CN111532990B - 一种起重机卷扬防乱绳控制系统、控制方法及起重机 - Google Patents

Abstract

一种起重机卷扬防乱绳控制系统、控制方法及起重机，涉及起重机卷扬技术领域。该起重机卷扬防乱绳控制系统包括起重臂检测单元和控制器。起重臂检测单元用于设置在起重臂上以获取起重臂长度信息和起重臂角度信息，并根据起重臂长度信息和起重臂角度信息，获取在起重臂头部与吊钩满足平衡关系的钢丝绳长度信息和钢丝绳角度信息。控制器与起重臂检测单元电连接，用于根据钢丝绳长度信息和钢丝绳角度信息，获取钢丝绳重量和起重机臂头处钢丝绳的张紧力；根据力限器算法得出包括钩重在内的吊重；当吊重小于张紧力，则输出示警信息。

Description

一种起重机卷扬防乱绳控制系统、控制方法及起重机

技术领域

本发明涉及起重机卷扬技术领域，具体而言，涉及一种起重机卷扬防乱绳控制系统、控制方法及起重机。

背景技术

卷扬系统是起重机的升降机构，它通过绕卷钢丝绳传递动力，把旋转运动变为直线运动，完成起吊重物的上升、停止、下降等工作。通常在钢丝绳的收放过程中，要求钢丝绳均匀缠绕在卷扬卷筒上。但是，如果起重机卷扬钢丝绳在大倍率的情况下，空钩或者吊重较轻则可能导致与钢丝绳的重量不能平衡，钢丝绳不能绷紧，此时如果继续做卷扬动作，就会出现乱绳现象。上述乱绳现象的发生，轻则需要重新整理卷扬钢丝绳，影响作业进度，重则损毁钢丝绳，甚至可能会导致吊重物突放，影响起重机平稳性，给起重机作业带来安全隐患。

目前，起重机卷扬防乱绳主要依靠人工观察卷扬后视镜，当发现乱绳时及时地停止卷扬动作。但是，此种方式过分依赖人工经验，容易造成失误，导致卷扬乱绳事故的发生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种起重机卷扬防乱绳控制系统、控制方法及起重机，能够显著降低起重机卷扬钢丝绳乱绳风险，从而有效保证了起重机作业进度和作业安全。

本发明的实施例是这样实现的：

本发明实施例的一方面，提供一种起重机卷扬防乱绳控制系统，所述起重机卷扬包括卷筒、钢丝绳和吊钩，所述控制系统包括：

起重臂检测单元，用于设置在起重臂上以获取起重臂长度信息和起重臂角度信息，并根据所述起重臂长度信息和所述起重臂角度信息，获取在起重臂头部与所述吊钩满足平衡关系的钢丝绳长度信息和钢丝绳角度信息；

控制器，与所述起重臂检测单元电连接，用于根据所述钢丝绳长度信息和所述钢丝绳角度信息，获取钢丝绳重量和起重机臂头处钢丝绳的张紧力；根据力限器算法得出包括钩重在内的吊重；当吊重小于张紧力，则输出示警信息。

可选地，在本发明较佳的实施例中，所述起重臂检测单元为长度角度传感器。

可选地，在本发明较佳的实施例中，所述控制器还与所述起重机卷扬信号连接，当吊重小于张紧力，所述控制器控制所述起重机卷扬停止工作。

可选地，在本发明较佳的实施例中，还包括与所述控制器信号连接的人机交互系统，所述控制器可响应通过所述人机交互系统输入的操作信号对应启动所述起重机卷扬工作。

本发明实施例的另一方面，提供一种起重机卷扬防乱绳控制方法，所述起重机卷扬包括卷筒、钢丝绳和吊钩，应用于起重机卷扬防乱绳控制系统，所述控制系统包括起重臂检测单元和控制器，所述控制方法包括：

