CN103466453B

CN103466453B - 控制起重机卷扬相对吊臂随动的方法和系统

Info

Publication number: CN103466453B
Application number: CN201310455181.2A
Authority: CN
Inventors: 单增海; 朱长建; 齐行程; 柴君飞; 邵楠; 曹炜
Original assignee: Xuzhou Heavy Machinery Co Ltd
Current assignee: Xuzhou Heavy Machinery Co Ltd
Priority date: 2013-09-29
Filing date: 2013-09-29
Publication date: 2015-08-19
Anticipated expiration: 2033-09-29
Also published as: CN103466453A

Abstract

本发明公开一种控制起重机卷扬相对吊臂随动的方法和系统，方法如下：接收到地面模式指令，且当吊臂进行变幅动作时，根据变幅幅度控制吊钩与地面距离保持不变；进行伸缩动作时，根据伸缩长度控制吊钩与地面距离保持不变；接收到臂头模式指令，且当吊臂进行变幅动作时，吊钩保持于当前状态；进行伸缩动作时，根据伸缩长度控制吊钩与臂头距离保持不变。该方法、系统，设置出四种工作模式，操控过程中，吊钩将自动保持与臂头或地面距离不变，无需人为控制。相较于背景技术，本发明一方面实现了自动化控制，有效避免吊装事故的发生；而且，又将吊钩位置控制为与臂头或地面距离保持不变，以适应不同工况需求，控制效果良好。

Description

控制起重机卷扬相对吊臂随动的方法和系统

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，特别涉及一种控制起重机卷扬相对吊臂随动的方法和系统。

背景技术

起重机具有由卷扬机构控制收放的钢丝绳，钢丝绳绕至吊臂的末端，并设有吊钩，用于起吊重物。吊臂通常可进行伸缩和变幅两种动作。

吊臂为筒形吊臂时，吊臂的变幅可通过变幅油缸的伸缩完成变幅目标；吊臂为桁架臂时，吊臂的变幅可通过变幅卷扬马达、减速机和滑轮机构实现变幅目标。

吊臂伸缩则通过各节节臂的伸缩实现，以改变整个吊臂的有效长度。

起重机吊臂在变幅和伸缩过程中，若不及时调整卷扬机构，起吊重物的高度将发生变化，可能导致吊装事故。为避免吊装事故的发生，吊臂变幅和伸缩时，需要对卷扬机构作出相应调整。

目前，主要采用两种方案：

1、操机手在进行伸缩或变幅操作时，伸缩一定长度或变幅一定角度后，操作卷扬机构至适当位置，然后继续中止的伸缩或变幅动作，直至完成伸缩或变幅；

2、使用伸缩卷扬复合动作，即由人为控制吊臂伸缩(或变幅)与卷扬收放同时动作，直至完成伸缩或变幅操作。

然而，方案1要求操机手不断中止、继续吊臂的伸缩或变幅动作，工作效率极低；方案2虽然一定程度上解决了效率问题，但对操机手的操作素质要求较高。而且，上述两种方案均存在下述技术问题：当吊臂长度较长、吊装环境恶劣时，操机手难以掌握吊钩的位置，甚至基于环境难以观测到吊钩，可见，人为操控显然不能有效防止吊装事故的发生。

有鉴于此，如何在吊臂伸缩或变幅过程中，确保吊重的钢丝绳能够作出适应性调整，以避免吊装事故的发生，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的为提供一种控制起重机卷扬相对吊臂随动的方法和系统，该方法和系统可以确保吊钩能够自动相对吊臂随动，以避免吊装事故的发生。

本发明提供的控制起重机卷扬相对吊臂随动的方法，包括下述步骤：

接收地面模式或臂头模式指令；

接收到地面模式指令，且当吊臂进行变幅动作时，根据变幅幅度控制钢丝绳长度变化以使吊钩与地面距离保持不变；进行伸缩动作时，根据伸缩长度控制钢丝绳长度变化以使吊钩与地面距离保持不变；

