CN114291733A - 一种起重机电气控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种起重机电气控制系统及方法，系统包括控制器、长度角度传感器和压力传感器，所述控制器通过总线与所述长度角度传感器和所述压力传感器电连接；所述长度角度传感器，安装在起重机的基本臂上，用于测量所述起重机的吊臂长度和吊臂角度；所述压力传感器，安装在起重机的变幅油缸中，用于测量所述起重机的变幅油缸压力；所述控制器，用于根据所述吊臂长度、所述吊臂角度和所述变幅油缸压力确定所述起重机的吊重。本发明的技术方案降低了起重机电气控制系统中的线路复杂度和物料成本。

Description

一种起重机电气控制系统及方法

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，具体而言，涉及一种起重机电气控制系 统及方法。

背景技术

起重机是指在一定范围内垂直提升和水平搬运重物的多动作起重机械， 广泛应用在建筑业和制造业等行业。起重机中电气控制装置众多，例如传感 器、主控制器、力矩限制器和显示屏等，这些电气控制装置均为独立模块， 分别设置在起重机的不同位置，各个电气控制装置之间连接线束的种类繁多， 电路连接结构复杂，物料成本高，且不便于后期故障排查和维护。

同时，为了防止起重机超载，需要测量起重机的吊重，目前常通过在吊 钩上设置称重传感器等来测量起重机的吊重，但是，起重机的吊钩需要上下 移动，难以对称重传感器进行布线，电路连接结构复杂。

发明内容

本发明解决的问题是如何降低起重机电气控制系统中电路连接结构的复 杂度。

为解决上述问题，本发明提供一种起重机电气控制系统及方法。

第一方面，本发明提供了一种起重机电气控制系统，包括控制器、长度 角度传感器和压力传感器，所述控制器通过总线与所述长度角度传感器和所 述压力传感器电连接；

所述长度角度传感器，安装在起重机的基本臂上，用于测量所述起重机 的吊臂长度和吊臂角度；

所述压力传感器，安装在起重机的变幅油缸中，用于测量所述起重机的 变幅油缸压力；

所述控制器，用于根据所述吊臂长度、所述吊臂角度和所述变幅油缸压 力确定所述起重机的吊重。

可选地，还包括遥控发射器和通过总线与所述控制器电连接的电气设备， 所述电气设备包括回转角度传感器、倾角传感器、阀芯检测传感器、高度限 位开关、过放保护开关、臂水平检测传感器和收钩到位传感器中的至少一种， 所述总线包括CAN总线、I/O总线和A/I总线中的至少一种；

所述控制器上集成有显示装置、遥控接收器模块和定位装置，所述控制 器分别与所述显示装置和所述定位装置电连接，所述控制器还通过所述遥控 接收器模块与所述遥控发射器通信连接。

可选地，所述控制器具体用于：

根据所述吊臂角度计算变幅支撑力对吊臂的变幅力臂，根据所述变幅油 缸压力计算所述变幅油缸对吊臂的支撑力，根据所述吊臂长度和所述吊臂角 度计算所述起重机的工作半径；

根据所述变幅力臂、所述支撑力和所述工作半径确定所述起重机的吊重。

可选地，所述控制器具体还用于：

将所述吊重与所述起重机的起重性能额定值进行对比；

当所述吊重大于所述起重性能额定值时，确定所述起重机超载，并输出 超载提示信息。

可选地，所述控制器具体用于：

根据所述变幅力臂、所述支撑力和所述工作半径，采用第一公式确定所 述起重机的吊重，所述第一公式包括：

M·g*L₁*COSα+(Q+Q_钩)*R+(Q+Q_钩)/n*H₂＝F_变幅*H₁,

其中，其中，M表示所述起重机的臂架自重，g表示比例系数，L₁表示 所述起重机的臂架重心到臂架下支点的长度，α表示所述吊臂角度，Q表示 所述起重机的吊重，Q_钩表示吊钩重力与滑轮绳索重力之和，R表示所述工作 半径，n表示所述起重机的倍率，H₂表示卷扬拉力力臂，F_变幅表示所述变幅 油缸对吊臂的支撑力，H₁表示所述变幅力臂。

可选地，所述控制器具体用于：

根据所述吊臂角度采用第二公式计算变幅支撑力对吊臂的变幅力臂，所 述第二公式包括：

其中，H₁表示所述变幅力臂，AE表示吊臂铰支点A与变幅油缸上铰支点 E之间的直线距离，AC表示吊臂铰支点A与变幅油缸下铰支点C之间的直线 距离，

α表示所述起重机的臂架与水平线的夹角，AD表示吊臂铰支点A与变幅 油缸下铰支点C之间的垂直距离，BE表示变幅油缸上铰支点B到吊臂轴线之 间的垂直距离。

可选地，所述变幅油缸压力包括所述变幅油缸的有杆腔压力和无杆腔压 力，所述控制器具体用于：

根据所述有杆腔压力和所述无杆腔压力采用第三公式计算所述变幅油缸 对吊臂的理论支撑力，所述第三公式包括：

其中，F_变幅0表示所述变幅油缸对吊臂的理论支撑力，pi表示圆周率，p₁表示所述变幅油缸的有杆腔压力，p₂表示所述变幅油缸的无杆腔压力，D表 示所述变幅油缸的有杆腔直径，d所述变幅油缸的无杆腔直径；

