CN107750230A - 用于定义起重机的最佳负载曲线的方法、用于基于最佳负载曲线控制从起重机悬吊的负载的方法和控制装置 - Google Patents

Abstract

本定义方法(100)包括以下步骤：模拟起重机(1)，该起重机包括i)由元件(5)组成的悬臂(2)以及ii)能够沿着悬臂移动的提升构件(8)；选择若干待测试元件(6)、最大应力和沿着悬臂(2)的若干距离(L)；以及执行以下分析步骤：选择理论负载；计算每个待测试元件(6)中由理论负载产生的应力；将这些应力与最大应力比较；根据应力是小于还是大于最大应力来增大或减小理论负载；重复计算步骤和比较步骤以及增大或减小步骤，直到找到最大理论负载；以及记录i)距离(L)和ii)最大理论负载。

Description

用于定义起重机的最佳负载曲线的方法、用于基于最佳负载 曲线控制从起重机悬吊的负载的方法和控制装置

技术领域

本发明涉及用于定义起重机的负载曲线的定义方法。此外，本发明涉及用于监控从起重机悬吊的负载的方法和监控装置。

背景技术

本发明适用于具有悬臂的起重机领域。本发明可以适用于若干类型的起重机，例如适用于分配式起重机、俯仰式起重机和自行架设式起重机，这些起重机具有或不具有拉索。

在现有技术中，从提升到悬臂的最大距离的理论负载来定义负载曲线。从该理论负载推导出最大负载力矩。然后，对于小于最大距离的各距离，计算理论负载以保持该最大负载力矩。由此，当悬臂以不同的距离提升负载时，结构的各元件被加载以恒定的最大负载力矩。

然而，由于结构边界仅通过最大距离下的最大负载来确定，因此这种定义方法定义了有时过度地限制在一定距离使用悬臂的负载曲线。

发明内容

本发明特别地旨在全部或部分地解决上述问题。

为此，本发明的目的是用于定义用于起重机的负载曲线的定义方法，该定义方法包括以下步骤：

-模拟起重机，该起重机至少包括：

i)悬臂，其包括由若干元件组成的结构；以及

ii)提升构件，其构造为提升负载并且其可沿着悬臂在若干距离内连续地移动；

-选择若干待测试元件；

–针对每个待测试元件，选择至少一个相应的最大预定应力；

-沿着悬臂选择若干距离；以及

-在每个距离处，执行以下分析步骤：

选择将要从提升构件悬吊的理论负载；

计算每个待测试元件中的由理论负载引起的应力；

针对每个待测试元件，将计算应力与相应的预定最大应力进行比较；

如果计算应力中的至少一个小于相应的预定最大应力，那么理论负载递增；

如果计算应力中的至少一个大于相应的预定最大应力，那么理论负载递减；

重复i)计算步骤和ii)比较步骤以及iii)递增步骤和iii)递减步骤中的一个，直到找到计算应力基本上等于相应的预定最大应力的最大理论负载；以及

在存储器中存储一组值，该组值包括i)距离以及ii)计算应力基本上等于相应的预定最大应力的最大理论负载。

由此，这种定义方法允许在每个选择距离中定义最佳负载曲线，也就是说“点对点”的最佳负载曲线。由此，这种定义方法允许使用悬臂达到其最大能力，而不管提升负载的距离如何。实际上，这种定义方法允许以在结构的至少一个元件上引起预定最大应力的负载使用悬臂。换句话说，结构的至少一个元件在其最大能力下使用。

这种定义方法允许定义用于现有起重机的最佳负载曲线。这种定义方法还允许在悬臂的设计过程中设计悬臂的尺寸，也就是说，在制造该悬臂之前选择悬臂结构的若干元件的尺寸。此定义方法于是是尺寸设计方法的一部分。

