CN108792945A - 一种防止桥式起重机吊钩晃动的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防止桥式起重机吊钩晃动的装置及方法，它解决了现有技术中吊重摆动较大容易引起安全隐患的问题，具有解决了起重机吊绳摆角难以测量的问题，可以实时监控吊重的摆动角度的变化及时的进行数据反馈从而进行调节有益效果，其方案如下：一种防止桥式起重机吊钩晃动的装置，包括设于起重机小车的吊绳挡板，吊绳挡板开有允许悬挂吊重的吊绳穿过的通槽，吊绳挡板两侧的连接臂与起重机小车铰接连接，吊绳相对于起重机小车卷筒发生摆动时，带动吊绳挡板一同摆动，且起重机小车设有用于测定吊绳挡板摆动角度的角度传感器，角度传感器、起重机小车的动力源分别与控制器单独连接。

Description

一种防止桥式起重机吊钩晃动的装置及方法

技术领域

本发明涉及起重机领域，特别是涉及一种防止桥式起重机吊钩晃动的装置及方法。

背景技术

吊重晃动是个很广泛的词汇，经常出现在很多的领域。大家一般的理解就是吊重的起重货物进行的一种前后方向的摇摆而已，这个就是大家普遍理解的含义。其实从广义来说一切起吊货物的前后摆动都可以称之为吊重晃动。

起吊货物最早出现的形式是滑轮，虽然古老，却延续至今。随着时代的发展，起吊运输行业的需求量也在逐渐增大，也使起重机行业得到迅速的发展。相对于普通的货物运输方式，起重机运输有着自己的优势，很大的刺激了运输行业的发展。80年代之后，起重机行业得到了迅猛的发展。

吊重减摆即对于晃动的货物进行摆动幅度减小的一种方法。在起重机生产过程中，起重机发生摇摆是一种非常危险的作业现象，桥式起重机具有搬运重量大、使用方便的优点，在制造车间、建筑工地、航运码头等地被广泛使用。但是由于起重机与载荷之间采用钢丝绳柔性连接，载荷在转运过程中会出现摆动，给起重机的工作效率和工作安全带来严重的负面影响。稳钩(减摆)的基本操作方法稳钩，就是把摆动的吊钩，平稳的停在规定的位置上，或者使吊钩随行车平稳运行的操作方法。所以，起重机需要有可靠的减摆系统。

目前市场上现有的减摆系统大致如下：在传统的PID控制方法基础上，采用电源频率控制的新方法对起重机摆角进行控制，并且进行了MATLAB仿真。结果表明：与传统的开环控制相比，利用PID控制器可以更加有效地减小摆角，同时可以实现小车的定位功能。其次还有的算是通过Lagrange力学分析法，建立了小车吊载的动态模型，提出了采用校正PID的控制器控制小车运动从而抑制吊载摆动的方法，并在Simulink环境中对以上分析进行了仿真验证。在此基础上，实际开发了一套定位防摆控制系统装置，实现了小车手动和自动定位防摆运行功能。应用结果表明系统具有良好的定位性能和定位防摆效果。而在其它的研究中，作为机械吊具运行的专用设备，减摆装置的使用对于改善集装箱起重机的运行效率和质量具有重要作用。

但是现有的减摆设计都不完善，由于现在国内的大多数的实验方法都是在建立模型仿真的基础上，但是起重机的小车和吊重运行都存在着不稳定性、非线性和驱动欠缺的问题，想要得到一个准确的仿真模型是很困难的。伴随着现代的智能化和自动化的科技发展，越来越多的方法被发现并应用于起重机的吊钩防摆控制中。

综合以上因素，现存的技术中存在诸多不足，不实用，无法满足客户和市场的需求，所以迫切需要一种完善的起重机的减摆控制来解决所面临的问题，填补市场的空白，推动运输行业的变革。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种防止桥式起重机吊钩晃动的装置，本发明具有简单性以及合理性，适应当前市场的需求以及实际应用效果较好，设计中简单方便，检测较为简单，成本较低且较为容易实现。

一种防止桥式起重机吊钩晃动的装置的具体方案如下：

一种防止桥式起重机吊钩晃动的装置，包括设于起重机小车的吊绳挡板，吊绳挡板开有允许悬挂吊重的吊绳穿过的通槽，吊绳挡板两侧的连接臂与起重机小车铰接连接，吊绳相对于起重机小车卷筒发生摆动时，带动吊绳挡板一同摆动，且起重机小车设有用于测定吊绳挡板摆动角度的角度传感器，角度传感器、起重机小车的动力源分别与控制器单独连接。

