CN104016236A - 力矩限制系统、起重机和力矩限制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种力矩限制系统、起重机和力矩限制方法。该力矩限制系统包括：销轴传感器，安装于所述起重机的臂头滑轮的铰接孔内，用于检测所述臂头滑轮受到的钢丝绳压力；控制器，用于根据所述钢丝绳压力获得钢丝绳拉力，并根据所述钢丝绳拉力获得起重力矩；判断所述起重力矩是否大于预设值，并在所述起重力矩大于预设值时，锁定使所述起重力矩增大的操作和/或发出警报信息。本发明提供的力矩限制装置结构简单；引起误差的部件少，因此获得的起重力矩数据精度较高，相应的控制精度也较高，有利于提高起重机的作业安全。

Description

力矩限制系统、起重机和力矩限制方法

技术领域

本发明涉及工程机械领域，特别涉及一种力矩限制系统、起重机和力矩限制方法。

背景技术

起重机是一种能够进行物料起重、运输和装卸等作业的工程机械，被广泛的应用于建筑、交通、港口、能源及农田水利等领域，具体如搭建桥梁、安装发电设备、造船、架设风力发电机组等。

近年来，随着工程建设脚步的加快，对起重机性能改进提出了更高的要求。同时对其使用安全性也更为重视。起重机一旦发生事故，往往造成重要的经济损失甚至人员伤亡。目前，为了保证起重机的作业安全性，通常对起重力矩进行限制，因此获得起重机作业时的起重力矩对于提高起重机的作业安全性至关重要。

现有技术中，起重机力矩限制多采用理论计算和试验拟合的方式。试验拟合方式建立在大量的吊载试验上，且程序移植程度低，批量生产困难。理论计算方式相对试验拟合方式较为先进，目前多采用对变幅油缸的压力检测间接获取吊重量，但受限于传感器和控制器的精度和间接误差，力矩限制的精度有待提高。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种结构简单，且控制精度高的力矩限制系统。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一方面，本发明提供了一种力矩限制系统，用于起重机，包括：销轴传感器，安装于所述起重机的臂头滑轮的铰接孔内，用于检测所述臂头滑轮受到的钢丝绳压力；控制器，用于根据所述钢丝绳压力获得钢丝绳拉力，并根据所述钢丝绳拉力获得起重力矩；判断所述起重力矩是否大于预设值，并在所述起重力矩大于预设值时，锁定使所述起重力矩增大的操作和/或发出警报信息。

进一步地，所述控制器包括：计算单元、判断单元和处理单元；所述计算单元用于根据所述钢丝绳压力计算出钢丝绳拉力，并根据所述钢丝绳拉力计算出起重力矩；所述判断单元用于判断所述起重力矩是否大于预设值；所述处理单元用于当所述起重力矩大于预设值时，锁定使所述起重力矩增大的操作，和/或发出警报信息。

进一步地，所述计算单元包括：钢丝绳拉力计算模块，用于根据所述钢丝绳压力和钢丝绳夹角计算出钢丝绳拉力；所述钢丝绳夹角为绕过所述臂头滑轮的钢丝绳的入绳端和出绳端之间的夹角；起重幅度计算模块，用于根据起重臂长度和起重臂摆动角度计算出起重幅度；起重力矩计算模块，用于根据所述钢丝绳拉力和起重幅度计算出起重力矩；所述起重幅度为所述起重机的回转中心到起重臂的臂头的水平距离。

进一步地，所述钢丝绳拉力计算模块用于根据公式Q＝F/[2×cos(α/2)]计算出钢丝绳拉力；其中，Q为钢丝绳拉力，F为钢丝绳压力，α为钢丝绳夹角；所述起重力矩计算模块用于根据公式T₀＝Q×L计算出起重幅度；其中，T₀为起重力矩，L为起重机的回转中心到起重臂的臂头的水平距离。

