CN112408181A

CN112408181A - 显示实时吊钩偏角防斜吊防摇监控装置及起重机

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Publication number: CN112408181A
Application number: CN202011419645.0A
Authority: CN
Inventors: 林汉丁; 胡立明
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-05-20
Filing date: 2020-12-08
Publication date: 2021-02-26
Also published as: WO2021115496A3; CN112794202A; WO2021115496A2; US20220356049A1; JP2022508449A

Abstract

本发明涉及一种显示实时吊钩偏角防斜吊防摇监控装置及起重机，其特点是：检测显示吊钩偏角：将起重机定滑轮组件a1经联接件a3用卸扣a5吊挂于吊臂b1的吊耳b2上，所述联接件a3另一端用绞接轴a2同所述定滑轮组件a1联接，并将绞接轴a2设在与定滑轮轴线相垂直方位，在所述联接件a3装设角度测量仪a7，并将所述角度测量仪与起重机控制器联接；依精确检测的实时吊钩偏角对中起吊实现垂直吊装或监控斜吊或用双脉冲前馈消除停车时所形成的摇摆。

Description

显示实时吊钩偏角防斜吊防摇监控装置及起重机

技术领域

一种显示实时吊钩偏角防斜吊防摇监控装置及起重机，属于起重机技术领域，本发明还涉及一种包括上述显示实时吊钩偏角防斜吊防摇监控装置的起重机。

背景技术

据最新的SH/T3515-2017石油化工大型设备吊装工程施工技术规程11.1.4规定“吊装过程中，吊钩偏角应小于1º”。

起重机吊重作业过程中，跟钩稳钩操作是在吊运物件摇摆到最大幅度，而尚未向回摆动的瞬间，把车跟向吊钩摆动的方向，使吊钩在向回摆的瞬间，受到相反的力，从而抵消向回摆动的力，达到消除摆动的目的；而吊钩摆动现象会增加操作难度、降低转运效率，起重机司机视距的不断加大，跟钩操作越来越困难，极大地影响了生产效率，并造成了安全隐患。

垂直吊装与吊装中吊钩偏角监控是起重机安全作业的基本要求，然而起重机司

机无法判断吊装中吊钩是否处于垂直状态，更无法了解在滑轮组力作用线偏离铅垂线

的斜吊处于何种状态，无论从防控滑轮组力作用线偏离铅垂线的斜吊，或为了实现垂

直吊装，都成为起重机自身亟须完善的问题。

传统的起重机电子防摇是典型的开环系统，这种防摇是针对初始吊钩是静止的情况，而实际的工况是起重机加速或减速前吊钩大都已经开始摆动，因而难以进行开环的电子防摇。

发明内容

本发明提供一种基于可精确显示实时吊钩偏角的防斜吊防摇监控装置，另一目的是提供包括装设显示实时吊钩偏角防斜吊防摇监控装置的起重机。

为何要精确显示实时吊钩偏角：所述吊钩偏角是作用于起重机滑轮组吊钩（力作用点）的力作用线偏离铅垂线（力作用方向）的角度，是力作用效应的一大要素，据最新大型设备吊装技术规程“吊装过程中，吊钩偏角应小于1º”，现以塔式起重机(塔机，下同)为例，设其起升高度40m，当吊钩偏角3º，则吊物刚被吊起瞬间，塔机起升高度处与吊钩的水平偏移量达2m，起吊后若任其来回摆动可达4m，而流动式起重机以及超大型塔机吊装的起升高度可成倍增加；同时存在重物被吊起时，由斜吊角（吊钩偏角，下同）导致作用于起升高度处（吊臂或动臂顶端）吊重水平分量造成的倾覆力矩，还有用于冶炼、汔轮机总装等用的桥式起重机多需要精准的垂直吊装，然而作为设备吊装工艺装备的起重机，迄今未设吊钩偏角显示。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种显示实时吊钩偏角防斜