根据所述理论支撑力采用第四公式计算所述变幅油缸对吊臂的支撑力， 所述第四公式包括：

其中，F_变幅表示所述变幅油缸对吊臂的支撑力，ΔF表示所述变幅油缸 的自重产生的反方向力，M_bf表示所述变幅油缸的自重产生的重力，

表示所 述变幅油缸与水平面的夹角。

可选地，所述控制器具体用于：

根据所述吊臂长度和所述吊臂角度采用第五公式计算所述工作半径，所 述第五公式包括：

R＝LB*cosα+L_挠度，

其中，R表示所述工作半径，LB表示所述吊臂长度，α表示所述吊臂角 度，L_挠度表示挠度补偿参数。

第二方面，本发明提供了一种起重机电气控制方法，基于如第一方面任 一项所述的起重机电气控制系统，包括：

通过长度角度传感器获取所述起重机的吊臂长度和吊臂角度，并通过压 力传感器获取所述起重机的变幅油缸压力；

根据所述吊臂长度、所述吊臂角度和所述变幅油缸压力，结合吊重运算 规则确定所述起重机的吊重。

可选地，所述在通过长度角度传感器获取所述起重机的吊臂长度和吊臂 角度之前，还包括：

步骤S110，对所述吊重运算规则进行调试，直至所述吊重运算规则的准 确度达到预设标准，获得调试后的吊重运算规则；

步骤S120，对所述长度角度传感器进行标定，直至所述长度角度传感器 的精度达到第一预设范围，获得标定后的长度角度传感器；

步骤S130，对所述起重机进行空钩标定，确定臂架自重消耗力矩，所述 臂架自重消耗力矩用于校正所述吊重运算规则中的臂架自重力矩；

步骤S140，获取所述起重机在不同工况下所述起重机电气控制系统计算 的工作半径，并根据第一预设拟合方案对计算的工作半径和对应工况下的实 际半径的差值进行拟合，确定挠度补偿参数，所述挠度补偿参数用于校正所 述吊重运算规则中的工作半径；

步骤S150，获取所述起重机在不同吊臂长度下的吊重参数，对各个吊臂 长度下的所述吊重参数进行拟合，确定吊重补偿系数，所述吊重补偿系数用 于校正通过所述吊重运算规则计算得到的吊重；

步骤S160，根据所述调试后的吊重运算规则、所述标定后的长度角度传 感器、所述臂架自重消耗力矩、所述挠度补偿参数和所述吊重补偿系数，确 定所述起重机在吊起标定重量的物体时的实际吊重，根据所述实际吊重和所 述标定重量判断所述实际吊重的计算精度是否在第二预设范围内；若否，则 转至步骤S170；

步骤S170，确定卷扬钢丝绳在不同测试吊重下的卷扬拉力力矩，对各个 所述测试吊重下的所述卷扬拉力力矩进行拟合，确定卷扬拉力消耗力矩，所 述卷扬拉力消耗力矩用于校正所述吊重运算规则计算得到的吊重；将所述卷 扬拉力消耗力矩加入吊重计算过程中，并优化所述第一预设拟合方案和所述 第二预设拟合方案，返回步骤S130。

本发明的起重机电气控制系统及方法的有益效果是：起重机电气控制系 统中的控制器通过总线与长度角度传感器和压力传感器电连接，简化了控制 器和传感器之间的电路连接结构，降低了电路连接结构的复杂度和故障率， 能够降低物料成本，提高了整机稳定性和后续进行故障排查、维护时的便利 性。通过安装在起重机基本臂上的长度角度传感器测量起重机的吊臂长度和 吊臂角度，并通过安装在起重机变幅油缸中的压力传感器测量变幅油缸压力， 根据吊臂长度、吊臂角度和变幅油缸压力计算起重机的吊重，相较于在移动 的吊钩上设置称重传感器，变幅油缸的位置固定，基本臂的位置变动幅度较 小，大幅降低了电路连接结构的复杂度，从而降低了线路的设计成本和布设 成本。

附图说明

图1为本发明实施例的一种起重机电气控制系统的结构示意图；

图2为本发明实施例的一种起重机的臂架结构示意图；

图3为本发明另一实施例的一种起重机电气控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图 对本发明的具体实施例做详细的说明。虽然附图中显示了本发明的某些实施 例，然而应当理解的是，本发明可以通过各种形式来实现，而且不应该被解 释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地 理解本发明。应当理解的是，本发明的附图及实施例仅用于示例性作用，并 非用于限制本发明的保护范围。