在本申请中，术语“应力”表示机械应力，也就是说施加在表面上的力。在本申请中，术语“计算应力”表示针对视为从提升构件悬吊的理论负载所计算的应力(模拟)。

可以根据适用于起重机将进入操作的领域的标准和/或指令来计算应力。例如，机器指令CE-89/392，标准FEM.1.001和标准EN14439适用于欧洲。

可以通过标准和/或通过适用指令来规定预定最大应力。通常，标准或指令通过在适当情况下将安全系数应用于所考虑材料的屈服强度来规定不超过的允许应力。

另选地，可以通过起重机的设计者或通过起重机的使用者以比适用的标准或指令更严格地设定预定最大应力。

此外，预定最大应力可以计算为不超过静态加载中的最大应力和/或不超过疲劳分析所需的最大应力大小。

在找到针对每个选择距离的理论负载之后，定义步骤在于定义负载曲线，该负载曲线指示找到的理论负载作为选择距离的函数。由此，可以通过考虑结构的全部或几乎全部元件来定义最佳负载曲线。

根据变型，模拟步骤执行计算机辅助绘图软件来设计悬臂。

根据变型，负载曲线可以包括支架的质量、钩的质量、阻挡件的质量、缆索的质量以及构造为驱动缆索和/或支架的致动器的质量。由此，负载曲线直接地指示悬臂可以提升的有效负载。

根据实施方式，此结构包括桁架，各元件包括布置为形成桁架的杆。

作为本实施方式的另选或补充，此结构可以包括箱体，所述元件包括布置为形成箱体的板。每个板形成结构元件，也就是说，结构的元件。箱体可以由装配在一起以便构成悬臂的若干部段形成。

根据变型，在若干待测量元件的选择步骤期间，选择一部分元件。换句话说，选择结构的若干元件但不是全部元件。然后，在已经选择的待测试元件上执行分析步骤。由此，这种选择步骤限制了在分析步骤期间待进行的计算次数。例如，可以选择形成悬臂的桁架的杆的80％或90％。

作为此变型的另选，可以选择结构的全部元件。例如，可以选择形成悬臂的桁架的杆的100％。

根据实施方式，在选择若干距离的选择步骤期间，沿着悬臂以规则分布来选择距离。

由此，距离的这种规则分布允许定义完全沿着悬臂长度的最佳负载曲线。

根据实施方式，距离以包括在悬臂长度的0.5％与10％之间，优选地1％与2％之间的间隔成对地隔开。

由此，距离之间的这种间隔允许定义全部沿着悬臂的最佳负载曲线，同时限制了定义负载曲线所需的计算次数。

作为两个前面实施方式的另选，可以沿着悬臂以非规则分布来选择距离。例如，对于一组小距离来说，两个小距离之间的间隔可以相对较大，而对于一组大距离来说，两个大距离之间的间隔可以相对较小。由此，减少了定义负载曲线所需的分析步骤的次数。

根据变型，定义方法还包括插值步骤，其中针对不同距离找到的理论负载被插值以便定义负载曲线。由此，这种插值步骤允许限制定义负载曲线所需的计算次数。

根据实施方式，在计算应力的计算步骤期间，针对从包括牵引、剪切、压缩、屈曲、扭转和弯曲的组中选择的应力模式来计算所述计算应力。

由此，这些计算应力允许针对至少一个应力模式以其最大能力来使用悬臂。

预定最大应力可以来自不同应力模式，例如牵引模式、剪切模式、压缩模式，包括屈曲模式、弯曲模式、扭转模式、或此外这些不同应力模式中的至少两种的结合模式。

由此，这些计算应力允许针对若干应力模式以其最大能力来使用悬臂。

例如，可以针对所有这些应力模式来计算所述计算应力：拉伸、剪切、压缩、屈曲、扭转和/或弯曲。在此变型中，若干预定最大应力对应于所选择的应力模式。

根据实施方式，在预定最大应力的选择步骤期间，每个预定最大应力选择为包括在相应允许应力的90％与100％之间。

换句话说，针对每个元件，每个预定最大应力选择为达到包括在90％与100％之间的使用率。在本申请中，术语“使用率”表示施加于元件的应力与用于该元件的允许应力的比率，其例如通过标准或指令规定。由此，这种预定最大应力接近于允许应力。由此，悬臂可以实际地使用达到允许应力的最大。

