倍率，计算吊钩（或吊具）的实时变化高度，即重物的高度变化值（相当于上述重物的实际起升高度值）；

为防止物体在极限位置停止时，产生冲击，控制单元会结合当前物体的实际高度变化值与物体最大高度变化值的差值，根据设定的速度曲线，自动调节卷扬速度。避免物体到了极限位置，卷扬动作停止时，产生过大冲击，造成碰撞。当重物的高度变化值大于或等于重物起升最大高度值时，切断重物向上运动动作以及臂架向上变幅动作，防止重物与臂架发生碰撞。

下面以物体剖面作为几何分析依据，将重物分为三类：矩形剖面、球形剖面以及斜边剖面，如图5a至图5f所示的吊装物体（即上述重物）的剖面示意图，其中，图5a为吊装物体的矩形剖面示意图，图5b为吊装物体的球形剖面示意图，图5c为另一种吊装物体的球形剖面示意图，图5d为吊装物体的斜边剖面示意图，图5e为另一种吊装物体的斜边剖面示意图，图5f为第三种吊装物体的斜边剖面示意图。

起重机所在水平面与重物所在水平面可能存在三种相对位置关系，如图6a至图6c所示的吊装物体与起重机所在水平面的位置关系示意图，其中，图6a为吊装物体的最低面与起重机所在水平面相平的示意图；图6b为吊装物体的最低面低于起重机所在水平面的示意图；图6c为吊装物体的最低面高于起重机所在水平面的示意图。

下面以图7所示的起重机和吊装物体在同一水平地面的示意图为例进行说明，考虑到吊装物体的外形存在多种情况，因此本实施例给出了图8至图10所示的不同吊装物体外形对应的极限高度，其中，图8为矩形剖面吊装物体在极限高度位置处的示意图；图9a和图9b为球形剖面吊装物体在极限高度位置处的示意图；图10a至图10c为斜边剖面吊装物体在极限高度位置处的示意图，图10a中的吊装物体的剖面为椎体，图10b和图10c中的吊装物体的剖面为圆台，图7至图10中标识的各个参数说明如下：

A：吊臂臂架角度；(角度传感器实时测量)；

L：臂架长度（通过显示器HMI设定）；

L1：矩形剖面物体中心与物体边缘距离（通过显示器HMI设定）；

L2：矩形剖面（或斜边剖面）物体垂直高度（通过显示器HMI设定）；

H：吊臂头部滑轮组中心与吊臂绞点中心的垂直距离，H=L*cosA；

h1：吊臂绞点中心与重物所在地面的垂直距离（通过显示器HMI设定）；

h2：极限高度位置时，吊装物体与臂架接触面与吊臂头部滑轮组中心的距离；

R1：球形剖面球体半径（通过显示器HMI设定）；

R2：球形剖面球冠体底面最大半径（通过显示器HMI设定）；

R3：圆锥体或圆台体底面半径（通过显示器HMI设定）；

△H_Max：吊装物体允许最大高度变化值（若吊装物体与起重机在同一地面，则该值为离地高度）。

由于吊装物体的外形尺寸有几种，因此上述h2的计算方法也对应有几种，吊装物体外形可分为规则类型和不规则类型，其中，规则类型主要有：圆柱体、立方体、球体、球冠体、锥体、圆台体等，在计算h2时主要考虑的是吊装物体最大边缘可能会与臂架发生碰撞，因此需要进行吊装物体与臂架的几何关系计算。以物体剖面作为几何分析依据，将吊装物体归类为三类：矩形剖面、球形剖面以及斜边剖面，如上述图8至图10所示。

上述矩形剖面的吊装物体主要包括圆柱体、立方体两种类型的吊装物体，其h2=tanA*L1；

上述球形剖面的吊装物体主要包括球体、球冠体两种类型的吊装物体，其中，球体的吊装物体的h2=R1/cosA-R1*cosA=R1*tanA*sinA；球冠体的吊装物体的h2=R2*tanA；