应当理解，本发明的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺 序执行，和/或并行执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略 执行示出的步骤。本发明的范围在此方面不受限制。

本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。 术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个 实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一 些实施例”表示“至少一些实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中 给出。需要注意，本发明中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行 的功能的顺序或者相互依存关系。

需要注意，本发明中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限 制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该 理解为“一个或多个”。

本发明实施方式中的多个装置之间所交互的消息或者信息的名称仅用于 说明性的目的，而并不是用于对这些消息或信息的范围进行限制。

如图1所示，本发明实施例提供的一种起重机电气控制系统，包括控制 器、长度角度传感器和压力传感器，所述控制器通过总线与所述长度角度传 感器和所述压力传感器电连接；

所述长度角度传感器，安装在起重机的基本臂上，用于测量所述起重机 的吊臂长度和吊臂角度。

具体地，长度角度传感器包括长度测量部分和角度测量部分，长度测量 部分通过测量吊臂伸缩时候电缆的伸缩长度来确定吊臂长度，角度测量部分 通过测量吊臂变幅时基本臂受力后的挠度弯曲度来确定吊臂角度。

所述压力传感器，安装在起重机的变幅油缸中，用于测量所述起重机的 变幅油缸压力。

具体地，压力传感器的数量至少为两个，其中一个设置在变幅油缸的有 杆腔内，用于测量有杆腔压力，另一个设置在变幅油缸的无杆腔内，用于测 量无杆腔压力。

所述控制器，用于根据所述吊臂长度、所述吊臂角度和所述变幅油缸压 力确定所述起重机的吊重。

本实施例中，起重机电气控制系统中的控制器通过总线与长度角度传感 器和压力传感器电连接，简化了控制器和传感器之间的电路连接结构，降低 了电路连接结构的复杂度，能够降低物料成本和故障率，提高了整机稳定性 和后续进行故障排查、维护时的便利性。通过安装在起重机基本臂上的长度 角度传感器测量起重机的吊臂长度和吊臂角度，并通过安装在起重机变幅油 缸中的压力传感器测量变幅油缸压力，根据吊臂长度、吊臂角度和变幅油缸 压力计算起重机的吊重，相较于在移动的吊钩上设置称重传感器，变幅油缸的位置固定，基本臂的位置变动幅度较小，大幅降低了电路连接结构的复杂 度，从而降低了线路的设计成本和布设成本。

可选地，还包括遥控发射器和通过总线与所述控制器电连接的电气设备， 所述电气设备包括回转角度传感器、倾角传感器、阀芯检测传感器、高度限 位开关、过放保护开关、臂水平检测传感器和收钩到位传感器中的至少一种， 所述总线包括CAN总线、I/O总线和A/I总线中的至少一种；

所述控制器上集成有显示装置、遥控接收器模块和定位装置，所述控制 器分别与所述显示装置和所述定位装置电连接，所述控制器还通过所述遥控 接收器模块与所述遥控发射器通信连接。

具体地，回转角度传感器安装在中心回转体上，可采用增量型编码器， 中心回转体转动时会带动回转角度传感器一起转动，通过回转角度传感器检 测出当前起重机的回转位置。倾角传感器安装在起重机的底座上，跟随起重 机运动，用于检测起重机在水平方向和竖直方向上的倾斜角度。高度限位开 关安装在起重机臂头内部，用于对吊钩起升高度进行限制。过放保护开关安 装在卷扬侧，用于避免放绳过多造成钢丝绳全部脱离出卷筒。阀芯检测传感 器安装在液压阀的主阀端，可用于识别安全方向以实现可靠控制。起重机电气控制系统包括遥控发射器，控制器通过遥控接收器模块与遥控发射器通信 连接，可通过遥控发射器输入控制指令对液压阀进行远程遥控，可实现在手 动操作和遥控操作之间进行任意切换。定位装置可包括GPS(Global Positioning System，全球定位系统)定位装置和北斗导航定位装置等，显 示装置可为显示屏等，方便操作人员实时观察数据，优化了人机互动。本发 明中将定位装置和显示装置等集成到控制器中，能够降低成本和对空间的占用，结合互联网技术或物联网技术可实现设备相关数据采集，对起重机的地 理位置、工况和报警数据等进行监控，并能实现远程解锁和轨迹回放等功能， 实现随时随地用户与起重机之间的互联互通。

本可选的实施例中，可将多种功能集成到控制器内，各个电气设备通过 总线连接至控制器，统一连接线束，能够降低物料成本，提高后续故障排查 和设备维护的便利性。外部各传感器采集的数据全部汇入控制器中融合运算 后对液压系统进行控制，能够降低中间故障的发生概率，提高了整机运行的 稳定性。

