CN104495625A - 起重机的超起卷扬控制系统、控制方法和起重机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种起重机的超起卷扬控制系统、控制方法和起重机，包括：角度传感器，用于检测超起桅杆与吊臂之间的夹角α；控制单元，与角度传感器连接；超起卷扬，设置于超起桅杆的远离吊臂的一端，用于控制超起钢丝绳的收放，超起卷扬与控制单元连接，其中，控制单元基于夹角α的变化得到超起桅杆的角速度ω、超起桅杆的远离吊臂的一端的线速度V1及线速度V1在超起钢丝绳的方向上的分量V2，控制单元基于V2控制超起卷扬收放超起钢丝绳的速度。应用本发明的技术方案，控制单元基于夹角α的变化得到超起桅杆的远离吊臂的一端的线速度V1在超起钢丝绳的方向上的分量V2，控制单元基于V2控制超起卷扬收放超起钢丝绳的速度，解决了收车或展车时容易损坏设备的问题。

Description

起重机的超起卷扬控制系统、控制方法和起重机

技术领域

本发明涉及起重机领域，具体而言，涉及一种起重机的超起卷扬控制系统、控制方法和起重机。

背景技术

图1示出了现有技术的起重机的结构示意图。现有技术中，起重器在收车或展车时，在超起桅杆2’下降过程中，由于超起变幅角度A的变小，连接在超起桅杆2’与吊臂4’之间的超起钢丝绳1’放出长度L随角度A变小而增大；超起变幅起过程中，由于超起变幅角度A的变大，连接在超起桅杆2’与吊臂4’之间的超起钢丝绳1’的长度L随角度A变大小而减小。现一般为在落超起变幅时，先将超起钢丝绳1’放长一些，再倒变幅。边落变幅变放钢丝绳，且需他人观察指挥，如在落超起变幅前未放钢丝绳，易造成卷扬损伤，如放过长钢丝绳及其它物件损坏。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种起重机的超起卷扬控制系统、控制方法和起重机，以解决现有技术中存在收车或展车时容易损坏设备的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种起重机的超起卷扬控制系统，包括：角度传感器，用于检测超起桅杆与吊臂之间的夹角α；控制单元，与角度传感器连接；超起卷扬，设置于超起桅杆的远离吊臂的一端，用于控制超起钢丝绳的收放，超起卷扬与控制单元连接，其中，控制单元基于夹角α的变化得到超起桅杆的角速度ω、超起桅杆的远离吊臂的一端的线速度V1及线速度V1在超起钢丝绳的方向上的分量V2，控制单元基于V2控制超起卷扬收放超起钢丝绳的速度。

进一步地，还包括超起主阀，超起主阀具有第一进出油口和第二进出油口，超起卷扬具有第一进出油口和第二进出油口，超起主阀的第一进出油口与超起卷扬的第一进出油口相连通，超起主阀的第二进出油口与超起卷扬的第二进出油口相连通，超起桅杆下降的过程中，超起卷扬的第一进出油口排油，超起卷扬的第一进出油口与超起主阀的第一进出油口串接有背压阀。

进一步地，还包括距离传感器，用于检测超起桅杆与吊臂的铰接点到吊臂的连接超起钢丝绳的一端的距离Lb，超起桅杆与吊臂的铰接点到超起桅杆的远离吊臂的一端的距离为La，控制单元基于La、Lb和夹角α计算超起桅杆与超起钢丝绳之间的夹角β，并基于夹角β计算线速度V1在超起钢丝绳的方向上的分量V2，其中V2＝V1sinβ。

进一步地，还包括速度检测装置，与控制单元连接，用于检测超起卷扬收放超起钢丝绳的速度。

进一步地，速度检测装置包括编码器，编码器与超起卷扬连接。

进一步地，还包括人机界面，与控制单元连接。

根据发明的另一方面，提供了一种起重机，起重机包括上述的超起卷扬控制系统。

根据发明的另一方面，提供了一种起重机的超起卷扬控制方法，包括自动控制方法，自动控制方法包括：获取超起桅杆与吊臂之间的夹角α；基于夹角α的变化得到超起桅杆的角速度ω、超起桅杆的远离吊臂的一端的线速度V1；计算线速度V1在超起钢丝绳的方向上的分量V2；基于V2控制超起卷扬收放超起钢丝绳的速度。

