CN109399456B - 具有吊绳运动感应机构的起重设备及其起吊控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有吊绳运动感应机构的起重设备及其起吊控制方法，在起吊重物时，首先在松绳状态下人工完成货物的系固，之后控制装置能够根据传感器的位移信号得出重物与浮动平台随波浪运动的不同位置的信号，得到人工授权后，控制装置可以自动根据货物的运动状态选择起吊时间点，完成一系列的设定动作，在货物运动波谷时，使整机提前进行起吊模式转换，并整体进入预张紧状态，在货物上升最大速度点时，利用浮动平台零位接近波峰的时间点，进行绞车起吊动作，而使重物脱离浮动平台上表面；在之后的时间内，浮动平台随波浪向下运动，而重物在吊绳的拉动下向上运动，所以，重物在起吊后与浮动平台几乎不可能再发生碰撞。

Description

具有吊绳运动感应机构的起重设备及其起吊控制方法

技术领域

本发明涉及一种具有吊绳运动感应机构的起重设备及其起吊控制方法，特别是涉及一种应用于海上的浮式起重设备及其起吊控制方法。

背景技术

海上相对运动的建筑/船体/平台之间的货物起重一直是工程领域的巨大挑战，起重过程中，由于风浪流的影响，货物载体与起重机之间的相对运动可能带来不可控的后果。

常规的起重设备均基于静态传动型机械模型设计，几乎不考虑整机动力响应特征和载荷运动特征，即使是船用起重机或海工起重机，面对海上动态的货物吊装要求，也只是从提高起升速度和结构的动载安全系数的要求来考虑。

这种思路通过直接增强起重机的原有性能来提高起重机的作业适应性，在货物载荷较轻、运动幅值较小的情况下还有一定作用，当面对数百吨的重载货物吊装时，这种传统的方法从设计原理上就显得难以应对，起升速度和设计安全余量提高引起的成本增加己经非工程所能接受。因而，在面对重载条件时，目前的重型海工起重机也只能吊装几乎相对静止的货物。

以海上风电安装为例，现在的海上风电安装己进入采用自升式安装平台的阶段。风电设备先从码头转移到运输船上，到达风电场后，然后从运输船上转移到自升式安装平台上，再由自升式安装平台进行最终的安装。自升式安装平台的使用解决了“平台”和“风电基础”之间的相对运动问题，使两者均进入静止状态，对于自重达数百吨乃至近千吨的基础桩，或200～400吨的机舱设备，采用常规的海上起重设备和作业方法即可实现安全施工，但是当自升式安装平台需要将运输船上的货物起吊到自身甲板上进行下步施工时，就会面临潜在的风险。

风电场远离岸线，风浪流条件更加严峻，运输船处于不断的多自由度复杂运动状态，在这种情况下进行吊装，起吊开始瞬间，货物刚离开载体甲板，主要存在垂向起升和空间单摆两种运动。此时货物还处于初始加速起升阶段，由于常规起重机的起升刚度小，起升机构惯量大，货物的起升速度在一段时间内还很小，而运输船载体则基本维持原来的复杂运动。如果二者运动轨迹相交，则极有可能产生磕碰，或者严重的撞击，损坏货物、起重机或载体甲板等。特别是对于风电机舱，属于重型复杂精密设备，即使是轻微的磕碰，外表没有明显损坏，内部的轴承、传感器等设备元件可能己经产生损伤，而这些损伤，可能要等安装完成，进入风机的调试或运行阶段才能发现。

为解决以上具体问题，海上风电安装工程上己有的方法主要有两种，方法一：自升式安装平台只负责在风电场进行最后一步的安装工作，另外采用自升式运输平台或采用坐底船进行往来运输，在起吊时，自升式运输平台首先在安装平台旁边站立，或者坐底船首先在安装平台旁边坐底，使运输船和安装平台处于相对静止状态后再进行起吊。方法二：自升式安装平台同时兼做码头和风电场之间的往来运输船，每次只吊装自身甲板上的运输的货物。

但从工程实现上来看，以上两种方法几乎均具有很大的局限性，或难以实施。例如，自升式运输平台航行性能差，建造成本高，而坐底船仅能在浅水区工作，如果水深稍大，坐底船就己经不再适用。

以上说明可以概况为，无论是加强常规吊机能力的方法，还是采用固定载体的方法，都面临适用局限过大，工程成本过高的问题。

因而，无论是对于越来越向远离岸线的海域发展的海上风电安装，还是其它类似的重型海上吊装，均需要有一种满足工程需要，能从相对运动的建筑/船体/平台之间起吊货物的设备或方法。