吊防摇监控装置，如图1，其特点是：

（1）检测显示吊钩偏角：图2所示，将起重机定滑轮组件a1 经联接件a3 用卸扣 a5 吊挂于吊臂b1 的吊耳b2 上，所述联接件a3 另一端用绞接轴a2 同所述定滑轮组件a1 联接，并将绞接轴a2 设在与定滑轮轴线相垂直方位；在所述联接件a3 上设立与滑轮组力作用线垂直的平台面a6，在所述平台面a6装设角度测量仪a7，将所述角度测量仪与位于起重机操作室的控制器连接,所检测实时沿X、Y轴向分量合成后等于实时吊钩偏角，显示于起重机操作室显示屏上；

（2）依实时吊钩偏角对被吊物对中起吊；

（3）依实时吊钩偏角防控起重机吊钩偏角超过允许值；

（4）依获取的实时吊钩摆动角度和加速度；在吊物停车回摆瞬间，用双脉冲前馈消除所形成的摇摆。

由于在所述平台面a6装设角度测量仪a7，所检测实时沿X、Y轴向分量，合成后等于实时吊钩偏角，且实时滑轮组力作用线偏离铅垂线的方位垂直于所述平台面a6与水平面交线，所述实时滑轮组力作用线偏离铅垂线的角度，同所述实时与滑轮组力作用线垂直平台面a6同水平面间夹角位于同一平面上，故精确检测并实时显示的吊钩偏角与方向为吊装中吊钩偏角与方向调整监控提供依据：包括转台回转对中与吊臂俯仰对中的流动式起重机、动臂式塔机等；和大车行走对中与小车行走对中的桥式起重机等二种对中类型。所述控制器用可编程逻辑控制器（PLC）。

所述显示实时吊钩偏角防斜吊防摇监控装置，其中，依精确检测并实时显示的吊钩偏角与方向，在起重机缓慢或极缓慢起升与所述起重机对中交替进行中，实现垂直起吊。

所述显示实时吊钩偏角防斜吊防摇监控装置，其中，首先依实时显示的吊钩偏角方向，操控相应回转手柄对中，使转台转动吊臂至实时吊钩偏角方向（即使实时吊臂俯仰方位与实时吊钩偏角方位相一致），再依实时显示的吊钩偏角，操控相应吊臂俯仰手柄对中，使实时吊钩偏角至0º 。

所述显示实时吊钩偏角防斜吊防摇监控装置，其中，对所述实时吊钩偏角与方向对中（图6）：包括以下步骤：S1所述控制器实时获取所述起重机吊钩偏角与方向；S2转台回转对中：S21检测实时吊钩偏角方向，S22判断吊臂是否偏离实时吊钩偏角方向（即判断实时吊臂俯仰方位是否偏离实时吊钩偏角方位），若是，则进入步骤S23, 若否，则进入步骤S21,步骤S23使转台转动吊臂至实时吊钩偏角方向（即使实时吊臂俯仰方位与实时吊钩偏角方位相一致）；S3吊臂俯仰对中：S31检测实时吊钩偏角，S32判断实时吊钩偏角绝对值是否>0º，若是，则进入步骤S33 若否，则进入步骤S31, 步骤S33使实时吊钩偏角至0º（或调整实时吊臂俯仰达成实时吊钩偏角0º）。其中S22、S32也可分别预设超一定误差时才分别进入S23、S33对中程序。

所述显示实时吊钩偏角防斜吊防摇监控装置，其中，首先依实时显示的吊钩偏角方向，操控相应大车手柄对中，使大车行走小车以对准实时吊钩偏角方向（即使实时小车行走方位与实时吊钩偏角方位相一致），再依实时显示的吊钩偏角，操控相应小车手柄对中，使小车行走至实时吊钩偏角0º 。