进一步地，在超起桅杆起升的过程中，利用自动控制方法控制超起卷扬。

进一步地，在超起桅杆下降的过程中，超起卷扬被动转动并排油，排油压力大于背压阀的设定压力后形成回路。

进一步地，计算线速度V1在超起钢丝绳的方向上的分量V2包括：获取超起桅杆与吊臂的铰接点到吊臂的连接卷扬钢丝绳的一端的距离Lb；获取超起桅杆与吊臂的铰接点到超起桅杆的远离吊臂的一端的距离为La；基于La、Lb和夹角α计算超起桅杆与超起钢丝绳之间的夹角β；基于夹角β计算线速度V1在超起钢丝绳的方向上的分量V2，V2＝V1sinβ。

进一步地，基于La、Lb和夹角α计算超起桅杆与超起钢丝绳之间的夹角β包括：计算超起桅杆的远离吊臂的一端与吊臂的连接卷扬钢丝绳的一端的距离Lc，其中 $\mathrm{Lc}=\sqrt{{\mathrm{La}}^2+L{b}^2-2\mathrm{La}*\mathrm{Lb}*\cos \mathrm{\α}};$ 根据正弦公式 $\frac{\mathrm{Lc}}{\sin \mathrm{\α}}=\frac{\mathrm{Lb}}{\sin \mathrm{\β}},$ 计算sinβ，其中 $\sin \mathrm{\β}=\frac{\mathrm{Lb}*\sin \mathrm{\α}}{\mathrm{Lc}}=$ $\frac{\mathrm{Lb}*\sin \mathrm{\α}}{\sqrt{{\mathrm{La}}^2+L{b}^2-2\mathrm{La}*\mathrm{Lb}*\cos \mathrm{\α}}};$ 计算夹角β，夹角 $\mathrm{\β}=\arcsin \frac{\mathrm{Lb}*\sin \mathrm{\α}}{\sqrt{{\mathrm{La}}^2+L{b}^2-2\mathrm{La}*\mathrm{Lb}*\cos \mathrm{\α}}}.$

进一步地，基于V2控制超起卷扬收放超起钢丝绳的速度包括：若超起钢丝绳为连接超起桅杆与吊臂的单股连接方式，则控制超起卷扬收放超起钢丝绳的速度为V2；若超起钢丝绳组成滑轮组形式，且超起桅杆与吊臂之间的超起钢丝绳的股数为N，则控制超起卷扬收放超起钢丝绳的速度为N*V2。

进一步地，基于V2控制超起卷扬收放超起钢丝绳的速度包括：获取超起钢丝绳的实际速度；将线速度V1在超起钢丝绳的方向上的分量V2作为目标速度，采用PID算法控制超起卷扬控制超起卷扬的实际速度。

应用本发明的技术方案，控制单元基于夹角α的变化得到超起桅杆的角速度ω、超起桅杆的远离吊臂的一端的线速度V1及线速度V1在超起钢丝绳的方向上的分量V2，控制单元基于V2控制超起卷扬收放超起钢丝绳的速度，解决了现有技术中存在的收车或展车时容易损坏设备的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书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示出了现有技术的起重机的结构示意图；

图2示出了根据本发明的实施例的起重机的结构示意图；

图3示出了根据本发明的实施例的起重机的超起卷扬控制系统的液压油流路示意图；

图4示出了根据本发明的实施例的起重机的超起卷扬控制系统的结构示意图；

图5示出了根据本发明的实施例的起重机的超起卷扬控制方法的控制流程图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、吊臂；2、车体；3、超起桅杆；4、超起钢丝绳；5、角度传感器；6、控制单元；7、超起卷扬；8、编码器；9、人机界面；10、超起主阀；11、第一比例阀；12、第二比例阀；13、；14、开关阀；20、背压阀。