进一步地，所述控制器还包括存储单元，用于预存不同起重臂长度对应的钢丝绳夹角。

进一步地，所述预设值包括第一预设值和第二预设值，所述第一预设值小于第二预设值；所述处理单元包括第一处理模块和第二处理模块；所述第一处理模块用于当所述起重力矩大于第一预设值时，发出警报信息；所述第二处理模块用于当所述起重力矩大于第二预设值时，锁定使所述起重力矩增大的操作。

另一方面，本发明还提供一种起重机，设置有上述任意一项所述的力矩限制系统。

另一方面，本发明还提供一种力矩限制方法，用于起重机，包括如下步骤：S1、接收设置于所述起重机的臂头滑轮的铰接孔内的销轴传感器发送的钢丝绳压力；S2、根据所述钢丝绳压力获得钢丝绳拉力，根据所述钢丝绳拉力获得起重力矩；S3、判断所述起重力矩是否大于预设值；若是，执行步骤S4；S4、锁定使所述起重力矩增大的操作，和/或发出警报信息。

进一步地，所述步骤S2具体包括：S201、根据所述钢丝绳压力和钢丝绳夹角计算钢丝绳拉力；所述钢丝绳夹角为绕过所述臂头滑轮的钢丝绳的入绳端和出绳端之间的夹角；S202、根据所述钢丝绳的拉力和起重幅度计算起重力矩；所述起重幅度为所述起重机的回转中心到起重臂的臂头的水平距离。

进一步地，所述步骤S4具体包括：S401、发出警报信息；S402、锁定使所述起重力矩增大的操作；所述步骤S3具体包括：S301、判断所述起重力矩是否大于第一预设值，若是，执行步骤S401；S302、判断所述起重力矩是否大于第二预设值，若是，执行步骤S402；其中，所述第一预设值小于所述第二预设值。

本发明提供的力矩限制装置包括销轴传感器和控制器，销轴传感器设置于臂头滑轮，用于检测钢丝绳压力，控制器用于根据销轴传感器发送的钢丝绳压力获得钢丝绳拉力，再根据钢丝绳拉力计算出起重力矩，而后将起重力矩与预设值比较后判断是否进行执行防护控制操作。相对于现有技术，本发明提供的力矩限制装置结构简单；引起误差的部件少，因此获得的起重力矩数据精度较高，相应的控制精度也较高，有利于提高起重机的作业安全。

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。在附图中：

图1为本发明实施例一提供的力矩限制系统的结构框图，为了便于理解，图中还示出了臂头滑轮；

图2为本发明实施例一提供的力矩限制系统中销轴传感器的安装示意图；

图3为本发明实施例一提供的力矩限制系统中销轴传感器的受力示意图；

图4为本发明另一实施例提供的力矩限制系统的结构框图；

图5为本发明实施例三提供的力矩限制方法的流程示意图；

图6为本发明另一实施例提供的力矩限制方法的流程示意图。

附图标记说明：

1    销轴传感器            2    控制器

21   计算单元              22   判断单元

23   处理单元              24   存储单元

211  钢丝绳拉力计算模块    212  起重力矩计算模块

213  起重幅度计算模块      231  第一处理模块

232  第二处理模块          3    臂头滑轮

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。下面结合附图，对本发明的各优选实施例作进一步说明：

请参见图1和图3，图1示出了本发明实施例一提供的力矩限制系统的原理框图。该力矩限制系统用于起重机，包括销轴传感器1和控制器2，其中：

销轴传感器1安装于起重机的臂头滑轮3的铰接孔内，用于检测臂头滑轮3受到的钢丝绳压力F；

控制器2用于根据钢丝绳压力F获得钢丝绳拉力Q，并根据钢丝绳拉力Q获得起重力矩(以T₀为例说明)；以及用于判断该起重力矩T₀是否大于预设值T，并在起重力矩T₀大于预设值T时，锁定使起重力矩T₀增大的操作和/或发出警报信息。

本发明人考虑通过臂头滑轮3所受的钢丝绳压力F来获得钢丝绳拉力Q，即获得实际吊载重量；而后再根据钢丝绳拉力Q计算出起重力矩T₀。优选地，结合图2所示，可以通过设置在臂头滑轮3的销轴传感器1获得钢丝绳压力F；这种情形下，钢丝绳压力F的精度即为销轴传感器1的理论精度，这样可以通过标定解决销轴传感器安装环节所引起的微小误差，并且便于安装以及线路布置。