所述显示实时吊钩偏角防斜吊防摇监控装置，其中，对所述实时吊钩偏角与方向对中（图7）：包括以下步骤：S1所述控制器实时获取所述起重机吊钩偏角与方向；S2大车行走对中：S21检测实时吊钩偏角方向，S22判断小车是否偏离实时吊钩偏角方向（即判断实时小车行走方位是否偏离实时吊钩偏角方位），若是，则进入步骤S23, 若否，则进入步骤S21,步骤S23使大车行走小车对准实时吊钩偏角方向（即使实时小车行走方位与实时吊钩偏角方位相一致）；S3小车行走对中：S31检测实时吊钩偏角，S32判断实时吊钩偏角绝对值是否>0º，若是，则进入步骤S33,若否，则进入步骤S31,步骤S33使小车行走至实时吊钩偏角0º。其中S22、S32也可分别预设超一定误差时才分别进入S23、S33对中程序。

所述大车行走对中与小车行走对中的桥式起重机类型，还包括门式起重机、集装箱门式起重机、装卸桥、以及小车变幅式塔机等。

所述显示实时吊钩偏角防斜吊防摇监控装置，其中，依精确检测并实时显示的吊钩偏角与方向，于吊装过程防控起重机吊钩偏角超过允许值。

不垂直吊装以及吊装中惯性力的存在，会产生在滑轮组力作用线偏离铅垂线的斜吊，不垂直吊装当约束消失时，以及吊装中惯性力的存在当吊物停车时，均可导致吊钩摆动现象发生，还有由斜吊导致作用于动臂顶端吊重水平分量造成的倾覆力矩；但是，由于可精确检测显示实时吊钩偏角，故可为流动式起重机及超大型塔机进行包括预警或制约的超前监控。

所述显示实时吊钩偏角防斜吊防摇监控装置，其中，当流动式起重机及超大型塔机起升高度处与吊钩的水平偏移量达到预警值时报警[即：当实时起升高度（米）与实时吊钩高度（米）之差乘以实时吊钩偏角（度）之积达到预警值时报警]。

所述显示实时吊钩偏角防斜吊防摇监控装置，其中，当流动式起重机及超大型塔机斜吊增加力矩达到预警值时报警[所述斜吊增加力矩（吨米）等于实时吊重（吨）乘以斜吊角（度）的正切再乘以起升高度（米）]；超过额定起重力矩时停止上升以及停止向大幅度方向运动[即：实时吊重（吨）乘以实时作业半径（米）与斜吊增加力矩（吨米）之和超过额定起重力矩时停止上升以及停止向大幅度方向运动]。

现有一种双脉冲前馈消除所形成的摇摆（图9所示），其中摆动周期T =2π√ l/g ，

t为减速时间，l为绳长，g为重力加速度，吊钩以一定摆动周期（T）摆动时，在一半摆动周期(T/2)时（回摆瞬间），施加一个等量等时的脉冲量，所形成的摆动将会消除。

（如图8）为现有公知的由动滑轮组A1 与吊钩组件A2经扼板A3直接连接的吊钩总成，在动滑轮护板A4 的平台A5上装设惯性传感器A6；并将惯性传感器与装设于起重机操作室的所述控制器无线连接。

所述显示实时吊钩偏角防斜吊防摇监控装置，其中，由于依精确检测的实时吊钩偏角对中起吊实现垂直吊装，有利于用开环的电子防摇，双脉冲前馈防摇是依所述控制器获取起重机吊钩的实时吊钩摆动角度、加速度（均绝对值），在起重机小车或起重机大车停车后，起重机吊钩回摆至第一个周期的后半个周期时刻，移动方向为起重机手柄发送的操作信号控制起重机小车或起重机大车的移动方向，由所述控制器依此时获取的吊钩摆动角度和加速度控制起重机小车或起重机大车按照所述加速度继续向所述移动方向移动，直至起重机吊钩摆动角度减小为零。

