CN103626056A - 一种起重机吊臂变幅的控制装置、方法及起重机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种起重机吊臂变幅的控制装置、方法及起重机，包括：角度传感器、虚拟墙角度设置装置和控制器；角度传感器将采集的起重机吊臂的变幅角度发送到控制器；虚拟墙角度设置装置设置起重机吊臂运行的变幅虚拟墙角度；在起重机吊臂的变幅角度超过预设的角度阈值时，控制器通过减小变幅电磁阀的输入电流降低起重机吊臂的变幅速度，并在起重机吊臂的变幅角度到达变幅虚拟墙角度时，控制变幅电磁阀的输入电流为0，停止起重机吊臂的变幅操作。本发明的控制装置、方法及起重机，自动控制输出给变幅电磁阀的电流，使吊臂平稳停车在虚拟墙范围内，从而避免了事故的发生，并可以记录重复吊装作业的变幅上下限，减轻操作者的劳动强度。

Description

一种起重机吊臂变幅的控制装置、方法及起重机

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种起重机吊臂变幅的控制装置、方法及起重机。

背景技术

起重机作业过程中，经常会碰到一些固定障碍物，如高压线、建筑物等，如果不对起重机变幅角度进行限制，就可能造成起重机吊臂与高压线等的接触，导致触电等事故的发生。起重机的变幅工作原理：操作者对电控手柄进行操作，手柄反馈输出电压由控制器采集，并通过一定的转换关系，输出相应的电压值作用在变幅电磁阀上得到一电流值，这个电流值决定了变幅电磁阀开口的大小。变幅电磁阀开口越大，变幅的速度越大，变幅电磁阀开口关闭，则变幅停止。在其它条件一定的情况下，变幅动作的速度及启停受控于操作者对控制手柄的操作。通常情况下，操作者的注意力多集中于吊重，而忽视吊臂的位置，吊臂与障碍物碰撞的事故常常发生；与此同时，在做一些重复性吊装工作时，操作者如果长时间处于既注意吊重，又注意吊臂位置的工作状态中，难免操作者容易疲劳，从而间接增加了起重机发生其他安全事故的可能性。

这样，就需要加入对变幅动作的干预。在变幅吊装作业前，设置一定的变幅上/下限角度，不管操作者如何操作，变幅范围都不会超过此上/下限且接近此上/下限角度，一方面避免与障碍物触碰导致事故的发生，另一方面减轻操作者在重复吊装作业中的劳动强度。虚拟墙的控制器采集方案相同，都是当周围工作环境有障碍物时，起重机吊臂第一次运动到障碍物附近，此时操作者通过按下按键，记录这时的变幅角度值作为虚拟墙角度。目前，在起重机吊臂的制动阶段方案是：如果起重机在运行过程中传感器检测到的值超过了设定的虚拟墙值就会通过声音报警来提醒操作者并触发停车，停车方案是当有报警时，直接刹车停车。但此种控制方法具有较大的缺点：1、并没有考虑到突然刹车对起重机车体带来的冲击，很可能会导致零部件的损毁；2、刹车行为靠操作者的人为操作完成，势必会受到操作者的情绪及天气情况的影响，造成刹车不及时进而导致事故的发生；3：起重机作业时突然刹车，由于惯性作用的影响，可能会造成所吊重物的脱落，导致事故的发生。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的一个技术问题是提供一种起重机吊臂变幅的控制装置，自动控制输出给变幅电磁阀的电流，使吊臂平稳停车在虚拟墙范围内。

一种起重机吊臂变幅的控制装置，包括：角度传感器、虚拟墙角度设置装置和控制器；所述角度传感器和所述虚拟墙角度设置装置分别与所述控制器电连接；所述角度传感器设置在起重机吊臂上，将采集的起重机吊臂的变幅角度发送到所述控制器；所述虚拟墙角度设置装置设置起重机吊臂运行的变幅虚拟墙角度；所述控制器控制起重机变幅机构中的变幅电磁阀的输入电流；其中，在起重机吊臂的变幅角度超过预设的角度阈值时，所述控制器通过减小所述变幅电磁阀的输入电流降低起重机吊臂的变幅速度，并在起重机吊臂的变幅角度到达变幅虚拟墙角度时，控制变幅电磁阀的输入电流为0，停止起重机吊臂的变幅操作。

