CN105110186A - 起重机及其主副钩协同作业保护系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种起重机及其主副钩协同作业保护系统与方法，其中，该起重机主副钩协同作业保护系统包括：力矩平衡计算单元，用于根据副臂的工况确定吊重载荷的受力状况；协同安全保护单元，用于根据所述力矩平衡计算单元确定的受力状况，对起重机的执行动作进行安全保护。本发明提供的起重机及其主副钩协同作业保护系统及方法能确定吊重载荷的重量及幅度，确保起重机安全有效的作业，防止起重机倾翻和事故发生。

Description

起重机及其主副钩协同作业保护系统与方法

技术领域

本发明涉及起重机领域，特别涉及一种起重机及其主副钩协同作业保护系统与方法。

背景技术

起重机作为一种主要的起吊搬运设备，大量应用于建筑业、制造业以及港口运输业，造就需要双钩协同作业的工况越来越多；起重机在双钩协同作业过程中因吊重载荷的幅度不能确定，计算吊重载荷的重量比较困难，普遍使用人工协调方式进行吊装，人工协调指挥方式主要依靠指挥员的观测协调和操作员的经验来进行吊装作业，做出的判断具有主观性和片面性，不能充分保障吊装作业的安全进行，而且工作效率非常低，极大的增加了吊装成本。

因此，如何提供一种有效的起重机双钩协同作业保护系统是亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种起重机主副钩协同作业保护系统与方法，能有效提高起重机主副钩协同作业的准确率，提升安全性。

一方面，本发明提供了一种起重机主副钩协同作业保护系统，包括：力矩平衡计算单元，用于根据副臂的工况确定吊重载荷的受力状况；协同安全保护单元，用于根据所述力矩平衡计算单元确定的受力状况，对起重机的执行动作进行安全保护。

进一步地，所述的起重机主副钩协同作业保护系统还包括：双钩协同力感测单元，用于检测主副钩的协同作业时，所述吊重载荷与起重机的总重量以及副臂卷扬的拉力；所述力矩平衡计算单元包括：第一力矩平衡计算子单元，用于以主臂尾铰点O建立力矩平衡方程式:且以副臂铰点建立力矩平衡方程式：计算得出其中，分别为卷扬拉力力矩，分别为主臂自重力矩及副臂自重力矩；为主臂变幅油缸力矩；T₂为副臂卷扬拉力；T₁为主臂卷扬拉力；G为吊重载荷的重量，

进一步地，所述双钩协同力感测单元包括第一传感器及第二传感器，所述第一传感器安装在起重机的支腿上，所述第二传感器安装在所述起重机的副臂上。

进一步地，所述第一传感器为压力传感器，所述第二传感器为压力传感器或拉力传感器。

进一步地，所述力矩平衡计算单元包括：第二力矩平衡计算子单元，用于建立力矩平衡方程计算得出G；其中：为副臂卷扬力矩，T＝G/n，n为卷扬钢丝绳倍率，分别为主臂自重力矩及副臂自重力矩；为主臂变幅油缸力矩；G为吊重载荷的重量。

进一步地，所述力矩平衡计算单元包括：第三力矩平衡计算子单元，用于以主臂尾铰点O建立力矩平衡方程式:以及以主臂尾铰点O建立力矩平衡方程式：计算得到G1及G2；其中，为主卷扬拉力力矩，分别为主臂自重力矩及副臂自重力矩；为主臂变幅油缸力矩；G1、G2分别为吊重载荷在主臂工况和副臂工况下的等效重量；力矩百分比计算子单元，用于根据所述吊重载荷在主臂工况和副臂工况下的等效重量G1及G2，计算对应的第一力矩百分比及第二力矩百分比。

另一方面，本发明提供了一种起重机，设置所述的起重机主副钩协同作业保护系统。

再一方面，本发明提供了一种起重机主副钩协同作业保护方法，包括：根据副臂的工况确定吊重载荷的受力状况；根据所述力矩平衡计算单元确定的受力状况，对起重机的执行动作进行安全保护。

进一步地，在所述根据副臂的工况确定吊重载荷的受力状况的步骤之前包括：检测主副钩的协同作业时，所述吊重载荷与起重机的总重量以及副臂卷扬的拉力；所述根据副臂的工况确定吊重载荷的受力状况的步骤包括：以主臂尾铰点O建立力矩平衡方程式:且以副臂铰点O1建立力矩平衡方程式：计算得出其中，分别为卷扬拉力力矩，分别为主臂自重力矩及副臂自重力矩；为主臂变幅油缸力矩；T₂为副臂卷扬拉力；T₁为主臂卷扬拉力；G为吊重载荷的重量，