上述斜边剖面的吊装物体主要包括锥体或圆台体的吊装物体，其h2=R3*tanA；

当物体剖面为图9a所示的球形剖面时，△H_Max=h1+H-h2-R1-R1*cosA；当物体剖面为图10a所示的圆台体类型时，△H_Max=h1+H-h2；其余剖面情况时，△H_Max=h1+H-h2-L2；

本实施例通过卷扬钢丝绳长度计算方法计算卷扬上钢丝绳长度变化，再结合吊钩（或吊具）动滑轮组倍率计算吊钩（或吊具）的实时变化高度，即吊装物体的高度变化值；考虑到吊装物体高度变化可以通过计算卷扬钢丝绳长度变化来反映，因此实时计算吊装物体变化高度△H需要获取图11和图12所示卷筒示意图中的参数，该参数包括：第一层钢丝绳绕卷筒直径D₁、各层钢丝绳圈数N、钢丝绳直径D、各层钢丝绳槽距A₁、各层钢丝绳层间距A₂。

由于卷筒绳槽并非规则圆周型，在计算周长时需要参数修正，基于此，本实施例引入绳槽修正参数P₁；另外，获取△H还包括：编码器圈数数据CoderRounds，其变化值即为卷扬钢丝绳长度变化值；

因为在臂架角度不变的情况下，重物高度变化是由于卷扬钢丝绳长度变化引起，因此计算重物变化高度△H，即主要是计算卷扬上钢丝绳变化的长度△L，重物变化高度△H计算方法如下：

1）计算各层钢丝绳间距A₂

如图13所示的各层钢丝绳间距A₂的示意图，由图13所示的几何形状，可以采用下述公式1计算A₂。

$A_2=\sqrt{D^2-{(A_1/2)}^2}$     （公式1）

2）计算各层钢丝绳绕卷扬卷筒直径D_n以及各层钢丝绳绳长L_n；

D_n=D₁+(n-1)(A₂×2)    （公式2）

L_n=π×D_n×N×P₁       （公式3）

其中，n表示钢丝绳位于卷筒的第n层，例如第5层钢丝绳，则：

D₅=D₁+4(A₂×2)

L₅=π×D₅×N×P₁

3）根据卷扬位置传感器圈数数据CoderRounds，计算当前钢丝绳位于卷筒的第n层；

上述CoderRounds除以N得到值中的整数部分表示卷筒上已经绕满的层数，余数部分表示钢丝绳尚未绕满的圈数，参见图14所示的卷扬卷筒示意图，其中标识出了CoderRounds除以N得到值中的整数部分和余数部分。例如：CoderRounds=145，设N=42；则145/42=3余19，其中，3表示已经绕满3层钢丝绳，且钢丝绳当前在第4层，在第4层上有19圈。

4）计算当前位置卷筒所绕钢丝绳长度

Len=Len₁+Len₂+···+Len_（n-1）+D_n×最外层钢丝绳圈数(公式4)；

例如：CoderRounds=145，设N=42；145/42=3余19；则Len=Len₁+Len₂+Len₃+D₄×19；

5）按键激活吊钩高度限制功能，将当前钢丝绳长度设置为相对零点

通过显示器HMI界面按键或其他开关按键，激活吊钩高度限制功能，即将当前吊装物体所在位置设置为高度变化的参考零点。

6）实时计算卷筒所扰钢丝绳长度变化

根据位置传感器实时发送的数据，实时计算不同时刻钢丝绳长度变化，即可计算求得各个时刻，起升卷扬钢丝绳的相对参考零点的长度变化值△L；

7）根据长度变化值△L，计算吊装物体高度变化△H

△H=△L/吊钩倍率；

为防止物体在极限位置停止时，产生冲击力，控制单元会结合当前物体的实际高度变化值与物体最大高度变化值的差值，根据设定的速度曲线，自动调节卷扬速度。如图15所示的自动调节卷扬工作速度的方法流程图，该方法包括以下步骤：