可选地，所述控制器具体用于：

根据所述吊臂角度计算变幅支撑力对吊臂的变幅力臂，根据所述变幅油 缸压力计算所述变幅油缸对吊臂的支撑力，根据所述吊臂长度和所述吊臂角 度计算工作半径；

根据所述变幅力臂、所述支撑力和所述工作半径确定所述起重机的吊重。

本可选的实施例中，根据吊臂角度计算变幅力臂，根据变幅油缸压力计 算变幅油缸对吊臂的支撑力，根据吊臂长度和吊臂角度计算工作半径，最后 结合变幅力臂、支撑力和工作半径就可确定起重机的吊重。计算过程简单快 捷，能够快速确定起重机的吊重。

可选地，所述控制器具体还用于：

将所述吊重与所述起重机的起重性能额定值进行对比；

当所述吊重大于所述起重性能额定值时，确定所述起重机超载，并输出 超载提示信息。

具体地，将吊重和起重机的起重性能表中起重性能额定值进行对比，当 吊重小于或等于起重性能额定值时，表示吊起重物的重量未超载；当吊重大 于起重性能额定值时，表示吊起重物的重量超载。主控制上还设置有显示屏， 可将超载提示信息输出至显示屏进行显示。电气设备还包括与控制器电连接 的液压阀，当起重机超载时，控制器通过控制液压阀限制起重机超载工作， 避免损坏起重机和发生安全事故。

本可选的实施例中，将吊重与起重性能额定值进行对比，根据对比结果 确定起重机是否超载，能够防止超载造成起重机损坏和发生安全事故，提高 了起重机的作业安全性。

可选地，所述控制器具体用于：

根据所述变幅力臂、所述支撑力和所述工作半径，采用第一公式确定所 述起重机的吊重，所述第一公式包括：

M·g*L₁*COSα+(Q+Q_钩)*R+(Q+Q_钩)/n*H₂＝F_变幅*H₁,

其中，M表示所述起重机的臂架自重，g表示比例系数，为9.8N/kg，L₁表示所述起重机的臂架重心到臂架下支点的长度，α表示所述起重机的臂架 与水平线的夹角，即吊臂角度，Q表示所述起重机的吊重，吊重除以比例系 数就可确定吊起物体的重量，Q_钩表示吊钩重力与滑轮绳索重力之和，R表示 所述工作半径，n表示所述起重机的倍率，H₂表示卷扬拉力力臂，F_变幅表示 所述变幅油缸对吊臂的支撑力，H₁表示所述变幅力臂。

具体地，起重机的臂架包括起重机的吊臂和变幅油缸等。在第一公式的 力矩平衡中，为了提高吊重的计算精度，需要考虑起重机各部分自重等对力 矩的反向消耗。受吊臂长度的限制卷扬钢丝绳不会消耗太多力矩，可以将消 耗的力矩在钩重(在设置钩重时比实际重量大一点)中等效计算，卷扬钢丝 绳和吊钩消耗力矩(即卷扬钢丝绳和吊钩在移动过程中对Q_钩的消耗)计算公 式包括：

Mg_钩＝R*G_钩，

其中，Mg_钩表示吊钩消耗力矩，R表示所述工作半径，G_钩表示吊钩与 卷扬钢丝绳的自重。根据吊钩消耗力矩修正吊钩重力与滑轮绳索重力之和Q_钩， 即吊钩重力与滑轮绳索重力之和减去吊钩消耗力矩。

同时，通过对卷扬钢丝绳的受力分析可知：F_卷＝Q/n，Mg_卷＝F_卷*H₂。

其中，卷扬拉力F_卷等于吊重Q除以倍率n，起重机结构导致卷扬拉力力 臂H₂基本为0，所以卷扬拉力消耗力矩Mg_卷可忽略不计。

臂架自重消耗力矩理论上可以直接由臂架所给定的参数计算得到，但在 实际操作过程中由于加工、安装、材料、传感器和外力等综合因素，可能导 致臂架实际重量和重心的位置与理论计算差异较大，造成吊重计算不准。为 了确定臂架的实际重量，可通过空钩标定等效得到臂架自重消耗力矩，此时 第一公式可简化为：

Mg*L₁*COSα+Q_钩*LB*COSα+Q_钩/n*H₂＝F_变幅*H₁，

即，Mg*L₁＝(F_变幅*H₁-Q_钩*LB*COSα-Q_钩/n*H₂)/COSα，

上述公式左边Mg*L₁为臂架自重消耗力矩，随着角度的变化成余弦关系 变化，其理论上为定值，但实际证明多方面因素会导致臂架重量和中心与理 论值存在一些偏差，而且根据角度、臂长不同，偏差值会有所变化。经分析 可发现变化基本呈线性变化趋势，所以起重机的臂架自重消耗力矩可采用多 点标定，通过确定多个Mg*L₁值，然后通过线性拟合得到任意角度和任意长 度的臂架自重消耗力矩。根据自重消耗力矩校正第一公式中的臂架自重力矩， 以降低误差，提高吊重计算准确度。