具体而言，请参见图2，在实施过程中，销轴传感器1可以设置于起重机的臂头滑轮3的铰接孔内，销轴传感器1受力情形如图3所示，销轴传感器1检测到的受力即为臂头滑轮3受到的钢丝绳压力F。

销轴传感器1将检测到的钢丝绳压力F发送给控制器2，控制器2便可根据接收的钢丝绳压力F计算出起重力矩T₀，而后将该起重力矩T₀与预设值T比较后判断是否执行防护控制操作。具体实施过程中，根据钢丝绳压力F计算出起重力矩T₀的原理可以采用如下方式实现(请参见图2)：

对钢丝绳压力F进行分解，可以得到钢丝绳拉力(即实际吊载重量)Q，Q＝F/[2×cos(α/2)]；其中α为钢丝绳夹角，即绕过臂头滑轮3的钢丝绳的入绳端和出绳端之间的夹角。获得钢丝绳拉力Q后，再根据起重幅度L便可以得到起重力矩T₀，T₀＝Q×L；其中，L为起重机的回转中心到起重臂的臂头的水平距离。

具体而言，在实施过程中，控制器2可以包括计算单元21、判断单元22和处理单元23，其中：

计算单元21用于根据钢丝绳压力F计算出钢丝绳拉力Q，再根据钢丝绳拉力Q计算出起重力矩T₀。

判断单元22用于判断起重力矩T₀是否大于预设值T；

处理单元23用于当起重力矩T₀大于预设值T时，锁定使起重力矩增大的操作，和/或发出警报信息。

在此基础上，具体实施时，上述计算单元21可以包括钢丝绳拉力计算模块211和起重力矩计算模块212，其中：

钢丝绳拉力计算模块211用于根据钢丝绳压力F和钢丝绳夹角α计算出钢丝绳拉力Q；

起重力矩计算模块212用于根据钢丝绳拉力Q和起重幅度L计算出起重力矩。

基于上文描述，丝绳拉力计算模块211可以用于根据公式Q＝F/[2×cos(α/2)]计算出钢丝绳拉力；起重力矩计算模块212可以根据公式T₀＝Q×L计算出起重幅度。

起重机的起重臂在摆动过程中，上述钢丝绳夹角α基本不变；在起重臂伸缩的过程中个，钢丝绳夹角α会随着发生微小的变化。在具体实施时，为了简化操作，对于同一机型，上述钢丝绳夹角α可以为一定值。但是，为了提高计算精度，上述控制器2还可以包括存储单元24(请参见图4)，该存储单元24用于预存不同起重臂长度对应的钢丝绳夹角。由此，钢丝绳拉力计算模块211可以根据存储单元24存储的钢丝绳夹角α和钢丝绳压力F计算出钢丝绳拉力Q。此外，该存储单元24还可以预存起重臂的当前伸缩长度，以及起重臂的当前摆动角度β；计算单元21还可以包括起重幅度计算模块213，用于根据当前的起重臂长度S和起重臂摆动角度β计算出当前的起重幅度L。起重臂摆动角度为起重臂与水平面的夹角，L可以按照如下方式计算得出：L＝S×cosβ。起重臂的当前摆动角度可通过变幅油缸的伸缩量及相关已知量获得，而变幅油缸伸缩量可以通过设置在变幅油缸上的长度传感器获得。

按照上述结构，控制器2中的判断单元22接收到起重力矩T₀后判断其是否大于预设值T，若是则将判断结果发送给处理单元23，处理单元23控制执行防护操作，该防护操作可以为：锁定使起重力矩增大的操作，如禁止起重臂朝下变幅和伸长等操作；或者发出警报信息，如向警报器发送警报信息，使警报器发出警鸣或者警报灯闪烁；也可以为上述二者的结合。上述预设值T可以为相应型号的起重机的倾覆力矩。

