CN112141897B - 一种高空吊装防倾翻控制方法 - Google Patents

一种高空吊装防倾翻控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高空吊装防倾翻控制方法,包括以下步骤:(1)高空吊装作业时,传感系统读取当前风速、风向;(2)车载控制器根据当前风速判断是否超过起重机预先设定的最大允许作业风速;(3)当前风速不大于最大允许作业风速时,车载控制器根据司机的操作指令,结合吊装物的参数、所采集的风速和风向起进行判断和计算;(4)当前风速超过最大允许作业风速,向起重机司机提示作业风险,司机反馈继续作业信号后,只允许起重机执行降低安全风险的操作。本发明能够警示起重机司机操作风险,并允许向更安全的方向运动,降低倾翻风险,能够主动控制高空吊装的倾翻风险,不需要另外设置检测元件和机构,成本低、易于推广。

Description

一种高空吊装防倾翻控制方法
技术领域
本发明涉及一种控制方法,尤其涉及一种高空吊装防倾翻控制方法。
背景技术
起重机械如汽车起重机、全地面起重机、轮胎起重机、履带起重机、塔式起重机,在高空吊装作业时由于风速大,起重机、起重机吊装物体不完全受控于起重机司机的操作,在风载荷容易造成吊装物体偏摆,甚至可能引起吊装物体坠落、起重机倒塌。
为防止起重机在高空吊装作业受风力作用可能引起的安全风险,现有技术在起重机上安装风速仪,测量起重作业高空风速,当风速在允许的范围内起重机正常作业,当风速超过允许范围不允许起重机作业,进行警示、停止起重机工作。
但是现有技术方案存在两点不足:一、仅仅把超过额定风速作为作业边界,在高空吊装作业时,如起重机在山顶安装风力发电机风叶高空对接过程中,风力瞬间变化可能超过额定风速边界,停止作业把风叶悬置在百米高空依然非常危险;二、无论是否超过额定风速,空中悬置的大型吊装物的偏摆大小,不仅取决于起重机司机控制起重机的运动,风速、风向也会影响悬置在高空中的大型物体运动,即使相同风速下由于风向与起重机运动不一致,会产生吊装物体偏摆的较大差异。
发明内容
发明目的:本发明旨在提供一种全面、精准、高效的高空吊装防倾翻控制方法。
技术方案:本发明的高空吊装防倾翻控制方法,包括以下步骤:
(1)高空吊装作业时,传感系统读取当前风速、风向;
(2)车载控制器根据当前风速判断是否超过起重机预先设定的最大允许作业风速;
(3)当前风速不大于最大允许作业风速时,车载控制器根据司机的操作指令,结合吊装物的参数、所采集的风速和风向起进行判断和计算,控制起重机动作的幅度,同时控制吊装物体的运动,使得吊装偏摆不超过吊装安全边界;
(4)当前风速大于最大允许作业风速,向起重机司机提示作业风险,当司机反馈继续作业信号后,车载控制器根据起重机司机操作指令,结合吊装物的参数、采集的风速和风向进行计算,只允许起重机执行降低安全风险的操作。
所述起重机动作包括起升、回转、变幅以及伸缩臂的一种或多种组合。
所述控制起重机动作具体包括以下步骤:
(1)起升:随风速增加并接近最大允许作业风速,降低起重机起升动作的工作速度或/和加速度,当风速达到最大允许作业风速时,降低到最小允许工作速度或/和加速度;
(2)回转:随风速增加,自动降低起升动作的最大工作速度或/和加速度;且,根据风向检测的结果,自动降低顺风运动的最大工作速度或/和加速度;
(3)变幅:随风速增加,自动降低起升动作的最大工作速度或/和加速度;且,根据风向检测的结果,自动降低顺风运动的最大工作速度或/和加速度;
(4)起重臂伸缩:随风速增加,自动降低起升动作的最大工作速度或/和加速度;且,根据风向检测的结果,自动降低顺风运动的最大工作速度或/和加速度。
所述吊装物体的运动包括吊装物体的运动速度、吊装物体的运动加速度、吊装物体的摆动频率以及吊装物体的摆动幅度的一种或多种组合。
所述控制吊装物体的运动具体包括以下步骤:
(1)预先设定起重机运动的最大边界,进而确定吊装物体允许的最大偏摆边界;
(2)根据吊装物体允许的最大偏摆边界,计算吊装物体的最大加速度;
(3)通过控制起重机,控制吊装物体的运动加速度不大于吊装物体的最大加速度;
