CN103523670B - 吊臂幅度检测装置及方法、起重机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种吊臂幅度检测装置及方法、起重机。根据本发明的吊臂幅度检测装置，包括：第一角度传感器，设置在吊臂的底部，用于测量吊臂的底部的切线与水平面的第一夹角A1；第二角度传感器，设置在吊臂的头部，用于测量吊臂的头部的切线与水平面的第二夹角A2；处理器，根据D=B+l，计算幅度D，其中，B为吊臂的回转中心与吊臂的底部铰点之间的水平距离，l为以弯曲后的吊臂为圆弧在水平面的投影长度。本发明通过在吊臂的底部和头部分别设置角度传感器，测量吊臂弯曲后的底部和头部的切线相对水平面的夹角A1和A2，将弯曲后的吊臂近似为圆弧，在吊臂的长度L已知的情况下，即可精确地计算出吊臂在水平面上的投影长度l，进而计算幅度D。

Description

吊臂幅度检测装置及方法、起重机

技术领域

本发明涉及起重机检测领域，具体而言，涉及一种吊臂幅度检测装置及方法、起重机。

背景技术

桁架臂由于具有重量较轻的特点，目前在履带起重机、汽车起重机的吊臂广泛使用桁架臂。但是，如图1所示，桁架臂在实际使用过程中，由于长度较长，臂架截面相对较小，桁架臂存在一定的柔性，即在吊重受载较大情况下，臂架会存在一定的弯曲变形（简称挠度），即吊臂的理想形状为虚线L2，实际形状为实线L1，吊重为G，在起重机的安全控制装置（力矩限制器）计算中，吊臂挠度直接影响计算精度，即吊臂弯曲后无法准确得出吊臂两端点之间的距离，从而直接影响幅度（起重机通常指吊钩重心垂线到回转中心的距离）的计算精度。目前起重机的力矩限制器精度普遍不高，误差较大，其中一个主要的原因就是桁架臂的挠度影响幅度的检测计算精度。

现有技术中，目前计算幅度采用以下两种方法：

第一种吊臂幅度计算采用角度传感器和长度传感器检测计算。具体地，如图2所示，采取长度传感器检测吊臂的长度L（即吊臂两端点之间的距离），角度传感器检测的吊臂底部的切线与水平面的角度A，然后根据长度传感器检测的长度L、角度A计算幅度D，即D=L×cos(A)。然而，这种采用角度传感器和长度传感器结合的方式计算幅度，具有长度传感器成本较高的缺点，而且，长度传感器的拉线L3也有挠度，也就是说，拉线也是弯曲的，测量的长度为L3的长度，而不是虚线L2的长度，幅度计算的精度也不高；

第二种吊臂幅度计算采用角度传感器检测吊臂底部的切线与水平面的角度A，并结合载荷及试验曲线校正，即起重机的幅度计算根据角度传感器检测的角度A，实际检测载荷及预先存储的工况曲线数据表；即D=L×cos(A)×rate，其中，L为吊臂的伸出长度（即图3中曲线L1的长度），rate为矫正系数，根据实际臂长、载荷等参数与实验存储参数进行比对，查询与之相近的参数进行取值。

然而，第二种吊臂幅度计算方法由于实验工况多，难以采集比较完整的数据，导致误差大；另外，校正系数rate与载荷、工况等参数相关，通用性很差，通常结构修改、实验方法修改都会导致其变化，需要重新采集处理，成本高，精度低。

发明内容

本发明旨在提供一种提高测量精度的吊臂幅度检测装置及方法、起重机。

本发明提供了一种吊臂幅度检测装置，包括：第一角度传感器，设置在吊臂的底部，用于测量吊臂的底部的切线与水平面的第一夹角A1；第二角度传感器，设置在吊臂的头部，用于测量吊臂的头部的切线与水平面的第二夹角A2；处理器，根据D=B+l，计算幅度D，其中，B为吊臂的回转中心与吊臂的底部铰点之间的水平距离，l为以弯曲后的吊臂为圆弧在水平面的投影长度。

