CN116588841A - 一种起重机防倾翻方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种起重机防倾翻方法及装置，该方法包括获取起重机的车辆空载重心坐标、吊臂的吊装坐标和起重机工作时多个支腿的支腿坐标；根据多个所述支腿坐标获得倾翻边及倾翻安全区域；根据所述车辆空载重心坐标和吊装坐标确定起重机重心移动轨迹；根据所述起重机重心移动轨迹和吊臂方向倾翻边的交点坐标，确定起重机正向倾翻时的最大吊重量；控制起重机以小于起重机正向倾翻时的最大吊重量作业。本申请可实现起重机水平支腿任意长度下获得安全作业的能力。

Description

一种起重机防倾翻方法及装置

技术领域

本发明涉及起重机技术领域，具体涉及一种起重机防倾翻方法及装置。

背景技术

随着经济不断的发展，起重机在起重机在建筑、轨道交通和工厂建设中发挥着巨大作用；但其蕴含的危险因素较多，尤其在城市作业中，由于空间狭小或操作人员水平不足等原因，起重机支腿有可能未完全伸出，导致起重机的倾翻安全区域变小，增加了起重机倾翻的危险，若发生倾翻，将会造成设备损坏或人身伤亡事故，因此防倾翻装置起着非常重要的作用。

移动式起重机作业时通常由四条支腿支撑，四条支腿承受整车重量及所吊载荷，四条支腿的支撑点相邻两点的连线所围成的区域，即为起重机倾翻的安全区域，当起重机的重心位置超出安全区域时，即会发生倾翻危险。当重心超出吊臂方向的倾翻边时，发生正倾翻；当重心超起配重侧的倾翻边时，发生反向倾翻。

现有起重机防止起重机倾翻的传统方案为通过在支腿上安装支腿力传感器，并在显示设备上展示给操作人员，若相邻支腿和小于某一数值时，认为会发生倾翻，提供声光报警。此种形式若操作人员通过支腿受力认为判断，有可能产生错误判断，造成倾翻；若通过相邻支腿和小于某一数值的方式，此值大小难以确定，此值若设置较大则削弱了吊重性能，若设置较小则存在倾翻风险。

目前起重机上防止正倾翻的安全装置为力矩限制器，该装置仅能中存储了起重机的吊重性能曲线表，可以提供不同臂长及幅度下的额定载荷，及通过变幅缸的油压传感器计算当前的实际载荷，额定载荷与实际载荷向比较，从而防止起重机发生正向倾翻，同时由于吊重性能曲线通常只针对固定支腿水平长度的性能表，当支腿长度与给定支腿水平长度不一致时，会产生倾翻风险。

现有技术存在以下问题：目前力矩限制器计算的额定载荷为给定的支腿长度，当实际的支腿长度小于给定的支腿长度时，力矩限制器功能失效，会发生倾翻风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种起重机防倾翻方法及装置，以解决现有技术中不能根据实际支腿长度避免起重机发生正向倾翻的问题。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本申请公开了一种起重机防倾翻方法，包括：

获取起重机的车辆空载重心坐标、吊臂的吊装坐标和起重机工作时多个支腿的支腿坐标；

根据多个所述支腿坐标获得倾翻边及倾翻安全区域；根据所述车辆空载重心坐标和吊装坐标确定起重机重心移动轨迹；

根据所述起重机重心移动轨迹和吊臂方向倾翻边的交点坐标，确定起重机正向倾翻时的最大吊重量；

控制起重机以小于起重机正向倾翻时的最大吊重量作业。

进一步地，还包括：

获取起重机空载重心重量和吊臂的实际吊重量；

根据所述空载重心重量和实际吊重量确定吊重后重心坐标；

判断吊重后重心坐标和倾翻安全区域之间的关系，若吊重后重心坐标超过吊臂反方向的倾翻安全区域，则限制起重机动作，其中，起重机动作包括起重机变幅起、吊钩落动作。

进一步地，还包括：

采用回转角度步进的方式计算0-360°起重机吊重后重心坐标；

根据吊重后重心坐标获得各回转角度起重机的风险标志；其中，风险标志包括无倾翻风险标志、正向倾翻标志和反向倾翻标志；

获取与当前回转角度相邻的回转角度的风险标志；若与当前回转角度相邻的回转角度的风险标志为无倾翻风险标志，则控制起重机继续作业，若与当前回转角度相邻的回转角度的风险标志为正向倾翻标志或反向倾翻标志，则限制起重机动作。