根据本发明的装置的一个实施例，进一步的，还包括：报警器或报警灯；所述报警器或报警灯与所述控制器电连接；其中，在起重机吊臂的变幅角度到达变幅虚拟墙角度时，所述控制器控制所述报警器或报警灯报警。

根据本发明的装置的一个实施例，进一步的，还包括显示装置；所述显示装置与所述控制器电连接。

根据本发明的装置的一个实施例，进一步的，所述显示装置的显示屏为触摸显示屏。

一种起重机，包括如上所述的起重机吊臂变幅的控制装置。

本发明要解决的一个技术问题是提供一种起重机吊臂变幅的控制方法，自动控制输出给变幅电磁阀的电流，使吊臂平稳停车在虚拟墙范围内。

一种起重机吊臂变幅的控制方法，包括：角度传感器设置在起重机吊臂上，将采集的起重机吊臂的变幅角度发送到控制器；虚拟墙角度设置装置设置起重机吊臂运行的变幅虚拟墙角度；当起重机吊臂的变幅角度超过预设的角度阈值时，所述控制器通过减小起重机变幅机构中的变幅电磁阀的输入电流降低起重机吊臂的变幅速度，并在起重机吊臂的变幅角度到达变幅虚拟墙角度时，控制变幅电磁阀的输入电流为0，停止起重机吊臂的变幅操作。

根据本发明的方法的一个实施例，进一步的，设置角度差为吊臂实时角度与虚拟墙角度的差；设置2个预设的角度阈值，分别为第一阈值角度和第二阈值角度，并且第一阈值角度>第二阈值角度；当第二阈值角度<角度差<=第一阈值角度时，以角度为单位对变幅电磁阀的输入电流进行减速；其中，将第一阈值角度与第二阈值角度之间的差值平均分为多段，并设置在每一段中降低的变幅电磁阀的输入电流值；所述多段中的每一段被平均分成多份，对变幅电磁阀的输入电流进行多次减法运算，每次减去的电流值一致；当角度差<=第二阈值角度时，以时间为单位对当前电流进行减速设置将变幅电磁阀的输入电流降低到0的时间区间，在此时间区间内均匀地减小变幅电磁阀的输入电流，最终将变幅电磁阀的输入电流减为0，使吊臂平稳停在虚拟墙内。

根据本发明的方法的一个实施例，进一步的，变幅虚拟墙角度包括：变幅下限虚拟墙角度和变幅上限虚拟墙角度；在向下进行变幅操作时，所述角度差=吊臂实时角度-变幅下限虚拟墙角度；在向上进行变幅操作时，所述角度差=变幅上限虚拟墙角度-吊臂实时角度。

本发明的起重机吊臂变幅的控制装置、方法及起重机，自动控制输出给变幅电磁阀的电流，使吊臂平稳停车在虚拟墙范围内，并不会触碰障碍物，从而避免了事故的发生，并可以记录重复吊装作业的变幅上下限，减轻操作者的劳动强度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明的起重机吊臂变幅的控制装置的一个实施例的示意图；

图2为根据本发明的起重机吊臂变幅的控制方法的一个实施例的流程图；

图3为根据本发明的起重机吊臂变幅的控制方法的又一个实施例的流程图；

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

起重机变幅动作是指起重机吊臂在变幅油缸作用下，做俯仰动作即为起重机变幅动作。变幅角度即为起重机吊臂与水平面之间的夹角，通过采集安装在起重机吊臂上的角度传感器的信号获得。

如图1所示，起重机吊臂变幅的控制装置包括：角度传感器1、虚拟墙角度设置装置2和控制器3。角度传感器1和虚拟墙角度设置装置2分别与控制器3电连接。角度传感器1设置在起重机吊臂上，将采集的起重机吊臂的变幅角度发送到控制器3。