上述的装置，吊绳挡板能够随着吊绳一同摆动，因此可以通过对吊绳挡板角度的测量来确定吊绳的摆动角度，角度传感器将信号发送给控制器，由控制器控制起重机小车的动作，在吊重的单摆摆动过程中，通过起重机小车运动方向的控制，可以抵消吊重的摆动趋势。

进一步地，所述连接臂设于所述起重机小车的支柱，所述角度传感器设于支柱内侧，连接臂设于支柱的外侧，支柱与起重机小车卷筒间隔设定距离设置，角度传感器与连接臂端部连接。

进一步地，所述起重机小车卷筒的两侧各设置一所述的支柱。吊绳挡板为一矩形体，矩形体设置所述的通槽，通槽沿着矩形体的长度方向设置，以允许吊绳沿着通槽长度方向的摆动，吊绳挡板的长度与起重机小车卷筒的长度相同

进一步地，所述连接臂包括短杆和长杆，短杆与所述支柱连接，长杆一端与短杆连接，另一端与吊绳挡板连接，长杆与短杆相互垂直设置。

进一步地，所述连接臂长杆的长度与起重机小车卷筒的半径相同，目的是为了当吊绳摆动设定的角度的时候，吊绳挡板可以同时进行相同角度的摆动，从而达到对于角度检测的功能。

进一步地，所述起重机小车的动力源设于机架，该动力源通过减速器与起重机小车的转动轴连接。

当起重机小车停止运动的时候，吊重会由于惯性的作用向前进行一定角度的摆动，吊重此时则会拉动吊绳向前运动，而吊绳则会拖动吊绳挡板向前进行摆动，当吊绳挡板进行一定角度的摆动的时候，角度传感器则会发生电位变化，产生不同的角度数值，通过导线传输到了控制器单片中，单片机经过了处理之后将所需数值通过导线输出，从而控制变频器的频率，变频器的频率发生了改变之后，就会使得起重机小车的动力源(三相交流电机)得到转动速度发生改变，通过减速器的传递之后，就会改变起重机小车的运动速度。

为了克服现有技术的不足，本发明还提供了一种防止桥式起重机吊钩晃动的方法，采用所述的一种防止桥式起重机吊钩晃动的装置。

一种防止桥式起重机吊钩晃动的方法，具体步骤如下：

1)起重机小车停止运动，吊重带动吊绳摆动设定角度后到达最高位置；

这个过程中，因为起重机小车吊重简化成了单摆模型，假设在起重机小车吊重停止运动前的瞬间无外界扰动，当时吊重应位于起重机小车的正下方，根据单摆运动的周期运动公式T＝(L/g)^1/2，而当吊重停止运动之后从最低点运动了四分之一周期，到达最高位置；

2)角度传感器将检测到的信号传递给控制器，控制器控制起重机小车朝向吊绳所在侧方向加速，起重机小车加速来抵消吊重的摆动角度，起重机小车加速设定时间后，匀速并减速；

3)当吊重摆动到另一方向最高位置时，控制器控制起重机小车朝向此时吊绳所在侧方向加速，起重机小车加速来抵消吊重的摆动角度，起重机小车加速设定时间后，匀速并减速；

4)吊重继续摆动，重复步骤2)-步骤4)，直至吊重停止摆动。

在步骤4)中，角度传感器会将吊绳的摆动角度进行检测并监控对比，参考数值为吊重位于小车正下方时的角度传感器的数值，当两者存在差值超过许可范围的时候，重复步骤2)-步骤4)，当两者存在差值在许可范围之内的时候，就表明吊重停止摆动。

上述的方法可以有效减少吊重的摆动角度，充分的利用了单摆运动原理，可以在一定条件下仍能保持工作，从而大大提高了运输的效率以及安全性，提高了运输速率，同时，简单方便，检测较为简单，成本较低且较为容易实现。

其中，所述步骤1)中吊重带动吊绳摆动设定角度后到达最高位置的确定方法如下：角度传感器检测到下一角度大于检测过程中的最大角度，则吊绳已经到达一个摆动周期中最高位置，这样即使有外界扰动干扰，也能有效控制吊重的摆动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明通过整体结构的设置，结构简单，实用性强，零部件都可经过简单加工得到，体积较小；对于运动速度实现了可控，减少了吊重摆动的时间，对于提升提高运输效率很大的作用，使运输行业得到巨大的发展。