具体实施方式

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。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图2所示，起重机包括吊臂1、车体2、超起桅杆3和超起钢丝绳4，吊臂1的第一端铰接于车体2上，超起桅杆3的第一端与吊臂1铰接，超起钢丝绳4两端分别连接吊臂1的第二端和超起桅杆3的第二端。

本实施例的起重机的超起卷扬控制系统包括：角度传感器5，用于检测超起桅杆3与吊臂1之间的夹角α；控制单元6，与角度传感器5连接；超起卷扬7，设置于超起桅杆3的远离吊臂1的一端，用于控制超起钢丝绳4的收放，超起卷扬7与控制单元6连接，其中，控制单元6基于夹角α的变化得到超起桅杆3的角速度ω、超起桅杆3的远离吊臂1的一端的线速度V1及线速度V1在超起钢丝绳4的方向上的分量V2，控制单元基于V2控制超起卷扬7收放超起钢丝绳4的速度。

本实施例中，角度传感器5检测超起桅杆3与吊臂1之间的夹角α，控制单元基于夹角α的变化得到超起桅杆3的角速度ω，根据超起桅杆3的长度与超起桅杆3的角速度计算线速度V1在超起钢丝绳4的方向上的分量V2，超起钢丝绳4的方向上的分量V2为吊臂1的第二端和超起桅杆3的第二端距离的变化量，本实施例根据V2控制超起钢丝绳4的收放，使得超起钢丝绳4的收放与超起桅杆3转动的同步，解决了现有技术中存在的在收车或展车时容易损坏设备的问题。

如图3所示，优选地，超起卷扬控制系统还包括超起主阀10，超起主阀10具有第一进出油口A3和第二进出油口B3，超起卷扬7具有第一进出油口A2和第二进出油口B2，超起主阀10的第一进出油口A3与超起卷扬7的第一进出油口A2相连通，超起主阀10的第二进出油口B3与超起卷扬7的第二进出油口B2相连通，超起桅杆3下降的过程中，超起卷扬7的第一进出油口A2出油，超起卷扬7的第一进出油口A2与超起主阀10的第一进出油口A3串接有背压阀20。

在本实施例中，在超起桅杆3下降的过程中，超起卷扬7被动转动并排油，排油压力大于背压阀20的设定压力后形成回路，从而实现超起卷扬7的被动放绳。在超起桅杆3升起的过程中，控制单元6基于角度传感器5检测到的超起桅杆3转动的角度控制超起卷扬7收紧超起钢丝绳4。

超起主阀10还连接有用于控制超起卷扬7上升的第一比例阀11和用于控制超起卷扬下降的第二比例阀12。超起卷扬控制系统还包括开关阀14，开关阀14的一端与超起主阀10的第一进出油口A3和超起卷扬7的第一进出油口A2之间的油路连通，开关阀14的另一端与超起主阀10的第二进出油口B3和超起卷扬7的第二进出油口B2之间的油路连通。

优选地，还包括距离传感器，用于检测超起桅杆3与吊臂1的铰接点到吊臂1的连接卷扬钢丝绳4的一端的距离Lb，超起桅杆3与吊臂1的铰接点到超起桅杆3的远离吊臂1的一端的距离为La，控制单元6基于La、Lb和夹角α计算超起桅杆3与超起钢丝绳4之间的夹角β，并基于夹角β计算线速度V1在超起钢丝绳4的方向上的分量V2，其中V2＝V1sinβ。

利用距离传感器检测到超起桅杆3与吊臂1的铰接点到吊臂1的连接卷扬钢丝绳4的一端的距离Lb，根据测量可得到超起桅杆3与吊臂1的铰接点到超起桅杆3的远离吊臂1的一端的距离为La，角度传感器5检测超起桅杆3与吊臂1之间的夹角α，优选地夹角α为吊臂1的位于远离超起桅杆3的一段与超起桅杆3的角度，根据余弦定理可以计算得到超起桅杆3与超起钢丝绳4之间的夹角β。

优选地，还包括速度检测装置，与控制单元6连接，用于检测超起卷扬7收放超起钢丝绳4的速度。控制单元6控制超起卷扬7的旋转，并接受速度检测装置检测超起卷扬收放超起钢丝绳4的速度，从而形成闭环控制系统，有利于提高控制单元6对超起卷扬7控制的精度。