进一步地，根据吊重后重心坐标获得各回转角度起重机的风险标志包括：

判断各回转角度吊重后重心坐标是否超出倾翻安全区域及超出倾翻安全区域的方向；

若吊重后重心坐标未超出倾翻安全区域，确定起重机无倾翻风险标志；

若吊重后重心坐标超出倾翻安全区域，且吊重后重心坐标在吊臂方向侧，则确定起重机正向倾翻标志；若吊重后重心坐标超出倾翻安全区域，且吊重后重心坐标在吊臂反方向侧，则确定起重机反向倾翻标志。

进一步地，将支腿坐标、倾翻安全区域、起重机正向倾翻时的最大吊重量及吊重后重心坐标进行显示。

进一步地，根据所述起重机重心移动轨迹和吊臂方向倾翻边的交点坐标，确定起重机正向倾翻时的最大吊重量包括：

获取车辆空载重心坐标到所述交点坐标之间的距离L1；

获取吊装坐标到所述交点坐标之间的距离L2；

根据计算公式M2=M1*L1/L2获取起重机正向倾翻时的最大吊重量；其中，M2为起重机正向倾翻时的最大吊重量，M1为车辆空载重量。

第二方面，本申请公开了一种起重机防倾翻装置，包括：

姿态检测模块，用于获取起重机的车辆空载重心坐标、吊臂的吊装坐标和起重机工作时多个支腿的支腿坐标；

倾翻安全计算控制模块，用于根据多个所述支腿坐标获得倾翻边及倾翻安全区域；根据所述车辆空载重心坐标和吊装坐标确定起重机重心移动轨迹；用于

根据所述起重机重心移动轨迹和吊臂方向倾翻边的交点坐标，确定起重机正向倾翻时的最大吊重量；还用于

控制起重机以小于起重机正向倾翻时的最大吊重量作业。

进一步地，所述姿态检测模块还用于，获取起重机空载重心重量和吊臂的实际吊重量；

所述倾翻安全计算控制模块用于根据所述空载重心重量和实际吊重量确定吊重后重心坐标；以及用于

判断吊重后重心坐标和倾翻安全区域之间的关系，若吊重后重心坐标超过吊臂反方向的倾翻安全区域，则限制起重机动作，其中，起重机动作包括起重机变幅起、吊钩落动作。

进一步地，所述倾翻安全计算控制模块用于

采用回转角度步进的方式计算0-360°起重机吊重后重心坐标；用于

根据吊重后重心坐标获得各回转角度起重机的风险标志；其中，风险标志包括无倾翻风险标志、正向倾翻标志和反向倾翻标志；用于

获取与当前回转角度相邻的回转角度的风险标志；若与当前回转角度相邻的回转角度的风险标志为无倾翻风险标志，则控制起重机继续作业，若与当前回转角度相邻的回转角度的风险标志为正向倾翻标志或反向倾翻标志，则限制起重机动作。

进一步地，还包括和倾翻安全计算控制模块信号连接的显示装置；

所述倾翻安全计算控制模块用于将支腿坐标、倾翻安全区域、起重机正向倾翻时的最大吊重量及吊重后重心坐标发送至显示装置进行显示。

根据上述技术方案，本发明的有益效果为：本申请的最大吊重量是根据起重机工作时支腿坐标连线形成的倾翻边与起重机重心移动轨迹的交点坐标计算得到的，不论起重机支腿长度如何变化，都能够准确的获取到起重机的最大吊重量，根据最大吊重量控制起重机作业，可实现起重机水平支腿任意长度下获得安全作业的能力，在支腿水平伸出长度不一致等场景也可安全作业，提高了起重机作业工况覆盖度。