进一步地，方法包括：以弯曲后的吊臂为圆弧，吊臂的底部和头部为圆弧的两端点；测量圆弧的下端点的切线与水平面的第一夹角A1，上端点的切线与水平面的第二夹角A2，并计算圆弧在水平面的投影长度l；计算幅度D，D=B+l，其中，B为吊臂的回转中心与吊臂的底部铰点之间的水平距离。

进一步地，计算投影长度l包括：以圆弧的两端点的连线为圆弧的弦，计算弦长d和弦与水平面的夹角α；计算投影长度l，l=dcosα。

进一步地，计算弦长d包括：计算圆弧对应的圆心角θ，其中，θ=A1-A2；计算圆弧的半径R，其中，L为圆弧的弧长；计算弦长d，

进一步地，计算角度α，

本发明还提供了一种起重机，包括转台和铰接在转台上的吊臂，起重机上还设置有前述的吊臂幅度检测装置。

根据本发明的吊臂幅度检测装置及方法、起重机，通过在吊臂的底部和头部分别设置角度传感器，测量吊臂弯曲后的底部和头部的切线相对水平面的夹角A1和A2，将弯曲后的吊臂近似为圆弧后，在吊臂的长度，即弧长L已知的情况下，即可精确地通过数学计算出吊臂在水平面上的投影长度，结合吊臂的回转中心与吊臂的底部铰点之间的水平距离B，即可计算出幅度D，由于整个吊臂材质均匀，在吊重时，弯曲均匀，即将弯曲的吊臂近似为圆弧，具有较高的精度，整个检测方法不再需要其他参数校正，从而使得本发明的吊臂幅度检测方法相比现有技术具有更高的精度。

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是现有技术中的吊臂挠度示意图；

图2是现有技术中的第一种幅度检测方法示意图；

图3是现有技术中的第二种幅度检测方法示意图；以及

图4是本发明的幅度检测方法示意图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，根据本发明的吊臂幅度检测装置，包括：第一角度传感器，设置在吊臂的底部，用于测量吊臂的底部的切线与水平面的第一夹角A1；第二角度传感器，设置在吊臂的头部，用于测量吊臂的头部的切线与水平面的第二夹角A2；处理器，根据D=B+l，计算幅度D，其中，B为吊臂的回转中心与吊臂的底部铰点之间的水平距离，l为以弯曲后的吊臂为圆弧在水平面的投影长度。

本发明在测量出第一夹角A1和第二夹角A2，以及吊臂的长度L已知的情况下，将弯曲后的吊臂近似为圆弧后，即可精确地通过数学计算出吊臂在水平面上的投影长度l，结合吊臂的回转中心与吊臂的底部铰点之间的水平距离B，即可计算出幅度D，由于整个吊臂材质均匀，在吊重时，弯曲均匀，即将弯曲的吊臂近似为圆弧，具有较高的精度，整个检测方法再没有采用其他的近似等同，从而使得本发明的吊臂幅度检测方法相比现有技术具有更高的精度。

本发明还提供了一种吊臂幅度检测方法，该方法具体包括：以弯曲后的吊臂为圆弧，吊臂的底部和头部为圆弧的两端点；测量圆弧的下端点的切线与水平面的第一夹角A1，上端点的切线与水平面的第二夹角A2，并计算圆弧在水平面的投影长度l；计算幅度D，D=B+l，其中，B为吊臂的回转中心与吊臂的底部铰点之间的水平距离，需要说明的是，B可能为正值，也可能为负值，根据吊臂的回转中心与吊臂的底部铰点的相对位置确定。

结合图4所示，计算圆弧在水平面的投影长度l，首先以圆弧的两端点的连线为圆弧的弦，计算弦长d和弦与水平面的夹角α；进而根据l=dcosα，计算投影长度l。

具体地，如图4的幅度检测示意图所示，在图中，E为吊臂底部与转台的铰点，F为吊臂头部，EF即为吊臂的实际状态，其长度（弧长）L即为吊臂未发生挠度时的初始长度，为已知值；O即弧EF的圆心，线EPM为吊臂底部所在的水平线，线NFC为吊臂头部所在的水平线；GE与GFD分别为经过点E、F的切线；线FP即吊臂顶部的竖直线，即FP垂直EM于P点；也即在图中，A1=∠GEP，A2=∠DFC，l=EP。