图1显示为安装在海洋固定平台上的起重设备从漂浮于海水中的浮动平台上起吊重物的示意图，海洋固定平台20固定在海底，安装于海洋固定平台20上的起重设备不会受到海浪的影响而上下浮动；但是，漂浮于海水中的浮动平台21会随海浪一起上下浮动，放置在浮动平台上的重物22也会与浮动平台21一起随海浪上下浮动。在现有技术中，从海洋固定平台20上起吊重物时，在重物22离开浮动平台21上表面的瞬间，浮动平台21也可能正在向上运动，所以，浮动平台21与重物22发生磕碰的风险很高。

分析起吊过程可以发现，货物放置在运输船甲板之上，货物底面和甲板面均为平面，起吊瞬时，二者虽然都处于空间运动状态，但是其中只有垂向相对运动最容易引发危险，足够的垂向距离可以保证充分的安全性。从原理上看，如果能在合适的时间点使货物和载体拉开足够的高度距离，则这个潜在风险是完全可以避免的。

但是，传统的起重机无法直接测量货物的运动参数，无法寻找出最合适的起吊时间，更根本的制约在于，常规的起重机设计并非采用动态控制模型设计，自身不具备充足的快速响应性能，因而也就难以解决这一问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有吊绳运动感应机构的起重设备及其起吊控制方法，有助于在海洋平台上进行吊装作业，降低被吊装的重物发生磕碰的风险。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种具有吊绳运动感应机构的起重设备，采用如下技术方案：一种具有吊绳运动感应机构的起重设备，包括控制装置、吊臂、吊绳、绞车和第一滑轮，所述绞车和第一滑轮安装在吊臂上，在第一滑轮和绞车之间设有一安装座，安装座固定在吊臂上，安装座上固定有第二滑轮和一液压缸，液压缸的活塞杆上安装有第三滑轮，所述吊绳的一端连接在绞车上，吊绳自绞车引出并依次绕过第三滑轮、第二滑轮和第一滑轮，吊绳的另一端用以与重物连接；所述液压缸与通过控制阀与液压动力站连接，控制阀上还连接有平衡蓄能器；所述液压缸上设有用以检测活塞杆位移的位移传感器，所述绞车、位移传感器、液压动力站和平衡蓄能器均与控制装置连接。

本发明的一种具有吊绳运动感应机构的起重设备，具有以下有益效果：在本发明的一种具有吊绳运动感应机构的起重设备中，由于在吊臂上安装有绞车和第一滑轮，在第一滑轮和绞车之间设有一安装座，安装座上固定有第二滑轮和一液压缸，液压缸的活塞杆上安装有第三滑轮，所述吊绳的一端连接在绞车上，吊绳自绞车引出并依次绕过第三滑轮、第二滑轮和第一滑轮，所述液压缸与通过控制阀与液压动力站连接，控制阀上还连接有平衡蓄能器；这样，通过控制装置能够控制平衡蓄能器和液压动力站使液压缸保持较为稳定的油压。当吊绳具有张紧力增大的趋势时，液压缸的活塞杆会受到吊绳的压缩而缩短以抵消吊绳张紧力增大的趋势；当吊绳具有张紧力减小的趋势时，液压缸的活塞杆就会受到油压的驱动而伸长，以抵消吊绳张紧力减小的趋势。所以，本发明的一种具有吊绳运动感应机构的起重设备能够保持吊绳具有较为稳定的张紧力，既建立了货物位称与位移传感器的线性关系，也不会此时影响货物的运动，对起重设备产生危险。位移传感器能够将活塞杆的位移变化传递给控制装置，控制装置能够根据活塞杆的位移变化而得出所吊装的重物的高度位置、升降速度和加速度，从而能够方便地控制起重设备的起吊作业，降低被吊装的重物发生磕碰的风险。

优选地，所述绞车、第二滑轮、第三滑轮和第一滑轮自吊臂的后端向吊臂的前端依次布置；所述液压缸的活塞杆沿前后方向延伸。

优选地，所述液压油缸上还设有用以检测液压缸油压的压力传感器，所述压力传感器与控制装置连接。

优选地，还包括基座，基座上设有旋转座，旋转座上安装有支撑臂，支撑臂的下端铰接在旋转座上，支撑臂的上端铰接在吊臂的后端；旋转座上设有第一伸缩驱动油缸和第二伸缩驱动油缸，第一伸缩驱动油缸的下端铰接在旋转座上，第一伸缩驱动油缸的上端铰接在支撑臂的中部；第二伸缩驱动油缸的下端铰接在旋转座上，第二伸缩驱动油缸的上端铰接在吊臂的中部。