附图说明

图1为本发明倾翻安全区域示意图；

图2为本发明倾翻安全装置示意图；

图3为本发明支腿形式示意图；

图4为本发明正倾翻示意图；

图5为本发明反向倾翻示意图。

实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

经研究发现，目前力矩限制器力矩限制器的方案，当支腿长度与给定支腿水平长度不一致时，会产生正向倾翻风险。除了正向倾翻，对于反向倾翻，力矩限制器并未考虑。因此后向倾翻仅依靠操作人员的经验，安全隐患较大。

因此，本发明提供了一种起重机防倾翻方法及装置，该方法及装置能够在起重机作业过程中支持任意的支腿长度组合，并计算额定载荷，提高起重机的实用性。进一步地，本方法及装置也可防止车辆产生反向倾翻，从而提供车辆使用的安全性。

下面先对本申请所使用的部分缩略语和关键术语定义

起重机：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，又称吊车。

配重：为平衡起重机的平衡力矩而在起重机吊臂后方设置的质量块，通常为多块质量块，可根据实际情况灵活配置。

支腿：流动式起重机作业时支撑起重机垂直方向的支撑柱，通常为可水平方向伸缩，提高起重机支撑的跨距。

正倾翻：对于可移动式起重机而言，正倾翻是指起重机发生倾翻危险时，倾翻方向为吊臂侧。

反向倾翻：对于可移动式起重机而言，反向倾翻是指起重机发生倾翻危险时，倾翻方向为配重侧。

本发明的目的是为了解决起重机倾翻的安全问题。通过本方法及装置，可实现起重机倾翻的实时计算，并给出当前状态下的倾翻安全边界。

实施例

具体的，如图1所示，本发明的一种起重机防倾翻方法，包括获取起重机的车辆空载重心坐标、吊臂的吊装坐标和起重机工作时多个支腿的支腿坐标；根据多个所述支腿坐标获得倾翻边及倾翻安全区域；根据所述车辆空载重心坐标和吊装坐标确定起重机重心移动轨迹；根据所述起重机重心移动轨迹和吊臂方向倾翻边的交点坐标，确定起重机正向倾翻时的最大吊重量；控制起重机以小于起重机正向倾翻时的最大吊重量作业。

本申请的最大吊重量是根据起重机工作时支腿坐标连线形成的倾翻边与起重机重心移动轨迹的交点坐标计算得到的，不论起重机支腿长度如何变化，都能够准确的获取到起重机的最大吊重量，根据最大吊重量控制起重机作业，可实现起重机水平支腿任意长度下获得安全作业的能力，在支腿水平伸出长度不一致等场景也可安全作业，提高了起重机作业工况覆盖度。

在本申请中，获取起重机工作时多个支腿的支腿坐标可采用传感器的形式进行获取，进一步地，支腿坐标数量由支腿个数决定，支腿水平伸出长度或角度为任意值，因此单个支腿坐标可由支腿传感器获得，并根据支腿布置形式及结构位置计算其在坐标系中的坐标。因支腿根部位置在起重机上的位置是固定的，根据支腿伸出长度和支腿的转动角度可计算出支腿坐标。

进一步地，支腿坐标可由支腿传感器测量获得，其传感器不做限动，可由长度传感器或角度传感器等测量并做相应转换，亦可是不用测量的固定值。

同样的，吊臂的吊装坐标可采用和支腿坐标同样的获取方式进行获取。

车辆空载重心坐标根据起重机回转角度及起重机各部件重量重心参数计算得出，此处为现有技术，本申请不在进行具体说明。

在本申请中，根据多个支腿坐标获得倾翻边及倾翻安全区域；倾翻边即是两个邻支点坐标的连线，倾翻边围成区域为倾翻安全区域。

在本申请中，车辆空载重心坐标和吊装坐标之间的连线即为起重机重心移动轨迹，根据起重机重心移动轨迹和吊臂方向倾翻边的交点坐标，确定起重机正向倾翻时的最大吊重量。

计算出起重机重心移动轨迹和吊臂方向倾翻边的交点坐标后根据力矩平衡计算出起重机正向倾翻时的最大吊重量，具体为：获取车辆空载重心坐标到所述交点坐标之间的距离L1；获取吊装坐标到所述交点坐标之间的距离L2；L1和L2可通过测量获取。根据计算公式M2=M1*L1/L2获取起重机正向倾翻时的最大吊重量；其中，M2为起重机正向倾翻时的最大吊重量，M1为车辆空载重量。