一种起重机，其特点是，包括上述任一项所述的显示实时吊钩偏角防斜吊防摇监控装置。

图2、图4 所示，将起重机定滑轮组件a1经联接件a3用卸扣a5吊挂于吊臂b1的吊耳b2上，所述联接件a3另一端用绞接轴a2同所述定滑轮组件a1联接，并将绞接轴a2设在与定滑轮轴线相垂直方位；因而当作用于定滑轮轴线上的滑轮组力作用点偏移时，在所述滑轮组吊重张力作用下，所述定滑轮组件a1 沿所述绞接轴a2 而自行调整，此时定滑轮轴线微量倾斜，由于所述滑轮组力作用线通过所述联接件a3，当在所述联接件a3 上固定装设与所述滑轮组力作用线垂直于平台面a6 的平台，则吊重时所述滑轮组力作用线始终垂直于所述的平台面a6。需要说明：将起重机定滑轮组件a1 经联接件a3 吊挂于吊臂b1 的吊耳b2上，即在（现有起重机吊臂或称起重臂、臂架、吊梁等）各种固定定滑轮处设吊耳，将起重机定滑轮组件经所限定的联接件吊挂于所设吊耳上。

由于吊重时所述滑轮组力作用线始终垂直于所述的平台面，当在所述联接件的所述平台面上固定装设角度测量仪，所检测与滑轮组力作用线垂直平台面同水平面间夹角，数值上等于所述滑轮组力作用线偏离铅垂线角度的实时吊钩偏角。

图5 所示，设通过所述滑轮组力作用线m 上b 点与通过b 点铅垂线n 的相交角为∠b ，与滑轮组力作用线m 垂直的平台面W（即图2 中a6）同Z 水平面夹

角为∠a ，由二面角内b 点，向W、Z 二平面作的垂线的垂足分别为C、D，过C 点

在面内作Ca 垂直于W 平面与Z 平面交线L 的a 点，连结Da ∵L⊥Ca，L⊥bC，

∴ L⊥面bCa，∴ L⊥ba ，又∵L⊥bD，∴L⊥面bDa，∴L⊥Da，

∴∠CaD 为二面角的平面角，四边形aCbD 与m，n 直线共面，且∠C=∠D=90º

故∠a（与∠CbD 互补而）等于m 直线与n 直线相交的锐角∠b

上述表明：实时所述滑轮组力作用线偏离铅垂线的角度，等于实时与所述滑轮组力作用线垂直平台面同水平面间夹角，实时所述滑轮组力作用线偏离铅垂线的方位垂直于所述平台面与水平面交线，且所述实时滑轮组力作用线偏离铅垂线的角度，同所述实时与滑轮组力作用线垂直平台面同水平面间夹角位于同一平面上。

因而可在所述平台面a6 装设角度测量仪检测所述滑轮组力作用线偏离铅垂线角度的实时吊钩偏角与方向。

由于可依精确检测并实时显示的吊钩偏角与方向，所述起重机司机便可依其相配合操作相应手柄调整转台向所述吊钩偏角方向转动，以及调整吊臂仰角，对被吊物对中起吊（吊钩偏角0º）实现垂直吊装；因而可精确显示实时吊钩偏角与方向的技术方案，已经为智能型起重机的出现创造了必要条件。

同时所述可精确显示实时吊钩偏角与方向的技术方案，可为吊重变频调速防摇起重机以及其他防摇起重机的实施改良提供基础。

所述显示实时吊钩偏角防斜吊防摇监控装置及起重机有益效果是：

本发明精确检测并实时显示吊钩偏角与方向，因而可实现作为起重机安全作业基本要求的操控所述对中起吊或所述控制器对中起吊或监控斜吊，以及可对流动式起重机及超大型塔机进行预警或制约的超前监控，同时采用双脉冲前馈消除停车时所形成的摇摆，并为进一步开发智能型起重机产品创造了必要条件。