变幅虚拟墙是指对起重机吊臂变幅动作的角度进行限制，设置其变幅角度的上限或下限，工作时，不能超过上限角度或下限角度进行作业，此上下限角度即称为变幅虚拟墙。

变幅电磁阀是一种利用阀杆在磁场中的运动控制电磁阀开口大小，来控制液压油流量，进而控制变幅速度及变幅动作启停的装置。控制器输出电压作用在变幅电磁阀上，变幅电磁阀自身有电阻，这样利用欧姆定律即可得到作用在变幅电磁阀上的电流。变幅控制算法就是通过控制输出给电磁阀的电流达到控制变幅动作的目的。

虚拟墙角度设置装置2设置起重机吊臂运行的变幅虚拟墙角度；控制器3控制起重机变幅机构中的变幅电磁阀6的输入电流。在起重机吊臂的变幅角度超过预设的角度阈值时，控制器3通过减小变幅电磁阀6的输入电流降低起重机吊臂的变幅速度，并在起重机吊臂的变幅角度到达变幅虚拟墙角度时，控制变幅电磁阀6的输入电流为0，停止起重机吊臂的变幅操作。

根据本发明的一个实施例，可以设置一个角度阈值，在起重机吊臂的变幅角度超过此角度阈值时，控制器3通过减小变幅电磁阀6的输入电流降低起重机吊臂的变幅速度。也可以设置多个预设的角度阈值，在起重机吊臂的变幅角度在此多个预设的角度阈值区间时，采用多种方式减小变幅电磁阀6的输入电流降低起重机吊臂的变幅速度，例如，根据角度的变化减小电流，或根据时间的变化减小电流。

根据本发明的一个实施例，虚拟墙角度设置装置2加两个按键，一个负责下限虚拟墙的记录，一个负责上限虚拟墙的记录；在变幅角度达到预设的阈值角度1后，开始以角度为单位对输出给变幅电磁阀的电流进行减法运算，在变幅角度达到预设的阈值角度2后，开始以时间为单位对剩余电流进行减速，直至电流减小为0，起重机吊臂平稳停在虚拟墙内。

根据本发明的一个实施例，添加了两个按键，用来记录虚拟墙角度。按键作为负向开关使用，下降沿开启虚拟墙并记录虚拟墙角度，上升沿解除虚拟墙并将虚拟墙角度置为0。

根据本发明的一个实施例，报警器5或报警灯与控制器3电连接；在起重机吊臂的变幅角度到达变幅虚拟墙角度、或者设置的角度阈值时，控制器3控制报警器5或报警灯报警。显示装置4与控制器3电连接。显示装置4的显示屏为触摸显示屏。

根据本发明的一个实施例，一种起重机包括如上的起重机吊臂变幅的控制装置。

根据本发明的一个实施例，起重机吊臂变幅的控制方法如图2所示：

步骤210，角度传感器设置在起重机吊臂上，将采集的起重机吊臂的变幅角度发送到控制器。

步骤202虚拟墙角度设置装置设置起重机吊臂运行的变幅虚拟墙角度。

步骤203，当起重机吊臂的变幅角度超过预设的角度阈值时，控制器通过减小起重机变幅机构中的变幅电磁阀的输入电流降低起重机吊臂的变幅速度，并在起重机吊臂的变幅角度到达变幅虚拟墙角度时，控制变幅电磁阀的输入电流为0，停止起重机吊臂的变幅操作。

根据本发明的一个实施例，变幅虚拟墙开启，吊臂角度未到达预设的角度阈值，则执行正常的变幅动作，按原来的控制方式进行变幅；当吊臂角度达到预设的角度阈值，则执行变幅减速算法，最终吊臂平稳停车在虚拟墙内。变幅虚拟墙上限及下限可同时存在，也可单独存在。