进一步地，所述根据副臂的工况确定吊重载荷的受力状况的步骤包括：建立力矩平衡方程计算得出G；其中：为副臂卷扬力矩，T＝G/n，n为卷扬钢丝绳倍率，分别为主臂自重力矩及副臂自重力矩；为主臂变幅油缸力矩；G为吊重载荷的重量；或者，以主臂尾铰点O建立力矩平衡方程式:以及以主臂尾铰点O建立力矩平衡方程式：计算得到G1及G2；以及根据所述吊重载荷在主臂工况和副臂工况下的等效重量G1及G2，计算对应的第一力矩百分比及第二力矩百分比；其中，为主卷扬拉力力矩，分别为主臂自重力矩及副臂自重力矩；为主臂变幅油缸力矩；G1、G2分别为吊重载荷在主臂工况和副臂工况下的等效重量。

本发明提供的起重机主副钩协同作业保护系统与方法通过确定吊重载荷的重量、幅度和吊重载荷的力矩，进行安全作业保护，从而达到安全操控起重机的目的，能防止起重机倾翻和事故发生，可以减少人工协调的指挥，提高吊装效率。

上述起重机由于包括该起重机主副钩协同作业保护系统，也就有相应的技术效果，不再赘述。

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为本发明实施例提供的起重机主副钩协同作业保护系统的结构框图；

图2为本发明实施例提供的第一种双钩协同作业吊重情景模拟示意图；

图3为本发明实施例提供的第二种双钩协同作业吊重情景模拟示意图；

图4为本发明实施例提供的第三种双钩协同作业吊重情景模拟示意图。

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。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

系统实施例

图1为本发明实施例提供的起重机主副钩协同作业保护系统的结构框图；如图1所示，该起重机主副钩协同作业保护系统可以包括：力矩平衡计算单元，用于根据副臂的工况确定吊重载荷的受力状况；协同安全保护单元，用于根据所述力矩平衡计算单元确定的受力状况，对起重机的执行动作(如变幅起、变幅落、主钩起、主钩落、副钩起、副钩落、回转)进行安全保护。

根据力传感器是否安装有3种不同的实施方案，其中：

第一种是：在起重机双钩协同作业的时候，双钩协同力传感器(如：在支腿上安装压力传感器、在副臂上安装拉力传感器或压力传感器)可检测吊重载荷的受力情况，根据受力传感器的信息、起重机结构参数可计算吊重载荷的重量、幅度、吊重力矩及力矩百分比，根据以上参数再结合起重机的执行动作提供相应的保护措施。具体地，该起重机主副钩协同作业保护系统还包括：双钩协同力感测单元，用于检测主副钩的协同作业时，所述吊重载荷与起重机的总重量以及副臂卷扬的拉力；所述力矩平衡计算单元包括：第一力矩平衡计算子单元，用于以主臂尾铰点O建立力矩平衡方程式:且以副臂铰点O1建立力矩平衡方程式：计算得出其中，分别为卷扬拉力力矩，分别为主臂自重力矩及副臂自重力矩；为主臂变幅油缸力矩；T₂为副臂卷扬拉力；T₁为主臂卷扬拉力；G为吊重载荷的重量，其中，第一力矩平衡计算子单元的力矩平衡示意图可以参见图2所示，R0为吊重载荷水平放置时的幅度，R为设定幅度；R1为主臂吊载的幅度；R2为副臂吊载幅度。

具体操作时，所述双钩协同力感测单元包括第一传感器及第二传感器，所述第一传感器可以安装在起重机的支腿上，所述第二传感器可以安装在所述起重机的副臂上。所述第一传感器可以为压力传感器，在支腿上安装第一传感器可测得整个起重机和吊载载荷的总重量，因起重机和其配重等固定装置的重量均可知，则吊重载荷的重量应等于支腿压力传感器测出的重量减去起重机和其配重等固定装置的重量；所述第二传感器为压力传感器或拉力传感器。可以理解的是，上述各传感器的安装位置可以实际需要设置。

本方案可以准确计算吊重载荷的重量及幅度，确保起重机安全有效的作业，防止起重机倾翻和事故发生。

第二种是：吊重载荷的幅度在双钩协同作业情况下，吊重载荷的幅度一般都在R₀，R₂的中心，可按副臂工况计算设定幅度R(因双钩吊载重物重心一般会在R₀，R₂的中心附近，一般取R＝(R₀+(R₂-R₀)/2)或根据经验数据取得)下的重量GR，当以R₂为吊重载荷的幅度时，因重物实际吊重不变，幅度变大，变幅力矩不变，计算出来的等效重量GR2<GR，再按R₂幅度下计算力矩百分比GR/GR2_MAX(GR2_MAX为此工况下的最大起重量，由起重机设计载荷决定)。因此，当GR＝GR2_MAX，达到安全保护报警点；而此时GR2<GR2_MAX,还未达到报警点，留有吊载余量，起到了安全保护作用。