同时，由于长度角度传感器的特性必须是一条线性的可拟合的曲线，否 则传感器会被是为损坏，因此，可根据这一特性对长度角度传感器进行特性 拟合达到零点标定的目的。

具体实现过程包括：输入高角度实际值和高长度实际值，采集高角度采 样值和高长度采样值；输入低角度实际值和低长度实际值，采集低角度采样 值和低长度采样值，将上述两组值进行一元或多元线性拟合。

吊重标定的作用是，消除实际环境中不可计算(如拉绳与滑轮的摩擦力) 等因素带来的计算的偏差，通过实验的方法采集多个点的吊重系数值进行拟 合，可得到最接近的补偿系数。根据计算的补偿系数对计算得到的起重机的 吊重进行校正，提高吊重计算的准确度。

具体操作过程包括：在起重机的臂长为5米、7.5米和9.5米时分别确定 一个吊重参数，对三个吊重参数进行线性拟合，以起重机的实际臂长为拟合 输入条件，得到拟合值，将拟合值与第一公式确定的吊重直接相乘，修正计 算得到的吊重。

可选地，所述控制器具体用于：

根据所述吊臂角度采用第二公式计算变幅支撑力对吊臂的变幅力臂，所 述第二公式包括：

根据所述吊臂角度采用第二公式计算变幅支撑力对吊臂的变幅力臂，所 述第二公式包括：

其中，如图2所示，AE表示吊臂铰支点A与变幅油缸上铰支点E之间的 直线距离，AC表示吊臂铰支点A与变幅油缸下铰支点C之间的直线距离，

AD表示吊臂铰支点A与变幅油缸下铰支点C之间的垂直距离，BE表示变 幅油缸上铰支点B到吊臂轴线之间的垂直距离。

具体地，如图2所示，A点为吊臂铰支点，E点为变幅油缸上铰支点，C 点为变幅油缸下铰支点，AB所在直线为吊臂的轴线，B点为E点在吊臂轴线 上的投影点，可知，

可选地，所述变幅油缸压力包括所述变幅油缸的有杆腔压力和无杆腔压 力，所述控制器具体用于：

根据所述有杆腔压力和所述无杆腔压力采用第三公式计算所述变幅油缸 对吊臂的理论支撑力，所述第三公式包括：

其中，F_变幅0表示所述变幅油缸对吊臂的理论支撑力，pi表示圆周率，p₁表示所述变幅油缸的有杆腔压力，p₂表示所述变幅油缸的无杆腔压力，D表 示所述变幅油缸的有杆腔直径，d所述变幅油缸的无杆腔直径；

根据所述理论支撑力采用第四公式计算所述变幅油缸对吊臂的支撑力， 所述第四公式包括：

其中，F_变幅表示所述变幅油缸对吊臂的支撑力，ΔF表示所述变幅油缸 的自重产生的反方向力，M_bf表示所述变幅油缸的自重产生的重力，

表示所 述变幅油缸与水平面的夹角，在上文已确定。

具体地，在计算变幅油缸对吊臂的支撑力时需要考虑变幅油缸自身重力 的影响，变幅油缸包括液压油、变幅油缸套和变幅杠，其重量会产生向下的 拉力。

其中，G_变幅表示变幅油缸的重量，G_杆表示变幅杠的重量，G_套表示变幅 油缸套的重量，G_油表示液压油的重量，ρ表示液压油的密度，CE表示变幅 油缸的实时长度，CE＇表示变幅油缸全缩时的长度，PC表示变幅油缸全伸出 时的长度，L_行程表示变幅油缸的行程距离，D₁表示变幅油缸套的内径，d₁表 示变幅油缸杆的直径。

可选地，所述控制器具体用于：

根据所述吊臂长度和所述吊臂角度采用第五公式计算工作半径，所述第 五公式包括：

R＝LB*cosα+L_挠度，

其中，R表示所述工作半径，LB表示所述吊臂长度，α表示所述吊臂角 度，L_挠度表示挠度补偿参数。

具体地，由于同一种机型的起重机结构完全一样，在同一种姿态下同种 机型起重机的变形基本一致，因此挠度补偿参数可以通过实验测试出多种不 同臂长和吊重下的工作半径，根据测试数据以臂长与吨·米为二维拟合输入 条件固化在系统中。