根据本发明的一个实施例，角度差为吊臂实时角度与虚拟墙角度的差；设置第一阈值角度和第二阈值角度，并且第一阈值角度>第二阈值角度；当第二阈值角度<角度差<=第一阈值角度时，以角度为单位对变幅电磁阀的输入电流进行减速；将第一阈值角度与第二阈值角度之间的差值平均分为多段，并设置在每一段中降低的变幅电磁阀的输入电流值；多段中的每一段被平均分成多份，对变幅电磁阀的输入电流进行多次减法运算，每次减去的电流值一致。

当角度差<=第二阈值角度时，以时间为单位对当前电流进行减速设置将变幅电磁阀的输入电流降低到0的时间区间，在此时间区间内均匀地减小变幅电磁阀的输入电流，最终将变幅电磁阀的输入电流减为0，使吊臂平稳停在虚拟墙内。

根据本发明的一个实施例，变幅虚拟墙角度包括：变幅下限虚拟墙角度和变幅上限虚拟墙角度；在向下进行变幅操作时，角度差=吊臂实时角度-变幅下限虚拟墙角度；在向上进行变幅操作时，角度差=变幅上限虚拟墙角度-吊臂实时角度。

根据本发明的一个实施例，在变幅角度达到设定值后，让手柄控制程序失效，对吊臂变幅动作进行控制；将变幅减速算法分为两段进行，第一段以角度为单位对电流进行减速，让吊臂稳定制动；第二段以时间为单位对剩余电流进行减速，让吊臂稳定停车。第一段以角度为单位进行减速时，设置一条标准的‘角度--电流’曲线，让控制器输出电流始终在此曲线之下，保证电流始终处于受控范围内。

根据本发明的一个实施例，起重机吊臂变幅的控制方法如图3所示：其中‘角度差’指的是吊臂实时角度与虚拟墙角度的差，用angle_表示。图3中涉及到角度比较的部分，全部是此角度差与预设阈值角度的比较。

设置了两个阈值角度，阈值角度1用angle_YZ表示，阈值角度2用angle_SJ表示，这两个阈值角度分别对应两个阶段不同的减速算法，且angle_YZ>angle_SJ。在angle_>angle_YZ时，不执行变幅虚拟墙程序；当angle_<=angle_YZ时，开始执行变幅虚拟墙减速算法。

步骤305至步骤312：当angle_SJ<angle_<=angle_YZ时，以角度为单位对电流进行减速。在这一阶段中，设置了一个标准的‘角度--电流’变化曲线：我们将angle_YZ平均分为三段，第一段减去电流I_1,第二段减去电流I_2,在第三段减去电流I_3；为了能让吊臂平稳制动，每一段又被平均分成N份，对电流进行N次减法运算，每次减去的电流值一致。

对angle_的范围进行判断，如果angle_SJ<angle_<=angle_YZ，就开始进行减速判定：如果当前电流小于标准曲线此角度对应电流，那么控制器输出当前电流，否则，输出该角度对应曲线上的电流，目的是让控制器输出给变幅电磁阀的电流始终在设置的标准曲线之下或等于标准曲线。实现吊臂平稳减速制动。

步骤301至步骤304：当angle_<=angle_SJ时，开始以时间为单位对当前电流进行减速，斜坡设置为SJ_XP（单位为mA/10ms)。最终将电流减为0，吊臂平稳停在虚拟墙内。

angle_SJ及angle_YZ两个阈值角度的设置根据工况的变化而变化，所以阈值角度2即angle_SJ有可能在阈值角度1三段的任何一段里。

变幅起及变幅落的控制的不同之处为：1)角度差的计算：变幅落角度差=吊臂实时角度-变幅下限虚拟墙角度；变幅起角度差=变幅上限虚拟墙角度-吊臂实时角度。2)变幅起落两个角度阈值angle_YZ及angle_SJ、标准曲线参数I_1、I_2及I_3及减电流斜坡SJ_XP值不同，需根据不同工况及不同车型进行调节。

