CN117550485A - 用于确定吊钩高度的方法、装置、工程机械及处理器 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种用于确定吊钩高度的方法、装置、工程机械及处理器。方法应用于包括吊钩的工程机械,工程机械包括卷筒、滑轮与吊臂,吊臂包括臂头和臂尾,方法包括:获取工程机械在启动状态下且吊臂处于伸展状态下时滑轮的滑轮参数、臂头与地面之间的垂直高度以及吊钩的实际载荷,滑轮参数包括滑轮倍率;根据实际载荷和滑轮倍率分别确定钢丝绳经卷筒卷扬出绳后与吊臂的首次接触位置,以及卷筒与吊钩之间的钢丝绳的卷扬出绳长度;确定首次接触位置与臂头之间的第一吊臂长度以及首次接触位置与钢丝绳在卷筒的出绳位置之间的第一直线距离;根据滑轮参数、臂头与地面之间的垂直高度、卷扬出绳长度、第一吊臂长度以及第一直线距离确定吊钩的高度。
Description
技术领域
本申请涉及起重机作业状态检测技术领域,具体涉及一种用于确定吊钩高度的方法、装置、工程机械、存储介质及处理器。
背景技术
传统起重机的吊钩高度计算是通过卷扬编码器获取卷筒上的钢丝绳的缠绕圈数与钢丝绳的总绳长,计算得到卷筒与吊钩之间的出绳长度之后,通过减去吊臂上的绳长、结合吊钩的倍率确定出吊钩的下放高度,再通过利用臂头距离地面的高度减下吊钩的下放高度得到吊钩距离地面的高度。这种计算方法,会存在出绳长度计算、吊臂上绳长的计算、臂头高度计算等过程的误差,导致计算得到的吊钩距离地面的高度与实际高度存在极大误差,尤其是在吊臂处于大幅度倾斜、吊钩处于大载荷状态下时,吊臂弯曲形变量大,导致计算误差显著上升。
现有的改进方法主要包括两种:第一种是通过在臂头或吊钩上安装定位装置,减少换算误差,第二种是通过臂头的摄像头利用图像处理的方式获得吊钩高度。对于第一种将定位装置在吊钩上需要考虑定位装置的供电问题,同时无法解决钢丝绳绳长计算带来的误差,而通过图像识别的方式进行识别,对算法、算力要求高,且稳定性差,难以实现工程化的应用。因此,亟需一种能够有效减少计算误差,实现高精度的吊钩高度的确定方法。
发明内容
本申请实施例的目的是提供一种用于确定吊钩高度的方法,用以解决现有技术中吊钩高度计算误差大、低精度的问题。
为了实现上述目的,本申请第一方面提供一种用于确定吊钩高度的方法,方法应用于包括吊钩的工程机械,工程机械包括卷筒、滑轮与吊臂,吊臂包括臂头和臂尾,其中,臂头与地面之间的高度大于臂尾与地面之间的高度,方法包括:
获取工程机械在启动状态下且吊臂处于伸展状态下时滑轮的滑轮参数、臂头与地面之间的垂直高度以及吊钩的实际载荷,滑轮参数包括滑轮的滑轮倍率;
根据实际载荷和滑轮倍率分别确定钢丝绳经卷筒卷扬出绳后与吊臂的首次接触位置,以及卷筒与吊钩之间的钢丝绳的卷扬出绳长度;
确定首次接触位置与臂头之间的第一吊臂长度,以及首次接触位置与钢丝绳在卷筒的出绳位置之间的第一直线距离;
根据滑轮参数、臂头与地面之间的垂直高度、卷扬出绳长度、第一吊臂长度以及第一直线距离确定吊钩的高度。
在本申请的实施例中,滑轮包括相同型号的第一滑轮与第二滑轮,第一滑轮和第二滑轮安装于吊臂的臂头,滑轮参数还包括滑轮直径,以及第一滑轮的轴心与第二滑轮的轴心之间的轴心距离,根据公式(1)确定吊钩的高度:
其中,h为吊钩的高度,H为臂头与地面之间的垂直高度,S为卷扬出绳长度,LBC为第一吊臂长度,LAB为第一直线距离,d为轴心距离,D为滑轮直径,π为圆周率。
在本申请的实施例中,根据实际载荷和滑轮倍率确定卷筒与吊钩之间的钢丝绳的卷扬出绳长度包括:确定钢丝绳的总绳长;确定卷筒上缠绕的钢丝绳的第一缠绕层数和第一缠绕圈数,其中,每一层包括多圈缠绕的钢丝绳;获取钢丝绳的弹性系数、卷筒上缠绕的首层钢丝绳的第一缠绕直径以及在卷筒上每增加一层钢丝绳的缠绕直径增量;根据第一缠绕直径和缠绕直径增量确定卷筒上的钢丝绳在缠绕第一缠绕层数后对应的第二缠绕直径;根据总绳长、第一缠绕层数、第一缠绕圈数、第二缠绕直径、弹性系数、实际载荷以及滑轮倍率确定卷扬出绳长度。
