CN113247775A - 起重机和起重机的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种起重机和起重机的控制方法，起重机包括：承载部件；起重臂，可俯仰摆动地安装在承载部件上且包括位于其远离承载部件的一端的臂头；吊钩，悬挂在起重臂的臂头上；卷扬系统，安装在承载部件上并被配置成驱动吊钩升降；定位系统，包括安装在吊钩上的第一定位部件，以检测吊钩在三维坐标系中的位置；以及控制器，与卷扬系统和定位系统分别信号连接，并被配置成根据第一定位部件的位置变化控制卷扬系统动作以将吊钩调整至预设位置，改善了相关技术中利用起重臂的臂长和俯仰角度来计算吊钩的位置时因车架、起重臂、超起等发生结构变形而带来的精度低的问题。

Description

起重机和起重机的控制方法
技术领域
本发明涉及工程机械领域，具体而言，涉及一种起重机和起重机的控制方法。
背景技术
图1示出了一种起重机的结构示意图，如图1所示，起重机包括车架1、可转动地安装在车架1上的转台9、可俯仰摆动摆动地安装在转台9上的起重臂4、驱动起重臂4俯仰摆动的液压缸2、安装在转台9上的卷筒7、一端缠绕在卷筒7上的钢丝绳6和连接在钢丝绳6的另一端的吊钩5。卷筒7和钢丝绳6组成驱动吊钩5升降的卷扬系统。
起重机的起重臂4在执行伸缩动作时，一般需要操作卷扬系统起落动作保证吊钩5距离地面或臂头(起重臂4的远离转台的一端)的距离不变，在起重臂4执行变幅(俯仰摆动)动作时，需要操作卷扬系统起落动作保证卷扬吊钩5距离地面距离不变；这就需要操作者需要时刻关注吊钩5的位置，频繁切换伸缩动作与卷扬系统动作，防止事故发生，该操作对操作者水平要求较高，操作过程复杂，作业效率较低。
卷扬随动控制技术的实现需要实时获取起重臂长度、变幅角度及卷扬钢丝绳收放绳的长度参数，通常布置起重臂长度角度传感器3、卷扬马达转速传感器8进行信号采集。
起重臂长度角度传感器3安装在起重臂上，起重臂长度角度传感器3负责起重机作业过程中对起重臂4的伸缩长度及变幅角度进行实时检测，产生的有效信号在控制器中被有效处理后得出起重臂的实际长度及变幅角度。
卷扬马达转速传感器8安装在卷扬马达或卷扬减速机，卷扬马达转速传感器8负责起重机作业过程中对卷扬旋转圈数进行计数，通过单圈的钢丝绳收放量、钢丝绳的收放绳状态、钢丝绳的半径、卷筒半径等参数可计算得到当前钢丝绳的收放长度，进而可间接得到吊钩的实时位置。
控制器负责对外部各传感器产生的有效信号进行实时采集和处理，计算结果用于控制发出合适的指令驱动起重机动力部件动作.