本发明的起重机吊臂变幅的控制装置、方法及起重机，从根本上避免了由于操作者的误操作所导致的事故的发生。在变幅虚拟墙开启时，记录变幅的上/下限角度，即为变幅虚拟墙角度；只要虚拟墙不解除，变幅动作就会按照控制程序的设定要求进行作业：在到达阈值角度1后，手柄控制程序失效，直接执行变幅虚拟墙减速算法，由控制程序自动控制输出给变幅电磁阀的电流，最终使电流减小为0，吊臂平稳停车在虚拟墙范围内。这样吊臂就不会触碰障碍物，从而避免了事故的发生。

另一方面，在起重机做重复变幅吊装作业时，开启虚拟墙上下限，用以记录重复吊装作业的变幅上下限，这样不必每次停车前，都要人为去判断变幅停车角度，减轻操作者的劳动强度。

可能以许多方式来实现本发明的方法和系统。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本发明的方法和系统。用于方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本发明的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本发明实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本发明的方法的机器可读指令。因而，本发明还覆盖存储用于执行根据本发明的方法的程序的记录介质。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施。

Claims (8)

1.一种起重机吊臂变幅的控制装置，其特征在于，包括：

角度传感器、虚拟墙角度设置装置和控制器；

所述角度传感器和所述虚拟墙角度设置装置分别与所述控制器电连接；所述角度传感器设置在起重机吊臂上，将采集的起重机吊臂的变幅角度发送到所述控制器；所述虚拟墙角度设置装置设置起重机吊臂运行的变幅虚拟墙角度；

所述控制器控制起重机变幅机构中的变幅电磁阀的输入电流；其中，在起重机吊臂的变幅角度超过预设的角度阈值时，所述控制器通过减小所述变幅电磁阀的输入电流降低起重机吊臂的变幅速度，并在起重机吊臂的变幅角度到达变幅虚拟墙角度时，控制变幅电磁阀的输入电流为0，停止起重机吊臂的变幅操作。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：

还包括：报警器或报警灯；所述报警器或报警灯与所述控制器电连接；

其中，在起重机吊臂的变幅角度到达变幅虚拟墙角度时，所述控制器控制所述报警器或报警灯报警。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：

还包括显示装置；所述显示装置与所述控制器电连接。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于：

所述显示装置的显示屏为触摸显示屏。

5.一种起重机，其特征在于，包括：

如权利要求1至4任意一项所述的起重机吊臂变幅的控制器。

6.一种起重机吊臂变幅的控制方法，包括：

角度传感器设置在起重机吊臂上，将采集的起重机吊臂的变幅角度发送到控制器；

虚拟墙角度设置装置设置起重机吊臂运行的变幅虚拟墙角度；

当起重机吊臂的变幅角度超过预设的角度阈值时，所述控制器通过减小起重机变幅机构中的变幅电磁阀的输入电流降低起重机吊臂的变幅速度，并在起重机吊臂的变幅角度到达变幅虚拟墙角度时，控制变幅电磁阀的输入电流为0，停止起重机吊臂的变幅操作。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：

设置角度差为吊臂实时角度与虚拟墙角度的差；

设置2个预设的角度阈值，分别为第一阈值角度和第二阈值角度，并且第一阈值角度>第二阈值角度；

当第二阈值角度<角度差<=第一阈值角度时，以角度为单位对变幅电磁阀的输入电流进行减速；其中，将第一阈值角度与第二阈值角度之间的差值平均分为多段，并设置在每一段中降低的变幅电磁阀的输入电流值；所述多段中的每一段被平均分成多份，对变幅电磁阀的输入电流进行多次减法运算，每次减去的电流值一致；

当角度差<=第二阈值角度时，以时间为单位对当前电流进行减速；设置将变幅电磁阀的输入电流降低到0的时间区间，在此时间区间内均匀地减小变幅电磁阀的输入电流，最终将变幅电磁阀的输入电流减为0，使吊臂平稳停在虚拟墙内。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：

变幅虚拟墙角度包括：变幅下限虚拟墙角度和变幅上限虚拟墙角度；在向下进行变幅操作时，所述角度差=吊臂实时角度-变幅下限虚拟墙角度；在向上进行变幅操作时，所述角度差=变幅上限虚拟墙角度-吊臂实时角度。

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