与本发明的一种具有吊绳运动感应机构的起重设备相应地，本发明还提供一种起重设备的起吊控制方法，采用如下技术方案：一种起重设备的起吊控制方法，采用上述技术方案或其任一优选的技术方案所述的本发明的一种具有吊绳运动感应机构的起重设备进行作业，所述起重设备安装在海洋固定平台上，海洋固定平台旁侧有随波浪上下运动的浮动平台，浮动平台上放置有重物，所述吊绳与重物连接；在起吊重物时，包括如下作业步骤：

1)控制装置接收位移传感器检测的活塞杆位移信号，以根据活塞杆的位移信号得出重物与浮动平台随波浪运动至波谷位置、零位或波峰位置；

2)在浮动平台随波浪运动至波浪的波谷位置时，控制装置控制所述控制阀关闭以使所述液压缸的活塞杆被锁定；

3)在重物与浮动平台随波浪运动至波浪的波谷位置与零位之间的时间内，控制装置控制绞车将吊绳张紧至预张力；

4)在重物与浮动平台随波浪运动至波浪的零位与波峰位置之间的时间内，控制装置控制绞车按额定张力牵拉吊绳，从而使重物脱离浮动平台上表面。

优选地，在上述步骤1)之前，控制装置控制平衡蓄能器使液压缸中的油压保持平衡，从而使吊绳的张紧力维持在初始张力值。

优选地，在所述步骤1)中，控制装置将活塞杆的位移转换成速度和加速度值从而得出重物上下运动的状态，进而得出重物与浮动平台随波浪运动至波谷位置、零位或波峰位置。

进一步地，所述液压油缸上还设有用以检测液压缸油压的压力传感器，所述压力传感器与控制装置连接；所述控制装置根据压力传感器检测的液压缸油压计算出吊绳的张紧力；在所述步骤3)中，当控制装置计算得出的吊绳张紧力小于所述预张力时，控制装置控制绞车增加牵引力；当控制装置计算得出的吊绳张紧力大于或等于所述预张力时，控制装置控制绞车停止增加牵引力；在所述步骤4)中，当控制装置计算得出的吊绳张紧力小于所述额定张力时，控制装置控制绞车增加牵引力；当控制装置计算得出的吊绳张紧力大于或等于所述额定张力时，控制装置控制绞车停止增加牵引力。

进一步地，所述预张力与额定张力的比值为0.5至0.7。

进一步地，所述起重设备还包括基座，基座上设有旋转座，旋转座上安装有支撑臂，支撑臂的下端铰接在旋转座上，支撑臂的上端铰接在吊臂的后端；旋转座上设有第一伸缩驱动油缸和第二伸缩驱动油缸，第一伸缩驱动油缸的下端铰接在旋转座上，第一伸缩驱动油缸的上端铰接在支撑臂的中部；第二伸缩驱动油缸的下端铰接在旋转座上，第二伸缩驱动油缸的上端铰接在吊臂的中部；在所述步骤4)之后，绞车带动吊绳将重物向上拉起的同时，所述第一伸缩驱动油缸缩短，所述第二伸缩驱动油缸伸长。

在本发明的一种起重设备的起吊控制方法中，起重设备能够保持吊绳具有较为稳定的张紧力，防止吊绳的张紧力剧烈变化；所述起重设备安装在海洋固定平台上，海洋固定平台旁侧漂浮有浮动平台，所述浮动平台随波浪上下运动，浮动平台上放置有重物，所述吊钩与重物连接；在起吊重物时，控制装置能够根据活塞杆的位移信号得出重物与浮动平台随波浪运动至波谷位置、零位或波峰位置，并在波谷位置将液压缸的活塞杆锁定；在波谷位置与零位之间的时间内，绞车将吊绳张紧至预张力；在重物与浮动平台随波浪运动至波浪的零位与波峰位置之间的时间内，绞车将吊绳张紧至额定张力而使重物脱离浮动平台上表面；在之后的时间内，浮动平台随波浪向下运动，而重物在吊绳的拉动下向上运动，所以，重物在起吊时与浮动平台发生碰撞的风险很小。由此，本发明的一种起重设备的起吊控制方法充分利用了波浪与浮动平台的运动特性，选择正确的时机来使吊绳长进至预张力和额定张力，从而顺利地将重物吊起，本发明的一种起重设备的起吊控制方法特别适用于在海洋平台上进行吊装作业，能够降低被吊装的重物发生磕碰的风险。