在具体实施过程中，为了使得该力矩限制系统具有预警功能，上述预设值T可以包括第一预设值T₁和第二预设值T₂，并且第一预设值T₁小于第二预设值T₂；相应地，处理单元23可以包括第一处理模块231和第二处理模块232，其中：

第一处理模块231用于当起重力矩T₀大于第一预设值T₁时，发出警报信息；第二处理模块232用于当起重力矩T₀大于第二预设值T₂时，锁定使所述起重力矩增大的操作。

上述第二预设值T₂可以设置为起重机的倾覆力矩，第一预设值T₁小于第二预设值T₂，由此当起重力矩T₀大于第一预设值T₁时，第一处理模块231发出警报信息，此时起到预警的作用，对操作人员进行提示，以便于操作人员能提前调整吊载动作。当起重力矩T₀大于第二预设值T₂时，第二处理模块232则直接锁定使所述起重力矩增大的操作，保证起重力矩小于倾翻力矩，提高施工安全性。在一种优选方式中，上述第一预设值T₁可以为第二预设值T₂的80～90％。

由上述内容可知，本发明实施例提供的力矩限制装置包括销轴传感器和控制器，销轴传感器设置于臂头滑轮，用于检测钢丝绳压力，控制器用于根据销轴传感器发送的钢丝绳压力获得钢丝绳拉力，再根据钢丝绳拉力计算出起重力矩，而后将起重力矩与预设值比较后判断是否进行执行防护控制操作。相对于现有技术，本发明实施例提供的力矩限制装置结构简单；引起误差的部件少，因此获得的起重力矩数据精度较高，相应的控制精度也较高，有利于提高起重机的作业安全。

本发明实施例二还提供一种起重机，其设置有上述任意一实施例提供的力矩限制系统。该起重机优选为单钢丝绳起重机，即只设置有一根吊重钢丝绳的起重机。由于上述任一种力矩限制系统具有上述技术效果，因此，设有该力矩限制系统的起重机也应具备相应的技术效果，其具体实施过程与上述实施例类似，兹不赘述。

请参见图5和图6，图5所示的本发明实施例三提供了一种力矩限制方法，该力矩限制方法用于起重机，可以包括如下步骤：

S1、接收设置于起重机的臂头滑轮3的铰接孔内的销轴传感器发送的钢丝绳压力F；

S2、根据钢丝绳压力F计算出钢丝绳拉力Q，根据钢丝绳拉力Q获得起重力矩T₀；

S3、判断起重力矩T₀是否大于预设值T；若是，执行步骤S4；

S4、锁定使起重力矩增大的操作，和/或发出警报信息。

请参见图6，在一种具体实现方式中，上述步骤S2可以具体包括：

S201、根据钢丝绳压力F和钢丝绳夹角α，计算钢丝绳拉力Q；上述钢丝绳夹角α为绕过臂头滑轮3的钢丝绳的入绳端和出绳端之间的夹角；

S202、根据钢丝绳的拉力Q和起重幅度L计算起重力矩；起重幅度L为起重机的回转中心到起重臂的臂头的水平距离。

此外，在具体实施过程中，为了实现预警功能，便于操作人员提前调整吊载作业，步骤S4可以具体包括：

S401、发出警报信息；

S402、锁定使起重力矩增大的操作；

步骤S3可以具体包括：

S301、判断起重力矩T₀是否大于第一预设值T₁，若是，执行步骤S401；

S302、判断起重力矩T₀是否大于第二预设值T₂，若是，执行步骤S402；

其中，第一预设值T₁小于第二预设值T₂。

本实施涉及的相关计算依据可参见前述系统实施例的有关描述。本实施例提供的力矩限制方法具有操作简单，限制精度高的优点，有利于提高起重机的作业安全。

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)