接收到臂头模式指令，且当吊臂进行变幅动作时，吊钩保持于当前状态；进行伸缩动作时，根据伸缩长度控制钢丝绳长度变化以使吊钩与臂头距离保持不变。

优选地，处于地面模式且进行变幅动作时，控制钢丝绳伸缩至目标长度：

L＝ML×(sinα-sinα₀)×n；

其中，L为目标长度、ML为当前吊臂长度、α为当前变幅角度、α₀为初始变幅角度、n为倍率。

优选地，处于地面模式且进行伸缩动作时，控制钢丝绳伸缩至目标长度：

L＝(ML-ML₀)(sinα×n+1)；

其中，L为目标长度、ML为当前吊臂长度、ML₀为初始吊臂长度、α为当前变幅角度、n为倍率。

优选地，处于臂头模式且进行伸缩动作时，控制钢丝绳伸缩至目标长度：

L＝ML-ML₀；

其中，L为目标长度、ML为当前吊臂长度、ML₀为初始吊臂长度。

优选地，

根据卷扬卷筒的旋转圈数和卷筒半径获得钢丝绳的实际长度，当钢丝绳的实际长度与所述目标长度相等时，停止卷扬卷筒的旋转。

优选地，钢丝绳实际长度获取的过程中，当钢丝绳需要换层时，卷筒半径更新为：

r＝r+r_rope，处于放绳状态；

r＝r-r_rope，处于收绳状态；

其中，r为卷筒当前半径、r_rope为钢丝绳半径。

本发明还提供一种控制起重机卷扬相对吊臂随动的系统，

包括与卷扬驱动件信号连接的控制器；所述控制器包括接收地面模式和臂头模式指令的模式指令接收模块，以及吊臂动作信号的动作指令接收模块；

所述模式指令接收模块接收到地面模式指令，且所述动作指令模块接收到变幅动作指令/伸缩动作指令时，所述控制器根据变幅幅度/伸缩长度输出信号至所述卷扬驱动件，控制钢丝绳长度变化以使吊钩与地面距离保持不变；

所述模式指令接收模块接收到臂头模式指令，且所述动作指令模块接收到变幅动作指令/伸缩动作指令时，所述控制器输出信号至所述卷扬驱动件以使其停止驱动/根据伸缩长度输出信号至所述卷扬驱动件，控制钢丝绳长度变化以使吊钩与臂头距离保持不变。

优选地，所述模式指令接收模块接收到地面模式指令，且所述动作指令模块接收到变幅动作指令时，所述控制器控制钢丝绳伸缩至目标长度：

L＝ML×(sinα-sinα₀)×n；

优选地，所述指令接收模块接收到地面模式指令，且所述动作指令模块接收到伸缩动作指令时，所述控制器控制钢丝绳伸缩至目标长度：

L＝(ML-ML₀)(sinα×n+1)；

优选地，所述指令接收模块接收到臂头模式指令，且所述动作指令模块接收到伸缩动作指令时，所述控制器控制钢丝绳伸缩至目标长度：

L＝ML-ML₀；

优选地，

所述控制器根据卷扬卷筒的旋转圈数和卷筒半径获得钢丝绳的实际长度，当钢丝绳的实际长度与所述目标长度相等时，输出指令至所述卷扬驱动件以停止卷扬卷筒的旋转。

优选地，所述控制器在钢丝绳实际长度获取的过程中，当钢丝绳需要换层时，将卷筒半径更新为：

r＝r+r_rope’处于放绳状态；

r＝r-r_rope，处于收绳状态；

其中，r为卷筒当前半径、r_rope为钢丝绳半径。

优选地，还设置有获得所述卷筒旋转圈数的卷扬马达转速传感器。

本发明提供的卷扬相对吊臂随动的控制方法、系统，设置出四种工作模式，分别为：地面变幅随动、地面伸缩随动、臂头变幅随动、臂头伸缩随动。当起重机进行伸缩动作而且重物重量超大时，可以选择臂头伸缩随动模式，则吊钩不会被动升降，以免撞坏臂头；当起重机进行变幅动作，而操作人员需要了解重物在空中的状态时，可以选择地面变幅或地面伸缩随动模式，以实现重物的空中平移，防止重物升降造成操作人员难以观测。当然，操作人员可以根据实际工况需求，选择所需的模式。可见，操控过程中，吊钩将自动保持与臂头或地面距离不变，无需人为控制。相较于背景技术，显然，本发明的方案一方面实现了自动化控制，有效避免吊装事故的发生；而且，又将吊钩位置控制为与臂头或地面距离保持不变，以适应不同工况需求，控制效果良好。