附图说明

图1 显示实时吊钩偏角防斜吊防摇实施示意图

图2 显示吊钩偏角结构说明图；

图2 中标号：a1 定滑轮组件 a2 绞接轴 a3 联接件 a4 卸扣1 a5 卸扣2

a6 平台面 a7 角度测量仪；

图3是图2 一种实施例的左视剖面构造示意图

图4 起重机吊臂的吊耳示意图；

图4中标号：b1 吊臂 b2 吊耳；

图5从滑轮组力作用线检测吊钩偏角说明图；

图6流动式起重机对中类型对中流程图；

图7桥式起重机对中类型对中流程图；

图8一种吊钩总成示意图；

图8中标号：A1动滑轮组件 A2吊钩组件 A3扼板 A4动滑轮护板 A5平台A6惯性

传感器；

图9 一种双脉冲前馈示意图。

具体实施方式

一种显示实时吊钩偏角防斜吊防摇方案

首先检测显示吊钩偏角

图2所示，将起重机定滑轮组件a1 经联接件a3 吊挂于吊臂b1 的吊耳b2上，所述联接件a3另一端用绞接轴a2 同所述定滑轮组件a1联接，并将绞接轴a2设在与定滑轮轴线相垂直方位；因而当作用于定滑轮轴线上的滑轮组力作用点偏移时，在所述滑轮组吊重张力作用下，所述定滑轮组件a1 沿所述绞接轴a2 而自行调整，此时定滑轮轴线微量倾斜，由于所述滑轮组力作用线通过所述联接件a3，当在所述联接件a3 上固定装设与所述滑轮组力作用线垂直平台面a6的平台，则吊重时所述滑轮组力作用线始终垂直于所述的平台面a6。

因而可通过所述平台面a6进行吊钩偏摆姿态等的正确检测，由于吊重时所述滑轮组力作用线始终垂直于所述的平台面a6；当在所述联接件a3的所述平台面a6 上固定装设角度测量仪a7，所检测与滑轮组力作用线垂直平台面同水平面间夹角，数值上等于实时吊钩偏角。

因为所检测的所述实时吊钩偏角，由所述滑轮组力作用线偏离铅垂线角度确定，依据、依理明确，没有疑点，而在所述平台面装设角度测量仪检测，属于可靠的现有技术，因而所述吊钩偏角检测方案具有可靠性、可行性。

装设双轴动态倾角仪检测实时吊钩偏角

选用北微传感（WWW.bewis.com.cn）的BWD-VG500 动态测量倾角仪（X、Y 轴动态精度0.1 度），并装设于所述联接板a3 与所述滑轮组力作用线垂直平台面a6 上，将所检测实时X、Y轴向分量无线传输或经总线传输，并经单片机依据实时吊钩偏角数值等于实时X、Y轴向分量合成值，同时依据实时所述滑轮组力作用线偏离铅垂线的方位垂直于所述平台面与水平面交线，且所述实时滑轮组力作用线偏离铅垂线的角度，同所述实时与滑轮组力作用线垂直平台面a6 同水平面间夹角位于同一平面上，以及依据实时X、Y轴向分量极性，通过现有技术的配套显示屏，于起重机操作室精确显示实时吊钩偏角数值与方位。

依据精确检测并实时显示的吊钩偏角与方向，操控所述对中起吊或所述控制器对中起吊或监控斜吊，以及进行预警或制约的超前监控。

下面以起重机小车为例对起重机吊钩防摇：所述惯性传感器，实时检测起重机吊钩的摆动角度和加速度，并将检测结果发送给所述控制器，当起重小车停车后，起重机吊钩在惯性作用下发生摇摆；此时所述控制器依所获取起重机小车手柄操作信号的移动方向及摆动角度和加速度，在起重机小车吊物停车回摆至第一个周期的后半个周期时刻，由所述控制器控制起重机小车按照所述加速度继续向所述移动方向移动，直至起重机吊钩的摆动角度减小为零。

应当说明以上所述是本发明的实施方式只是举例，对于本领域普通技术人员，按本发明所作出的若干更改和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种显示实时吊钩偏角防斜吊防摇监控装置，其特征是：

（1）检测显示吊钩偏角：将起重机定滑轮组件a1 经联接件a3 用卸扣 a5 吊挂于吊臂b1 的吊耳b2 上，所述联接件a3 另一端用绞接轴a2 同所述定滑轮组件a1 联接，并将绞接轴a2 设在与定滑轮轴线相垂直方位；在所述联接件a3 上设立与滑轮组力作用线垂直的平台面a6，在所述平台面a6装设角度测量仪a7，并将角度测量仪与装设于起重机操作室的控制器连接，所检测实时沿X、Y轴向分量合成后等于实时吊钩偏角，显示于起重机操作室显示屏上；

