CN111453618B

CN111453618B - 一种起重臂侧向弯曲位移的监测方法、监测装置及起重机

Info

Publication number: CN111453618B
Application number: CN202010299959.5A
Authority: CN
Inventors: 王亮; 孙沈浩; 陈涛
Original assignee: Sany America Inc
Current assignee: Sany America Inc
Priority date: 2020-04-16
Filing date: 2020-04-16
Publication date: 2021-11-26
Anticipated expiration: 2040-04-16
Also published as: CN111453618A

Abstract

本申请提供了一种起重臂侧向弯曲位移的监测方法、监测装置及起重机，涉及起重臂侧向位移监测技术领域，基于获取的起重臂的弯曲位移安全范围，以及起重机在工作过程中，起重机的起重臂沿着变幅方向与水平面之间的变幅倾角，起重臂顶部沿着侧向方向与水平面之间的第一侧向倾角，起重臂根部沿着侧向方向与水平面之间的第二侧向倾角，以及起重臂的长度，确定起重臂在侧向方向上的侧向弯曲位移，若检测到起重臂的侧向弯曲位移超出起重臂的弯曲位移安全范围，则确定起重臂所属的起重机存在安全风险，这样一来，避免了现场操作人员目测起重机起重臂端部的位移由于目测精度低而不能及时作出判断的问题，提高了起重机起重臂侧向位移的监测精度。

Description

一种起重臂侧向弯曲位移的监测方法、监测装置及起重机

技术领域

本申请涉及起重臂侧向位移监测技术领域，尤其是涉及一种起重臂侧向弯曲位移的监测方法、监测装置及起重机。

背景技术

起重机作为一种吊装搬运货物的特种装置，具有使用范围广、作业环境复杂、安全使用要求高的特点。起重机使用不当会造成重大事故，带来财产损失和人员伤亡，目前，起重机的起重臂因地面倾斜、起重臂变形等条件引起的侧向偏斜是影响起重机工况的一个主要因素。

作业中只能通过现场操作人员对起重机起重臂端部的位移进行观察，进而实现起重机起重臂侧向位移的监测，让操作人员能够判断作业的安全状态而作出正确处置，但现场操作人员的目测精度很低，并且往往不能及时作出判断，存在一定的安全风险。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种起重臂侧向弯曲位移的监测方法、监测装置及起重机，通过检测起重臂端部产生的侧向倾角，并根据各个侧向倾角的角度值得出起重臂的侧向弯曲位移，若检测到起重臂的侧向弯曲位移超出起重臂的弯曲位移安全范围，则确定起重臂所属的起重机存在安全风险，这样一来，避免了现场操作人员目测起重机起重臂端部的位移由于目测精度低而不能及时作出判断的问题，提高了起重机起重臂侧向位移的监测精度。

第一方面，本申请实施例提供了一种起重臂侧向弯曲位移的监测方法，所述监测方法包括：

获取起重臂的弯曲位移安全范围，以及起重机在工作过程中，起重机的起重臂沿着变幅方向与水平面之间的变幅倾角，起重臂顶部沿着侧向方向与水平面之间的第一侧向倾角，起重臂根部沿着侧向方向与水平面之间的第二侧向倾角，以及所述起重臂的长度；

基于所述变幅倾角、所述第一侧向倾角、所述第二侧向倾角，确定所述起重臂顶部相对于所述起重臂根部的相对侧向夹角；

基于所述起重臂的长度和所述相对侧向夹角，确定所述起重臂在所述侧向方向上的侧向弯曲位移；

若检测到所述起重臂的侧向弯曲位移超出所述起重臂的弯曲位移安全范围，则确定所述起重臂所属的起重机存在安全风险。

优选地，通过以下公式确定所述起重臂顶部相对于所述起重臂根部的相对侧向夹角：

ε＝arcsin(sin(γ-β)/sinα)；

其中，ε表示所述起重臂顶部相对于所述起重臂根部的相对侧向夹角，γ表示起重臂顶部沿着侧向方向与水平面之间的第一侧向倾角，β表示起重臂根部沿着侧向方向与水平面之间的第二侧向倾角，α表示起重臂沿着变幅方向与水平面之间的变幅倾角，所述变幅方向与所述侧向方向垂直。