卷扬随动设置两种控制模式：地面模式及臂头模式。接收到地面模式指令，且当起重臂进行变幅动作时，控制器根据变幅幅度控制钢丝绳伸缩至目标长度L，使吊钩与地面距离保持不变；进行伸缩动作时，控制器根据伸缩长度控制钢丝绳伸缩至目标长度L，使吊钩与地面距离保持不变；接收到臂头模式指令，且当起重臂进行变幅动作时，吊钩保持于当前状态；进行伸缩动作时，控制器根据伸缩长度控制钢丝绳伸缩至目标长度L，使伸缩长度控制吊钩与臂头距离保持不变。
传统方案利用传感器采集、控制器计算处理，最终由控制器控制卷扬动作，达到卷扬随动控制的目的。其中某些监控状态量采用传感器信号间接计算得到，如用卷扬编码器来计算吊钩5的位置，采集长度角度信号间接计算得到起重臂幅度等，中间变量的误差会导计算结果与实际状态产生偏差。吊重作业过程中，车架1、转台9、起重臂4、超起等会发生结构变形，目前采用的传感器对此难以识别，其检测结果与实际状态存在偏差，导致计算误差带来的控制精度低的问题。
发明内容
本发明旨在提供一种起重机和起重机的控制方法，以改善相关技术中利用起重臂的臂长和俯仰角度来计算吊钩的位置时因车架、起重臂、超起等发生结构变形而带来的精度低的问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种起重机，起重机包括：
承载部件；
起重臂，可俯仰摆动地安装在承载部件上且包括位于其远离承载部件的一端的臂头；
吊钩，悬挂在起重臂的臂头上；
卷扬系统，安装在承载部件上并被配置成驱动吊钩升降；
定位系统，包括安装在吊钩上的第一定位部件，以检测吊钩在三维坐标系中的位置；以及
控制器，与卷扬系统和定位系统分别信号连接，并被配置成根据第一定位部件的位置变化控制卷扬系统动作以将吊钩调整至预设位置。
在一些实施例中，定位系统还包括：
基准定位部件，相对于承载部件固定；以及
数据处理部件，与基准定位部件和第一定位部件分别信号连接，以接收基准定位部件和第一定位部件在三维坐标系中的位置信息并根据位置信息计算吊钩和地面之间的垂直距离。
在一些实施例中，控制器与数据处理部件信号连接，并被配置成根据吊钩和地面之间的垂直距离控制卷扬系统动作，以将吊钩与地面之间的垂直距离维持在第一预定距离。
在一些实施例中，基准定位部件设在承载部件上。
在一些实施例中，基准定位部件位于起重臂相对于承载部件摆动的轴线上。
在一些实施例中，定位系统还包括：
第二定位部件，安装在起重臂的臂头上；以及
数据处理部件，与第一定位部件和第二定位部件分别信号连接，以接收第一定位部件和第二定位部件在三维坐标系中的位置信息并根据位置信息计算臂头与吊钩之间的垂直距离。
在一些实施例中，控制器与数据处理部件信号连接，并被配置成根据吊钩和臂头之间的垂直距离控制卷扬系统动作，以将吊钩和臂头的垂直距离保持在第二预定距离。
在一些实施例中，起重机还包括配置成供用户写入命令信号的显示器，控制器与显示器信号连接，以获得命令信号。
根据本发明的另一方面，还提供了一种起重机的控制方法，该控制方法包括：
记录吊钩与地面之间的初始的垂直距离LG0；
起重臂动作后，实时计算吊钩与地面之间的垂直距离CE以及吊钩与地面之间的垂直距离的变化量ΔLG，其中ΔLG＝|CD+DE-LG0|；以及
若ΔLG大于预设距离ΔLst，则控制卷扬系统动作，以将吊钩与地面之间的垂直距离维持在第一预定距离。
根据本发明的另一方面，还提供了一种起重机的控制方法，该控制方法包括：
记录吊钩与臂头之间的初始的垂直距离LH0；
起重臂动作后，实时计算吊钩与臂头之间的垂直距离BC以及吊钩与臂头之间的垂直距离的变化量ΔLH，其中ΔLH＝|BC-LH0|；以及
若ΔLH大于预设距离ΔLst，则控制卷扬系统动作，以将吊钩和臂头的垂直距离保持在第二预定距离。