在图中，由几何关系可知：

A1+A2=2∠FEP；

A1-A2=∠FOE。

也即圆弧对应的圆心角∠FOE=θ=A1-A2，弦与水平面的夹角

根据圆心角θ与弧长L的关系计算出圆弧对应的半径在等腰三角形△OEF中，即可计算出弦长结合EF与水平面夹角 $\∠\mathrm{FEP}=\mathrm{\α}=\frac{(A1+A2)}{2}.$

计算

L、B、A1、A2均为已知值，幅度D不再需要用载荷等相关参数校正，避免了校正参数多，解决校正系数获取困难的问题。

本发明还提供了一种起重机，包括转台和铰接在转台上的吊臂，起重机上还设置有前述的吊臂幅度检测装置，即本发明的起重机通过前述的吊臂幅度检测装置检测吊臂上下两端的切线与水平面的夹角，并采用前述的计算方法计算吊臂的幅度，不需要采用相关参数校正，从而使得本发明的起重机的幅度计算能够获得更高的精度。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

根据本发明的吊臂幅度检测装置及方法、起重机，通过在吊臂的底部和头部分别设置角度传感器，测量吊臂弯曲后的底部和头部的切线相对水平面的夹角A1和A2，将弯曲后的吊臂近似为圆弧后，在吊臂的长度，即弧长L已知的情况下，即可精确地通过数学计算出吊臂在水平面上的投影长度，结合吊臂的回转中心与吊臂的底部铰点之间的水平距离B，即可计算出幅度D，由于整个吊臂材质均匀，在吊重时，弯曲均匀，即将弯曲的吊臂近似为圆弧，具有较高的精度，整个检测方法不再需要其他参数校正，从而使得本发明的吊臂幅度检测方法相比现有技术具有更高的精度。

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 (5)

1.一种吊臂幅度检测装置，其特征在于，包括：

第一角度传感器，设置在吊臂的底部，用于测量所述吊臂的底部的切线与水平面的第一夹角A1；

第二角度传感器，设置在所述吊臂的头部，用于测量所述吊臂的头部的切线与水平面的第二夹角A2；

处理器，根据D＝B+l，计算幅度D，其中，B为所述吊臂的回转中心与所述吊臂的底部铰点之间的水平距离，l为以弯曲后的所述吊臂为圆弧在水平面的投影长度，根据l＝dcosα计算所述投影长度，以所述圆弧的两端点的连线为所述圆弧的弦，计算弦长d和所述弦与水平面的夹角α。

2.一种吊臂幅度检测方法，其特征在于，所述方法包括：

以弯曲后的吊臂为圆弧，所述吊臂的底部和头部为所述圆弧的两端点；

测量所述圆弧的下端点的切线与水平面的第一夹角A1，上端点的切线与水平面的第二夹角A2，并计算所述圆弧在水平面的投影长度l；

计算幅度D，D＝B+l，其中，B为所述吊臂的回转中心与所述吊臂的底部铰点之间的水平距离，计算所述投影长度l包括：

以所述圆弧的两端点的连线为所述圆弧的弦，计算弦长d和所述弦与水平面的夹角α；

计算所述投影长度l，l＝dcosα。

3.根据权利要求2所述的吊臂幅度检测方法，其特征在于，计算所述弦长d包括：

计算所述圆弧对应的圆心角θ，其中，θ＝A1-A2；

计算所述圆弧的半径R，其中，L为所述圆弧的弧长；

计算弦长d，

4.根据权利要求3所述的吊臂幅度检测方法，其特征在于，

计算所述角度α， $\mathrm{\α}=\frac{(A1+A2)}{2};$

5.一种起重机，包括转台和铰接在所述转台上的吊臂，其特征在于，所述起重机上还设置有权利要求1所述的吊臂幅度检测装置。