优选地，通过以下公式确定所述起重臂在所述侧向方向上的侧向弯曲位移：

y＝A*L*ε；

其中，y表示所述起重臂在所述侧向方向上的侧向弯曲位移，L表示所述起重臂的长度，ε表示所述起重臂顶部相对于所述起重臂根部的相对侧向夹角，A表示预设的修正系数。

优选地，所述起重臂的弯曲位移安全范围为0至所述起重臂的长度的2％。

优选地，在所述若检测到所述起重臂的侧向弯曲位移超出所述起重臂的弯曲位移安全范围，则确定所述起重臂所属的起重机存在安全风险之后，所述监测方法还包括：

在检测到所述起重臂的侧向弯曲位移超出所述起重臂的弯曲位移安全范围后，发出报警信号。

在检测到所述起重臂的侧向弯曲位移超出所述起重臂的弯曲位移安全范围后，控制所述起重臂停止移动。

第二方面，本申请实施例提供了一种基于第一方面所述监测方法的监测装置，所述监测装置包括控制器、第一传感器、第二传感器和第三传感器，所述控制器分别与所述第一传感器、所述第二传感器和所述第三传感器连接；

所述第一传感器设置在所述起重臂顶部，用于检测所述起重臂顶部沿着侧向方向与水平面之间的第一侧向倾角并将所述第一侧向倾角的角度值发送给所述控制器，所述第二传感器设置在所述起重臂根部，用于检测所述起重臂根部沿着侧向方向与水平面之间的第二侧向倾角并将所述第二侧向倾角的角度值发送给所述控制器，所述第三传感器设置在所述起重臂上，用于检测起重臂沿着变幅方向与水平面之间的变幅倾角并将所述变幅倾角的角度值发送给所述控制器；

所述控制器用于根据接收到的所述第一侧向倾角的角度值、所述第二侧向倾角的角度值和所述变幅倾角的角度值计算所述起重臂顶部相对于所述起重臂根部的相对侧向夹角，并根据所述相对侧向夹角和所述起重臂的长度计算所述起重臂的侧向弯曲位移，检测所述起重臂的侧向弯曲位移是否超出所述起重臂的弯曲位移安全范围，以确定所述起重臂所属的起重机是否存在安全风险。

优选地，所述第二传感器为角度传感器。

优选地，所述监测装置还包括报警器，所述报警器与所述控制器连接。

第三方面，本申请实施例提供了一种起重机，包括第二方面所述的监测装置。

本申请实施例提供了一种起重臂侧向弯曲位移的监测方法、监测装置及起重机，基于获取的起重臂的弯曲位移安全范围，以及起重机在工作过程中，起重机的起重臂沿着变幅方向与水平面之间的变幅倾角，起重臂顶部沿着侧向方向与水平面之间的第一侧向倾角，起重臂根部沿着侧向方向与水平面之间的第二侧向倾角，以及起重臂的长度，确定起重臂在侧向方向上的侧向弯曲位移，若检测到起重臂的侧向弯曲位移超出起重臂的弯曲位移安全范围，则确定起重臂所属的起重机存在安全风险，这样一来，避免了现场操作人员目测起重机起重臂端部的位移由于目测精度低而不能及时作出判断的问题，提高了起重机起重臂侧向位移的监测精度。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种起重臂侧向弯曲位移的监测方法的流程图；

图2为本申请实施例提供的一种起重臂侧向弯曲的第一方向上的示意图；

图3为本申请实施例提供的一种起重臂侧向弯曲的第二方向上的示意图；

图4为本申请实施例提供的一种起重臂侧向弯曲的第三方向上的示意图；

图5为本申请实施例提供的一种监测装置的结构示意图；

图6为本申请实施例所提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连通”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

第一方面，本申请实施例提供了一种起重臂侧向弯曲位移的监测方法，如图1中所示，本申请实施例提供的监测方法，包括：

S110，获取起重臂的弯曲位移安全范围，以及起重机在工作过程中，起重机的起重臂沿着变幅方向与水平面之间的变幅倾角，起重臂顶部沿着侧向方向与水平面之间的第一侧向倾角，起重臂根部沿着侧向方向与水平面之间的第二侧向倾角，以及所述起重臂的长度。

具体地，所述起重臂的弯曲位移安全范围为0至所述起重臂的长度的2％，其中，国标GB3811中要求起重臂的侧向弯曲位移不能超过起重臂的长度的2％，进而，起重臂的弯曲位移的安全值上限为起重臂的长度的2％。