根据实施方式，最初针对最大选择距离实施分析步骤，以便首先找到针对该最大选择距离的理论负载，

然后，在针对每个其他选择距离的理论负载的选择步骤期间，理论负载选择为引起的围绕悬臂的与最大距离相对的一端的力矩等于由针对最大选择距离找到的理论负载引起的力矩。

由此，这些分析步骤以及该选择步骤允许使所需的计算次数最小化。通常，最大距离选择为近似地等于悬臂的长度。

此外，本发明的目的是一种用于监控从起重机悬吊的负载的监控方法，该监控方法包括以下步骤：

-提供起重机，该起重机至少包括：

i)悬臂；

ii)提升构件，其构造为提升负载并且其可沿着悬臂在若干距离内连续地移动；

iii)评估装置，其构造为评估表示从提升构件悬吊的负载的大小；以及

iv)测量装置，其构造为测量表示瞬时距离的大小；

-提供监控装置，其包括存储器，该存储器包含通过根据本发明的定义方法定义的负载曲线；

-通过评估装置评估表示从提升构件悬吊的负载的大小；

-通过测量装置测量表示瞬时距离的大小；

-将控制信号传送到监控装置，所述控制信号旨在控制提升构件从i)用于提升目标负载的提升运动；以及ii)用于将提升构件移位到目标距离的分配运动中的至少一种运动；

-将目标负载与针对目标距离由负载曲线所指示的理论负载进行比较；以及

-如果目标负载大于针对目标距离所指示的所述理论负载，则限制提升构件的所述至少一种运动。

由此，这种监控方法允许自动地确保起重机的安全。

根据实施方式，限制步骤包括：i)阻止步骤，其中阻止提升构件的所述至少一种运动；以及ii)警报步骤，其中监控装置传送通知目标负载对于目标距离来说过大的超过警报。

由此，这种定义步骤允许在监控装置预期超过负载曲线的情形中停止悬吊负载的任何运动。

作为前面实施方式的另选，限制步骤可以包括：i)限定步骤，其中提升构件移位到小于目标距离的距离。由此，在监控装置预期超过负载曲线的情形中，这种限定步骤允许仅部分地授权悬吊负载运动到负载曲线允许的程度。

根据实施方式，评估装置包括从电子编码器和移位电位计构成的组中选择的至少一种测量构件。

由此，这种测量装置允许准确地测量瞬时距离。

此外，本发明的目的是一种监控装置，其包括：

-存储器，其包含通过根据本发明的定义方法定义的负载曲线；以及

-计算单元，其构造为执行根据本发明的监控方法。

由此，这种监控装置允许自动地确保起重机的安全。

根据变型，监控装置可以属于起重机。例如，监控装置可以集成在起重机的控制系统中，其可以安装在起重机的操纵室中。本发明的目的还是一种包括控制系统的起重机，该控制系统集成有这种监控装置。

作为该变型的另选，监控装置可以远离起重机。例如，监控装置可以集成在构造为从地面控制起重机的远程控制器中。

此外，本发明的目的是一种包括这种监控装置的起重机。

上述实施方式和变型可以单独地或者以任何技术上可能的组合考虑。

附图说明

根据下面通过非限定性示例并且参照附图提供的描述，本发明将很好理解并且其优点也将呈现，其中相同的附图标记对应于结构上和/或功能上相同或类似的物体。在附图中：

图1是示出起重机的一部分的示意图，该起重机包括按照根据本发明的定义方法定义的负载曲线实施根据本发明的监控方法的监控装置；

图2是示出根据本发明的定义方法的流程图；

图3和图4是相应地在图2的定义方法的两个步骤过程中示出图1的悬臂的示意图；

图5是示出根据图2的定义方法的负载曲线的图示；

图6是根据本发明的监控方法的视图；以及

图7是根据本发明的并且构造为实施图6的监控方法的监控装置的视图。

具体实施方式

图1示出了包括悬臂2和支撑悬臂2的塔架3的起重机1。悬臂2特别地围绕轴线2.3相对于塔架3铰接。悬臂2包括结构4。结构4包括若干元件5。每个元件5形成结构元件，也就是说结构4的元件。