附图说明

图1显示为安装在海洋固定平台上的起重设备从漂浮于海水中的浮动平台上起吊重物的示意图。

图2显示为本发明的一种具有吊绳运动感应机构的起重设备的吊臂及安装与吊臂上的吊绳运动感应机构的示意图。

图3显示为本发明的一种具有吊绳运动感应机构的起重设备的整体结构示意图。

图4显示为浮动平台与货物重心垂直位移分量与时间的关系示意图。

零件标号说明

1 控制装置 13 平衡蓄能器

2 吊臂 14 位移传感器

3 吊绳 15 基座

4 绞车 16 旋转座

5 第一滑轮 17 支撑臂

6 安装座 18 第一伸缩驱动油缸

7 第二滑轮 19 第二伸缩驱动油缸

8 液压缸 20 海洋固定平台

9 活塞杆 21 浮动平台

10 第三滑轮 22 重物

11 吊钩 23 液压动力站

12 控制阀 24 吊绳运动感应机构

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

在以下对本发明的实施例的技术方案的描述中，面对图1至图3中的视图，视图右侧为“前”方向，视图左侧为“后”方向。

如图2所示，本发明的一种具有运动感应机构的起重设备，包括控制装置1、吊臂2、吊绳3、绞车4和第一滑轮5，所述绞车4和第一滑轮5安装在吊臂2上，在第一滑轮5和绞车4之间设有一安装座6，安装座6固定在吊臂2上，安装座6上固定有第二滑轮7和一液压缸8，液压缸8的活塞杆9上安装有第三滑轮10，所述吊绳3的一端连接在绞车4上，吊绳3自绞车4引出并依次绕过第三滑轮10、第二滑轮7和第一滑轮5，吊绳3的另一端用以与重物22连接；所述液压缸8与通过控制阀12与液压动力站23连接，控制阀12上还连接有平衡蓄能器13；所述液压缸8上设有用以检测活塞杆9位移的位移传感器14，所述绞车4、位移传感器14、液压动力站23和平衡蓄能器13均与控制装置1连接。在本发明的一种具有运动感应机构的起重设备中，由于在吊臂2上安装有绞车4和第一滑轮5，在第一滑轮5和绞车4之间设有一安装座6，安装座6上固定有第二滑轮7和一液压缸8，液压缸8的活塞杆9上安装有第三滑轮10，所述吊绳3的一端连接在绞车4上，吊绳3自绞车4引出并依次绕过第三滑轮10、第二滑轮7和第一滑轮5，所述液压缸8与通过控制阀12与液压动力站23连接，控制阀12上还连接有平衡蓄能器13；这样，通过控制装置1能够控制平衡蓄能器13和液压动力站23使液压缸8保持较为稳定的油压。当吊绳3具有张紧力增大的趋势时，液压缸8的活塞杆9会受到吊绳3的压缩而缩短以抵消吊绳3张紧力增大的趋势；当吊绳3具有张紧力减小的趋势时，液压缸8的活塞杆9就会受到油压的驱动而伸长，以抵消吊绳3张紧力减小的趋势。所以，本发明的一种具有运动感应机构的起重设备能够保持吊绳3具有较为稳定的张紧力，感应状态下该张紧力为额定张力的0.1倍左右。而且，在液压缸8上设有用以检测活塞杆9位移的位移传感器14，位移传感器14能够将活塞杆9的位移变化传递给控制装置1，控制装置1能够根据活塞杆9的位移变化而得出所吊装的重物22的高度位置、升降速度和加速度，从而能够方便地控制起重设备的起吊作业，降低被吊装的重物22发生磕碰的风险。

在本发明的一种具有运动感应机构的起重设备中，平衡蓄能器13用于使液压缸8中的油压保持平衡，液压缸8由液压动力站23提供液压油，当吊绳3中的张紧力具有增大趋势时，吊绳3使液压缸8的活塞杆9压缩液压缸8的油腔，液压缸8的油腔中的部分液压油通过控制阀12流至平衡蓄能器13中对平衡蓄能器13做功而将能量储存在平衡蓄能器13中，液压缸8中的油压基本维持不变，所以，液压缸8的活塞杆9的推力基本维持不变，吊绳3中的张紧力也就基本维持不变；反之，当吊绳3中的张紧力具有减小的趋势时，平衡蓄能器13会将部分液压油压入液压缸8中而对活塞杆9做功，增加活塞杆9的推力以使活塞杆9的推力基本维持不变，吊绳3中的张紧力也就基本维持不变。可以采用现有技术中的活塞式蓄能器、气囊式蓄能器等能够减小油压脉动的装置作为所述平衡蓄能器13。为了便于监测液压缸8中的油压，从而对吊绳3中的张紧力进行监测，可以在液压油缸上还设有用以检测液压缸8油压的压力传感器，所述压力传感器与控制装置1连接。