如图4所示，优选地，速度检测装置包括编码器8，编码器8与超起卷扬7连接。编码器8与超起卷扬7随动设置，通过检测超起卷扬7转动的速度决定其收放超起钢丝绳4的速度。

优选地，角度传感器5与控制单元6通过CAN总线连接；和/或，编码器8与控制单元6通过CAN总线连接。

优选地，超起卷扬控制系统还包括人机界面9，与控制单元6连接。通过人机界面可以读取控制单元6内的信息，也可以向控制单元下达控制命令，提高了超起卷扬控制系统的实用性。

优选地，人机界面9与控制单元6通过CAN总线连接。

在本实施例中，开关阀14、第一比例阀11和用于控制超起桅杆3的控制阀13均与控制单元6连接。

根据本发明的另一方面，本实施例还提供了一种起重机，该起重机包括上述的超起卷扬控制系统。

根据本发明的另一方面，本实施例还提供了一种起重机的超起卷扬控制方法，包括包括自动控制方法，自动控制方法包括：获取超起桅杆3与吊臂1之间的夹角α；基于夹角的变化得到超起桅杆3的角速度ω、超起桅杆3的远离吊臂1的一端的线速度V1；计算线速度V1在超起钢丝绳4的方向上的分量V2；基于V2控制超起卷扬7收放超起钢丝绳4的速度。图5示出了根据本发明的实施例的起重机的超起卷扬控制方法的控制流程图。

优选地，在超起桅杆3起升的过程中，利用自动控制方法控制超起卷扬7。

优选地，在超起桅杆3下降的过程中，超起卷扬7被动转动并排油，排油压力大于背压阀20的设定压力后形成回路。

在本实施例中，在超起桅杆3下降的过程中，超起卷扬7被动转动并排油，排油压力大于背压阀20的设定压力后形成回路，从而实现超起卷扬7的被动放绳。在超起桅杆3升起的过程中，控制单元6基于角度传感器5检测到的超起桅杆3转动的角度控制超起卷扬7收紧超起钢丝绳4。

优选地，获取线速度V1在超起钢丝绳4的方向上的分量V2包括：获取超起桅杆3与吊臂1的铰接点到吊臂1的连接卷扬钢丝绳的一端的距离Lb；获取超起桅杆3与吊臂1的铰接点到超起桅杆3的远离吊臂1的一端的距离为La；基于La、Lb和夹角α计算超起桅杆3与超起钢丝绳4之间的夹角β；基于夹角β计算线速度V1在超起钢丝绳4的方向上的分量V2，V2＝V1sinβ。

超起桅杆3的远离吊臂1的一端的线速度V1与超起钢丝绳4之间的夹角为A，线速度V1垂直于超起桅杆3。因此，夹角A和夹角β的和为90度，V2＝V1cosA＝V1sinβ。

优选地，所基于所述La、所述Lb和所述夹角α计算超起桅杆3与所述超起钢丝绳4之间的夹角β包括：计算超起桅杆3的远离所述吊臂1的一端与所述吊臂1的连接卷扬钢丝绳的一端的距离Lc，其中所述 $\mathrm{Lc}=\sqrt{{\mathrm{La}}^2+L{b}^2-2\mathrm{La}*\mathrm{Lb}*\cos \mathrm{\α}};$ 根据正弦公式 $\frac{\mathrm{Lc}}{\sin \mathrm{\α}}=\frac{\mathrm{Lb}}{\sin \mathrm{\β}},$ 计算sinβ，其中 $\sin \mathrm{\β}=\frac{\mathrm{Lb}*\sin \mathrm{\α}}{\mathrm{Lc}}=\frac{\mathrm{Lb}*\sin \mathrm{\α}}{\sqrt{{\mathrm{La}}^2+L{b}^2-2\mathrm{La}*\mathrm{Lb}*\cos \mathrm{\α}}};$ 计算所述夹角β，所述夹角 $\mathrm{\β}=\arcsin \frac{\mathrm{Lb}*\sin \mathrm{\α}}{\sqrt{{\mathrm{La}}^2+L{b}^2-2\mathrm{La}*\mathrm{Lb}*\cos \mathrm{\α}}}.$