（2）依实时吊钩偏角对被吊物对中起吊；

（3）依实时吊钩偏角防控起重机吊钩偏角超过允许值；

（4）依获取的实时吊钩摆动角度和加速度；在起重机吊物停车回摆瞬间，用双脉冲前馈消除所形成的摇摆。

2.根据权利要求1所述显示实时吊钩偏角防斜吊防摇监控装置，其特征是，依精确检测并实时显示的吊钩偏角与方向，在起重机缓慢或极缓慢起升与所述起重机对中交替进行中，实现垂直起吊。

3.根据权利要求1或2所述显示实时吊钩偏角防斜吊防摇监控装置，其特征是，先依实时显示的吊钩偏角方向，操控相应回转手柄对中，使转台转动吊臂至实时吊钩偏角方向，再依实时显示的吊钩偏角，操控相应吊臂俯仰手柄对中，使实时吊钩偏角至0º 。

4.根据权利要求1或2所述显示实时吊钩偏角防斜吊防摇监控装置，其特征是，对所述实时吊钩偏角与方向对中：包括以下步骤：S1所述控制器实时获取所述起重机吊钩偏角与方向；S2转台回转对中：S21检测实时吊钩偏角方向，S22判断吊臂是否偏离实时吊钩偏角方向，若是，则进入步骤S23, 若否，则进入步骤S21, 步骤S23使转台转动吊臂至实时吊钩偏角方向；S3吊臂俯仰对中：S31检测实时吊钩偏角，S32判断实时吊钩偏角绝对值是否>0º ，若是，则进入步骤S33, 若否，则进入步骤S31, 步骤S33使实时吊钩偏角至0º 。

5.根据权利要求1或2所述显示实时吊钩偏角防斜吊防摇监控装置，其特征是，先依实时显示的吊钩偏角方向，操控相应大车手柄对中，使大车行走小车以对准实时吊钩偏角方向，再依实时显示的吊钩偏角，操控相应小车手柄对中，使小车行走至实时吊钩偏角0º 。

6.根据权利要求1或2所述显示实时吊钩偏角防斜吊防摇监控装置，其特征是，对所述实时吊钩偏角与方向对中：包括以下步骤：S1所述控制器实时获取所述起重机吊钩偏角与方向；S2大车行走对中：S21 检测实时吊钩偏角方向，S22判断小车是否偏离实时吊钩偏角方向，若是，则进入步骤S23, 若否，则进入步骤S21, 步骤 S23使大车行走小车对准实时吊钩偏角方向；S3小车行走对中：S31检测实时吊钩偏角，S32判断实时吊钩偏角绝对值是否>0º，若是，则进入步骤S33,若否，则进入步骤S31,步骤S33使小车行走至实时吊钩偏角0º。

7.根据权利要求1所述显示实时吊钩偏角防斜吊防摇监控装置，其特征是，依精确检测并实时显示的吊钩偏角与方向，于吊装过程防控起重机吊钩偏角超过允许值。

8.根据权利要求7所述显示实时吊钩偏角防斜吊防摇监控装置，其特征是，当起重机起升高度处与吊钩的水平偏移量达到预警值时报警。

9.根据权利要求7所述显示实时吊钩偏角防斜吊防摇监控装置，其特征是，当起重机斜吊增加力矩达到预警值时报警；超过额定起重力矩时停止上升或向大幅度方向运动。

10.根据权利要求1 所述显示实时吊钩偏角防斜吊防摇装置，其特征是，将装设于动滑轮护板的惯性传感器与装设于起重机操作室的所述控制器无线连接以获取起重机吊物移动方向的实时吊钩摆动角度和加速度，在起重机吊物停车瞬间，由所述控制器启动控制起重机继续向所述移动方向和所述加速度移动，直至起重机的吊钩摆动角度减小为0º 。

11.一种起重机，其特征是，包括上述1至10任一项所述的显示实时吊钩偏角防斜吊防摇监控装置。