获取起重臂长度信息和起重臂角度信息；

根据所述起重臂长度信息和所述起重臂角度信息，获取在起重臂头部与所述吊钩满足平衡关系的钢丝绳长度信息和钢丝绳角度信息；

根据所述钢丝绳长度信息和所述钢丝绳角度信息，获取钢丝绳重量和起重机臂头处钢丝绳的张紧力；

根据力限器算法得出包括钩重在内的吊重；

比较吊重与张紧力的数值大小判断所述起重机卷扬是否存在乱绳风险，当吊重≥张紧力，则判定所述起重机卷扬不存在乱绳风险，当吊重＜张紧力，则判定所述起重机卷扬存在乱绳风险，且输出示警信息。

可选地，在本发明较佳的实施例中，所述比较吊重与张紧力的数值大小判断所述起重机卷扬是否存在乱绳风险还包括：当吊重＜张紧力，则判定所述起重机卷扬存在乱绳风险，且输出示警信息时，控制所述起重机卷扬停止工作。

可选地，在本发明较佳的实施例中，所述控制系统还包括与所述控制器信号连接的人机交互系统，在所述当吊重＜张紧力，则判定所述起重机卷扬存在乱绳风险，且输出示警信息时，控制所述起重机卷扬停止工作之后，所述控制方法还包括：

响应所述人机交互系统的操作信号对应启动所述起重机卷扬工作。

可选地，在本发明较佳的实施例中，所述起重臂长度信息和所述起重臂角度信息通过设置在起重臂上的长度角度传感器获取。

可选地，在本发明较佳的实施例中，所述控制所述起重机卷扬停止工作包括：

切断落钩、起幅和伸臂动作的工作电源。

本发明实施例的第三方面，提供一种起重机，包括起重机本体、设置于所述起重机本体上的起重机卷扬以及上述的起重机卷扬防乱绳控制系统。

本发明实施例的有益效果包括：

起重机卷扬包括卷筒、钢丝绳和吊钩，该起重机卷扬防乱绳控制系统包括起重臂检测单元以及与起重臂检测单元电连接的控制器。其中，起重臂检测单元用于设置在起重臂上以获取起重臂长度信息和起重臂角度信息，并根据起重臂长度信息和起重臂角度信息，获取在起重臂头部与吊钩满足平衡关系的钢丝绳长度信息和钢丝绳角度信息。控制器用于根据钢丝绳长度信息和钢丝绳角度信息，获取钢丝绳重量和起重机臂头处钢丝绳的张紧力；根据力限器算法得出包括钩重在内的吊重；当吊重小于张紧力，控制器可以准确判定起重机卷扬存在乱绳风险，此时，再通过控制器输出示警信息，能够使得操作人员准确知晓起重机卷扬的现状，便于操作人员快速作出应对，以避免现有技术中依靠人工观察卷扬后视镜的不确定性，从而显著降低起重机卷扬钢丝绳乱绳风险，进而有效保证了起重机作业进度和作业安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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发明的某些实施例，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为本发明实施例提供的起重机卷扬防乱绳控制系统的示意图之一；

图2为本发明实施例提供的起重机卷扬防乱绳控制系统的示意图之二；

图3为本发明实施例提供的起重机卷扬防乱绳控制方法的示意图之一；

图4为本发明实施例提供的起重机卷扬防乱绳控制方法的示意图之二；

图5为本发明实施例提供的起重机卷扬防乱绳控制方法的示意图之三。

图标：100-控制系统；10-控制器；20-起重臂检测单元；30-起重机卷扬；40-人机交互系统。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明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发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“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。

在本发明的描述中，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”、“相连”、“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相连。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。

实施例

请结合参照图1至图3，本实施例提供一种起重机卷扬防乱绳控制系统(以下简称控制系统100)，起重机卷扬30包括卷筒、钢丝绳和吊钩，控制系统100包括起重臂检测单元20和控制器10。