在本申请的实施例中,根据公式(2)确定卷扬出绳长度:
其中,S为卷扬出绳长度,S0为总绳长,p为第一缠绕层数,di为第二缠绕直径,mi为第一缠绕圈数,K为弹性系数,T为实际载荷,n为滑轮倍率,π为圆周率。
在本申请的实施例中,确定钢丝绳的总绳长包括:确定工程机械处于未启动状态且吊臂处于完全收缩状态下时卷筒上缠绕的第二缠绕层数和第二缠绕圈数;根据第一缠绕直径和缠绕直径增量确定卷筒上的钢丝绳在缠绕第二缠绕层数后对应的第三缠绕直径;根据第二缠绕圈数、第二缠绕层数、第三缠绕直径确定钢丝绳的总绳长。
在本申请的实施例中,工程机械还包括转台,臂尾和卷筒通过转台固定于水平地面,确定首次接触位置与吊臂的臂头之间的第一吊臂长度包括:获取臂尾在水平方向上的第一角度、臂头在水平方向上的第二角度;获取臂尾与臂头之间的第二吊臂长度,以及臂尾与卷筒的卷筒中心之间的第二直线距离;根据第一角度、第二角度、第二吊臂长度、第二直线距离、实际载荷以及滑轮倍率确定第一吊臂长度。
在本申请的实施例中,根据公式(3)确定第一吊臂长度:
其中,LBC为第一吊臂长度,L为第二吊臂长度,α为第一角度,β为第二角度,T为实际载荷,n为滑轮倍率,l为第二直线距离,k0~k15为预设参数。
在本申请的实施例中,根据公式(4)确定第一直线距离:
其中,LAB为第一直线距离,LBC为第一吊臂长度,l为第二直线距离,L为第二吊臂长度,α为第一角度,dp为第二缠绕直径。
在本申请的实施例中,工程机械还包括吊钩高度检测设备,方法还包括:在确定吊钩的高度之后,获取通过吊钩高度检测设备检测到的吊钩的实际高度;根据高度与实际高度之间的高度偏差修正钢丝绳的弹性系数、在卷筒上每增加一层钢丝绳的缠绕直径增量以及预设参数。
本申请第二方面提供一种处理器,被配置成执行上述用于确定吊钩高度的方法。
本申请第三方面提供一种用于确定吊钩高度的装置,包括上述被配置成执行用于确定吊钩高度的方法的处理器。
本申请第四方面提供一种工程机械,其特征在于,包括:
吊臂,包括臂头和臂尾,臂头安装有滑轮,其中,臂头与地面之间的高度大于臂尾与地面之间的高度;
卷筒,卷筒上缠绕有钢丝绳,卷筒通过钢丝绳与吊钩连接;
吊钩;以及
用于确定吊钩高度的装置。
本申请第五方面提供一种机器可读存储介质,该机器可读存储介质上存储有指令,该指令在被处理器执行时使得所述处理器被配置成执行上述的用于确定吊钩高度的方法。
上述技术方案,通过获取工程机械在启动状态下且吊臂处于伸展状态下时滑轮的滑轮参数、臂头与地面之间的垂直高度以及吊钩的实际载荷,滑轮参数包括滑轮倍率。根据实际载荷和滑轮倍率分别确定钢丝绳经卷筒卷扬出绳后与吊臂的首次接触位置,以及卷筒与吊钩之间的钢丝绳的卷扬出绳长度。确定首次接触位置与臂头之间的第一吊臂长度,以及首次接触位置与钢丝绳在卷筒的出绳位置之间的第一直线距离,从而根据滑轮参数、臂头与地面之间的垂直高度、卷扬出绳长度、第一吊臂长度以及第一直线距离确定吊钩的高度。通过确定出绳位置与首次接触位置之间的直线距离替换绳位置与首次接触位置之间的钢丝绳长度,以及通过确定首次接触位置与臂头之间的吊臂长度替换首次接触位置与臂头之间的钢丝绳长度,这种通过规避计算臂架上绳长带来的误差的方法,有效减少了吊钩高度的计算误差,可以高精度地确定出吊钩的高度。
本申请实施例的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本申请实施例的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本申请实施例,但并不构成对本申请实施例的限制。在附图中:
图1示意性示出了根据本申请实施例的用于确定吊钩高度的方法的应用环境示意图;