该步骤中，通过多个传感器分别检测起重机在工作过程中，起重机的起重臂沿着变幅方向与水平面之间的变幅倾角，起重臂顶部沿着侧向方向与水平面之间的第一侧向倾角，以及起重臂根部沿着侧向方向与水平面之间的第二侧向倾角，进而，变幅倾角可以直接通过安装在起重臂上沿着变幅方向的角度传感器检测，第一侧向倾角需要通过起重臂顶部新增的角度传感器检测，第二侧向倾角通过起重臂根部新增的角度传感器检测；起重臂的长度即为起重臂根部与起重臂顶部之间的距离。

S120，基于所述变幅倾角、所述第一侧向倾角、所述第二侧向倾角，确定所述起重臂顶部相对于所述起重臂根部的相对侧向夹角。

由图2可知，α表示起重臂200沿着变幅方向与水平面之间的变幅倾角；由图3可知，γ表示起重臂顶部沿着侧向方向与水平面之间的第一侧向倾角，β表示起重臂根部沿着侧向方向与水平面之间的第二侧向倾角，第二侧向倾角由于起重机的主机与水平面不平行而产生的，进而第二侧向倾角很小，采用第一侧向倾角和第二侧向倾角之间的差值来消除主机倾斜的影响。

由图4可知，x表示起重臂200的变幅方向，y表示起重臂200的侧向方向，ε表示起重臂顶部相对于起重臂根部的相对侧向夹角，α表示起重臂200沿着变幅方向与水平面之间的变幅倾角，γ-β表示第一侧向倾角和第二侧向倾角之间的差值，由图4可以推出：

ε＝arcsin(sin(γ-β)/sinα)；

进而，在本申请实施例中，作为一种优选的实施例，通过以下公式确定所述起重臂顶部相对于所述起重臂根部的相对侧向夹角：

ε＝arcsin(sin(γ-β)/sinα)；

其中，ε表示所述起重臂顶部相对于所述起重臂根部的相对侧向夹角，γ表示起重臂顶部沿着侧向方向与水平面之间的第一侧向倾角，β表示起重臂根部沿着侧向方向与水平面之间的第二侧向倾角，γ-β表示第一侧向倾角和第二侧向倾角之间的差值，α表示起重臂沿着变幅方向与水平面之间的变幅倾角，所述变幅方向与所述侧向方向垂直。

S130，基于所述起重臂的长度和所述相对侧向夹角，确定所述起重臂在所述侧向方向上的侧向弯曲位移。

本申请实施例利用挠曲线的微分方程以及端截面转角关系式转换出侧向弯曲位移与相对侧向夹角之间的关系式。由于利用挠曲线的微分方程计算侧向弯曲位移时，方程中的参数不易测量，如侧向力矩和侧向惯性矩等，但是各个倾角的角度值是比较容易获得的，所以转换成侧向弯曲位移与相对侧向夹角之间的关系式可以较易从中得到侧向弯曲位移。

具体地，挠曲线的微分方程表示为：

y＝-M*L2/(2*E*I)；

端截面转角关系式表示为：

ε＝-M*L/(E*I)；

其中，M表示起重臂顶部的侧向力矩，L表示起重臂的长度，E表示钢材的弹性模量，I表示起重臂的侧向惯性矩。

在本申请实施例中，作为一种优选的实施例，通过以下公式确定所述起重臂在所述侧向方向上的侧向弯曲位移：

y＝A*L*ε；

结合上述各个关系式，可以推导出侧向弯曲位移的公式：

y＝A*L*arcsin(sin(γ-β)/sinα)；

由公式可知，只需要获取所述起重臂的长度，所述变幅倾角，以及所述第一侧向倾角和所述第二侧向倾角之间的差值即可得出侧向弯曲位移。

具体地，预设的修正系数A根据起重臂的实际受力情况确定，因为起重臂在实际使用过程中，起重臂的受力是否均匀，起重机所处的地面是否平整等均会影响起重臂的实际受力情况，进而，预设的修正系数A需要根据实际受力情况具体分析。

本申请实施例中，预设的修正系数A的取值范围在0.5至1之间，当起重臂的受力简化成力偶时，A＝0.5；当起重臂的受力简化成侧向均匀载荷时，A＝0.75；当起重臂的受力简化成作用在起重臂根部的集中载荷时，A＝1；进而，A的大小根据试验和测试数据综合获得。