1.一种力矩限制系统，用于起重机，其特征在于，包括：

销轴传感器(1)，安装于所述起重机的臂头滑轮(3)的铰接孔内，用于检测所述臂头滑轮(3)受到的钢丝绳压力；

控制器(2)，用于根据所述钢丝绳压力获得钢丝绳拉力，并根据所述钢丝绳拉力获得起重力矩；判断所述起重力矩是否大于预设值，并在所述起重力矩大于预设值时，锁定使所述起重力矩增大的操作和/或发出警报信息。

2.根据权利要求1所述的力矩限制系统，其特征在于，所述控制器(2)包括：计算单元(21)、判断单元(22)和处理单元(23)；

所述计算单元(21)用于根据所述钢丝绳压力计算出钢丝绳拉力，并根据所述钢丝绳拉力计算出起重力矩；

所述判断单元(22)用于判断所述起重力矩是否大于预设值；

所述处理单元(23)用于当所述起重力矩大于预设值时，锁定使所述起重力矩增大的操作，和/或发出警报信息。

3.根据权利要求2所述的力矩限制系统，其特征在于，所述计算单元(21)包括：

钢丝绳拉力计算模块(211)，用于根据所述钢丝绳压力和钢丝绳夹角计算出钢丝绳拉力；所述钢丝绳夹角为绕过所述臂头滑轮(3)的钢丝绳的入绳端和出绳端之间的夹角；

起重幅度计算模块(213)，用于根据起重臂长度和起重臂摆动角度计算出起重幅度；

起重力矩计算模块(212)，用于根据所述钢丝绳拉力和起重幅度计算出起重力矩；所述起重幅度为所述起重机的回转中心到起重臂的臂头的水平距离。

4.根据权利要求3所述的力矩限制系统，其特征在于，所述钢丝绳拉力计算模块(211)用于根据公式Q＝F/[2×cos(α/2)]计算出钢丝绳拉力；其中，Q为钢丝绳拉力，F为钢丝绳压力，α为钢丝绳夹角；

所述起重力矩计算模块(212)用于根据公式T₀＝Q×L计算出起重幅度；其中，T₀为起重力矩，L为起重机的回转中心到起重臂的臂头的水平距离。

5.根据权利要求3所述的力矩限制系统，其特征在于，所述控制器(2)还包括存储单元(24)，用于预存不同起重臂长度对应的钢丝绳夹角。

6.根据权利要求2所述的力矩限制系统，其特征在于，所述预设值包括第一预设值和第二预设值，所述第一预设值小于第二预设值；

所述处理单元(23)包括第一处理模块(231)和第二处理模块(232)；

所述第一处理模块(231)用于当所述起重力矩大于第一预设值时，发出警报信息；

所述第二处理模块(232)用于当所述起重力矩大于第二预设值时，锁定使所述起重力矩增大的操作。

7.一种起重机，其特征在于，设置有权利要求1至6任意一项所述的力矩限制系统。

8.一种力矩限制方法，用于起重机，其特征在于，包括如下步骤：

S1、接收设置于所述起重机的臂头滑轮的铰接孔内的销轴传感器发送的钢丝绳压力；

S2、根据所述钢丝绳压力获得钢丝绳拉力，根据所述钢丝绳拉力获得起重力矩；

S3、判断所述起重力矩是否大于预设值；若是，执行步骤S4；

S4、锁定使所述起重力矩增大的操作，和/或发出警报信息。

9.根据权利要求8所述的力矩限制方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：

S201、根据所述钢丝绳压力和钢丝绳夹角计算钢丝绳拉力；所述钢丝绳夹角为绕过所述臂头滑轮的钢丝绳的入绳端和出绳端之间的夹角；

S202、根据所述钢丝绳的拉力和起重幅度计算起重力矩；所述起重幅度为所述起重机的回转中心到起重臂的臂头的水平距离。

10.根据权利要求8所述的力矩限制方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：

S401、发出警报信息；

S402、锁定使所述起重力矩增大的操作；

所述步骤S3具体包括：

S301、判断所述起重力矩是否大于第一预设值，若是，执行步骤S401；

S302、判断所述起重力矩是否大于第二预设值，若是，执行步骤S402；

其中，所述第一预设值小于所述第二预设值。