(4)比较并判断吊装物体运动方向以及采集的风向信息,若吊装物体运动方向与风向相同,则降低吊装物体的运动速度和/或加速度,若吊装物体运动方向与风向相反,风速不参与起重机运动控制。
所述降低安全风险的操作包括对起重机进行以下控制:
(a)起重机减速:起重机运动允许最大工作速度、最大加速度,随风速增加而减小,若判断起重机运动方向为顺风方向,则自动降低顺风方向运动的最大工作速度或/和最大加速度;
(b)起重臂向内缩回:减小作业幅度降低起重机吊装力矩,继而降低倾翻风险,且,通过起重臂向内缩回减小起重机迎风面积,降低风阻力;
(c)起重机作业幅度变小:通过减小作业幅度降低起重机吊装力矩,继而降低倾翻风险;
(d)起重机回转:只允许起重机向顺风方向回转。
当起重机吊装物体时,所述降低安全风险的操作还包括进行以下控制:降低吊装物体的高度,或降低吊装载荷;
所述(d)还包括:只允许向减小吊装物体偏摆的方向做回转运动,进而降低吊装物体与起重臂端部的夹角。
所述步骤(4)中,车载控制器判断起重机完成降低安全风险的操作后,允许起重机进行停机操作。
有益效果:与现有技术相比,本发明具有如下显著优点:
1、本发明在高空吊装作业时,如果当前风速不大于最大允许作业风速,可以有效降低吊装物体的偏摆量,防止起重机倾翻;当前风速超过最大允许作业风速时,能够警示起重机司机操作风险,并允许向更安全的方向运动,降低倾翻风险,规定了多种允许动作,控制全面,更加有效防止起重机倾翻。
2、本发明在进行防倾翻操作时,输出的控制变量不是司机的操作或指令,而是综合司机操作或指令,经过控制器计算得到的操作,更有效的对防倾翻操作动作进行自动控制。
3、在现有起重机控制系统上,把仅仅测量风速扩大到风速、风向的测量,利用起重机现有的传感器、执行机构,能够主动控制高空吊装的倾翻风险,不需要另外设置检测元件和机构,成本低、易于推广。
附图说明
图1是本发明控制系统的结构图;
图2是本发明控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
本实施例中起重机为全地面起重机,最大吊装作业高度155m。需要说明的是,对于塔式起重机、履带式起重机等其他高空吊装的起重机具有相似的工作原理,或者吊装高度大于或小于该最高值,并不构成该高空吊装防倾翻功能的限制。
如图1所示,本发明提供了实施例的高空吊装防倾翻控制系统结构图,起重机车载计算机通过检测高空吊装的风速、风向,判断当前风速不大于最大允许作业风速下结合司机的操作输入、起重机当前姿态参数,动态规划并控制吊装物体的运动速度和运动边界,规避风载造成的超边界运动;如果当前风速大于最大允许作业风速,警示操作风险,控制起重机只允许做减小风载荷对吊装物体偏摆量、降低起重机倾翻风险的运动。
本实施例的高空吊装防倾翻控制系统可以包括:风速传感器1,风向传感器2,加速度传感器3,操纵手柄4,车载控制器5,显示器6,声音警示装置7,起重机执行机构8。
风速传感器1和风向传感器2可以为两个单独的传感器,也可以为同一个传感器同时测量风向、风速,图1并不构成该检测功能的限制。风速传感器1、风向传感器2安装在起重机作业部分的最高位置,如汽车起重机的最末节起重臂的端部,塔式起重机的塔顶等。风速传感器1能够测量当前高空吊装的实际风速,传递给车载控制器5,用于判断风险并控制起重机运动。实施例给出的最大允许作业风速为5级风。风向传感器2能够测量当前高空吊装的实际风向,传递给车载控制器5,用于判断风险并控制起重机运动。
加速度传感器3用于测量吊装物体的偏摆状态,或采用倾角传感器,也可以完成相同的功能。本实施例中加速度传感器3安装在起重机的吊钩上,通过无线通信把吊装物体的偏摆传递给车载控制器。加速度传感器3安装其他部位也可以完成相同功能,如起重机高度限位开关附近。
车载控制器5安装在起重机司机室内,也可安装在起重机电气柜内。车载控制器5具有通信模块、输入输出模块、数据存储模块,并预装有起重机控制程序。
显示器6安装在起重机司机室内,能够通过图像、图形、文字等显示当前起重机作业信息,包括当前风速、风向。
声音警示装置7安装在起重机司机室内,当风速大于最大允许作业风速时,能够发出语音信息,如语音播报、鸣叫。声音警示装置7可以集成到显示器6内,是显而易见的。