在本发明的一种具有运动感应机构的起重设备中，所述起重设备采用高刚度的机械结构形式，配备有高频动力系统和执行机构，绞车4采用高频响比例阀和高频响液压马达驱动，起动惯量小，具有高速响应特性。如图2所示，所述运动感应机构24包括安装座6、液压缸8、第二滑轮7、第三滑轮10、控制阀12、液压动力站23和平衡蓄能器13。运动感应机构24串联在起升驱动传递路径上，运动感应机构24具备负载运动感应模式和锁定模式切换功能，当运动感应机构24处于负载运动感应模式时，运动感应机构24中的位移传感器14检测液压缸8的活塞杆9的运动参数并传递给控制装置1，控制装置1根据所接收的运动参数分析得出重物22所处的垂直方向的运动参数；当运动感应机构24处于负载运动感应模式时，平衡蓄能器13和液压工作站维持液压缸8中的油压处于较为稳定的状态从而使吊绳3中的张紧力较为稳定，约为额定张力的0.1倍；当运动感应机构24处于锁定模式时，控制阀12将液压缸8油路封闭，液压缸8的活塞杆9行程锁定，第二滑轮7和第三滑轮10之间的的距离不变，运动感应机构24不再影响吊绳3中的张紧力，绞车4增加牵引力就能够将重物22吊起。

在本发明的一种具有运动感应机构的起重设备中，如图2所示，作为一种优选的方式，所述绞车4、第二滑轮7、第三滑轮10和第一滑轮5自吊臂2的后端向吊臂2的前端依次布置；所述液压缸8的活塞杆9沿前后方向延伸，吊绳3自绞车4向前引出至第三滑轮10，吊绳3从第三滑轮10的上方向下绕过第三滑轮10，然后再从第三滑轮10的下方向后延伸至第二滑轮7的下方，吊绳3从第二滑轮7的下方向上绕过第二滑轮7，然后再从第二滑轮7的上方向前延伸至第一滑轮5的上方，吊绳3绕过第一滑轮5及第一滑轮5附近的导向滑轮向下延伸，吊绳3连接有用于和重物22连接的吊钩11。

在本发明的一种具有运动感应机构的起重设备中，如图3所示，作为一种优选的方式，本发明的一种具有运动感应机构的起重设备还包括基座15，基座15上设有旋转座16，旋转座16上安装有支撑臂17，支撑臂17的下端铰接在旋转座16上，支撑臂17的上端铰接在吊臂2的后端；旋转座16上设有第一伸缩驱动油缸18和第二伸缩驱动油缸19，第一伸缩驱动油缸18的下端铰接在旋转座16上，第一伸缩驱动油缸18的上端铰接在支撑臂17的中部；第二伸缩驱动油缸19的下端铰接在旋转座16上，第二伸缩驱动油缸19的上端铰接在吊臂2的中部。在进行起吊作业时，控制装置1控制第一伸缩驱动油缸18和第二伸缩驱动油缸19伸长可以使吊臂2的前端尽量伸直最长而适于起吊远处的重物22，将重物22吊起之后，控制装置1控制第一伸缩驱动油缸18缩短可以将支撑臂17向后拉起而使重物22朝起重设备靠近，控制装置1还可以控制旋转座16旋转而使重物22的位置移动，所以，通过控制装置1控制第一伸缩驱动油缸18、第二伸缩驱动油缸19和旋转座16的运动能够方便地将重物22移动至指定位置。

请参考图1和图4，浮动平台21与货物一起随海浪上下浮动，如图4所示为浮动平台21与货物重心垂直位移分量与时间的关系示意图，浮动平台21与重物22随海浪一起作类似简谐波的上下运动，标记B对应于浮动平台21与货物随海浪运动至最低点位置，我们成为波谷位置；标记C对应于浮动平台21与货物随海浪运动至最高点位置，我们成为波峰位置；标记B对应于浮动平台21与货物随海浪运动至最高点位置与最低点位置的中间位置，我们称为零位。

与本发明的一种具有运动感应机构的起重设备相应地，本发明还提供一种起重设备的起吊控制方法，采用上述技术方案或其任一优选的技术方案所述的本发明的一种具有运动感应机构的起重设备进行作业，请参考图1，所述起重设备安装在海洋固定平台20上，海洋固定平台20旁侧有随波浪上下运动的浮动平台21，浮动平台21上放置有重物22，所述吊绳3与重物22连接；请参考图4，在起吊重物22时，包括如下作业步骤：