2)本发明通过吊绳挡板的设置，方便对带吊重吊绳角度的测量，保证了装置在任何天气下都可以稳定工作，可靠性强。

3)本发明装置可以有效地减少吊重摆动时间，提升了工作环境的安全可靠性，减少了起重机操作人员的操作时间以及疲劳程度，对推动运输行业的进步有重大的影响。

4)本发明装置不同于现有控制方法，本发明设有角度传感，解决了起重机吊绳摆角难以测量的问题，可以实时监控吊重的摆动角度的变化及时的进行数据反馈从而进行调节，设计合理，方便操作。

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申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为起重机小车三维模型整体结构示意图；

图2为起重机小车吊绳挡板结构示意图；

图3为起重机小车吊绳挡板检测原理图；

图4为起重机小车控制方法示意图；

图5为起重机小车检测结构示意图；

图6为起重机小车速度控制示意图；

其中：I-起重机小车卷筒 II-变频器 III-三相交流异步电机 IV-吊绳 V-吊重VI-减速器 VII-导线 VIII-单片机 IX-吊绳挡板 X-角度传感器

IX-1连接臂 IX-2通槽。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种防止桥式起重机吊钩晃动的装置。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，一种防止桥式起重机吊钩晃动的装置，包括设于起重机小车的吊绳挡板IX，吊绳挡板IX开有允许悬挂吊重V的吊绳IV穿过的通槽IX-2，吊绳挡板两侧的连接臂与起重机小车铰接连接，吊绳相对于起重机小车卷筒I发生摆动时，带动吊绳挡板IX一同摆动，且起重机小车设有用于测定吊绳挡板IX摆动角度的角度传感器，角度传感器X、起重机小车的动力源分别与控制器单独连接。

上述的装置，吊绳挡板IX能够随着吊绳一同摆动，因此可以通过对吊绳挡板IX角度的测量来确定吊绳的摆动角度，角度传感器X将信号发送给控制器，由控制器控制起重机小车的动作，在吊重V的单摆摆动过程中，通过起重机小车运动方向的控制，可以抵消吊重V的摆动趋势。

连接臂IX-1设于所述起重机小车的支柱，角度传感器X设于支柱内侧，连接臂设于支柱的外侧，支柱与起重机小车卷筒间隔设定距离设置，角度传感器X与连接臂端部连接，连接臂穿过起重机小车设置。

如图5所示为起重机小车检测结构示意图，当吊绳V发生了一定角度的偏转的时候，就会带动吊绳挡板IX进行相同角度的偏转，而吊绳挡板IX的角度偏转则会使得角度传感器X发生角度数值变化，从而进行测量。

起重机小车卷筒I的两侧各设置一所述的支柱。吊绳挡板IX为一矩形体，矩形体设置所述的通槽，通槽沿着矩形体的长度方向设置，以允许吊绳沿着通槽长度方向的摆动，吊绳挡板的长度与起重机小车卷筒的长度相同。

连接臂IX-1包括短杆和长杆，短杆与支柱连接，长杆一端与短杆连接，另一端与吊绳挡板连接，长杆与短杆相互垂直设置。连接臂长杆的长度与起重机小车卷筒的半径相同，目的是为了当吊绳摆动设定的角度的时候，吊绳挡板可以同时进行相同角度的摆动，从而达到对于角度检测的功能。

如图2所示，连接臂IX-1为直角结构，起重机小车吊绳挡板检测原理如图3所示，由于三角形OAC和三角形BCD均为直角三角形，且存在角OCA相等，所以根据三角形内角和为一百八十度以及角度互余公式，角CBD和角AOC大小相等，当吊绳IV发生了角度偏转的时候吊绳挡板发生了相同的角度偏转，由此可以对于吊绳IV角度进行精准的测量，从而解决了起重机吊绳摆角难以测量的实际问题。

起重机小车的动力源设于机架(起重机机架)，该动力源通过减速器VI与起重机小车的转动轴连接以带动起重机小车移动。

为了克服现有技术的不足，本发明还提供了一种防止桥式起重机吊钩晃动的方法，采用所述的一种防止桥式起重机吊钩晃动的装置。

一种防止桥式起重机吊钩晃动的方法，具体步骤如下：

1)起重机小车停止运动，吊重带动吊绳摆动设定角度后到达最高位置；

2)角度传感器将检测到的信号传递给控制器，控制器控制起重机小车朝向吊绳所在侧方向加速，起重机小车加速来抵消吊重的摆动角度，起重机小车加速设定时间后，匀速并减速；

3)当吊重摆动到另一方向最高位置时，控制器控制起重机小车朝向此时吊绳所在侧方向加速，起重机小车加速来抵消吊重的摆动角度，起重机小车加速设定时间后，匀速并减速；

4)吊重继续摆动，重复步骤2)-步骤4)，直至吊重停止摆动。

上述的方法可以有效减少吊重的摆动角度，充分的利用了单摆运动原理，可以在一定条件下仍能保持工作，从而大大提高了运输的效率以及安全性，提高了运输速率，同时，简单方便，检测较为简单，成本较低且较为容易实现。