在图1的示例中，结构4包括桁架并且元件5包括布置为形成此桁架的杆。各元件5这里是结构4的包括若干杆的一部段。

起重机1还包括提升构件8。提升构件8构造为提升负载10。如图1中所示，这里提升构件8包括支架、钩、阻挡件、缆索及构造为驱动缆索和支架的致动器。

由于致动器和支架，提升构件8可沿着悬臂2在若干距离L中连续地移动。当尽可能最靠近塔架3定位时，提升构件8位于最小距离处。当最远离塔架3定位时，提升构件8位于最大距离处。

图2示出了用于定义用于起重机1的负载曲线的定义方法100。定义方法100包括模拟步骤102，其中模拟包括提升构件8和悬臂2的起重机1。模拟步骤102可以实施计算机辅助绘图软件以便设计悬臂2。在此模拟步骤中，将结构4分解成若干元件5。还可以通过未示出的装配有设计用于执行分析计算的程序的计算机来操作此模拟步骤102。

定义方法100还包括待测试元件6的选择步骤104，其中从元件5中选择若干待测试元件6。在图2的示例中，将结构4的大部分元件5选择为待测试元件6。这里，可以选择形成悬臂2的桁架的杆的90％。可以通过计算机操作这个选择待测试元件的步骤。

此外，定义方法100包括应力选择步骤108，其中对于每个待测试元件6，选择预定最大应力，以便定义一组预定最大应力。对于旨在在欧洲服务的起重机1，最大预定应力可以选择为根据机器指令EC-89/392、FEM.1.001标准和EN14439标准规定的允许应力的90％。

可以通过计算机操作此应力选择步骤108，使得该组预定最大应力可以存储在此计算机中。预定最大应力可以选择为对于每个元件5达到大约90％的利用率。

定义方法100还包括选择距离L的步骤，其中沿着悬臂2选择若干距离L。在此若干距离L的选择步骤110过程中，沿着悬臂2以规则分布选择距离L。所选择的距离L以大约等于悬臂2的长度1.5％(这里大约是1m)的间隔9成对地隔开。可以通过计算机操作该距离选择步骤110。

然后，在定义方法100中，在步骤110中选择的各距离L处，执行下面描述的分析步骤112。可以通过计算机操作分析步骤112。

开始，针对第一距离L操作分析步骤112，例如针对沿着悬臂2的最大选择距离(例如最大距离)。分析步骤112包括：

·选择步骤112.1，其中选择从提升构件8悬吊的理论负载；该理论负载是任意选择的；

·计算步骤112.2，其中计算每个待测试元件6中的由理论负载引起的应力，这里是牵引、剪切、压缩、屈曲、扭转和弯曲中的若干应力模式；以及

·比较步骤112.3，其中对于每个待测试元件6，将计算应力与相应的预定最大应力比较。

然后，分析步骤112包括：

·或者递增步骤112.41，其中如果计算应力中的至少一个小于相应的预定最大应力，那么理论负载递增；

·或者递减步骤112.42，其中如果计算应力中的至少一个大于相应的预定最大应力，那么理论负载递减。

然后，分析步骤112包括迭代步骤12.5，其中我们重复：

i)计算步骤(112.2)以及

ii)比较步骤(112.3)以及

或者iii)递增步骤(112.41)

或者iii)递减步骤(112.42)

直到找到计算应力基本上等于相应的预定最大应力的最大理论负载。

迭代步骤112.5的次数取决于在选择步骤112.1期间所选择的理论负载以及理论负载的增量。小增量将比大增量需要更多的迭代步骤112.5，但是小增量将比大增量导致具有更准确的定义理论负载。

为了使所需计算的次数最小化，在选择步骤112.1期间，针对每个其他距离的理论负载，可以选择理论负载，该理论负载引起的围绕悬臂2的与最大距离相对的一端的力矩等于针对最大选择距离找到的理论负载引起的力矩。

在找到用于距离L的最大理论负载之后，定义方法100包括存储步骤112.6，其中将包括i)距离L和ii)计算应力基本上等于相应的预定最大应力的最大理论负载的一组值存储在计算机的存储器中。由此，最大理论负载与存储器中的每个距离L相关。