图2示意性示出了根据本申请实施例的用于确定吊钩高度的方法的流程示意图;
图3示意性示出了根据本申请实施例的用于吊钩高度的计算模型;
图4示意性示出了根据本申请实施例的计算机设备的内部结构图。
附图标记说明
110 吊臂 111 臂头
112 臂尾 120 滑轮
130 卷筒 140 转台
150 钢丝绳 160 吊钩
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述,应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本申请实施例,并不用于限制本申请实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
需要说明,若本申请实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……),则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等,如果该特定姿态发生改变时,则该方向性指示也相应地随之改变。
另外,若本申请实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述,则该“第一”“第二”等的描述仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外,各个实施例之间的技术方案可以相互结合,但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础,当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在,也不在本申请要求的保护范围之内。
本申请提供的用于确定吊钩高度的方法,可以应用于如图1所示的应用环境中。如图1所示,提供了一种包括吊钩的工程机械,工程机械包括吊臂110、滑轮120、卷筒130、转台140、钢丝绳150以及吊钩160。其中,工程机械可以是指起重机。吊臂110包括臂头111和臂尾112(或为位置C、位置D),臂头111安装有滑轮120。钢丝绳150缠绕在卷筒130上,并经出绳位置A后首次与吊臂110接触于位置B,并经过位置C处的滑轮120后与吊钩160连接。
图2示意性示出了根据本申请实施例的一种用于确定吊钩高度的方法的流程示意图。如图2所示,本申请实施例提供一种用于确定吊钩高度的方法,该方法可以包括下列步骤。
步骤201、获取工程机械在启动状态下且吊臂处于伸展状态下时滑轮的滑轮参数、臂头与地面之间的垂直高度以及吊钩的实际载荷,滑轮参数包括滑轮的滑轮倍率。
在本申请实施例中,工程机械在未启动状态下时,吊臂不伸展且处于完全收缩的状态,此时,吊臂与地面平行在水平方向上的角度为0,钢丝绳全部缠绕在卷筒上,吊钩置于地面上与地面的高度为0。在本技术方案中确定的是吊钩与水平地面的高度不为0时的高度,因此,此时,工程机械应当处于启动状态且吊臂处于完全伸展状态,同时,吊臂与地面形成夹角,以通过钢丝绳将吊钩悬挂远离地面。处理器获取该状态下时的滑轮的滑轮参数、臂头与地面之间的垂直高度以及吊钩的实际载荷,滑轮参数包括滑轮的滑轮倍率。其中,滑轮倍率是指滑轮可以承受重力的钢丝绳的绳子股数,例如,以一个动滑轮为例,其能承受两根钢丝绳,则该动滑轮的倍率为2。在本技术方案中,存在一个力矩限制器安装于工程机械的驾驶室,用户可以根据实际作业需求更换不同型号的滑轮,同时将滑轮的倍率输入至力矩限制器,以发送给处理器。其中,力矩限制器简称为力限器,是一种起重机安全保护装置,可以提供计算起重机的当前工作状态、限制超载动作等安全保护功能,力矩限制器在本技术方案中可以作为一个人机交互装置。且力矩限制器配备有与之联动的第一传感器,第一传感器安装于吊臂的臂头,可以实时获取臂头在水平方向上的夹角。力矩限制器在确定臂头在水平方向上的夹角之后,则会自动建立角度拟合直线分析计算出此时臂头与地面之间的垂直高度,并将计算得到的垂直高度发送给处理器。载荷亦称之为荷载、荷重,是指作用在建构件上的各种重量和外力,在本技术方案中,吊钩的实际载荷可以是指吊钩自身的重量与吊钩上承载的物体的重量之和。