在本申请中，控制起重机以小于起重机正向倾翻时的最大吊重量作业。获取到起重机正向倾翻时的最大吊重量后向起重机的作业系统发送控制指令，该指令可对起重机的作业进行限制，若起重机的吊重量大于正向倾翻时的最大吊重量，则限制起重机作业，若起重机的吊重量小于向倾翻时的最大吊重量，则起重机可正常作业。当起重机作业被限制后，可通过人工解除的方式对限制进行解除（可通过在起重机上设置解除按键解除作业限制），解除后起重机可进行正常作业。

通过上述设置可实现起重机水平支腿任意长度下获得正向倾翻安全作业的能力，本申请也可防止反向倾翻，具体设计如下。

在一些进一步地实施例中，还包括：获取起重机空载重心重量和吊臂的实际吊重量；根据所述空载重心重量和实际吊重量确定吊重后重心坐标；判断吊重后重心坐标和倾翻安全区域之间的关系，若吊重后重心坐标超过吊臂反方向的倾翻安全区域，则限制起重机动作，其中，起重机动作包括起重机变幅起、吊钩落动作。

通过此设计，充分的考虑了起重机反向倾翻的问题，可防止起重机工作时的方向倾翻问题。

进一步地，起重机空载重心和根据现有技术进行获得，吊臂的实际吊重量可根据传感器检测获取，根据空载重心重量和实际吊重量确定吊重后重心坐标。

在本申请中，还包括采用回转角度步进的方式计算0-360度起重机吊重后重心坐标，根据重心是否超出倾翻安全区域及超起倾翻安全区域的方向，确定起重机无倾翻风险、正向倾翻、反向倾翻标志，并存储与存储单元中，存储单元存储重机回转角度与是否倾翻标志对应值，根据当前回转角度查询存储单元中相邻回转角度的倾翻标志存储值，根据存储的倾翻标志存储值，确定左、右回转是否安全，并限制起重机作业状态。

具体的，采用回转角度步进的方式计算0-360°起重机吊重后重心坐标；

根据吊重后重心坐标获得各回转角度起重机的风险标志；其中，风险标志包括无倾翻风险标志、正向倾翻标志和反向倾翻标志；获取与当前回转角度相邻的回转角度的风险标志；若与当前回转角度相邻的回转角度的风险标志为无倾翻风险标志，则控制起重机继续作业，若与当前回转角度相邻的回转角度的风险标志为正向倾翻标志或反向倾翻标志，则限制起重机动作。

通过此设计，可在起重机工作时，快速判断出起重机下一工作时刻有无倾翻风险，保证了起重机起吊时的工作安全。

判断各回转角度吊重后重心坐标是否超出倾翻安全区域及超出倾翻安全区域的方向；若吊重后重心坐标未超出倾翻安全区域，确定起重机无倾翻风险标志；若吊重后重心坐标超出倾翻安全区域，且吊重后重心坐标在吊臂方向侧，则确定起重机正向倾翻标志；若吊重后重心坐标超出倾翻安全区域，且吊重后重心坐标在吊臂反方向侧，则确定起重机反向倾翻标志。

在本申请进一步地实施例中，还包括将倾翻安全区域及吊重后的重心坐标显示于图形显示界面，包含起重机支腿坐标、支腿坐标连线围成的倾翻安全区域、起重机正向倾翻时的最大吊重量、吊重后的重心坐标，便于操作人员实时观察起重机重心变化情况。

实施例

基于实施例1提供的安全倾翻方法，本实施例还提供了一种倾翻装置，如图1至图5所示，该装置包括姿态检测模块和与其信号连接的倾翻安全计算控制模块，倾翻安全计算控制模块可以是中心处理器；姿态检测模块用于获取起重机的车辆空载重心坐标、吊臂的吊装坐标和起重机工作时多个支腿的支腿坐标；倾翻安全计算控制模块，用于根据多个所述支腿坐标获得倾翻边及倾翻安全区域；根据所述车辆空载重心坐标和吊装坐标确定起重机重心移动轨迹；用于根据所述起重机重心移动轨迹和吊臂方向倾翻边的交点坐标，确定起重机正向倾翻时的最大吊重量；还用于控制起重机以小于起重机正向倾翻时的最大吊重量作业。