其中，起重臂检测单元20用于设置在起重臂上以获取起重臂长度信息和起重臂角度信息，并根据起重臂长度信息和起重臂角度信息，获取在起重臂头部与吊钩满足平衡关系的钢丝绳长度信息和钢丝绳角度信息；

控制器10与起重臂检测单元20电连接，用于根据钢丝绳长度信息和钢丝绳角度信息，获取钢丝绳重量和起重机臂头处钢丝绳的张紧力(F)；根据力限器算法得出包括钩重在内的吊重(Q)；当吊重(Q)小于张紧力(F)，则输出示警信息。

需要说明的是，力限器算法为起重机力限器的核心模块。该算法将理论力学与材料力学相结合，通过分析起重机吊臂结构，研究了吊臂在承重情况下发生挠曲变形的机理并探讨了计算这种变形的有效方法。由于我们对其变形进行了定量分析，所以能够大大提高计算的精度。

根据力限器算法得出包括钩重在内的吊重(Q)，具体是通过以下步骤计算得到的：

该算法模块需要外部输入起重机吊臂当前实际长度、角度、变幅油缸压力等信息，经过计算可以输出当前所吊起重物的重量及其工作幅度。

吊臂在没有变形的情况下起升载荷的工作幅度为R₀，吊臂重心的工作幅度在吊臂没有变形的情况下为L_Z(L)，这两个参数只与吊臂结构尺寸有关，若结构尺寸一定，可理论求得；由于吊臂自重及吊重量的重力作用导致的吊臂外端部挠度变形量为f_y，偏转角为θ，这两个参数都是吊重量(Q)的函数。

由于臂头机械结构及吊臂弯曲变形导致的起升载荷工作幅度的增加量为δR，该值与吊重量(Q)有关；吊臂重心的工作幅度在吊臂没有变形的情况下为L_Z(L)，由于吊臂弯曲变形导致的重心工作幅度增加量δR_G。

由以上分析可知，由于臂头机械结构及吊臂弯曲变形导致的起升载荷工作幅度的增加量δR及吊臂重心在水平位置上的移动量δR_G同样是吊重量(Q)的函数，即：

起升载荷到吊臂下铰点的距离为：

R＝R₀+δR＝f(Q) (1)

吊臂重心到吊臂下铰点的距离为：

R_G＝L_Z(L)+δR_G＝g(Q) (2)

由以上计算所得，对吊臂下铰点位置取矩，根据力矩平衡原理有：

其中，F为变幅油缸对吊臂的支撑力；h(α)为变幅油缸对吊臂支撑力的力矩臂；T_S为卷扬钢丝绳拉力；M_Z为吊臂自重；R_G为吊臂重心的工作幅度；R为起升载荷工作幅度；e₁为卷扬钢丝绳拉力对铰点A的力矩臂；

为载荷动载系数；q为钓钩及起升滑轮组重。

由于F、h(α)、T_S、M_Z可直接求得；e₁、

q为已知参数；R_G＝g(Q)、R＝f(Q)待求；Q未知；因此，代入式(3)可得吊重(Q)；再将Q值代入式(1)即可求得起升载荷R。

当吊重(Q)小于张紧力(F)，则输出示警信息，是指通过吊重(Q)小于张紧力(F)，控制器10可以准确判定起重机卷扬30存在乱绳风险，此时，再通过控制器10输出示警信息，能够使得操作人员准确知晓起重机卷扬30的现状，便于操作人员快速作出应对，以避免现有技术中依靠人工观察卷扬后视镜的不确定性，从而显著降低起重机卷扬30钢丝绳乱绳风险，进而有效保证了起重机作业进度和作业安全。

