CN112830403A - 塔式起重机吊重精确检测的补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种塔式起重机吊重精确检测的补偿方法，步骤包括：步骤1：读取当前测量吊重及吊钩高度；步骤2：计算钢绳重量补偿量；步骤3：读取塔机当前运动状态；步骤4：判断当前是否为吊物起升过程，否则转步骤6；步骤5：塔机处于吊物起升过程，得到补偿后的塔机当前吊重；步骤6：判断当前是否为平稳起升运动，否则转步骤8；步骤7：塔机为平稳起升运动，得到补偿后的塔机当前吊重；步骤8：判断当前是否为平稳变幅运动，否则转步骤10；步骤9：塔机当前为平稳变幅运动，得到补偿后的塔机当前吊重；步骤10：返回步骤1，完成一个完整的循环。本发明的方法，实现了对不同原因产生的吊重检测误差的补偿。

Description

塔式起重机吊重精确检测的补偿方法

技术领域

本发明属于塔机自动检测技术领域，涉及一种塔式起重机吊重精确检测的补偿方法。

技术背景

塔式起重机(亦称塔机)是建设房屋和桥梁的主要起重运输作业工具，为了保证塔机作业安全，塔机的起重量必须在塔机允许的额定载荷内，早期塔机上使用机械式力以及力矩限制器对塔机载荷实施控制，然而，机械式力以及力矩限制器无法对塔机当前载重以及力矩实现显示与记录。随着电子技术的发展，塔机电子式力矩限制器通过对塔机的小车变幅以及吊物重量(以下简称吊重)的检测，实现塔机的超载控制，因此，塔机吊重的精确检测是塔机电子式力矩限制器的一个重点。

目前，对塔机吊重检测，一般是在起升钢绳绕过的滑轮中安装测力销轴，起升钢绳张力转化为滑轮销轴受的轴向力，通过销轴测力达到吊重物的重量检测。然而，上述吊重检测中，以下原因会导致起升钢绳张力发生变化，导致吊重检测产生误差：1)吊物起升或下落，起升钢绳的运动在滑轮上产生滑动摩擦力；2)塔机吊物的突然落下或突然起升，导致起升钢绳中产生突变的动张力；3)变幅小车的变幅运动，导致起升钢绳内产生额外附加张力；4)对于大型塔机，由于单位长度起升钢绳的质量大，塔机吊钩高度不同，起升钢绳重量对检测销轴产生不同的额外钢绳重力；以上四种原因都会引起销轴受力变化，导致吊重检测误差。因此，在塔机吊重检测时，需要对检测的钢绳张力进行误差补偿，从而提高吊重检测的精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种塔式起重机吊重精确检测的补偿方法，解决了现有技术由于摩擦力、动张力以及钢绳重力，导致吊重检测误差大的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种塔式起重机吊重精确检测的补偿方法，基于一种起升机构及误差自学习方式，按照以下步骤实施：

步骤1：读取塔机当前测量吊重P′，以及当前吊钩高度h；

步骤2：计算当前钢绳重量补偿量：ΔQ₁＝w×h；

步骤3：读取塔机当前运动状态；

步骤4：判断塔机当前是否为吊物的起升过程，否则转步骤6；

步骤5：如果塔机处于吊物的起升过程，则进行动张力的吊重补偿，得到补偿后的塔机当前吊重：

步骤6：判断塔机当前是否为平稳起升运动，否则转步骤8；

步骤7：如果塔机目前为平稳起升运动，则进行起升摩擦吊重补偿，得到补偿后的塔机当前吊重：

步骤8：判断塔机当前是否为平稳变幅运动，否则转步骤10；

步骤9：如果塔机当前为平稳变幅运动，则进行变幅摩擦吊重补偿，得到补偿后的塔机当前吊重：

步骤10：得到补偿后的塔机当前吊重P，并返回步骤1，如此，即完成一个完整的循环。

本发明的有益效果是，针对塔机吊重检测误差产生的原因，结合塔机状态，通过误差学习，实现对吊重检测误差的补偿，提高了吊重检测精度，具体包括：1)适合于不同类型、不同结构塔机的吊重检测误差补偿；2)实现了对不同原因产生的吊重检测误差的补偿；3)该方法实施简单，操作方便，具有较好的应用推广价值。