姿态检测模块还用于，获取起重机空载重心重量和吊臂的实际吊重量；倾翻安全计算控制模块用于根据所述空载重心重量和实际吊重量确定吊重后重心坐标；以及用于判断吊重后重心坐标和倾翻安全区域之间的关系，若吊重后重心坐标超过吊臂反方向的倾翻安全区域，则限制起重机动作，其中，起重机动作包括起重机变幅起、吊钩落动作。

倾翻安全计算控制模块用于采用回转角度步进的方式计算0-360°起重机吊重后重心坐标；用于根据吊重后重心坐标获得各回转角度起重机的风险标志；其中，风险标志包括无倾翻风险标志、正向倾翻标志和反向倾翻标志；用于获取与当前回转角度相邻的回转角度的风险标志；若与当前回转角度相邻的回转角度的风险标志为无倾翻风险标志，则控制起重机继续作业，若与当前回转角度相邻的回转角度的风险标志为正向倾翻标志或反向倾翻标志，则限制起重机动作。

如图2所示，姿态检测模块包括起重臂长度传感器、起重臂角度传感器、回转角度传感器和支腿跨距传感器，通过起重臂长度传感器和起重臂角度传感器可获取吊臂的吊装坐标，回转角度传感器可计算回转角度。支腿跨距传感器或其它类型的支腿传感器，用于检测支腿坐标。

倾翻安全计算控制模块可以是中心处理器，其包括信号处理模块、倾翻计算模块、数据存储模块和通讯模块，通讯模块用于和传感器进行通讯，接收到信号后信号处理模块进行处理，倾翻计算模块进行结果的计算，结算后通过数据存储模块进行存储。

倾翻安全计算控制模块可连接起重机起重臂的作业模块，对起重机的作业进行安全限动。倾翻安全计算控制模块还和报警器相连接，进行声光报警，倾翻安全计算控制模块还和显示装置相连接，将支腿坐标、倾翻安全区域、起重机正向倾翻时的最大吊重量及吊重后重心坐标发送至显示装置进行显示。

本发明起重机的支腿可以是四个，也可以是五个，甚至以后随着技术革新，出现更多支腿的起重机，本发明并非仅适用于四个支腿的起重机，更多支腿的起重机也适用本发明，只需增加支腿水平长度检测装置即可，并在坐标系中增加相应的支腿坐标及倾翻边。

本发明的支腿布置不做限定，只要实现对起重机作业的支撑即可，其支腿坐标可由传感器测量获得，其传感器不做限动，可由长度传感器或角度传感器等测量并做相应转换，亦可是不用测量的固定值。

综上，本专利可实现起重机水平支腿任意长度下获得安全作业的能力，同时亦可在不同的回转角度下获得不同的安全作业的性能。

通过实施本专利，起重机可获得更多的作业场景，例如狭小空间下，支腿水平伸出长度不一致等场景，提高起重机作业工况覆盖度。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (10)