步骤S152，开始卷扬动作后，实时计算重物变化高度与最大高度的差值△H_Max-△H，得到距离差值；

步骤S154，结合距离差值根据设定卷扬运动速度曲线，设定不同的卷扬运动速度V；

步骤S156，判断△H_Max-△H是否小于或等于0，如果是，动作停止；如果否，返回步骤S152。

本实施例中，可以根据实际需要为卷扬选定不同运动速率曲线，参见图16a至图16c所示的卷扬运动速率曲线示意图，其中，包括3种速率曲线，图16a中的速率曲线适用于普通移动距离；图16b中的速率曲线适用于较短移动距离；图16c中的速率曲线适用于较长移动距离。当然，也可以针对吊装物体不同的移动距离，设定更加符合实际要求的复合曲线，例如图17所示的复合卷扬运动速率曲线示意图。本实施例中，选取不同速率曲线的主要目的是为了提高起重机工作效率。

当物体实时变化高度△H大于等于吊装物体起升高度高度最大值△H_max时，切断吊装物体向上运动动作以及臂架向上变幅动作，防止吊装物体与臂架发生碰撞；

在实际应用中，也可以手动设定吊装物体可变化的范围，形成“物体运动虚拟墙”。控制单元自动控制吊装物体在允许范围内运动，当吊装物体超出允许范围时，自动切断相对应的卷扬运动。

由上述方法可知，本发明实施例通过显示器HMI界面设置特定参数，例如臂长、重物外形尺寸等，控制单元会自动计算物体的最大允许高度变化值，之后控制单元通过位置传感器检测的卷扬绝对位置值，实时计算物体高度位置变化值；并根据实时物体位置变化值与物体最大变化值差值，为减小冲击，自动变速控制卷扬运动速度；这种控制方式可根据规则物体剖面形状自动计算吊装物体的最大高度变化值，结合钢丝绳长的计算方法，通过控制单元便可以有效地自动限制吊钩的运动位置，增强了作业的安全性。

对应于上述方法，本发明实施例还提供了一种起重机的吊钩起吊控制设备，该设备可以相当于上述控制单元。参见图18所示的起重机的吊钩起吊控制设备的结构框图，该设备包括如下部件：

最大高度值获取模块182，用于获取重物在当前臂架工况下允许的实时起升最大高度值；

实际高度值计算模块184，用于根据卷扬内卷筒实际旋转圈数计算重物的实际起升高度值；

高度值比较模块186，用于比较实际高度值计算模块184计算的实际起升高度值与最大高度值获取模块182获取的允许的实时起升最大高度值；

吊钩起吊控制模块188，用于根据高度值比较模块186比较的结果控制吊钩的起吊速度和臂架角度，使实际起升高度值小于允许的实时起升最大高度值。

本实施例的设备通过比较吊钩重物的实际起升高度值与允许的实时起升最大高度值，并根据比较的结果控制吊钩的起吊速度和臂架角度，使实际起升高度值小于允许的实时起升最大高度值，这种方式能够有效地防止吊钩所吊重物与起重机自身臂架发生碰撞，保障了起吊作业的安全性，提升了设备的性能。

优选地，上述最大高度值获取模块182可以包括：参数接收单元，用于接收操作人员设置的起吊参数，其中，起吊参数包括：臂架臂长和重物的外形尺寸；臂架角度测量单元，用于通过角度传感器测量当前臂架角度；最大高度值计算单元，用于根据参数接收单元接收的起吊参数和臂架角度测量单元测量的当前臂架角度计算重物在当前工况下的允许的实时起升最大高度值。

上述最大高度值获取模块182也可以包括：最大高度值接收单元，用于接收操作人员设置的重物在当前工况下允许的实时起升最大高度值。这种方式比较简单易行，但是可靠性次于上述设备自动计算的起升最大高度值的方式。