附图说明

图1是本发明方法采用的起升机构工作原理图；

图2是本发明方法塔机吊物过程起升钢绳张力变化图；

图3是本发明方法塔机实时吊重检测的补偿算法流程图。

图中，1.测力销轴，2.吊钩，3.吊物，11.起升卷筒；12.起升电机；13.起升钢绳；14.换向滑轮一；15.测力滑轮；16.变幅小车；17.换向滑轮二；18.换向滑轮三；19.动滑轮。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的算法进行详细说明。

参照图1，本发明采用的起升机构的结构是，包括在塔机的起重臂后端设置有起升卷筒11，起升卷筒11与起升电机12驱动连接；在塔机主架顶部安装有换向滑轮一14，在塔机的起重臂前端靠近主架设置有测力滑轮15，测力滑轮15中安装有测力销轴1；在变幅小车16的后端及前端分别安装有换向滑轮二17、换向滑轮三18，在塔机的吊钩2上端设置有动滑轮19；起升钢绳13从起升卷筒11引出，依次绕过换向滑轮一14、测力滑轮15、换向滑轮二17、动滑轮19、换向滑轮三18后，起升钢绳13的末端固定在起重臂前端。

根据塔机的吊钩2上的动滑轮19数量不同，N_Fall称为塔机吊重倍率，现有塔机承受吊重主要有2绳或4绳模式，则有N_Fall＝2或N_Fall＝4。在上述的塔机起升结构中，起升钢绳13绕过测力滑轮15，起升钢绳13的内张力作用在测力滑轮15中的测力销轴上，实现起升钢绳13的张力检测，从而间接检测起升吊重。

参照图1，对于大型塔机，由于起升钢绳13单位长度的密度大，吊钩2下垂的高度h会导致高度h范围内的两段起升钢绳13重量影响吊重3的检测，该误差的计算与起升钢绳13直径以及吊钩有关，设起升钢绳13单位长度的重量为w(该值可通过起升钢绳性能数据得到)，高度h可以利用塔机电子式力与力矩限制器得到，于是起升钢绳13自身导致的吊重检测误差为：ΔQ₁＝w×h；

塔机吊运过程包括起吊、平稳移动以及卸载三个过程：一是起吊过程是起升机构从开始运动、加速运动直到匀速起升运动，在这个过程中，起升钢绳13受力从松弛状态到吊物离地加速起升过程受动张力，直到匀速起升受到常值吊物重力。二是平稳运动过程，一般是指吊物3离地加速起升后，塔机进行匀速起升、变幅以及回转运动，此时，起升钢绳13的张力主要为吊物3的重力还有塔机平稳运动的摩擦力，主要包括两种摩擦力：1)匀速起升运动过程，起升钢绳13引起起升机构中各种滑轮转动，其转动摩擦导致起升钢绳13张力变化；2)变幅小车16的变幅运动，引起起升钢绳13在三个换向滑轮上产生摩擦力。三是卸载过程，吊物3匀速下降，吊物3落地，起升钢绳13受力突然变为零。

参照图2，为塔机吊物过程中的起升钢绳13的张力变化示意图，ab段对应于塔机的起吊过程，起升钢绳13由松弛到开始受力，由于离地加速起升，起升钢绳13受加速的动张力有突变；bc段为平稳运动过程，由于摩擦使得起升钢绳13受力有一定的波动；cd段为吊物3的卸载过程。

基于上述的起升机构，本发明方法采用以下方式的误差自学习，具体过程分别是：

方式一、在塔机的起吊过程，突然起吊导致起升钢绳13内的张力发生突变的动张力，该动张力的变化与当前吊物3有关，塔机突然起吊动张力导致的吊重误差检测如下：

1.1)准备标准吊物，重量为Q；

1.2)实时采样塔机起吊该标准吊物过程(吊物离地到加速起升)的测量值，得到平均测量吊重Q‘₂；

1.3)得到动张力的吊重误差ΔQ₂＝Q-Q’₂；

重复上述过程三次，得到起升过程动张力平均吊重误差ΔQ₂，定义起升过程动张力吊重补偿系数：

在塔机平稳运动过程中，包括匀速起升运动(起升或落下)或变幅小车的均速变幅运动，起升钢绳13所受摩擦力与塔机运动状态以及塔机结构有关，针对不同类型塔机，上述摩擦力的补偿需要进行自学习，自学习的过程如下：