1.一种起重机防倾翻方法，其特征在于，包括：

获取起重机的车辆空载重心坐标、吊臂的吊装坐标和起重机工作时多个支腿的支腿坐标；

根据多个所述支腿坐标获得倾翻边及倾翻安全区域；根据所述车辆空载重心坐标和吊装坐标确定起重机重心移动轨迹；

根据所述起重机重心移动轨迹和吊臂方向倾翻边的交点坐标，确定起重机正向倾翻时的最大吊重量；

控制起重机以小于起重机正向倾翻时的最大吊重量作业。

2.根据权利要求1所述的起重机防倾翻方法，其特征在于，还包括：

获取起重机空载重心重量和吊臂的实际吊重量；

根据所述空载重心重量和实际吊重量确定吊重后重心坐标；

判断吊重后重心坐标和倾翻安全区域之间的关系，若吊重后重心坐标超过吊臂反方向的倾翻安全区域，则限制起重机动作，其中，起重机动作包括起重机变幅起、吊钩落动作。

3.根据权利要求2所述的起重机防倾翻方法，其特征在于，还包括：

采用回转角度步进的方式计算0-360°起重机吊重后重心坐标；

根据吊重后重心坐标获得各回转角度起重机的风险标志；其中，风险标志包括无倾翻风险标志、正向倾翻标志和反向倾翻标志；

获取与当前回转角度相邻的回转角度的风险标志；若与当前回转角度相邻的回转角度的风险标志为无倾翻风险标志，则控制起重机继续作业，若与当前回转角度相邻的回转角度的风险标志为正向倾翻标志或反向倾翻标志，则限制起重机动作。

4.根据权利要求3所述的起重机防倾翻方法，其特征在于，根据吊重后重心坐标获得各回转角度起重机的风险标志包括：

判断各回转角度吊重后重心坐标是否超出倾翻安全区域及超出倾翻安全区域的方向；

若吊重后重心坐标未超出倾翻安全区域，确定起重机无倾翻风险标志；

若吊重后重心坐标超出倾翻安全区域，且吊重后重心坐标在吊臂方向侧，则确定起重机正向倾翻标志；若吊重后重心坐标超出倾翻安全区域，且吊重后重心坐标在吊臂反方向侧，则确定起重机反向倾翻标志。

5.根据权利要求2所述的起重机防倾翻方法，其特征在于，将支腿坐标、倾翻安全区域、起重机正向倾翻时的最大吊重量及吊重后重心坐标进行显示。

6.根据权利要求2所述的起重机防倾翻方法，其特征在于，根据所述起重机重心移动轨迹和吊臂方向倾翻边的交点坐标，确定起重机正向倾翻时的最大吊重量包括：

获取车辆空载重心坐标到所述交点坐标之间的距离L1；

获取吊装坐标到所述交点坐标之间的距离L2；

根据计算公式M2=M1*L1/L2获取起重机正向倾翻时的最大吊重量；其中，M2为起重机正向倾翻时的最大吊重量，M1为车辆空载重量。

7.一种起重机防倾翻装置，其特征在于，包括：

姿态检测模块，用于获取起重机的车辆空载重心坐标、吊臂的吊装坐标和起重机工作时多个支腿的支腿坐标；

倾翻安全计算控制模块，用于根据多个所述支腿坐标获得倾翻边及倾翻安全区域；根据所述车辆空载重心坐标和吊装坐标确定起重机重心移动轨迹；用于

根据所述起重机重心移动轨迹和吊臂方向倾翻边的交点坐标，确定起重机正向倾翻时的最大吊重量；还用于

控制起重机以小于起重机正向倾翻时的最大吊重量作业。

8.根据权利要求7所述的起重机防倾翻装置，其特征在于，所述姿态检测模块还用于，获取起重机空载重心重量和吊臂的实际吊重量；

所述倾翻安全计算控制模块用于根据所述空载重心重量和实际吊重量确定吊重后重心坐标；以及用于

判断吊重后重心坐标和倾翻安全区域之间的关系，若吊重后重心坐标超过吊臂反方向的倾翻安全区域，则限制起重机动作，其中，起重机动作包括起重机变幅起、吊钩落动作。

9. 根据权利要求8所述的起重机防倾翻装置，其特征在于，所述倾翻安全计算控制模块用于

采用回转角度步进的方式计算0-360°起重机吊重后重心坐标；用于

根据吊重后重心坐标获得各回转角度起重机的风险标志；其中，风险标志包括无倾翻风险标志、正向倾翻标志和反向倾翻标志；用于

获取与当前回转角度相邻的回转角度的风险标志；若与当前回转角度相邻的回转角度的风险标志为无倾翻风险标志，则控制起重机继续作业，若与当前回转角度相邻的回转角度的风险标志为正向倾翻标志或反向倾翻标志，则限制起重机动作。

10.根据权利要求8所述的起重机防倾翻装置，其特征在于，还包括和倾翻安全计算控制模块信号连接的显示装置；

所述倾翻安全计算控制模块用于将支腿坐标、倾翻安全区域、起重机正向倾翻时的最大吊重量及吊重后重心坐标发送至显示装置进行显示。