具体地，本申请实施例中的预设的修正系数A＝0.5，从而可以得到侧向弯曲位移的公式：

y＝L*arcsin(sin(γ-β)/sinα)/2；

本申请实施例提出的起重臂侧向弯曲位移的计算方法可以应用于上下侧向惯性矩相同的起重臂上，也可以应用在上下侧向惯性矩有多种的起重臂上(包括主臂和副臂等多种臂杆组合)，采用分段测量角度，分段计算得到侧向弯曲位移，再直接加到一起。

本申请实施例通过测量起重机起重臂根部的第二侧向倾角、起重臂顶部的第一侧向倾角，以及起重臂的变幅倾角，计算出起重臂顶部相对于起重臂根部的相对侧向夹角，根据端部悬臂梁的转角和挠度的关系推导出起重臂的挠度，即得出起重臂的侧向弯曲位移。由此可知，侧向弯曲位移和转角存在一定关系，可以通过标定后给出。

S140，若检测到所述起重臂的侧向弯曲位移超出所述起重臂的弯曲位移安全范围，则确定所述起重臂所属的起重机存在安全风险。

该步骤中，检测起重臂的侧向弯曲位移是否超出起重臂的弯曲位移安全范围，若是，则确定起重臂所属的起重机存在安全风险；若否，则确定起重臂所属的起重机不存在安全风险。

在本申请实施例中，作为一种优选的实施例，在S140之后，所述监测方法还包括：

该步骤中，通过报警信号可以及时提醒现场操作人员起重机的起重臂存在安全风险，从而减少安全事故的发生。

该步骤中，当检测到起重臂的侧向弯曲位移超出所述起重臂的弯曲位移安全范围，则自动控制起重臂停止移动，可以及时限制操作手斜拉吊载，从而使起重机处于安全工作范围。

本申请实施例通过间接测量计算得到起重臂的侧向弯曲位移，从而根据侧向弯曲位移的大小控制起重机的吊载大小，也可以根据起重臂的侧向弯曲位移的大小判断何时限制操作手斜拉吊载。

本申请实施例提供了一种起重臂侧向弯曲位移的监测方法，基于获取的起重臂的弯曲位移安全范围，以及起重机在工作过程中，起重机的起重臂沿着变幅方向与水平面之间的变幅倾角，起重臂顶部沿着侧向方向与水平面之间的第一侧向倾角，起重臂根部沿着侧向方向与水平面之间的第二侧向倾角，以及起重臂的长度，确定起重臂在侧向方向上的侧向弯曲位移，若检测到起重臂的侧向弯曲位移超出起重臂的弯曲位移安全范围，则确定起重臂所属的起重机存在安全风险，这样一来，避免了现场操作人员目测起重机起重臂端部的位移由于目测精度低而不能及时作出判断的问题，提高了起重机起重臂侧向位移的监测精度。

第二方面，如图5所示，本申请实施例提供了一种基于第一方面所述监测方法的监测装置，所述监测装置500包括控制器540、第一传感器510、第二传感器520和第三传感器530，所述控制器540分别与所述第一传感器510、所述第二传感器520和所述第三传感器530连接；

所述第一传感器510设置在所述起重臂顶部，用于检测所述起重臂顶部沿着侧向方向与水平面之间的第一侧向倾角并将所述第一侧向倾角的角度值发送给所述控制器540；

所述第二传感器520设置在所述起重臂根部，用于检测所述起重臂根部沿着侧向方向与水平面之间的第二侧向倾角并将所述第二侧向倾角的角度值发送给所述控制器540；

所述第三传感器530设置在所述起重臂上，用于检测起重臂沿着变幅方向与水平面之间的变幅倾角并将所述变幅倾角的角度值发送给所述控制器540；

请参阅图2和图3，图2示出了第三传感器530在起重臂200上的位置，图3示出了第一传感器510和第二传感器520在起重臂200上的位置。

所述控制器540用于根据接收到的所述第一侧向倾角的角度值、所述第二侧向倾角的角度值和所述变幅倾角的角度值计算所述起重臂顶部相对于所述起重臂根部的相对侧向夹角，并根据所述相对侧向夹角和所述起重臂的长度计算所述起重臂的侧向弯曲位移，检测所述起重臂的侧向弯曲位移是否超出所述起重臂的弯曲位移安全范围，以确定所述起重臂所属的起重机是否存在安全风险。