应用本发明的技术方案，定位系统包括设在吊钩上的第一定位部件，定位系统可直接将吊钩的位置信息反馈给控制器，改善了相关技术中利用起重臂的臂长和俯仰角度来计算吊钩的位置时因车架、起重臂、超起等发生结构变形而带来的精度低的问题。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了相关技术的起重机的结构示意图；
图2示出了本发明的实施例的起重机的结构示意图；
图3示出了本发明的实施例的起重机的控制系统的框图；
图4示出了本发明的实施例的起重机的利用定位部件在三维坐标系中的位置计算吊钩和臂头的距离以及吊钩的高度的原理图；
图5示出了本发明的实施例的起重机的控制流程图。
图中：
1、车架；2、承载部件；3、液压缸；4、起重臂；5、第一定位部件；6、吊钩；7、第二定位部件；8、钢丝绳；9、基准定位部件；10、卷筒；11、显示器；12、控制器；13、数据处理部件；14、卷扬系统。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。
结合图2和3所示，在本实施例中，起重机包括承载部件2、起重臂4、吊钩6、卷扬系统14、定位系统和控制器。起重臂4可俯仰摆动地安装在承载部件2上且包括位于其远离承载部件2的一端的臂头。吊钩6悬挂在起重臂4的臂头上。
卷扬系统14安装在承载部件2上并被配置成驱动吊钩6升降。定位系统包括安装在吊钩6上的第一定位部件5，以检测吊钩6在三维坐标系中的位置。
控制器12与卷扬系统14和定位系统分别信号连接，并被配置成根据第一定位部件5的位置变化控制卷扬系统14动作以将吊钩6调整至预设位置。
在本实施例中，定位系统包括设在吊钩6上的第一定位部件5，定位系统可直接将吊钩6的位置信息反馈给控制器12，改善了相关技术中利用起重臂的臂长和俯仰角度来计算吊钩的位置时因车架、起重臂、超起等发生结构变形而带来的精度低的问题。
在本实施例中，起重机还包括车架1，承载部件2安装在车架1上，并被配置成可相对于车架1绕竖直的转动轴线转动。
起重机还包括被配置成驱动起重臂4相对于承载部件2俯仰摆动的液压缸3，液压缸3的一端与承载部件2铰接，另一端与起重臂4铰接，液压缸3的伸缩的过程中带动起重臂4俯仰摆动。
卷扬系统包括设在起重臂4的邻近所述承载部件2的一端的卷筒10和钢丝绳8，钢丝绳8的一端缠绕在卷筒10上，钢丝绳8的另一端绕过设在起重臂4的臂头上的滑轮后与吊钩6连接，卷筒10转动而收放钢丝绳8的过程带动吊钩6升降，从而实现升降被吊的货物。
定位系统还包括基准定位部件9和数据处理部件13。其中，基准定位部件9相对于承载部件2固定。数据处理部件13与基准定位部件9和第一定位部件5分别信号连接，以接收基准定位部件9和第一定位部件5在三维坐标系中的位置信息并根据位置信息计算吊钩6和地面之间的垂直距离。
控制器12与数据处理部件13信号连接，并被配置成根据吊钩6和地面之间的垂直距离控制卷扬系统14动作，以将吊钩6与地面之间的垂直距离维持在第一预定距离。
具体地，在吊钩6与地面之间的垂直距离小于第一预定距离，也即吊钩6的高度小于第一预定高度时，控制器12控制卷扬系统14的卷筒10收绳，以提高吊钩6的高度。在吊钩6与地面之间的垂直距离大于第一预定距离，也即吊钩6的高度大于第一预定高度时，控制器12控制卷扬系统14的卷筒10放绳，以降低吊钩6的高度。
基准定位部件9设在承载部件2上。在另一些实施例中，基准定位部件9位于起重臂4相对于承载部件2摆动的轴线上。
定位系统还包括第二定位部件7和数据处理部件13。第二定位部件7安装在起重臂4的臂头上。数据处理部件13与第一定位部件5和第二定位部件7分别信号连接，以接收第一定位部件5和第二定位部件7在三维坐标系中的位置信息并根据位置信息计算臂头与吊钩6之间的垂直距离。