如上所述，起重机卷扬30包括卷筒、钢丝绳和吊钩，该起重机卷扬防乱绳控制系统包括起重臂检测单元20以及与起重臂检测单元20电连接的控制器10。其中，起重臂检测单元20用于设置在起重臂上以获取起重臂长度信息和起重臂角度信息，并根据起重臂长度信息和起重臂角度信息，获取在起重臂头部与吊钩满足平衡关系的钢丝绳长度信息和钢丝绳角度信息。控制器10用于根据钢丝绳长度信息和钢丝绳角度信息，获取钢丝绳重量和起重机臂头处钢丝绳的张紧力(F)；根据力限器算法得出包括钩重在内的吊重(Q)；当吊重(Q)小于张紧力(F)，控制器10可以准确判定起重机卷扬30存在乱绳风险，此时，再通过控制器10输出示警信息，能够使得操作人员准确知晓起重机卷扬30的现状，便于操作人员快速作出应对，以避免现有技术中依靠人工观察卷扬后视镜的不确定性，从而显著降低起重机卷扬30钢丝绳乱绳风险，进而有效保证了起重机作业进度和作业安全。

在本实施例中，起重臂检测单元20为长度角度传感器。

需要说明的是，长度角度传感器是起重类设备中力矩限制设备中重要传感器件，能够测得起重臂长度信息和起重臂角度信息，从而能够提供可靠有效的臂架数据，进而实现起重类设备的更高工作效率和安全性。本领域技术人员应当能够根据具体需求选择合适型号的长度角度传感器，这里对此不作具体限制。

进一步地，在本实施例中，控制器10还与起重机卷扬30信号连接，当吊重(Q)小于张紧力(F)，控制器10可以准确判定起重机卷扬30存在乱绳风险，此时，除了通过控制器10输出示警信息，还通过控制器10控制起重机卷扬30停止工作，以避免现有技术中依靠人工操作的不及时性，从而显著降低起重机卷扬30钢丝绳乱绳风险，进而有效保证了起重机作业进度和作业安全。

进一步地，请再结合参照图4，在本实施例中，控制系统100还包括与控制器10信号连接的人机交互系统40，控制器10可响应通过人机交互系统40输入的操作信号对应启动起重机卷扬30工作，以使得当控制器10控制起重机卷扬30停止工作后，可以通过人工输入操作信号重新启动起重机卷扬30开始工作。

如图3所示，应用于上述控制系统100的起重机卷扬30防乱绳控制方法(以下简称控制方法)包括：

S110.获取起重臂长度信息和起重臂角度信息；

S210.根据起重臂长度信息和起重臂角度信息，获取在起重臂头部与吊钩满足平衡关系的钢丝绳长度信息和钢丝绳角度信息；

S310.根据钢丝绳长度信息和钢丝绳角度信息，获取钢丝绳重量和起重机臂头处钢丝绳的张紧力(F)；

S410.根据力限器算法得出包括钩重在内的吊重(Q)；

S510.比较吊重(Q)与张紧力(F)的数值大小判断起重机卷扬30是否存在乱绳风险，当吊重(Q)≥张紧力(F)，则判定起重机卷扬30不存在乱绳风险，当吊重(Q)＜张紧力(F)，则判定起重机卷扬30存在乱绳风险，且输出示警信息。

如图4所示，可选地，在本实施例中，比较吊重(Q)与张紧力(F)的数值大小判断起重机卷扬30是否存在乱绳风险还包括：

S511.当吊重(Q)＜张紧力(F)，则判定起重机卷扬30存在乱绳风险，且输出示警信息时，控制起重机卷扬30停止工作。

如图4所示，可选地，在本实施例中，控制系统100还包括与控制器10信号连接的人机交互系统40，在当吊重(Q)＜张紧力(F)，则判定起重机卷扬30存在乱绳风险，且输出示警信息时，控制起重机卷扬30停止工作之后，控制方法还包括：

S512.响应人机交互系统40的操作信号对应启动起重机卷扬30工作。

其中，在本实施例中，起重臂长度信息和起重臂角度信息通过设置在起重臂上的长度角度传感器获取。

请再结合参照图5，在本实施例中，控制起重机卷扬30停止工作包括：

S5111.切断落钩、起幅和伸臂动作的工作电源。

本申请还提供一种起重机。本实施例提供的起重机包括起重机本体、设置于起重机本体上的起重机卷扬30以及上述的起重机卷扬防乱绳控制系统100。由于起重机卷扬防乱绳控制系统100的结构和有益效果已经在前述实施例中进行了详细描述，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (9)