优选地，基于V2控制超起卷扬7收放超起钢丝绳4的速度包括：若超起钢丝绳4为连接超起桅杆3与吊臂1的单股连接方式，则控制超起卷扬7收放超起钢丝绳4的速度为V2；若超起钢丝绳4组成动滑轮形成，且超起桅杆3与吊臂1之间的超起钢丝绳4的股数为N，则控制超起卷扬7收放超起钢丝绳4的速度为N*V2。

优选地，基于V2控制超起卷扬7收放超起钢丝绳4的速度包括：检测超起钢丝绳4的实际速度；将线速度V1在超起钢丝绳4的方向上的分量V2作为目标速度，采用PID算法控制超起卷扬7。

以上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 (14)

1.一种起重机的超起卷扬控制系统，其特征在于，包括：

角度传感器(5)，用于检测超起桅杆(3)与吊臂(1)之间的夹角α；

控制单元(6)，与所述角度传感器(5)连接；

超起卷扬(7)，设置于所述超起桅杆(3)的远离所述吊臂(1)的一端，用于控制超起钢丝绳(4)的收放，所述超起卷扬(7)与所述控制单元(6)连接，

其中，所述控制单元(6)基于所述夹角α的变化得到所述超起桅杆(3)的角速度ω、所述超起桅杆(3)的远离所述吊臂(1)的一端的线速度V1及所述线速度V1在所述超起钢丝绳(4)的方向上的分量V2，所述控制单元基于所述V2控制所述超起卷扬(7)收放所述超起钢丝绳(4)的速度。

2.根据权利要求1所述的超起卷扬控制系统，其特征在于，还包括超起主阀(10)，所述超起主阀(10)具有第一进出油口(A3)和第二进出油口(B3)，所述超起卷扬(7)具有第一进出油口(A2)和第二进出油口(B2)，所述超起主阀(10)的第一进出油口(A3)与所述超起卷扬(7)的第一进出油口(A2)相连通，所述超起主阀(10)的第二进出油口(B3)与所述超起卷扬(7)的第二进出油口(B2)相连通，所述超起桅杆(3)下降的过程中，所述超起卷扬(7)的所述第一进出油口(A2)排油，所述超起卷扬(7)的所述第一进出油口(A2)与所述超起主阀(10)的第一进出油口(A3)串接有背压阀(20)。

3.根据权利要求1所述的超起卷扬控制系统，其特征在于，还包括距离传感器，用于检测所述超起桅杆(3)与所述吊臂(1)的铰接点到所述吊臂(1)的连接所述超起钢丝绳(4)的一端的距离Lb，所述超起桅杆(3)与所述吊臂(1)的铰接点到所述超起桅杆(3)的远离所述吊臂(1)的一端的距离为La，所述控制单元(6)基于所述La、所述Lb和所述夹角α计算所述超起桅杆(3)与所述超起钢丝绳(4)之间的夹角β，并基于所述夹角β计算所述线速度V1在所述超起钢丝绳(4)的方向上的分量V2，其中所述V2＝V1sinβ。