如图3所示，本发明另一实施例提供的一种起重机电气控制方法，基于 如上任一项所述的起重机电气控制系统，包括：

步骤S210，通过长度角度传感器获取所述起重机的吊臂长度和吊臂角度， 并通过压力传感器获取所述起重机的变幅油缸压力；

步骤S220，根据所述吊臂长度、所述吊臂角度和所述变幅油缸压力确定 所述起重机的吊重。

具体地，通过安装在起重机基本臂上的长度角度传感器测量起重机的吊 臂长度和吊臂角度，并通过安装在起重机变幅油缸中的压力传感器测量变幅 油缸压力，根据吊臂长度、吊臂角度和变幅油缸压力计算起重机的吊重，相 较于在移动的吊钩上设置称重传感器，变幅油缸的位置固定，基本臂的位置 变动幅度较小，大幅降低了电路连接结构的复杂度，从而降低了线路的设计 成本和布设成本。

可选地，所述在通过长度角度传感器获取所述起重机的吊臂长度和吊臂 角度之前，还包括：

步骤S110，对所述吊重运算规则进行调试，直至所述吊重运算规则的准 确度达到预设标准，获得调试后的吊重运算规则。

具体地，对吊重运算规则中的第一至第五公式等计算公式进行调试，例 如将单位统一，角度转化成弧度进行计算等。验证吊重运算规则的准确度是 否达到预设标准时，给定同样的输入值，可通过Excel表格或人工等根据吊 重运算规则计算出一个吊重结果，然后通过起重机电气控制系统根据吊重运 算规则计算出另一个吊重结果，判断两个吊重结果是否相同，若相同，则表 示吊重运算规则满足预设标准。

步骤S120，对所述长度角度传感器进行标定，直至所述长度角度传感器 的精度达到第一预设范围，获得标定后的长度角度传感器。

具体地，臂架全缩后拿激光尺测量臂长，并将结果输入到长度标定界面； 臂架全伸后拿激光尺测量臂长，并将结果输入到长度标定界面；将主臂伸到 任意位置测量5组数据是否与长度角度传感器采集的长度一致；臂架角度爬 到10度左右，用电子角度仪拿测量实际角度，并将结果输入到角度度标定界 面；臂架角度抬到60度左右，用电子角度仪拿测量实际角度，并将结果输入 到角度度标定界面；将主臂爬臂到任意位置测量5组数据是否与长度角度传 感器采集的角度一致。若每次长度角度传感器采集的数据与仪器测量的对应 数据的差值，均在第一预设范围内，则标定结束。

步骤S130，对所述起重机进行空钩标定，确定臂架自重消耗力矩，所述 臂架自重消耗力矩用于校正所述吊重运算规则中的臂架自重力矩。

具体地，对起重机进行臂长5米角度20度空钩标定；臂长5米角度55 度空钩标定；臂长7.5米角度20度空钩标定；臂长7.5米角度55度空钩标定； 臂长9.9米角度20度空钩标定；臂长9.9米角度55度空钩标定。每次标定都 确定臂架自重消耗力矩，确定过程上文中已描述，在此不再赘述，对多个臂 架自重消耗力矩进行线性拟合，得到任意角度和任意长度的臂架自重消耗力 矩。在计算吊重时，根据长度角度传感器检测的吊臂长度和吊臂角度就可以 确定对应的臂架自重消耗力矩，将臂架自重力矩减去臂架自重消耗力矩，以 完成校正，再将校正后的数据代入第一公式。

步骤S140，获取所述起重机在不同工况下所述起重机电气控制系统计算 的工作半径，并根据第一预设拟合方案对计算的工作半径和对应工况下的实 际半径的差值进行拟合，确定挠度补偿参数，所述挠度补偿参数用于校正所 述吊重运算规则中的工作半径。

具体地，在不同工况下，例如臂长4.7米—5吨砝码—实际半径1.08米， 记录显示工作半径；臂长4.7米—3吨砝码—实际半径3.38米，记录显示工作 半径；臂长7.2米—2吨砝码—实际半径2.37米，记录显示工作半径；臂长 7.2米—2吨砝码—实际半径4.98米，记录显示工作半径；臂长9.9米—1吨 砝码—实际半径9米，记录显示工作半径。将上述六种工况下记录显示的工 作半径与实际半径的差值，以臂长和吨·米为输入条件进行拟合。在计算吊 重时，根据长度角度传感器采集的吊臂长度，确定对应的挠度补偿参数，将 挠度补偿参数代入第五公式计算工作半径。

步骤S150，获取所述起重机在不同吊臂长度下的吊重参数，对各个吊臂 长度下的所述吊重参数进行拟合，确定吊重补偿系数，所述吊重补偿系数用 于校正通过所述吊重运算规则计算得到的吊重。

具体地，可在起重机臂长5米时确定一个吊重参数，吊重参数根据计算 的吊重和实际吊重进行确定，臂长7.5米时确定一个吊重参数，臂长9.5米时 确定一个吊重参数，对不同臂长下的吊重参数进行拟合。在计算吊重时，根 据长度角度传感器采集的吊臂长度，确定对应的吊重参数，将吊重参数与第 一公式计算得到的吊重相乘，校正吊重。