1)控制装置1接收位移传感器14检测的活塞杆9位移信号，以根据活塞杆9的位移信号得出重物22与浮动平台21随波浪运动至波谷位置、零位或波峰位置；

2)在浮动平台21随波浪运动至波浪的波谷位置时，控制装置1控制所述控制阀12关闭以使所述液压缸8的活塞杆9被锁定；

3)在重物22与浮动平台21随波浪运动至波浪的波谷位置与零位之间的时间内，控制装置1控制绞车4将吊绳3张紧至预张力；

4)在重物22与浮动平台21随波浪运动至波浪的零位与波峰位置之间的时间内，控制装置1控制绞车4将吊绳3按额定张力牵拉吊绳，从而使重物22脱离浮动平台21上表面。

在本发明的一种起重设备的起吊控制方法中，起重设备能够保持吊绳3具有较为稳定的张紧力，防止吊绳3的张紧力剧烈变化；请参考图4，操作人员在标记A所对应的时刻发出起吊命令，控制装置1根据活塞杆9的位移信号分析重物22与浮动平台21随波浪运动的垂直方向的位置，当重物22与浮动平台21随波浪运动至波谷位置时，控制装置1向控制阀12发出命令，控制阀12关闭而将液压缸8的活塞杆9锁定，第二滑轮7和第三滑轮10之间的距离不再发生变化，此时，第二滑轮7和第三滑轮10相当于定滑轮；此后，重物22与浮动平台21一起自波谷位置向波峰位置运动，绞车4收紧吊绳3使吊绳3中的张紧力增大，控制装置1分析重物22与浮动平台21随波浪运动的垂直方向的位置并在波谷位置与零位之间的时间内控制绞车4将吊绳3张紧至预张力以准备吊起重物22，预张力的大小根据实际情况确定，预张力与额定张力的比值最好在为0.5至0.7范围内，优选地，所述预张力与额定张力的比值约为0.6；重物22与浮动平台21随波浪运动的垂直方向的位置，在重物22与浮动平台21随波浪运动至波浪的零位与波峰位置之间的时间内，控制装置1控制绞车4将吊绳3张紧至额定张力而使重物22脱离浮动平台21上表面；在之后的时间内，浮动平台21随波浪向下运动，而重物22在吊绳3的拉动下向上运动，所以，重物22在起吊时与浮动平台21发生碰撞的风险很小。由此，本发明的一种起重设备的起吊控制方法充分利用了波浪与浮动平台21的运动特性，选择正确的时机来使吊绳3张紧至预张力和额定张力，从而顺利地将重物22吊起，本发明的一种起重设备的起吊控制方法特别适用于在海洋平台上进行吊装作业，能够降低被吊装的重物22发生磕碰的风险。

作为一种优选的实施方式，在上述步骤1)之前，控制装置控制运动感应机构24运行在感应模式下，控制装置1控制平衡蓄能器13使液压缸8中的油压保持平衡，从而使吊绳的张紧力维持在初始张力值，仅保证吊绳永远处于张紧状态，这样，重物22的位移大小就于活塞杆9位移大小一致，所以，通过检测活塞杆的位移就能得出重物的位置，优选地，所述初始张力值约为额定载荷的0.1倍。

本发明的一种起重设备的起吊控制方法通过监测和分析浮动平台21上的重物22物垂直方向运动的特征，控制装置1具备自主运算控制能力，控制装置1对位移传感器14和压力传感器传递的参数进行分析而得出重物22实时运动轨迹和吊绳3的张紧力，重物22实时运动轨迹以图4所示的简谐波显示在显示屏上，操作人员可以观测到明显的波峰位置、波谷位置、速度和加速度参数，当操作人员认为某一时段的浮动平台21及重物22的运动波形较为稳定时，则在标记A所对应的时刻(标记A对应的时刻不特定)向控制装置1发出“允许起吊”信号，控制装置1继续监测并分析重物22和浮动平台21的运动参数、吊绳3的张紧力，此后根据重物22和浮动平台21的运动参数而控制吊绳3的张紧力：在标记B所对应的时刻将运动感应机构24切换到锁定模式；在标记C所对应的时刻将吊绳3张紧至预张力而使整机进入预紧状态，预张力小于重物22的理论吊起拉力(重物22的理论吊起拉力即额定张力)，预张力使起重机构和驱动系统产生预变形；在标记D所对应的时刻将吊绳3张紧至额定张力而使重物22脱离浮动平台21。重物22脱离浮动平台21后，第一伸缩驱动油缸18和第二伸缩驱动油缸19同时进行短时双向补偿，重物22加速向上离开浮动平台21的上表面，而此时浮动平台21处于加速下降状态，重物22与浮动平台21将在最短时间内拉开最大距离，只要保证重物22在浮动平台21再次达到波峰位置之前就己经升起足够高度而不致与浮动平台21碰撞即可，而这一要求，是非常容易达到的。