4.根据权利要求1所述的超起卷扬控制系统，其特征在于，还包括速度检测装置，与所述控制单元(6)连接，用于检测所述超起卷扬(7)收放所述超起钢丝绳(4)的速度。

5.根据权利要求4所述的超起卷扬控制系统，其特征在于，所述速度检测装置包括编码器(8)，所述编码器(8)与所述超起卷扬(7)连接。

6.根据权利要求1所述的超起卷扬控制系统，其特征在于，还包括人机界面(9)，与所述控制单元(6)连接。

7.一种起重机，其特征在于，所述起重机包括权利要求1至6中任一项所述的超起卷扬控制系统。

8.一种起重机的超起卷扬控制方法，其特征在于，包括自动控制方法，所述自动控制方法包括：

获取超起桅杆(3)与吊臂(1)之间的夹角α；

基于所述夹角α的变化得到所述超起桅杆(3)的角速度ω、所述超起桅杆(3)的远离所述吊臂(1)的一端的线速度V1；

计算所述线速度V1在所述超起钢丝绳(4)的方向上的分量V2；

基于所述V2控制所述超起卷扬(7)收放所述超起钢丝绳(4)的速度。

9.根据权利要求8所述的超起卷扬控制方法，其特征在于，在所述超起桅杆(3)起升的过程中，利用所述自动控制方法控制所述超起卷扬(7)。

10.根据权利要求8所述的超起卷扬控制方法，其特征在于，在所述超起桅杆(3)下降的过程中，所述超起卷扬(7)被动转动并排油，所述排油压力大于背压阀(20)的设定压力后形成回路。

11.根据权利要求8所述的超起卷扬控制方法，其特征在于，所述计算所述线速度V1在所述超起钢丝绳(4)的方向上的分量V2包括：

获取所述超起桅杆(3)与所述吊臂(1)的铰接点到所述吊臂(1)的连接所述卷扬钢丝绳的一端的距离Lb；

获取所述超起桅杆(3)与所述吊臂(1)的铰接点到所述超起桅杆(3)的远离所述吊臂(1)的一端的距离为La；

基于所述La、所述Lb和所述夹角α计算所述超起桅杆(3)与所述超起钢丝绳(4)之间的夹角β；

基于所述夹角β计算所述线速度V1在所述超起钢丝绳(4)的方向上的分量V2，V2＝V1sinβ。

12.根据权利要求11所述的超起卷扬控制方法，其特征在于，所述基于所述La、所述Lb和所述夹角α计算所述超起桅杆(3)与所述超起钢丝绳(4)之间的夹角β包括：

计算所述超起桅杆(3)的远离所述吊臂(1)的一端与所述吊臂(1)的连接所述卷扬钢丝绳的一端的距离Lc，其中所述 $\mathrm{Lc}=\sqrt{{\mathrm{La}}^2+{\mathrm{Lb}}^2-2\mathrm{La}*\mathrm{Lb}*\cos \mathrm{\α}};$

根据正弦公式 $\frac{\mathrm{Lc}}{\sin \mathrm{\α}}=\frac{\mathrm{Lb}}{\sin \mathrm{\β}},$ 计算sinβ，其中 $\sin \mathrm{\β}=\frac{\mathrm{Lb}*\sin }{\mathrm{Lc}}=\frac{\mathrm{Lb}*\sin \mathrm{\α}}{\sqrt{{\mathrm{La}}^2+{\mathrm{Lb}}^2-2\mathrm{La}*\mathrm{Lb}*\cos \mathrm{\α}}};$

计算所述夹角β，所述夹角 $\mathrm{\β}=\arcsin \frac{\mathrm{Lb}*\sin }{\sqrt{{\mathrm{La}}^2+{\mathrm{Lb}}^2-2\mathrm{La}*\mathrm{Lb}*\cos \mathrm{\α}}}.$

13.根据权利要求8所述的超起卷扬控制方法，其特征在于，所述基于所述V2控制所述超起卷扬(7)收放所述超起钢丝绳(4)的速度包括：

若超起钢丝绳(4)为连接所述超起桅杆(3)与所述吊臂(1)的单股连接方式，则控制所述超起卷扬(7)收放所述超起钢丝绳(4)的速度为V2；

若超起钢丝绳(4)组成滑轮组形式，且所述超起桅杆(3)与所述吊臂(1)之间的所述超起钢丝绳(4)的股数为N，则控制所述超起卷扬(7)收放所述超起钢丝绳(4)的速度为N*V2。

14.根据权利要求8所述的超起卷扬控制方法，其特征在于，所述基于所述V2控制所述超起卷扬(7)收放所述超起钢丝绳(4)的速度包括：

获取所述超起钢丝绳(4)的实际速度；

将所述线速度V1在所述超起钢丝绳(4)的方向上的分量V2作为目标速度，采用PID算法控制所述超起卷扬(7)控制所述超起卷扬(7)的所述实际速度。