本实施例优选吊钩起吊控制模块188包括：第一控制单元，用于如果比较的结果是允许的实时起升最大高度值减去实际起升高度值的差值与允许的实时起升最大高度值的比值大于第一距离阈值，采用设定的第一卷扬运动速度函数控制吊钩的起吊速度；第二控制单元，用于如果比较的结果是起升最大高度值减去实际起升高度值的差值与允许的实时起升最大高度值的比值小于第二距离阈值，采用设定的第二卷扬运动速度函数控制吊钩的起吊速度；第三控制单元，用于如果比较的结果是起升最大高度值减去实际起升高度值的差值与允许的实时起升最大高度值的比值在第一距离阈值和第二距离阈值之间，采用设定的第三卷扬运动速度函数控制吊钩的起吊速度；第四控制单元，用于如果比较的结果是允许的实时起升最大高度值等于实际起升高度值，停止起吊吊钩。

优选地，上述吊钩起吊控制模块188还包括：第五控制单元，用于如果比较的结果是允许的实时起升最大高度值减去实际起升高度值的差值等于或小于第三距离阈值，停止臂架的变幅操作。

对应于上述方法和设备，本发明实施例还提供了一种起重机的吊钩起吊控制系统，包括控制器，该控制器上述起重机的吊钩起吊控制设备。

优选地，上述系统还包括：角度传感器，用于测量当前臂架角度，并将当前臂架角度发送给上述控制器；旋转位置传感器，用于测量卷扬内卷筒实际旋转的圈数，并将测量得到的圈数发送给上述控制器。

对应于上述方法、设备和系统，本发明实施例还提供了一种起重机，该系统包括上述系统。

为了更好地理解上述实施例，参见图19所示的臂架角度与重物的实际起升高度值间的几何关系示意图，其中，臂架实际长度为L，（起吊时臂架一般不能伸缩，因此在预定工况下该参数认为是定值）；臂架实际变幅角度为α（起吊时可以在一定范围内变幅，因此该参数为变量）；实际起升高度为h（变量）；重物上的吊点至重物靠近臂架一侧的最大距离为A（即该重物的尺寸，一般在起吊时都会吊装于重物的重心，而对于规则重物，上述距离为重物横向长度的一半）；在水平方向上重物与臂架之间的最小距离为I，通过几何关系可得出：I=Lcosα－hctgα－A。

上述计算关系仅在理想状态下，实际情况下还需要考虑是否增加了辅助起吊绳索于重物与吊钩之间等因素，这些因素在预定工况下一般都为定值。

当为了避免吊钩与臂架碰撞时，可以得出h<Lsinα，即最大起升高度为Lsinα；此种情况比较简单，只需要直接控制实际起吊高度小于最大起吊高度即可。

当为了避免重物与臂架发生碰撞时，即I>0。而当h≥Lsinα时，必定有I<0，因此在第1种情况未发生时，还需要考虑第2种情况才可以完全避免碰撞发生。即：h<Lsinα－A tgα；此时控制的目标即变成h与α满足上式即可，因此控制过程中，不需要同时停止起吊和变幅。

从以上的描述中可以看出，本发明上述实施例通过比较吊钩重物的实际起升高度值与允许的实时起升最大高度值，并根据比较的结果控制吊钩的起吊速度和臂架角度，使实际起升高度值小于允许的实时起升最大高度值，这种方式能够有效地防止吊钩所吊重物与起重机自身臂架发生碰撞，保障了起吊作业的安全性，提升了设备的性能。

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，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，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 (11)

1.一种起重机的吊钩起吊控制方法，其特征在于，包括：

获取重物在当前工况下允许的实时起升最大高度值；

根据卷扬卷筒实际旋转圈数计算重物的实际起升高度值；

比较所述实际起升高度值与所述允许的实时起升最大高度值；

根据比较的结果控制吊钩的起吊速度和臂架角度，使所述实际起升高度值小于所述允许的实时起升最大高度值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取重物在当前工况下允许的实时起升最大高度值包括：

接收操作人员设置的起吊参数，其中，所述起吊参数包括：臂架臂长和重物的外形尺寸；

通过角度传感器测量当前臂架角度；

根据所述起吊参数和所述当前臂架角度计算所述重物在当前工况下允许的实时起升最大高度值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据比较的结果控制吊钩的起吊速度包括：