控制装置1能够接收移传感器和压力传感器所检测的参数，将重物22运动参数进行转换(可以转换为速度参数或加速度参数)并与设定在控制装置1中的运动参数进行对比，从而得出重物22所处的位置，自动寻找到最佳的时间点，并在波谷位置与零位之间的时间内控制绞车4将吊绳3张紧至预张力以准备吊起重物22、在重物22与浮动平台21随波浪运动至波浪的零位与波峰位置之间的时间内控制绞车4将吊绳3张紧至额定张力而使重物22脱离浮动平台21上表面，从而将重物22快速起吊。

在上述步骤1)中，控制装置1接收位移传感器14检测的活塞杆9位移信号，以根据活塞杆9的位移信号得出重物22与浮动平台21随波浪运动至波谷位置、零位或波峰位置；优选地，控制装置1可以将活塞杆9的位移转换成速度和加速度值从而得出重物22上下运动的状态，进而得出重物22与浮动平台21随波浪运动至波谷位置、零位或波峰位置。

优选地，所述液压油缸上还设有用以检测液压缸8油压的压力传感器，所述压力传感器与控制装置1连接；所述控制装置1根据压力传感器检测的液压缸8油压计算出吊绳3的张紧力；在所述步骤3)中，当控制装置(1)计算得出的吊绳(3)张紧力小于所述预张力时，控制装置(1)控制绞车(4)增加牵引力；当控制装置(1)计算得出的吊绳(3)张紧力大于或等于所述预张力时，控制装置(1)控制绞车(4)停止增加牵引力；在所述步骤4)中，当控制装置(1)计算得出的吊绳(3)张紧力小于所述额定张力时，控制装置(1)控制绞车(4)增加牵引力；当控制装置(1)计算得出的吊绳(3)张紧力大于或等于所述额定张力时，控制装置(1)控制绞车(4)停止增加牵引力。这样，本发明的一种具有运动感应机构的起重设备及其起吊控制方法采用闭环控制的方式来控制吊绳中的张紧力，可以实现精准的控制，控制误差较小。

请参考图3，所述起重设备还包括基座15，基座15上设有旋转座16，旋转座16上安装有支撑臂17，支撑臂17的下端铰接在旋转座16上，支撑臂17的上端铰接在吊臂2的后端；旋转座16上设有第一伸缩驱动油缸18和第二伸缩驱动油缸19，第一伸缩驱动油缸18的下端铰接在旋转座16上，第一伸缩驱动油缸18的上端铰接在支撑臂17的中部；第二伸缩驱动油缸19的下端铰接在旋转座16上，第二伸缩驱动油缸19的上端铰接在吊臂2的中部；在所述步骤4)之后，绞车4带动吊绳3将重物22向上拉起的同时，所述第一伸缩驱动油缸18缩短，所述第二伸缩驱动油缸19伸长。

本发明的一种起重设备的起吊控制方法基于动力响应原理设计，利用运动感应机构24来测得重物22运动的速度和加速度变化特征，并提前对吊绳3进行预张紧，实时计算和确认最佳起吊时间点，采用一系列的开环时序控制信号，在重物22运动至波谷位置时，控制装置1控制绞车4整机提前切换至起吊模式，吊绳3张紧至预张力而使整机进入预张紧状态，在重物22上升速度达到最大时，张紧力张紧至额定张力而使重物22快速脱离浮动平台21，从而避开了海上动态起吊的货物撞击风险。

综上所述，本发明的具有吊绳运动感应机构的起重设备及其起吊控制方法，起重设备利用独特的运动感应机构来测得货物运动的速度和加速度变化特征，并提前对起升机构进行预张紧，实时计算和确认最佳起吊时间点，采用一系列的开环时序控制信号实施起吊。