步骤202、根据实际载荷和滑轮倍率分别确定钢丝绳经卷筒卷扬出绳后与吊臂的首次接触位置,以及卷筒与吊钩之间的钢丝绳的卷扬出绳长度。
在本申请实施例中,处理器在获取到吊钩的实际载荷、滑轮的滑轮倍率之后,处理器可以根据实际载荷和滑轮倍率确定钢丝绳经卷筒卷扬出绳后与吊臂的首次接触位置。应当理解的是,钢丝绳经卷筒出绳后,经滑轮与吊钩连接。如图1所示,吊臂倾斜与地面之间存在一个夹角,在吊钩的实际载荷作用下,吊臂包括臂头在内的上半区域会形成一个在一定程度上弯曲的弧形,该弧形的弯曲程度由吊钩的实际载荷与滑轮的倍率确定,当实际载荷越重时,弧形的弯曲程度越大,当实际载荷越轻时,弧形的弯曲程度越小并无限接近于0,同时相同实际载荷的情况下,滑轮倍率越大,钢丝绳的承重越高,弧形的弯曲程度越小,滑轮倍率越小,钢丝绳的承重越低,弧形的弯曲程度越大。钢丝绳在吊钩的实际载荷、滑轮倍率的作用下以及吊臂的上半区域弯曲的情况下,经卷筒出绳后会与吊臂在一定程度上进行接触,因而,钢丝绳与吊臂必然存在一个首次接触位置,在本技术方案中,可以将图1中的位置B确定为首次接触位置,位置B与位置C之间的钢丝绳则与吊臂接触。其中,位置B可以处于吊臂上的任意一个位置,当吊钩的实际载荷越重、滑轮的滑轮倍率越小时,BC段区域的吊臂越弯曲,那么位置B则更接近吊臂的臂尾,当吊钩的实际载荷越轻、滑轮的滑轮倍率越大时,BC段区域的吊臂越直,那么位置B则更接近吊臂的臂头即位置C。应当理解的是,钢丝绳缠绕在卷筒上,卷筒上存在一个出绳位置牵引出钢丝绳,如图1所示,可以将位置A确定为钢丝绳的出绳位置。
处理器在获取到吊钩的实际载荷、滑轮的滑轮倍率之后,处理器还可以根据实际载荷和滑轮倍率确定卷筒与吊钩之间的钢丝绳的卷扬出绳长度。考虑到滑轮倍率的关系,滑轮倍率直接影响滑轮与吊钩之间的钢丝绳的绳子数量,因此,吊钩滑轮之间的钢丝绳并非只有一段,可以包括多段,例如,如图1所示,滑轮和吊钩之间包括三段钢丝绳,因此,处理器在确定卷筒与吊钩之间的钢丝绳的卷扬出绳长度时应当结合滑轮倍率进行计算。
在本申请的实施例中,根据实际载荷和滑轮倍率确定卷筒与吊钩之间的钢丝绳的卷扬出绳长度包括:确定钢丝绳的总绳长;确定卷筒上缠绕的钢丝绳的第一缠绕层数和第一缠绕圈数,其中,每一层包括多圈缠绕的钢丝绳;获取钢丝绳的弹性系数、卷筒上缠绕的首层钢丝绳的第一缠绕直径以及在卷筒上每增加一层钢丝绳的缠绕直径增量;根据第一缠绕直径和缠绕直径增量确定卷筒上的钢丝绳在缠绕第一缠绕层数后对应的第二缠绕直径;根据总绳长、第一缠绕层数、第一缠绕圈数、第二缠绕直径、弹性系数、实际载荷以及滑轮倍率确定卷扬出绳长度。
在本技术方案中,工程车辆的钢丝绳可以分为两段,第一段为缠绕在卷筒上的钢丝绳,第二段为卷筒与吊钩之间卷扬出绳的钢丝绳,这两段钢丝绳之和即为钢丝绳的总绳长。其中,确定卷筒与吊钩之间的钢丝绳的卷扬出绳长度首先需要确定钢丝绳的总绳长,而理论上来说,针对每一辆工程车辆,其包括的钢丝绳的总绳长由工程车辆的型号确定,每一个型号配备固定已知总绳长的钢丝绳,而在实际生产工程车辆的过程中,由于各种因素的影响,使得最终工程车辆钢丝绳的实际总绳长与设计长度之间会存在一定的偏差。因此,为了补偿偏差的影响,在本技术方案中,需通过一定的技术手段来确定钢丝绳的实际总绳长。处理器在确定钢丝绳的总绳长之后,同时需确定卷筒上当前缠绕的钢丝绳的第一缠绕层数和第一缠绕圈数,具体地,卷筒上安装有卷扬编码器,可以实时检测当前的第一缠绕层数和第一缠绕圈数并发送至处理器。