起重机上安装在起重机司机室内的2只操纵手柄4,能够控制起重机的起升、回转、伸缩臂、变幅等动作。
如图2是根据本发明高空吊装防倾翻控制方法流程图,根据该流程图编制的控制程序安装在车载控制器5中,主要包括以下步骤:
步骤S502,风速传感器1、风向传感器2检测到的风速与风向信号,通过车载控制器5集成输入端口、A/D转换模块,被起重机控制系统识别,作为判断高空吊装风险分析与运动控制的依据。
步骤S503,车载控制器5读取吊装物体摆动状态检测的加速度传感器3的信息。
步骤S504,车载控制器5根据采集到的风速与预先设定的最大允许作业风速进行比较:
如果当前风速不大于预先设定的最大允许作业风速,执行步骤S505;
如果当前风速大于预先设定的最大允许作业风速,执行步骤S506、S507。
步骤S505,车载控制器5车载控制器根据吊装物的参数、采集的风速和风向、起重机司机操作指令进行计算,控制起重机动作的幅度,同时控制吊装物体的运动,使得吊装偏摆不超过吊装安全边界。
进一步地,实施例中全地面起重机的高空吊装防倾翻控制方法,当前风速不超过最大允许作业风速时,防止吊装物体的运动偏摆超出安全边界的控制起重机的动作,包括下述的4种动作和他们的组合:
(1)起升:随风速增加,自动降低起重机起升动作的工作速度或/和加速度,当风速达到最大允许作业风速时,降低到最小允许工作速度或/和加速度;
(2)回转:随风速增加,自动降低回转动作的最大工作速度或/和加速度;且车载控制器根据采集风向的结果,自动降低顺风运动的最大工作速度或/和加速度;
(3)变幅:随风速增加,自动降低变幅动作的最大工作速度或/和加速度;且车载控制器根据采集风向的结果,自动降低顺风运动的最大工作速度或/和加速度;
(4)起重臂伸缩:随风速增加,自动降低起重臂伸缩动作的最大工作速度或/和加速度;且车载控制器根据采集风向的结果,自动降低顺风运动的最大工作速度或/和加速度。
吊装物体的运动包括吊装物体的运动速度、吊装物体的运动加速度、吊装物体的摆动频率以及吊装物体的摆动幅度的一种或多种组合。参与控制吊装物体的运动的输入变量包括:风速、风向、起重机司机操作意图,如操纵手柄的输送给车载控制器的动作速度请求信号、起重机姿态变量,如起重量、幅度、吊装物体偏摆倾角和\或加速度等。
具体包括以下步骤:
(1)预先设定起重机运动的最大边界,进而确定吊装物体允许的最大偏摆边界;如回转时吊装物体左右偏摆不允许超过3°,变幅时吊装物体前后偏摆不允许超过1m;
(2)根据吊装物体允许的最大偏摆边界,计算吊装物体的最大加速度;如回转最大加速度不允许超过0.2°/s2、变幅最大加速度不允许超过0.3°/s2
(3)通过控制起重机,控制吊装物体的运动加速度不大于吊装物体的最大加速度;
(4)比较并判断吊装物体运动方向以及采集的风向信息,控制程序根据超越偏摆边界的风险分析,做下述起重机运动干预:若吊装物体运动方向与风向相同,则降低吊装物体的运动速度和/或加速度,若吊装物体运动方向与风向相反,风速不参与起重机运动控制。
步骤S506,如果当前风速大于预先设定的最大允许作业风速,只允许降低安全风险的操作。
进一步地,本实施例中,降低安全风险的操作包括以下4种:。
(a)起重机减速:起重机运动允许最大工作速度、最大加速度,随风速增加而减小,若判断起重机运动方向为顺风方向,则自动降低顺风方向运动的最大工作速度或/和最大加速度;
(b)起重臂向内缩回:减小作业幅度降低起重机吊装力矩,继而降低倾翻风险,且,通过起重臂向内缩回减小起重机迎风面积,降低风阻力;
(c)起重机作业幅度变小:通过减小作业幅度降低起重机吊装力矩,继而降低倾翻风险;
(d)起重机回转:只允许起重机向顺风方向回转。
控制起重机时,可以为上述一种或多种操作的组合,其目的是为了减小起重机的起重量或迎风面积等,上述步骤在有吊装物或没有吊装物时均可进行。
当起重机吊装物体时,除了先进行上述操作外,所述降低安全风险的操作还需包括进行以下控制:通过操作起升机构降低吊装物体的高度,或降低吊装载荷;(d)还应包括:只允许向减小吊装物体偏摆的方向做回转运动,进而降低吊装物体与起重臂端部的夹角。上述降低危险的动作,可以采用其中一种或几种,都能够降低高空吊装的作业风险。