然后，如通过图2中的悬臂111指示的，改变距离L，然后针对下一个距离再次执行分析步骤112，以此类推，针对选择步骤110期间的全部选择距离L。

在针对全部选择距离L执行分析步骤112之后，获得包括组值{距离L；最大理论负载}的组集。所述值的此组集允许定义图5中示出的最佳负载曲线50。由此，在找到针对每个选择距离L的理论负载之后，定义步骤114在于定义负载曲线50，其指示：

-在纵坐标轴上：从找到的理论负载减除的有效负载10+8(以公吨计)；

-在横坐标轴上：距离L(以米计)。

有效负载10+8这里是找到的理论负载与提升构件8(支架、钩、阻挡件、缆索和致动器)的质量的总和。

为了对比，图5示出了通过现有技术的方法在保持最大负载力矩恒定时获得的负载曲线49。通过根据本发明的定义方法100获得的负载曲线50相对于现有技术的负载曲线49被优化。实际上，负载曲线50允许在全部距离L提升较重的有效负载。

此外，图3示出了用于监控从起重机1悬吊的负载的监控方法200。监控方法200包括提供起重机1的提供步骤202，该起重机包括：

i)悬臂2；

ii)提升构件8；

iii)评估装置20，其构造为评估从提升构件8悬吊的负载10的质量；评估装置20这里包括电子编码器；以及

iv)测量装置22，其造为测量瞬时距离L的长度。

监控方法200还包括供给步骤204，其中提供如图7所示的监控装置24，该监控装置包括存储器26，此存储器包含根据定义方法100定义的负载曲线50。

如图7中所示，监控装置24还包括构造为执行监控方法200的计算单元28。在附图的示例中，监控装置24集成在安装于起重机1上的控制系统25中。

控制系统25还包括停止控制器29和位置传感器27，位置传感器构造为产生相应地表示支架的位置、悬臂2相对于塔架3的角位置、钩的位置、阻挡件的位置以及负载10的位置的信号。

监控方法200还包括以下步骤：

206：通过评估装置20评估从提升构件8悬吊的负载10的质量；

208：通过测量装置22测量瞬时距离L的长度；

210：将控制信号传送到监控装置24，所述控制信号旨在控制提升构件8从i)用于提升目标负载的提升运动；以及ii)用于将提升构件8移位到目标距离的分配运动中的至少一种运动；

212：将目标负载与针对目标距离由负载曲线50所指示的理论负载进行比较；以及

214：如果目标负载大于针对目标距离所指示的所述理论负载，则限制提升构件8的运动。

特别地，限制步骤214包括：i)阻止步骤214.1，其中阻止提升构件8的所述至少一种运动；以及ii)警报步骤214.2，其中监控装置24传送通知目标负载对于目标距离来说过大的超过警报。

当然，本发明不限于在本专利申请中描述的特定实施方式，或者在本领域技术人员所能及的范围内的实施方式。从与本专利申请中指示的元件等效的任何元件开始，在不偏离本发明范围的情况下，可以设想其他实施方式。

Claims (11)

1.一种用于定义起重机(1)的负载曲线的定义方法(100)，所述定义方法(100)包括以下步骤：

-(102)模拟起重机(1)，所述起重机至少包括：

i)悬臂(2)，其包括由若干元件(5)组成的结构(4)；以及

ii)提升构件(8)，其构造为提升负载(10)并且其能够沿着所述悬臂(2)在若干距离(L)内连续地移动；

-(104)选择若干待测试元件(6)；

-(108)针对每个待测试元件(6)，选择至少一个相应的预定最大应力；

-(110)沿着所述悬臂(2)选择若干距离；以及

-(112)在每个距离(L)处，执行以下分析步骤：

(112.1)选择将要从所述提升构件(8)悬吊的理论负载；

(112.2)计算每个待测试元件(6)中的由理论负载引起的应力；

(112.3)针对每个待测试元件(6)，将计算应力与所述相应的预定最大应力进行比较；

(112.41)如果所述计算应力中的至少一个小于相应的预定最大应力，那么理论负载递增；

(112.42)如果所述计算应力中的至少一个大于相应的预定最大应力，那么理论负载递减；

(112.5)重复i)计算步骤(112.2)和ii)所述比较步骤(112.3)以及iii)递增步骤(112.41)和iii)递减步骤(112.42)中的一个，直到找到所述计算应力基本上等于相应的预定最大应力的最大理论负载；以及