如果比较的结果是所述允许的实时起升最大高度值减去所述实际起升高度值的差值与所述允许的实时起升最大高度值的比值大于第一距离阈值，采用设定的第一卷扬运动速度函数控制所述吊钩的起吊速度；

如果比较的结果是所述允许的实时起升最大高度值减去所述实际起升高度值的差值与所述允许的实时起升最大高度值的比值小于第二距离阈值，采用设定的第二卷扬运动速度函数控制所述吊钩的起吊速度；

如果比较的结果是所述允许的实时起升最大高度值减去所述实际起升高度值的差值与所述允许的实时起升最大高度值的比值在所述第一距离阈值和所述第二距离阈值之间，采用设定的第三卷扬运动速度函数控制所述吊钩的起吊速度；

如果比较的结果是所述允许的实时起升最大高度值等于所述实际起升高度值，停止起吊所述吊钩。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据比较的结果控制臂架角度包括：

如果比较的结果是所述允许的实时起升最大高度值减去所述实际起升高度值的差值等于或小于第三距离阈值，停止所述臂架的变幅操作。

5.一种起重机的吊钩起吊控制设备，其特征在于，包括：

最大高度值获取模块，用于获取重物在当前工况下允许的实时起升最大高度值；

实际高度值计算模块，用于根据卷扬内卷筒实际旋转圈数计算重物的实际起升高度值；

高度值比较模块，用于比较所述实际高度值计算模块计算的所述实际起升高度值与所述最大高度值获取模块获取的所述允许的实时起升最大高度值；

吊钩起吊控制模块，用于根据所述高度值比较模块比较的结果控制吊钩的起吊速度和臂架角度，使所述实际起升高度值小于所述允许的实时起升最大高度值。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述最大高度值获取模块包括：

参数接收单元，用于接收操作人员设置的起吊参数，其中，所述起吊参数包括：臂架臂长和重物的外形尺寸；

臂架角度测量单元，用于通过角度传感器测量当前臂架角度；

最大高度值计算单元，用于根据所述参数接收单元接收的起吊参数和所述臂架角度测量单元测量的当前臂架角度计算所述重物在当前工况下允许的实时起升最大高度值。

7.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述吊钩起吊控制模块包括：

第一控制单元，用于如果比较的结果是所述起升最大高度值减去所述实际起升高度值的差值与所述允许的实时起升最大高度值的比值大于第一距离阈值，采用设定的第一卷扬运动速度函数控制所述吊钩的起吊速度；

第二控制单元，用于如果比较的结果是所述起升最大高度值减去所述实际起升高度值的差值与所述允许的实时起升最大高度值的比值小于第二距离阈值，采用设定的第二卷扬运动速度函数控制所述吊钩的起吊速度；

第三控制单元，用于如果比较的结果是所述起升最大高度值减去所述实际起升高度值的差值与所述允许的实时起升最大高度值的比值在所述第一距离阈值和所述第二距离阈值之间，采用设定的第三卷扬运动速度函数控制所述吊钩的起吊速度；

第四控制单元，用于如果比较的结果是所述允许的实时起升最大高度值等于所述实际起升高度值，停止起吊所述吊钩。

8.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述吊钩起吊控制模块包括：

第五控制单元，用于如果比较的结果是所述允许的实时起升最大高度值减去所述实际起升高度值的差值等于或小于第三距离阈值，停止所述臂架的变幅操作。

9.一种起重机的吊钩起吊控制系统，其特征在于，包括控制器，所述控制器包括权利要求5至8中任一项所述的设备。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

角度传感器，用于测量当前臂架角度，并将所述当前臂架角度发送给所述控制器；

旋转位置传感器，用于测量卷扬内卷筒实际旋转的圈数，并将测量得到的所述圈数发送给所述控制器。

11.一种起重机，其特征在于，包括权利要求9或10所述的系统。

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