方式二、平稳起升运动的吊重摩擦误差测量，

2.1.1)塔机吊标准吊物(重量为Q)作平稳起升运动(起升或下落)；

2.1.2)实时获得测量吊重Q‘₃；

2.1.3)得到平稳起升的吊重误差ΔQ₃＝Q-Q‘₃；

重复上述过程三次，得到平稳起升的吊重平均误差ΔQ₃，定义起升摩擦吊重补偿系数：

方式三、平稳变幅运动的摩擦吊重误差测量，

2.2.1)塔机吊标准吊物(重量为Q)作稳定变幅运动(向内变幅或向外变幅)；

2.2.2)实时获得测量吊重Q’₄；

2.2.3)得到变幅运动吊重误差ΔQ₄＝Q-Q‘₄；

重复上述过程三次，得到变幅运动平均吊重误差ΔQ₄，定义变幅摩擦吊重补偿系数：

塔机电子式力矩限制器实现了对塔机吊重、吊钩高度以及运动状态的检测，利用上述误差自学习后得到的补偿系数，结合检测值，在实时吊重检测中能够实现对塔机精确吊重的补偿。

参照图3是本发明方法对塔机实时吊重检测的补偿算法原理图，P为补偿后的塔机当前吊重，本发明的方法，基于上述的起升机构及三种自学习方式确定的补偿系数，按照以下步骤实施：

步骤1：读取塔机当前测量吊重P′，以及当前吊钩高度h；

步骤2：计算当前钢绳重量补偿量：ΔQ₁＝w×h；

步骤3：读取塔机当前运动状态；

步骤4：判断塔机当前是否为吊物3的起升过程，否则转步骤6；

步骤5：如果塔机处于吊物3的起升过程，则进行动张力的吊重补偿，得到补偿后的塔机当前吊重：

步骤6：判断塔机当前是否为平稳起升运动，否则转步骤8；

步骤7：如果塔机目前为平稳起升运动，则进行起升摩擦吊重补偿，得到补偿后的塔机当前吊重：

步骤8：判断塔机当前是否为平稳变幅运动，否则转步骤10；

步骤9：如果塔机当前为平稳变幅运动，则进行变幅摩擦吊重补偿，得到补偿后的塔机当前吊重：

步骤10：得到补偿后的塔机当前吊重P，并返回步骤1，如此，即完成一个完整的循环。

实施例

某工地的塔机在4倍率下最大吊重25吨，用标准8吨的重物进行吊重检测与补偿。

首先，该塔机采用的起升钢绳直径28mm，密度为3.9kg/m，单位长度起升钢绳重量w＝0.0039吨；当塔机吊钩高度变化h＝100米，吊重补偿量为ΔQ₁＝0.39吨；

其次，是起升过程的动张力补偿系数学习；

起升过程大约持续3秒，塔机电子式力矩限制器记录，起升过程的吊重检测的平均值为8.3吨；得到起升过程动张力吊重补偿系数：k₂＝0.0094；

最后，是塔机平稳运动过程的摩擦补偿系数学习；

1)吊重保持平稳起升，持续越5秒左右，塔机电子式力矩限制器记录，起升过程的吊重检测的平均值为8.2吨；于是，得到起升摩擦吊重补偿系数：k₃＝0.0063；

2)塔机匀速变幅运动，持续越5秒左右，塔机电子式力矩限制器记录，变幅过程的吊重检测的平均值为8.1吨；最终，得到变幅摩擦吊重补偿系数：k₄＝0.0031。

上述误差学习得到各种补偿系数后，在实时吊物检测过程中通过实测对比，未进行上述各种误差补偿时，塔机电子式力矩限制器吊重检测误差为3.125％；采用本发明方法误差补偿后，塔机吊重检测误差为1.25％；可见本发明方法有效提高了塔机吊重的检测精度。