(112.6)在存储器中存储一组值，该组值包括i)距离(L)和ii)所述计算应力基本上等于所述相应的预定最大应力的最大理论负载。

2.根据前一权利要求所述的定义方法(100)，其中，所述结构(4)包括桁架，所述元件(5)包括布置为形成所述桁架的杆。

3.根据上述权利要求中任一项所述的定义方法(100)，其中，在选择若干距离(L)的选择步骤(110)期间，沿着所述悬臂(2)以规则分布来选择所述距离(L)。

4.根据前一权利要求所述的定义方法(100)，其中，所述距离(L)以包括在所述悬臂(2)的长度的0.5％与10％之间，优选地1％与2％之间的间隔成对地隔开。

5.根据上述权利要求中任一项所述的定义方法(100)，其中，在所述计算应力的计算步骤(112.2)期间，针对从包括牵引、剪切、压缩、屈曲、扭转和弯曲的组中选择的应力模式来计算所述计算应力。

6.根据上述权利要求中任一项所述的定义方法(100)，其中，在所述预定最大应力的选择步骤(108)期间，每个预定最大应力选择为包括在相应允许应力的90％与100％之间。

7.根据上述权利要求中任一项所述的定义方法(100)，其中，所述分析步骤(112)最初针对最大选择距离实施，以便首先找到针对所述最大选择距离的理论负载，

然后其中，在针对每个其他选择距离的理论负载的选择步骤(112.1)期间，理论负载选择为引起的围绕所述悬臂(2)的与最大距离相对的一端的力矩等于由针对所述最大选择距离找到的理论负载引起的力矩。

8.一种用于监控从起重机(1)悬吊的负载的监控方法(200)，所述监控方法(200)包括以下步骤：

-(202)提供起重机(1)，所述起重机至少包括：

i)悬臂(2)；

ii)提升构件(8)，其构造为提升负载并且其能够沿着所述悬臂(2)在若干距离(L)内连续地移动；

iii)评估装置(20)，其构造为评估表示从所述提升构件(8)悬吊的负载的大小；以及

iv)测量装置(22)，其构造为测量表示瞬时距离(L)的大小；

-(204)提供监控装置(24)，其包括存储器，所述存储器包含通过根据上述权利要求中任一项所述的定义方法(100)定义的负载曲线(50)；

-(206)通过所述评估装置(20)评估表示从所述提升构件(8)悬吊的所述负载的大小；

-(208)通过所述测量装置(22)测量表示所述瞬时距离(L)的大小；

-(210)将控制信号传送到所述监控装置(24)，所述控制信号旨在控制所述提升构件(8)从i)用于提升目标负载的提升运动；以及ii)用于将所述提升构件(8)移位到目标距离的分配运动中的至少一种运动；

-(212)将所述目标负载与针对目标距离由所述负载曲线(50)指示的理论负载进行比较；以及

-(214)如果所述目标负载大于针对所述目标距离所指示的理论负载，则限制所述提升构件(8)的所述至少一种运动。

9.根据前一权利要求所述的监控方法(200)，其中，所述限制步骤(214)包括：i)阻止步骤(214.1)，其中阻止所述提升构件(8)的所述至少一种运动；以及ii)警报步骤(214.2)，其中所述监控装置(24)传送通知所述目标负载对于目标距离来说过大的超过警报。

10.根据权利要求8或9中任一项所述的监控方法(200)，其中，所述评估装置(20)包括从电子编码器和移位电位计构成的组中选择的至少一种测量构件。

11.一种监控装置(24)，其包括：

存储器(26)，其包含通过根据权利要求1至7中任一项所述的定义方法(100)定义的负载曲线(50)；以及

计算单元(28)，其构造为执行根据权利要求8至10中任一项所述的监控方法(200)。