1.一种起重机卷扬防乱绳控制系统，所述起重机卷扬包括卷筒、钢丝绳和吊钩，其特征在于，所述控制系统包括：

起重臂检测单元，用于设置在起重臂上以获取起重臂长度信息和起重臂角度信息，并根据所述起重臂长度信息和所述起重臂角度信息，获取在起重臂头部与所述吊钩满足平衡关系的钢丝绳长度信息和钢丝绳角度信息；

控制器，与所述起重臂检测单元电连接，用于根据所述钢丝绳长度信息和所述钢丝绳角度信息，获取钢丝绳重量和起重机臂头处钢丝绳的张紧力；根据力限器算法得出包括钩重在内的吊重；当吊重小于张紧力，则输出示警信息；所述起重臂检测单元为长度角度传感器；

根据力限器算法得出包括钩重在内的吊重，具体是通过以下步骤计算得到的：

计算获得吊重到吊臂下铰点的距离与吊臂重心到吊臂下铰点的距离；

基于力矩平衡原理，根据吊重到吊臂下铰点的距离、吊臂重心到吊臂下铰点的距离、变幅油缸对吊臂下铰点的力矩、钢丝绳对吊臂下铰点的力矩，计算获得吊重。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制器还与所述起重机卷扬信号连接，当吊重小于张紧力，所述控制器控制所述起重机卷扬停止工作。

3.根据权利要求1或2所述的控制系统，其特征在于，还包括与所述控制器信号连接的人机交互系统，所述控制器可响应通过所述人机交互系统输入的操作信号对应启动所述起重机卷扬工作。

4.一种起重机卷扬防乱绳控制方法，所述起重机卷扬包括卷筒、钢丝绳和吊钩，其特征在于，应用于权利要求1至3任意一项所述的起重机卷扬防乱绳控制系统，所述控制系统包括起重臂检测单元和控制器，所述控制方法包括：

获取起重臂长度信息和起重臂角度信息；

根据所述起重臂长度信息和所述起重臂角度信息，获取在起重臂头部与所述吊钩满足平衡关系的钢丝绳长度信息和钢丝绳角度信息；

根据所述钢丝绳长度信息和所述钢丝绳角度信息，获取钢丝绳重量和起重机臂头处钢丝绳的张紧力；

根据力限器算法得出包括钩重在内的吊重；

比较吊重与张紧力的数值大小判断所述起重机卷扬是否存在乱绳风险，当吊重≥张紧力，则判定所述起重机卷扬不存在乱绳风险，当吊重＜张紧力，则判定所述起重机卷扬存在乱绳风险，且输出示警信息。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述比较吊重与张紧力的数值大小判断所述起重机卷扬是否存在乱绳风险还包括：当吊重＜张紧力，则判定所述起重机卷扬存在乱绳风险，且输出示警信息时，控制所述起重机卷扬停止工作。

6.根据权利要求5所述的控制方法，所述控制系统还包括与所述控制器信号连接的人机交互系统，其特征在于，在所述当吊重＜张紧力，则判定所述起重机卷扬存在乱绳风险，且输出示警信息时，控制所述起重机卷扬停止工作之后，所述控制方法还包括：

响应所述人机交互系统的操作信号对应启动所述起重机卷扬工作。

7.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述起重臂长度信息和所述起重臂角度信息通过设置在起重臂上的长度角度传感器获取。

8.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述控制所述起重机卷扬停止工作包括：

切断落钩、起幅和伸臂动作的工作电源。

9.一种起重机，其特征在于，包括起重机本体、设置于所述起重机本体上的起重机卷扬以及权利要求1-3中任意一项所述的起重机卷扬防乱绳控制系统。

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