步骤S507(本步骤与S506同时进行),如果当前风速大于预先设定的最大允许作业风速,车载控制器5向显示器6、声音警示装置7发出报警信号,警示起重机司机。
特别的是,当风速远超过最大允许作业风速,起重机不允许直接停机,必须先进行降低安全风险的操作之后,减小倾翻的风险后,再进行停机操作。例如,在进行正常吊装过程中,突然风速达到10级及以上,如果不减小起重机的迎风面积等,即使不继续作有倾翻风险的动作,而直接停机,吊臂若处于打开状态或吊装物高度较高,吊装物与吊臂在空中也会加大倾翻风险。
同时,无论当前风速是否大于最大允许作业风速,显示器7上都能够显示当前实际风速、当前风向,便于起重机司机了解高空风载荷情况,进行风险分析和操纵评估依据。

Claims (5)

1.一种高空吊装防倾翻控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤(1):高空吊装作业时,传感系统读取当前风速、风向;
步骤(2):车载控制器根据当前风速判断是否超过起重机预先设定的最大允许作业风速;
步骤(3):当前风速不大于最大允许作业风速时,车载控制器根据司机的操作指令,结合吊装物的参数、所采集的风速和风向起进行判断和计算,控制起重机动作的幅度,同时控制吊装物体的运动,使得吊装偏摆不超过吊装安全边界;所述控制起重机动作具体包括以下:(1)起升:随风速增加,自动降低起重机起升动作的工作速度或/和加速度,当风速达到最大允许作业风速时,降低到最小允许工作速度或/和加速度;(2)回转:随风速增加,自动降低回转动作的最大工作速度或/和加速度;且车载控制器根据采集风向的结果,自动降低顺风运动的最大工作速度或/和加速度;(3)变幅:随风速增加,自动降低变幅动作的最大工作速度或/和加速度;且车载控制器根据采集风向的结果,自动降低顺风运动的最大工作速度或/和加速度;(4)起重臂伸缩:随风速增加,自动降低起重臂伸缩动作的最大工作速度或/和加速度;且车载控制器根据采集风向的结果,自动降低顺风运动的最大工作速度或/和加速度;
步骤(4):当前风速大于最大允许作业风速,向起重机司机提示作业风险,当司机反馈继续作业信号后,车载控制器根据起重机司机操作指令,结合吊装物的参数、采集的风速和风向进行计算,只允许起重机执行降低安全风险的操作;所述降低安全风险的操作包括对起重机进行以下控制: (a)起重机减速:起重机运动允许最大工作速度、最大加速度,随风速增加而减小,若判断起重机运动方向为顺风方向,则自动降低顺风方向运动的最大工作速度或/和最大加速度;(b)起重臂向内缩回:减小作业幅度降低起重机吊装力矩,继而降低倾翻风险,且,通过起重臂向内缩回减小起重机迎风面积,降低风阻力;(c)起重机作业幅度变小:通过减小作业幅度降低起重机吊装力矩,继而降低倾翻风险;(d)起重机回转:只允许起重机向顺风方向回转。
2.根据权利要求1所述的高空吊装防倾翻控制方法,其特征在于,所述吊装物体的运动包括吊装物体的运动速度、吊装物体的运动加速度、吊装物体的摆动频率以及吊装物体的摆动幅度。
3.根据权利要求2所述的高空吊装防倾翻控制方法,其特征在于,所述控制吊装物体的运动具体包括以下步骤:
(1)预先设定起重机运动的最大边界,进而确定吊装物体允许的最大偏摆边界;
(2)根据吊装物体允许的最大偏摆边界,计算吊装物体的最大加速度;
(3)通过控制起重机,控制吊装物体的运动加速度不大于吊装物体的最大加速度;
(4)比较并判断吊装物体运动方向以及采集的风向信息,若吊装物体运动方向与风向相同,则降低吊装物体的运动速度和/或加速度,若吊装物体运动方向与风向相反,风速不参与起重机运动控制。
4.根据权利要求3所述的高空吊装防倾翻控制方法,其特征在于,当起重机吊装物体时,先进行(a)~(d)操作,还进行下述降低安全风险的操作:
降低吊装物体的高度,或者降低吊装载荷;
所述(d)起重机回转还包括:只允许向减小吊装物体偏摆的方向做回转运动,进而降低吊装物体与起重臂端部的夹角。
5.根据权利要求1所述的高空吊装防倾翻控制方法,其特征在于,所述步骤(4)中,车载控制器判断起重机完成降低安全风险的操作后,允许起重机进行停机操作。
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