附图说明

图1为本发明所提供控制起重机卷扬相对吊臂随动的方法一种具体实施例的流程图；

图2为获得钢丝绳实际长度时，卷筒半径的动态获取流程图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。为了便于理解和简洁描述，下文结合随动控制的方法和系统描述，有益效果不再重复论述。

请参考图1，图1为本发明所提供控制起重机卷扬相对吊臂随动的方法一种具体实施例的流程图。

该控制起重机卷扬相对吊臂随动的方法，具体包括下述步骤：

S1、判断是否为地面模式；

是，则进入步骤S11，否，则进入步骤S2；

S2、判断是否为臂头模式；

是，则进入步骤S21；

否，则结束。即没有接收到任何模式指令。

上述两步骤用于判断当前选择了地面模式还是臂头模式，两种模式的定义如下：

地面模式，即要求吊钩与地面的距离保持不变；

臂头模式，即要求吊钩与臂头的距离保持不变。

可以设置与卷扬驱动件信号连接的控制器，控制器设置接收地面模式和臂头模式指令的模式指令接收模块。具体地，可设置显示器或是开关等，操作人员可将地面模式或臂头模式的意图通过显示器或开关等输入单元输入至模式指令接收模块。即，进行吊臂伸缩或是吊臂变幅时，操作人员可输入地面模式指令或臂头模式指令。

进入地面模式时：

S11、判断吊臂是否进行变幅动作，是，则进入步骤S111，否，则进入步骤S12；

S12、判断吊臂是否进行伸缩动作，是，则进入步骤S121，否，则结束。

该两步骤用于判断在处于地面模式时，吊臂进行伸缩还是变幅动作。具体地，控制器可以设置接收吊臂动作的动作指令接收模块。动作指令接收模块可接收吊臂动作的操作指令，比如，操作人员通过操作手柄进行吊臂伸缩或变幅动作，则动作指令模块可接收该手柄信号，进而获取吊臂欲执行的动作。

S111、由地面变幅随动子模块根据变幅幅度控制钢丝绳长度变化以使吊钩与地面距离保持不变；

即处于地面模式，且吊臂变幅时，可根据变幅幅度变化，获得幅度变化所导致的吊钩与地面距离的变化，为了保持吊钩与地面距离保持不变，可收放钢丝绳，以抵消该变化。比如，按照变幅预定角度后，吊钩与地面的距离将增加△L，则变幅随动子模块将输出控制信号至卷扬驱动件，使其在变幅过程中逐渐放绳△L，放绳的速度和变幅速度实时匹配，以确保吊钩与地面距离始终不变。

S121、由地面伸缩随动子模块根据伸缩长度控制钢丝绳长度变化以使吊钩与地面距离保持不变；

即处于地面模式，且吊臂伸缩时，可根据伸缩长度变化，获得伸缩长度变化所导致的吊钩与地面距离的变化，与步骤S111的控制原理类似，此处不再赘述。

步骤S111和步骤S121中涉及的地面变幅随动子模块和地面伸缩随动子模块均为控制器的一部分，可以是独立设置的模块，内设特定的模式程序。当然，控制器也可以为集成模块，统一输出控制指令。

进入臂头模式时：

S21、判断吊臂是否进行变幅动作，是，则进入步骤S211，否，则进入步骤S22；

S22、判断吊臂是否进行伸缩动作，是，则进入步骤S221，否，则结束。

与步骤S11、S12类似，该两步骤用于判断在处于臂头模式时，吊臂进行伸缩还是变幅动作。该判断过程同样可依靠动作指令接收模块进行。

S211、由臂头变幅随动子模块根据变幅幅度控制吊钩保持于当前状态；

处于臂头模式，且吊臂变幅时，吊钩相对于臂头的距离不会改变，故此时无需控制卷扬收放钢丝绳，卷扬驱动件可以停止动作。

S221、由臂头伸缩随动子模块根据伸缩长度控制钢丝绳长度变化以使吊钩与臂头距离保持不变；

即处于臂头模式，且吊臂伸缩时，可根据伸缩长度变化，获得伸缩长度变化所导致的吊钩与臂头距离的变化，与步骤S121的控制原理类似，此处不再赘述。

步骤S211和步骤S221中涉及的臂头变幅随动子模块和臂头伸缩随动子模块也均为控制器的一部分，可以是独立设置的模块，内设特定的模式程序。如上所述，控制器为集成模块，统一输出控制指令也是可行的。