在起吊重物时，首先在松绳状态下人工完成货物的系固，之后控制装置能够根据传感器的位移信号得出重物与浮动平台随波浪运动的不同位置的信号，得到操作人员的控制指令后，控制装置可以自动根据货物的运动状态选择起吊时间点，完成一系列的设定动作，在货物运动波谷时，使整机提前进行起吊模式转换，并整体进入预张紧状态，在货物上升最大速度点时，利用浮动平台零位接近波峰的时间点，进行绞车起吊动作，而使重物脱离浮动平台上表面；在之后的时间内，浮动平台随波浪向下运动，而重物在吊绳的拉动下向上运动，所以，重物在起吊后与浮动平台几乎不可能再发生碰撞。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种起重设备的起吊控制方法，其特征是，采用具有运动感应机构(24)的起重设备进行作业，所述具有运动感应机构(24)的起重设备包括控制装置(1)、吊臂(2)、吊绳(3)、绞车(4)和第一滑轮(5)，所述绞车(4)和第一滑轮(5)安装在吊臂(2)上，在第一滑轮(5)和绞车(4)之间设有一安装座(6)，安装座(6)固定在吊臂(2)上，安装座(6)上固定有第二滑轮(7)和一液压缸(8)，液压缸(8)的活塞杆(9)上安装有第三滑轮(10)，所述吊绳(3)的一端连接在绞车(4)上，吊绳(3)自绞车(4)引出并依次绕过第三滑轮(10)、第二滑轮(7)和第一滑轮(5)，吊绳(3)的另一端用以与重物(22)连接；所述液压缸(8)与通过控制阀(12)与液压动力站(23)连接，控制阀(12)上还连接有平衡蓄能器(13)；所述液压缸(8)上设有用以检测活塞杆(9)位移的位移传感器(14)，所述绞车(4)、位移传感器(14)、液压动力站(23)和平衡蓄能器(13)均与控制装置(1)连接；所述起重设备安装在海洋固定平台(20)上，海洋固定平台(20)旁侧有随波浪上下运动的浮动平台(21)，浮动平台(21)上放置有重物(22)，所述吊绳(3)与重物(22)连接；在起吊重物(22)时，包括如下作业步骤：

1)控制装置(1)接收位移传感器(14)检测的活塞杆(9)位移信号，以根据活塞杆(9)的位移信号得出重物(22)与浮动平台(21)随波浪运动至波谷位置、零位或波峰位置；

2)在浮动平台(21)随波浪运动至波浪的波谷位置时，控制装置(1)控制所述控制阀(12)关闭以使所述液压缸(8)的活塞杆(9)被锁定；

3)在重物(22)与浮动平台(21)随波浪运动至波浪的波谷位置与零位之间的时间内，

控制装置(1)控制绞车(4)将吊绳(3)张紧至预张力；

4)在重物(22)与浮动平台(21)随波浪运动至波浪的零位与波峰位置之间的时间内，

控制装置(1)控制绞车(4)按额定张力牵拉吊绳，从而使重物(22)脱离浮动平台(21)上表面。

2.如权利要求1所述的起重设备的起吊控制方法，其特征在于：在上述步骤1)之前，控制装置(1)控制平衡蓄能器(13)使液压缸(8)中的油压保持平衡，从而使吊绳的张紧力维持在初始张力值。

3.如权利要求1所述的起重设备的起吊控制方法，其特征在于：

在所述步骤1)中，控制装置(1)将活塞杆(9)的位移转换成速度和加速度值从而得出重物(22)上下运动的状态，进而得出重物(22)与浮动平台(21)随波浪运动至波谷位置、零位或波峰位置。

4.如权利要求1所述的起重设备的起吊控制方法，其特征在于：所述液压缸上还设有用以检测液压缸(8)油压的压力传感器，所述压力传感器与控制装置(1)连接；所述控制装置(1)根据压力传感器检测的液压缸(8)油压计算出吊绳(3)的张紧力；

在所述步骤3)中，当控制装置(1)计算得出的吊绳(3)张紧力小于所述预张力时，控制装置(1)控制绞车(4)增加牵引力；当控制装置(1)计算得出的吊绳(3)张紧力大于或等于所述预张力时，控制装置(1)控制绞车(4)停止增加牵引力；

在所述步骤4)中，当控制装置(1)计算得出的吊绳(3)张紧力小于所述额定张力时，控制装置(1)控制绞车(4)增加牵引力；当控制装置(1)计算得出的吊绳(3)张紧力大于或等于所述额定张力时，控制装置(1)控制绞车(4)停止增加牵引力。

5.如权利要求1所述的起重设备的起吊控制方法，其特征在于：所述预张力与额定张力的比值为0.5至0.7。

6.如权利要求1所述的起重设备的起吊控制方法，其特征在于：所述起重设备还包括基座(15)，基座(15)上设有旋转座(16)，旋转座(16)上安装有支撑臂(17)，支撑臂(17)的下端铰接在旋转座(16)上，支撑臂(17)的上端铰接在吊臂(2)的后端；旋转座(16)上设有第一伸缩驱动油缸(18)和第二伸缩驱动油缸(19)，第一伸缩驱动油缸(18)的下端铰接在旋转座(16)上，第一伸缩驱动油缸(18)的上端铰接在支撑臂(17)的中部；第二伸缩驱动油缸(19)的下端铰接在旋转座(16)上，第二伸缩驱动油缸(19)的上端铰接在吊臂(2)的中部；在所述步骤4)之后，绞车(4)带动吊绳(3)将重物(22)向上拉起的同时，所述第一伸缩驱动油缸(18)缩短，所述第二伸缩驱动油缸(19)伸长。

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