具体计算方法：所述力矩平衡计算单元包括：第二力矩平衡计算子单元，用于建立力矩平衡方程计算得出G；其中： 为副臂卷扬力矩，T＝G/n，n为卷扬钢丝绳倍率，分别为主臂自重力矩及副臂自重力矩；为主臂变幅油缸力矩；G为吊重载荷的重量。第二力矩平衡计算子单元的力矩平衡示意图可以参见图3所示。

本方案通过按副臂工况计算设定幅度，从而在不额外设置传感器的情况下利用双钩协同保护系统保护起重机，可以减少人工协调的指挥，提高吊装效率。

第三种是：将双钩协同作业分解为两种临界吊载方式：主臂工况吊载、副臂工况吊载；分别计算主臂工况和副臂工况下的等效重量G1、G2，再按主臂工况吊载算法和副臂工况吊载算法计算出对应的力矩百分比percent1、percent2；取max(percent1、percent2)进行安全保护。

具体计算方法：所述力矩平衡计算单元包括：第三力矩平衡计算子单元，用于以主臂尾铰点O建立力矩平衡方程式:以及以主臂尾铰点O建立力矩平衡方程式： 计算得到G1及G2；其中，为主卷扬拉力力矩，分别为主臂自重力矩及副臂自重力矩；为主臂变幅油缸力矩；G1、G2分别为吊重载荷在主臂工况和副臂工况下的等效重量；力矩百分比计算子单元，用于根据所述吊重载荷在主臂工况和副臂工况下的等效重量G1及G2，计算对应的第一力矩百分比及第二力矩百分比。第三力矩平衡计算子单元的力矩平衡示意图可以参见图4所示；其中，R为吊重载荷的实际幅度、R1为主臂吊载幅度及R2为副臂吊重幅度。

本方案通过按副臂工况计算设定幅度，从而在不额外设置传感器的情况下利用双钩协同保护系统保护起重机，可以减少人工协调的指挥，提高吊装效率。

此外，本发明还提供了一种起重机实施例，其设置有所述的起重机主副钩协同作业保护系统。具体地，所述起重机主副钩协同作业保护系统的控制装置集成设置在所述起重机的中央控制器内。由于起重机包括上述起重机主副钩协同作业保护系统，也具有相应的技术效果，不再赘述。

方法实施例

本发明实施例提供的起重机主副钩协同作业保护方法可以适用但不限定于上述起重机主副钩协同作业保护系统实施例，本发明实施例提供的起重机主副钩协同作业保护方法包括：

步骤301：根据副臂的工况确定吊重载荷的受力状况；

步骤302：根据所述力矩平衡计算单元确定的受力状况，对起重机的执行动作进行安全保护。

具体地，所述在所述根据副臂的工况确定吊重载荷的受力状况的步骤之前还可以包括：检测主副钩的协同作业时，所述吊重载荷与起重机的总重量以及副臂卷扬的拉力；所述根据副臂的工况确定吊重载荷的受力状况的步骤包括：

以主臂尾铰点O建立力矩平衡方程式:且以副臂铰点O1(图中未标示)建立力矩平衡方程式： 计算得出其中，分别为卷扬拉力力矩，分别为主臂自重力矩及副臂自重力矩；为主臂变幅油缸力矩；T₂为副臂卷扬拉力；T₁为主臂卷扬拉力；G为吊重载荷的重量，

此外，所述根据副臂的工况确定吊重载荷的受力状况的步骤包括：

建立力矩平衡方程计算得出G；其中： 为副臂卷扬力矩，T＝G/n，n为卷扬钢丝绳倍率，分别为主臂自重力矩及副臂自重力矩；为主臂变幅油缸力矩；G为吊重载荷的重量；或者，

以主臂尾铰点O建立力矩平衡方程式:以及以主臂尾铰点O建立力矩平衡方程式： 计算得到G1及G2；以及根据所述吊重载荷在主臂工况和副臂工况下的等效重量G1及G2，计算对应的第一力矩百分比及第二力矩百分比；其中，为主卷扬拉力力矩，分别为主臂自重力矩及副臂自重力矩；为主臂变幅油缸力矩；G1、G2分别为吊重载荷在主臂工况和副臂工况下的等效重量。

本实施例通过计算吊重载荷的重量、幅度和吊重载荷的力矩，进行安全作业保护，从而达到安全操控起重机的目的，能防止起重机倾翻和事故发生，可以减少人工协调的指挥，提高吊装效率。