步骤S160，根据所述调试后的吊重运算规则、所述标定后的长度角度传 感器、所述臂架自重消耗力矩、所述挠度补偿参数和所述吊重补偿系数，确 定所述起重机在吊起标定重量的物体时的实际吊重，根据所述实际吊重和所 述标定重量判断所述实际吊重的计算精度是否在第二预设范围内；若否，则 转至步骤S170。

具体地，控制起重机吊起标定重量的物体，获取长度角度传感器采集的 吊臂长度和吊臂角度，根据吊臂长度和吊臂角度，采用吊重运算规则计算实 际吊重，其中，采用臂架自重消耗力矩、挠度补偿参数和吊重补偿系数对吊 重运算规则(即上文中的各个公式)中的对应参数进行校正。判断实际吊重 相对于标定重量的差值，是否在第二预设范围内，若是，则表示起重机电气 控制系统调试完毕。若否，则需要继续进行调试。

步骤S170，确定卷扬钢丝绳在不同测试吊重下的卷扬拉力力矩，对各个 所述测试吊重下的所述卷扬拉力力矩进行拟合，确定卷扬拉力消耗力矩，所 述卷扬拉力消耗力矩用于校正所述吊重运算规则计算得到的吊重；将所述卷 扬拉力消耗力矩加入吊重计算过程中，并优化所述第一预设拟合方案和所述 第二预设拟合方案，返回步骤S130。

具体地，由于卷扬拉力消耗力矩很小，一般可忽略不计，但若是计算的 实际吊重的精度不满足要求，则需要考虑卷扬拉力消耗力矩。同时，重新进 行空钩标定，并可优化挠度补偿的第一预设拟合方案为多点二维拟合，吊重 补偿的第二预设拟合方案为多点二维拟合，返回步骤S130，循环调试，直至 吊重的计算精度达到第二预设范围。

可选地，所述根据所述吊臂长度、所述吊臂角度和所述变幅油缸压力确 定所述起重机的吊重包括：

根据所述吊臂角度计算变幅支撑力对吊臂的变幅力臂，根据所述变幅油 缸压力计算所述变幅油缸对吊臂的支撑力，根据所述吊臂长度和所述吊臂角 度计算工作半径；

根据所述变幅力臂、所述支撑力和所述工作半径确定所述起重机的吊重。

虽然本发明公开披露如上，但本发明公开的保护范围并非仅限于此。本 领域技术人员在不脱离本发明公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更 与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种起重机电气控制系统，其特征在于，包括控制器、长度角度传感器和压力传感器，所述控制器通过总线与所述长度角度传感器和所述压力传感器电连接；

所述长度角度传感器，安装在起重机的基本臂上，用于测量所述起重机的吊臂长度和吊臂角度；

所述压力传感器，安装在所述起重机的变幅油缸中，用于测量所述起重机的变幅油缸压力；

所述控制器，用于根据所述吊臂长度、所述吊臂角度和所述变幅油缸压力确定所述起重机的吊重。

2.根据权利要求1所述的起重机电气控制系统，其特征在于，还包括遥控发射器和通过总线与所述控制器电连接的电气设备，所述电气设备包括回转角度传感器、倾角传感器、阀芯检测传感器、高度限位开关、过放保护开关、臂水平检测传感器和收钩到位传感器中的至少一种，所述总线包括CAN总线、I/O总线和A/I总线中的至少一种；

所述控制器上集成有显示装置、遥控接收器模块和定位装置，所述控制器分别与所述显示装置和所述定位装置电连接，所述控制器还通过所述遥控接收器模块与所述遥控发射器通信连接。

3.根据权利要求1所述的起重机电气控制系统，其特征在于，所述控制器具体用于：

根据所述吊臂角度计算变幅支撑力对吊臂的变幅力臂，根据所述变幅油缸压力计算所述变幅油缸对吊臂的支撑力，根据所述吊臂长度和所述吊臂角度计算所述起重机的工作半径；

根据所述变幅力臂、所述支撑力和所述工作半径确定所述起重机的吊重。

4.根据权利要求3所述的起重机电气控制系统，其特征在于，所述控制器具体还用于：

将所述吊重与所述起重机的起重性能额定值进行对比；

当所述吊重大于所述起重性能额定值时，确定所述起重机超载。

5.根据权利要求3所述的起重机电气控制系统，其特征在于，所述控制器具体用于：

根据所述变幅力臂、所述支撑力和所述工作半径，采用第一公式确定所述起重机的吊重，所述第一公式包括：

M·g*L₁*COSα+(Q+Q_钩)*R+(Q+Q_钩)/n*H₂＝F_变幅*H₁,

其中，其中，M表示所述起重机的臂架自重，g表示比例系数，L₁表示所述起重机的臂架重心到臂架下支点的长度，α表示所述吊臂角度，Q表示所述起重机的吊重，Q_钩表示吊钩重力与滑轮绳索重力之和，R表示所述工作半径，n表示所述起重机的倍率，H₂表示卷扬拉力力臂，F_变幅表示所述变幅油缸对吊臂的支撑力，H₁表示所述变幅力臂。