综上，该实施例提供的卷扬相对吊臂随动的控制方法、系统，设置出四种工作模式，分别为：地面变幅随动、地面伸缩随动、臂头变幅随动、臂头伸缩随动。当起重机进行伸缩动作而且重物重量超大时，可以选择臂头伸缩随动模式，则吊钩不会被动升降，以免撞坏臂头；当起重机进行变幅动作，而操作人员需要了解重物在空中的状态时(比如，查看集装箱角度、是否有倾翻危险等)，可以选择地面变幅或地面伸缩随动模式，以实现重物的空中平移，防止重物升降造成操作人员难以观测。

当然，操作人员可以根据实际工况需求，选择所需的模式。可以理解，在某一模式控制下，当操作人员认为需要调整模式时，可通过选择开关进行模式切换。

可见，操控过程中，吊钩将自动保持与臂头或地面距离不变，无需人为控制。相较于背景技术，显然，本发明的方案一方面实现了自动化控制，有效避免吊装事故的发生；而且，又将吊钩位置控制为与臂头或地面距离保持不变，以适应不同工况需求，控制效果良好。

上述S111、S121、S221的各随动子模块具体控制过程可以如下：

步骤S111中，地面变幅随动子模块输出目标长度信号至卷扬驱动件，卷扬驱动件驱动钢丝绳收放至目标长度：

L＝ML×(sinα-sinα₀)×n；

本文所述的目标长度即，控制钢丝绳长度变化的目标值，到达该目标值后，吊钩的高度能够满足臂头模式(与臂头距离保持不变)或是地面模式(与地面距离保持不变)。

步骤S121中，地面伸缩随动子模块输出目标长度信号至卷扬驱动件，卷扬驱动件驱动钢丝绳收放至目标长度：

L＝(ML-ML₀)(sinα×n+1)；

步骤S221中，臂头伸缩随动子模块输出目标长度信号至卷扬驱动件，卷扬驱动件驱动钢丝绳收放至目标长度：

L＝ML-ML₀；

进一步地，各随动子模块在控制钢丝绳达到目标长度时，可以将其实际长度实时地与目标长度比较，可将二者的差值转换为电流，以驱动卷扬卷筒正转或反转，以使钢丝绳由实际长度收放至目标长度，当钢丝绳的实际长度与目标长度相等时，则卷扬驱动件可停止驱动卷扬卷筒的旋转。而钢丝绳的实际长度可通过卷扬卷筒的旋转圈数和卷筒半径获得，因为，旋转圈数和卷筒半径的乘积即可体现出钢丝绳收放的长度。

当然，也可以通过其他方式获得钢丝绳的实际长度，比如，通过位移传感器测量。只是通过卷筒旋转圈数和卷筒半径的计算结果更为精确。

在通过卷筒旋转圈数和卷筒半径计算钢丝绳实际长度的过程中，可以考虑钢丝绳绕至层数对卷筒半径的影响，以使获得的实际长度更精确。

如图2所示，图2为获得钢丝绳实际长度时，卷筒半径的动态获取流程图。

S100、获得当前的卷筒半径r；

S200、记录钢丝绳的缠绕圈数；

S300、根据缠绕圈数，判断是否换层，是，则进入步骤S400，否，则返回S100；

S400、判断是否处于放绳状态，是，进入步骤S600，否，则进入步骤S500；

S500、更新r＝r+r_rope；返回步骤S100；

S600、更新r＝r-r_rope；返回步骤S100。

其中，r_rope为钢丝绳半径。初始计算时，r即步骤S100中获得的当前卷筒半径，可以是记录于控制器内的数值。

卷筒所转一圈对应的钢丝绳长度大致为最外圈钢丝绳的周长，而该周长计算的半径应当是卷筒与缠绕钢丝绳层厚之和，故钢丝绳收放过程中层数变化时，如果按照一定的卷筒半径并结合卷筒转动圈数计算钢丝绳收放长度，与实际的收放长度会存在一定的偏差。