其中，所述步骤1)中吊重带动吊绳摆动设定角度后到达最高位置的确定方法如下：角度传感器检测到下一角度大于检测过程中的最大角度，则吊绳已经到达一个摆动周期中最高位置。

此外，起重机小车的每一次均按照梯形加减速的方法进行控制，对起重机小车采用先加速后匀速后减速的跟进控制策略，减少吊重的摆动时间，提高提升安全性。

如图4所示为起重机小车控制方法示意图，首先是当起重机小车停止运动的时候，吊重V会由于惯性的作用向前进行一定角度的摆动，吊重V此时则会拉动吊绳IV向前运动，而吊绳IV则会拖动吊绳挡板IX向前进行摆动，当吊绳挡板IX进行一定角度的摆动的时候，角度传感器X则会发生电位变化，进行吊绳摆动角度的检测，之后将数值输入到控制系统进行比较运算，将得到的结果转化为数值输出，产生对于变频器II调节，使得变频器II放生频率改变，进而控制三向交流电机III的转动速度，从而实现梯形型加减速的控制方法，最终使得改变吊绳摆角，再次进行吊重摆角的检测，此时进行稳定位置数值校正，若达到稳定位置，则停止减摆，若未达到稳定位置，则进行下一次的减摆流程，直至吊绳角度减小到合理范围中。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种防止桥式起重机吊钩晃动的装置，其特征在于，包括设于起重机小车的吊绳挡板，吊绳挡板开有允许悬挂吊重的吊绳穿过的通槽，吊绳挡板两侧的连接臂与起重机小车铰接连接，吊绳相对于起重机小车卷筒发生摆动时，带动吊绳挡板一同摆动，且起重机小车设有用于测定吊绳挡板摆动角度的角度传感器，角度传感器、起重机小车的动力源分别与控制器单独连接。

2.根据权利要求1所述的一种防止桥式起重机吊钩晃动的装置，其特征在于，所述连接臂设于所述起重机小车的支柱，所述角度传感器设于支柱内侧，连接臂设于支柱的外侧，支柱与起重机小车卷筒间隔设定距离设置。

3.根据权利要求2所述的一种防止桥式起重机吊钩晃动的装置，其特征在于，所述连接臂包括短杆和长杆，短杆与所述支柱连接，长杆一端与短杆连接，另一端与吊绳挡板连接。

4.根据权利要求3所述的一种防止桥式起重机吊钩晃动的装置，其特征在于，所述连接臂长杆的长度与起重机小车卷筒的半径相同。

5.根据权利要求2所述的一种防止桥式起重机吊钩晃动的装置，其特征在于，所述起重机小车卷筒的两侧各设置一所述的支柱。

6.根据权利要求1所述的一种防止桥式起重机吊钩晃动的装置，其特征在于，所述起重机小车的动力源设于机架，该动力源通过减速器与起重机小车的转动轴连接。

7.一种防止桥式起重机吊钩晃动的方法，其特征在于，采用权利要求1-6中任一项所述的一种防止桥式起重机吊钩晃动的装置。

8.根据权利要求7所述的一种防止桥式起重机吊钩晃动的方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)起重机小车停止运动，吊重带动吊绳摆动设定角度后到达最高位置；

2)角度传感器将检测到的信号传递给控制器，控制器控制起重机小车朝向吊绳所在侧方向加速，起重机小车加速来抵消吊重的摆动角度，起重机小车加速设定时间后，匀速并减速；

3)当吊重摆动到另一方向最高位置时，控制器控制起重机小车朝向此时吊绳所在侧方向加速，起重机小车加速来抵消吊重的摆动角度，起重机小车加速设定时间后，匀速并减速；

4)吊重继续摆动，重复步骤2)-步骤4)，直至吊重停止摆动。

9.根据权利要求8所述的一种防止桥式起重机吊钩晃动的方法，其特征在于，所述步骤1)中吊重带动吊绳摆动设定角度后到达最高位置的确定方法如下：角度传感器检测到下一角度大于检测过程中的最大角度，则吊绳已经到达一个摆动周期中最高位置。