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)

1.一种起重机主副钩协同作业保护系统，其特征在于，包括：

力矩平衡计算单元，用于根据副臂的工况确定吊重载荷的受力状况；

协同安全保护单元，用于根据所述力矩平衡计算单元确定的受力状况，对起重机的执行动作进行安全保护。

2.根据权利要求1所述的起重机主副钩协同作业保护系统，其特征在于，还包括：双钩协同力感测单元，用于检测主副钩的协同作业时，所述吊重载荷与起重机的总重量以及副臂卷扬的拉力；

所述力矩平衡计算单元包括：

第一力矩平衡计算子单元，用于以主臂尾铰点O建立力矩平衡方程式:且以副臂铰点建立力矩平衡方程式：计算得出其中，分别为卷扬拉力力矩，分别为主臂自重力矩及副臂自重力矩；为主臂变幅油缸力矩；T₂为副臂卷扬拉力；T₁为主臂卷扬拉力；G为吊重载荷的重量，

3.根据权利要2所述的起重机主副钩协同作业保护系统，其特征在于，所述双钩协同力感测单元包括第一传感器及第二传感器，所述第一传感器安装在起重机的支腿上，所述第二传感器安装在所述起重机的副臂上。

4.根据权利要3所述的起重机主副钩协同作业保护系统，其特征在于，所述第一传感器为压力传感器，所述第二传感器为压力传感器或拉力传感器。

5.根据权利要求1所述的起重机主副钩协同作业保护系统，其特征在于，所述力矩平衡计算单元包括：

第二力矩平衡计算子单元，用于建立力矩平衡方程计算得出G；其中： 为副臂卷扬力矩，T＝G/n，n为卷扬钢丝绳倍率，分别为主臂自重力矩及副臂自重力矩；为主臂变幅油缸力矩；G为吊重载荷的重量。

6.根据权利要求1所述的起重机主副钩协同作业保护系统，其特征在于，所述力矩平衡计算单元包括：

第三力矩平衡计算子单元，用于以主臂尾铰点O建立力矩平衡方程式:以及以主臂尾铰点O建立力矩平衡方程式：计算得到G1及G2；其中，为主卷扬拉力力矩，分别为主臂自重力矩及副臂自重力矩；为主臂变幅油缸力矩；G1、G2分别为吊重载荷在主臂工况和副臂工况下的等效重量；

力矩百分比计算子单元，用于根据所述吊重载荷在主臂工况和副臂工况下的等效重量G1及G2，计算对应的第一力矩百分比及第二力矩百分比。

7.一种起重机，其特征在于，设置有如权利要求1-6中任一项所述的起重机主副钩协同作业保护系统。

8.一种起重机主副钩协同作业保护方法，其特征在于，包括：

根据副臂的工况确定吊重载荷的受力状况；

根据所述力矩平衡计算单元确定的受力状况，对起重机的执行动作进行安全保护。

9.根据权利要求8所述的起重机主副钩协同作业保护方法，其特征在于，在所述根据副臂的工况确定吊重载荷的受力状况的步骤之前，还包括：检测主副钩的协同作业时，所述吊重载荷与起重机的总重量以及副臂卷扬的拉力；

所述根据副臂的工况确定吊重载荷的受力状况的步骤包括：

以主臂尾铰点O建立力矩平衡方程式:且以副臂铰点建立力矩平衡方程式：计算得出其中，分别为卷扬拉力力矩，分别为主臂自重力矩及副臂自重力矩；为主臂变幅油缸力矩；T₂为副臂卷扬拉力；T₁为主臂卷扬拉力；G为吊重载荷的重量，

10.根据权利要求8所述的起重机主副钩协同作业保护方法，其特征在于，

所述根据副臂的工况确定吊重载荷的受力状况的步骤包括：

建立力矩平衡方程计算得出G；其中： 为副臂卷扬力矩，T＝G/n，n为卷扬钢丝绳倍率，分别为主臂自重力矩及副臂自重力矩；为主臂变幅油缸力矩；G为吊重载荷的重量；或者，

以主臂尾铰点O建立力矩平衡方程式:以及以主臂尾铰点O建立力矩平衡方程式： 计算得到G1及G2；以及根据所述吊重载荷在主臂工况和副臂工况下的等效重量G1及G2，计算对应的第一力矩百分比及第二力矩百分比；其中，为主卷扬拉力力矩，分别为主臂自重力矩及副臂自重力矩；为主臂变幅油缸力矩；G1、G2分别为吊重载荷在主臂工况和副臂工况下的等效重量。