Claims (5)

1.一种塔式起重机吊重精确检测的补偿方法，其特征在于，基于一种起升机构及三种自学习方式确定的补偿系数，按照以下步骤实施：

步骤1：读取塔机当前测量吊重P′，以及当前吊钩高度h；

步骤2：计算当前钢绳重量补偿量：ΔQ₁＝w×h；

步骤3：读取塔机当前运动状态；

步骤4：判断塔机当前是否为吊物的起升过程，否则转步骤6；

步骤5：如果塔机处于吊物的起升过程，则进行动张力的吊重补偿，得到补偿后的塔机当前吊重：

步骤6：判断塔机当前是否为平稳起升运动，否则转步骤8；

步骤7：如果塔机目前为平稳起升运动，则进行起升摩擦吊重补偿，得到补偿后的塔机当前吊重：

步骤8：判断塔机当前是否为平稳变幅运动，否则转步骤10；

步骤9：如果塔机当前为平稳变幅运动，则进行变幅摩擦吊重补偿，得到补偿后的塔机当前吊重：

步骤10：得到补偿后的塔机当前吊重P，并返回步骤1，如此，即完成一个完整的循环。

2.根据权利要求1所述的塔式起重机吊重精确检测的补偿方法，其特征在于：所述的起升机构的结构是，包括在塔机的起重臂后端设置有起升卷筒(11)，起升卷筒(11)与起升电机(12)驱动连接；在塔机主架顶部安装有换向滑轮一(14)，在塔机的起重臂前端靠近主架设置有测力滑轮(15)，测力滑轮(15)中安装有测力销轴(1)；在变幅小车(16)的后端及前端分别安装有换向滑轮二(17)、换向滑轮三(18)，在塔机的吊钩(2)上端设置有动滑轮(19)；起升钢绳(13)从起升卷筒(11)引出，依次绕过换向滑轮一(14)、测力滑轮(15)、换向滑轮二(17)、动滑轮(19)、换向滑轮三(18)后，起升钢绳(13)的末端固定在起重臂前端。

3.根据权利要求1所述的塔式起重机吊重精确检测的补偿方法，其特征在于：所述的误差自学习方式一的具体过程是，

在塔机的起吊过程，突然起吊导致起升钢绳内的张力发生突变的动张力，该动张力的变化与当前吊物有关，塔机突然起吊动张力导致的吊重误差检测如下：

1.1)准备标准吊物，重量为Q；

1.2)实时采样塔机起吊该标准吊物过程的测量值，得到平均测量吊重Q‘₂；

1.3)得到动张力的吊重误差ΔQ₂＝Q-Q’₂；

重复上述过程三次，得到起升过程动张力平均吊重误差ΔQ₂，定义起升过程动张力吊重补偿系数：

4.根据权利要求1所述的塔式起重机吊重精确检测的补偿方法，其特征在于：所述的误差自学习方式二的具体过程是，

平稳起升运动的吊重摩擦误差测量，

2.1.1)塔机吊标准吊物作平稳起升运动，重量为Q；

2.1.2)实时获得测量吊重Q‘₃；

2.1.3)得到平稳起升的吊重误差ΔQ₃＝Q-Q‘₃；

重复上述过程三次，得到平稳起升的吊重平均误差ΔQ₃，定义起升摩擦吊重补偿系数：

5.根据权利要求1所述的塔式起重机吊重精确检测的补偿方法，其特征在于：所述的误差自学习方式三的具体过程是，

平稳变幅运动的摩擦吊重误差测量，

2.2.1)塔机吊标准吊物作稳定变幅运动，重量为Q；

2.2.2)实时获得测量吊重Q’₄；

2.2.3)得到变幅运动吊重误差ΔQ₄＝Q-Q‘₄；

重复上述过程三次，得到变幅运动平均吊重误差ΔQ₄，定义变幅摩擦吊重补偿系数：

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