在起重机的吊载过程中，控制器540可以根据测得的侧向倾角计算出起重臂的侧向弯曲位移，从而判断侧向弯曲位移是否满足弯曲位移安全范围，进而确定起重机是否处于安全吊载范围内。

在本申请实施例中，作为一种优选的实施例，监测装置500还包括报警器550，所述报警器550与所述控制器540连接，所述报警器550用于接收控制器540发出的报警信号，从而对用户发出报警信息，其中，报警器550为声音报警器或灯光报警器，以起到及时提醒用户的作用。

在本申请实施例中，所述控制器540与所述起重臂的驱动结构连接，用于在检测到所述起重臂的侧向弯曲位移超出所述起重臂的弯曲位移安全范围后，控制所述起重臂停止移动。

在本申请实施例中，监测装置500还包括显示屏560，所述显示屏560用于实时显示起重臂的侧向弯曲位移。

优选地，所述第二传感器520为角度传感器。

本申请实施例提供了一种起重臂侧向弯曲位移的监测装置，包括控制器、第一传感器、第二传感器、第三传感器、显示屏和报警器，通过第一传感器、第二传感器和第三传感器分别检测起重臂的倾角，然后通过控制器对三个传感器检测到的倾角的值进行处理得到起重臂的侧向弯曲位移，并通过显示屏显示出来，当检测到起重臂的侧向弯曲位移超出起重臂的弯曲位移安全范围时，报警器进行报警，以提醒现场操作人员起重臂所属的起重机存在安全风险，并可以自动控制所述起重臂停止移动。这样一来，避免了现场操作人员目测起重机起重臂端部的位移由于目测精度低而不能及时作出判断的问题，提高了起重机起重臂侧向位移的监测精度。

第三方面，本申请实施例还提供一种起重机，包括第二方面所述的监测装置。

本申请实施例包括如上所述的监测装置的所有技术特征，具有如上所述的所有技术特征所对应的技术效果，在此不再一一赘述。

请参阅图6，图6为本申请实施例所提供的一种电子设备的结构示意图。如图6中所示，所述电子设备600包括处理器610、存储器620和总线630。

所述存储器620存储有所述处理器610可执行的机器可读指令，当电子设备600运行时，所述处理器610与所述存储器620之间通过总线630通信，所述机器可读指令被所述处理器610执行时，可以执行图1所示方法实施例中的一种起重臂侧向弯曲位移的监测方法的步骤，具体实现方式可参见方法实施例，在此不再赘述。

本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时可以执行图1所示方法实施例中的一种起重臂侧向弯曲位移的监测方法的步骤，具体实现方式可参见方法实施例，在此不再赘述。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种起重臂侧向弯曲位移的监测方法，其特征在于，所述监测方法包括：

2.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，通过以下公式确定所述起重臂顶部相对于所述起重臂根部的相对侧向夹角：

ε＝arcsin(sin(γ-β)/sinα)；

3.根据权利要求2所述的监测方法，其特征在于，通过以下公式确定所述起重臂在所述侧向方向上的侧向弯曲位移：

y＝A*L*ε；

4.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述起重臂的弯曲位移安全范围为0至所述起重臂的长度的2％。

5.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，在所述若检测到所述起重臂的侧向弯曲位移超出所述起重臂的弯曲位移安全范围，则确定所述起重臂所属的起重机存在安全风险之后，所述监测方法还包括：

6.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，在所述若检测到所述起重臂的侧向弯曲位移超出所述起重臂的弯曲位移安全范围，则确定所述起重臂所属的起重机存在安全风险之后，所述监测方法还包括：

7.一种基于权利要求1～6任一项所述监测方法的监测装置，其特征在于，所述监测装置包括控制器、第一传感器、第二传感器和第三传感器，所述控制器分别与所述第一传感器、所述第二传感器和所述第三传感器连接；

8.根据权利要求7所述的监测装置，其特征在于，所述第二传感器为角度传感器。

9.根据权利要求7所述的监测装置，其特征在于，所述监测装置还包括报警器，所述报警器与所述控制器连接。

10.一种起重机，其特征在于，包括如权利要求7～9任一项所述的监测装置。