6.根据权利要求3至5任一项所述的起重机电气控制系统，其特征在于，所述控制器具体用于：

根据所述吊臂角度采用第二公式计算变幅支撑力对吊臂的变幅力臂，所述第二公式包括：

其中，H₁表示所述变幅力臂，AE表示吊臂铰支点A与变幅油缸上铰支点E之间的直线距离，AC表示吊臂铰支点A与变幅油缸下铰支点C之间的直线距离，

α表示所述起重机的臂架与水平线的夹角，AD表示吊臂铰支点A与变幅油缸下铰支点C之间的垂直距离，BE表示变幅油缸上铰支点B到吊臂轴线之间的垂直距离。

7.根据权利要求3至5任一项所述的起重机电气控制系统，其特征在于，所述变幅油缸压力包括所述变幅油缸的有杆腔压力和无杆腔压力，所述控制器具体用于：

根据所述有杆腔压力和所述无杆腔压力采用第三公式计算所述变幅油缸对吊臂的理论支撑力，所述第三公式包括：

其中，F_变幅0表示所述变幅油缸对吊臂的理论支撑力，pi表示圆周率，p₁表示所述变幅油缸的有杆腔压力，p₂表示所述变幅油缸的无杆腔压力，D表示所述变幅油缸的有杆腔直径，d所述变幅油缸的无杆腔直径；

根据所述理论支撑力采用第四公式计算所述变幅油缸对吊臂的支撑力，所述第四公式包括：

其中，F_变幅表示所述变幅油缸对吊臂的支撑力，ΔF表示所述变幅油缸的自重产生的反方向力，M_bf表示所述变幅油缸的自重产生的重力，

表示所述变幅油缸与水平面的夹角。

8.根据权利要求3至5任一项所述的起重机电气控制系统，其特征在于，所述控制器具体用于：

根据所述吊臂长度和所述吊臂角度采用第五公式计算所述工作半径，所述第五公式包括：

R＝LB*cosα+L_挠度，

其中，R表示所述工作半径，LB表示所述吊臂长度，α表示所述吊臂角度，L_挠度表示挠度补偿参数。

9.一种起重机电气控制方法，其特征在于，基于如权利要求1至8任一项所述的起重机电气控制系统，包括：

通过长度角度传感器获取起重机的吊臂长度和吊臂角度，并通过压力传感器获取所述起重机的变幅油缸压力；

根据所述吊臂长度、所述吊臂角度和所述变幅油缸压力，结合吊重运算规则确定所述起重机的吊重。

10.根据权利要求9所述的起重机电气控制方法，其特征在于，所述在通过长度角度传感器获取所述起重机的吊臂长度和吊臂角度之前，还包括：

步骤S110，对所述吊重运算规则进行调试，直至所述吊重运算规则的准确度达到预设标准，获得调试后的吊重运算规则；

步骤S120，对所述长度角度传感器进行标定，直至所述长度角度传感器的精度达到第一预设范围，获得标定后的长度角度传感器；

步骤S130，对所述起重机进行空钩标定，确定臂架自重消耗力矩，所述臂架自重消耗力矩用于校正所述吊重运算规则中的臂架自重力矩；

步骤S140，获取所述起重机在不同工况下所述起重机电气控制系统计算的工作半径，并根据第一预设拟合方案对计算的工作半径和对应工况下的实际半径的差值进行拟合，确定挠度补偿参数，所述挠度补偿参数用于校正所述吊重运算规则中的工作半径；

步骤S150，获取所述起重机在不同吊臂长度下的吊重参数，对各个吊臂长度下的所述吊重参数进行拟合，确定吊重补偿系数，所述吊重补偿系数用于校正通过所述吊重运算规则计算得到的吊重；

步骤S160，根据所述调试后的吊重运算规则、所述标定后的长度角度传感器、所述臂架自重消耗力矩、所述挠度补偿参数和所述吊重补偿系数，确定所述起重机在吊起标定重量的物体时的实际吊重，根据所述实际吊重和所述标定重量判断所述实际吊重的计算精度是否在第二预设范围内；若否，则转至步骤S170；

步骤S170，确定卷扬钢丝绳在不同测试吊重下的卷扬拉力力矩，对各个所述测试吊重下的所述卷扬拉力力矩进行拟合，确定卷扬拉力消耗力矩，所述卷扬拉力消耗力矩用于校正所述吊重运算规则计算得到的吊重；将所述卷扬拉力消耗力矩加入吊重计算过程中，并优化所述第一预设拟合方案和所述第二预设拟合方案，返回步骤S130。

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