控制器12与数据处理部件13信号连接，并被配置成根据吊钩6和臂头之间的垂直距离控制卷扬系统14动作，以将吊钩6和臂头的垂直距离保持在第二预定距离。
具体地，在吊钩6与臂头之间的垂直距离小于第二预定距离时，控制器12控制卷扬系统14的卷筒10放绳，以降低吊钩6的高度并增大吊钩6与臂头之间的垂直距离。在吊钩6与臂头之间的垂直距离大于第二预定距离时，控制器12控制卷扬系统14的卷筒10收绳，以提高吊钩6的高度并减小吊钩6与臂头之间的垂直距离。
在本实施例中，定位系统包括基准定位部件9、第一定位部件5和第二定位部件7。
基准定位部件9安装在起重机的承载部件2(转台)或起重臂4与承载部件2铰接的位置。基准定位部件9负责其安装位置的空间定位，并输出对应的空间三维坐标信息及方向角；同时具备无线通信功能，能够与数据处理部件13进行通信。
第一定位部件5安装在吊钩位置，第一定位部件5负责吊钩的空间定位，并输出对应的空间三维坐标信息及方位角；同时具备无线通信功能，能够与数据处理部件13进行通信。
第二定位部件7安装在起重臂4的上端点，第二定位部件7负责伸臂头部的空间定位，输出对应的空间三维坐标信息及方位角；同时具备无线通信功能，能够与数据处理部件13进行通信。
数据处理部件13能够接收基准定位部件、第一定位部件5和第二部件7的定位信息，并进行计算得出两者空间距离或角度信息；同时此模块还具备与控制器通信的功能，可以将计算结果发送至控制器12进行有效处理后控制卷扬机构精确动作。
起重机还包括配置成供用户写入命令信号的显示器11，控制器11与显示器11信号连接，以获得命令信号。
显示器11是命令的触发单元，与控制器进行电连接，可传递信号给控制器；控制器12负责计算，并根据接收到的显示器发出的命令来输出不同的驱动信号驱动卷扬动作机构动作，实现卷扬随动功能。
如图4所示，吊钩6的位置计算方法为：通过测量B点和C点空间三维坐标，可计算出BC长度,即为吊钩6到起重臂4的臂头的垂直距离；通过测量A点和C点空间三维坐标，可计算出AC的垂向距离CD，再加上D点到地面的距离DE，即可得到吊钩6到地面的垂直距离CD+DE。
如图5所示，在本实施例中，起重机的卷扬系统14的控制方法包括地面模式和臂头模式两种控制模式。地面模式即起重臂4在伸缩或变幅动作过程，保持吊钩6离地面的垂直距离不变；臂头模式即起重臂在伸缩或变幅动作过程，保持吊钩距离臂头的垂直距离不变。
根据本发明的另一方面，还提供了一种起重机的控制方法，该控制方法为用于将吊钩6维持在距离地面第一预定距离的地面模式，该控制方法包括：
记录吊钩6与地面之间的初始的垂直距离LG0；
起重臂6动作后，实时计算吊钩6与地面之间的垂直距离CE以及吊钩6与地面之间的垂直距离的变化量ΔLG，其中ΔLG＝|CD+DE-LG0|；以及
若ΔLG大于预设距离ΔLst，则控制卷扬系统14动作，以将吊钩6与地面之间的垂直距离维持在第一预定距离；若ΔLG不大于预设距离ΔLst，则控制器12不输出控制卷扬系统14动作的信号。
根据本发明的另一方面，还提供了一种起重机的控制方法，该控制方法用于将吊钩6维持在距离起重臂的臂头第二预定距离，该控制方法包括：
记录吊钩6与臂头之间的初始的垂直距离LH0；
起重臂6动作后，实时计算吊钩6与臂头之间的垂直距离BC以及吊钩6与臂头之间的垂直距离的变化量ΔLH，其中ΔLH＝|BC-LH0|；以及
若ΔLH大于预设距离ΔLst，则控制卷扬系统14动作，以将吊钩6和臂头的垂直距离保持在第二预定距离；若ΔLH不大于预设距离ΔLst，则控制器12不输出控制卷扬系统14动作的信号。
其中，上述的ΔLst为一个距离量，其被预先设置在控制器12中，且其是吊钩位置控制精度。