作为较佳实施例，上述卷筒半径的获取考虑了钢丝绳换层时对卷筒半径的影响，即进行动态半径计算，根据层数变化实时地更新卷筒半径，则在钢丝绳实际长度获取过程中，消除了层数变化的影响，从而使提高了钢丝绳实际长度获得的精确度。

该实施例中，可以设置获得卷筒旋转圈数的卷扬马达转速传感器。卷扬马达转速传感器，可通过控制器计算处理后获得卷扬马达的旋转圈数，经过减速机速比转换间接获取卷筒的旋转圈数。当然，采用编码器计算卷扬旋转角度，以获得旋转圈数也是可行的，只是编码器成本相对较高，且长时间使用时，卷扬马达传感器不易损坏。

以上对本发明所提供的一种控制起重机卷扬相对吊臂随动的方法和系统均进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种控制起重机卷扬相对吊臂随动的方法，其特征在于，包括下述步骤：

接收地面模式或臂头模式指令；

2.如权利要求1所述的控制起重机卷扬相对吊臂随动的方法，其特征在于，处于地面模式且进行变幅动作时，控制钢丝绳伸缩至目标长度：

L＝ML×(sinα-sinα₀)×n；

3.如权利要求1所述的控制起重机卷扬相对吊臂随动的方法，其特征在于，处于地面模式且进行伸缩动作时，控制钢丝绳伸缩至目标长度：

L＝(ML-ML₀)(sinα×n+1)；

4.如权利要求1所述的控制起重机卷扬相对吊臂随动的方法，其特征在于，处于臂头模式且进行伸缩动作时，控制钢丝绳伸缩至目标长度：

L＝ML-ML₀；

5.如权利要求2-4任一项所述的控制起重机卷扬相对吊臂随动的方法，其特征在于，

6.如权利要求5所述的控制起重机卷扬相对吊臂随动的方法，其特征在于，钢丝绳实际长度获取的过程中，当钢丝绳需要换层时，卷筒半径更新为：

r＝r+r_rope，处于放绳状态；

r＝r-r_rope，处于收绳状态；

其中，r为卷筒当前半径、r_rope为钢丝绳半径。

7.一种控制起重机卷扬相对吊臂随动的系统，其特征在于，

8.如权利要求7所述的控制起重机卷扬相对吊臂随动的系统，其特征在于，所述模式指令接收模块接收到地面模式指令，且所述动作指令模块接收到变幅动作指令时，所述控制器控制钢丝绳伸缩至目标长度：

L＝ML×(sinα-sinα₀)×n；

9.如权利要求7所述的控制起重机卷扬相对吊臂随动的系统，其特征在于，所述指令接收模块接收到地面模式指令，且所述动作指令模块接收到伸缩动作指令时，所述控制器控制钢丝绳伸缩至目标长度：

L＝(ML-ML₀)(sinα×n+1)；

10.如权利要求7所述的控制起重机卷扬相对吊臂随动的系统，其特征在于，所述指令接收模块接收到臂头模式指令，且所述动作指令模块接收到伸缩动作指令时，所述控制器控制钢丝绳伸缩至目标长度：

L＝ML-ML₀；

11.如权利要求8-10任一项所述的控制起重机卷扬相对吊臂随动的系统，其特征在于，

12.如权利要求11所述的控制起重机卷扬相对吊臂随动的系统，其特征在于，所述控制器在钢丝绳实际长度获取的过程中，当钢丝绳需要换层时，将卷筒半径更新为：

r＝r+r_rope，处于放绳状态；

r＝r-r_rope，处于收绳状态；

其中，r为卷筒当前半径、r_rope为钢丝绳半径。

13.如权利要求11所述的控制起重机卷扬相对吊臂随动的系统，其特征在于，还设置有获得所述卷筒旋转圈数的卷扬马达转速传感器。