以上仅为本发明的示例性实施例，并不用以限制本发明，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 (10)

1.一种起重机，其特征在于，包括：
承载部件(2)；
起重臂(4)，可俯仰摆动地安装在所述承载部件(2)上且包括位于其远离所述承载部件(2)的一端的臂头；
吊钩(6)，悬挂在所述起重臂(4)的臂头上；
卷扬系统(14)，安装在所述承载部件(2)上并被配置成驱动所述吊钩(6)升降；
定位系统，包括安装在所述吊钩(6)上的第一定位部件(5)，以检测所述吊钩(6)在三维坐标系中的位置；以及
控制器(12)，与所述卷扬系统(14)和所述定位系统分别信号连接，并被配置成根据所述第一定位部件(5)的位置变化控制所述卷扬系统(14)动作以将所述吊钩(6)调整至预设位置。
2.根据权利要求1所述的起重机，其特征在于，所述定位系统还包括：
基准定位部件(9)，相对于所述承载部件(2)固定；以及
数据处理部件(13)，与所述基准定位部件(9)和所述第一定位部件(5)分别信号连接，以接收所述基准定位部件(9)和所述第一定位部件(5)在所述三维坐标系中的位置信息并根据所述位置信息计算所述吊钩(6)和所述地面之间的垂直距离。
3.根据权利要求2所述的起重机，其特征在于，所述控制器(12)与所述数据处理部件(13)信号连接，并被配置成根据所述吊钩(6)和所述地面之间的垂直距离控制所述卷扬系统(14)动作，以将所述吊钩(6)与地面之间的垂直距离维持在第一预定距离。
4.根据权利要求2所述的起重机，其特征在于，所述基准定位部件(9)设在所述承载部件(2)上。
5.根据权利要求2所述的起重机，其特征在于，所述基准定位部件(9)位于所述起重臂(4)相对于所述承载部件(2)摆动的轴线上。
6.根据权利要求1所述的起重机，其特征在于，所述定位系统还包括：
第二定位部件(7)，安装在所述起重臂(4)的臂头上；以及
数据处理部件(13)，与所述第一定位部件(5)和所述第二定位部件分别信号连接，以接收所述第一定位部件(5)和所述第二定位部件(7)在所述三维坐标系中的位置信息并根据所述位置信息计算所述臂头与所述吊钩(6)之间的垂直距离。
7.根据权利要求6所述的起重机，其特征在于，所述控制器(12)与所述数据处理部件(13)信号连接，并被配置成根据所述吊钩(6)和所述臂头之间的垂直距离控制所述卷扬系统(14)动作，以将所述吊钩(6)和所述臂头的垂直距离保持在第二预定距离。
8.根据权利要求1所述的起重机，其特征在于，还包括配置成供用户写入命令信号的显示器(11)，所述控制器(12)与所述显示器(11)信号连接，以获得命令信号。
9.一种起重机的控制方法，其特征在于，包括：
记录所述吊钩(6)与地面之间的初始的垂直距离LG0；
所述起重臂(6)动作后，实时计算所述吊钩(6)与所述地面之间的垂直距离CE以及所述吊钩(6)与所述地面之间的垂直距离的变化量ΔLG，其中ΔLG＝|CD+DE-LG0|；以及
若ΔLG大于预设距离ΔLst，则控制所述卷扬系统(14)动作，以将所述吊钩(6)与地面之间的垂直距离维持在第一预定距离。
10.一种起重机的控制方法，其特征在于，包括：
记录所述吊钩(6)与所述臂头之间的初始的垂直距离LH0；
所述起重臂(6)动作后，实时计算所述吊钩(6)与所述臂头之间的垂直距离BC以及所述吊钩(6)与所述臂头之间的垂直距离的变化量ΔLH，其中ΔLH＝|BC-LH0|；以及
若ΔLH大于预设距离ΔLst，则控制所述卷扬系统(14)动作，以将所述吊钩(6)和所述臂头的垂直距离保持在第二预定距离。
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