其中,由于卷筒的宽度远大于单根钢丝绳的横截面直径,因此,钢丝绳在卷筒上进行缠绕时,需缠绕若干圈钢丝绳以达到卷筒的宽度。同时,由于卷筒的宽度固定,因此,卷筒上每层可缠绕的钢丝绳的圈数也是固定的,例如,可以设置卷筒每层的可缠绕圈数上限为40圈,卷扬编码器检测到当前卷筒上缠绕的钢丝绳有3层,第一层即最首层的缠绕圈数为40圈,第一层的缠绕圈数为40圈,第三层的缠绕圈数为16.3圈,那么,此时第一缠绕层数为3层,第一缠绕圈数为96.3圈。根据卷筒的结构参数可以得到卷筒上缠绕的首层钢丝绳的第一缠绕直径以及在卷筒上每增加一层钢丝绳的缠绕直径增量,同时根据钢丝绳的结构参数可以得到单位长度钢丝绳的弹性系数。在处理器已知当前卷筒上的缠绕层数的情况下,结合第一缠绕直径、缠绕直径增量即可进一步分析计算出卷筒上的钢丝绳在缠绕第一层数后对应的第二缠绕直径,具体地,可以通过公式
di=(d0+(i-1)Δd)
计算得到,di第二缠绕直径,d0为第一缠绕直径,Δd为缠绕直径增量。例如,已知缠绕层数为3层,首层的缠绕直径为56cm,直径增量为6cm,那么缠绕3层后的缠绕直径为68cm。
处理器在根据第一缠绕直径、缠绕直径增量得到卷筒上的钢丝绳在缠绕第一层数后对应的第二缠绕直径之后,则可以根据总绳长、第一缠绕层数、第一缠绕圈数、第二缠绕直径、弹性系数、实际载荷以及滑轮倍率确定卷筒与吊钩之间的钢丝绳的卷扬出绳长度。
在本申请的实施例中,根据公式(2)确定卷扬出绳长度:
其中,S为卷扬出绳长度,S0为总绳长,p为第一缠绕层数,di为缠绕i层后对应的第二缠绕直径,mi为缠绕i圈后对应的第一缠绕圈数,K为弹性系数,T为实际载荷,n为滑轮倍率,π为圆周率。
具体地,处理器可以根据上述公式(2)分析计算当前卷筒与吊钩之间的钢丝绳的卷扬出绳长度。
在本申请的实施例中,确定钢丝绳的总绳长包括:确定工程机械处于未启动状态且吊臂处于完全收缩状态下时卷筒上缠绕的第二缠绕层数和第二缠绕圈数;根据第一缠绕直径和缠绕直径增量确定卷筒上的钢丝绳在缠绕第二缠绕层数后对应的第三缠绕直径;根据第二缠绕圈数、第二缠绕层数、第三缠绕直径确定钢丝绳的总绳长。
由于实际生产时的各种不可避免的因素影响,工程车辆钢丝绳的实际总绳长与设计长度之间会存在一定的偏差。因此,为了补偿偏差的影响,在本技术方案中,需通过一定的技术手段来确定钢丝绳的实际总绳长。具体地,可以通过工程机械在未启动状态下时进行计算,工程机械在未启动状态下时,吊臂不伸展且处于完全收缩的状态,此时,吊臂与地面平行在水平方向上的角度为0,吊钩置于地面上与地面的高度为0,卷筒与吊钩之间的卷扬出绳长度可以视为0,钢丝绳全部缠绕在卷筒上。因此,可以直接通过卷筒上的钢丝绳来计算钢丝绳的总长度。具体地,确定此时卷筒上缠绕的第二缠绕层数和第二缠绕圈数,根据第一缠绕直径和缠绕直径增量确定卷筒上的钢丝绳在缠绕第二缠绕层数后对应的第三缠绕直径,从而根据第二缠绕圈数、第二缠绕层数、第三缠绕直径确定钢丝绳的总绳长。具体地,可以表述为通过公式计算得到总绳长,其中,S0为总绳长,p为第二缠绕层数,di为缠绕i层后对应的第三缠绕直径,mi为缠绕i圈后对应的第二缠绕圈数,π为圆周率。
步骤203、确定首次接触位置与臂头之间的第一吊臂长度,以及首次接触位置与钢丝绳在卷筒的出绳位置之间的第一直线距离。
在本申请实施例中,在确定出钢丝绳与吊臂的首次接触位置之后,可以认为钢丝绳在首次接触位置与臂头之间这段区域时是与吊臂完全接触的,因此,为了避免该段钢丝绳给吊钩高度的确定造成误差,将首次接触位置与臂头之间的第一吊臂长度替换原有的钢丝绳长度用于确定吊钩的高度。具体地,在根据实际载荷和滑轮倍率分别确定钢丝绳经卷筒卷扬出绳后与吊臂的首次接触位置,以及卷筒与吊钩之间的钢丝绳的卷扬出绳长度之后,处理器则可以确定首次接触位置与臂头之间的第一吊臂长度,如图1所示,第一吊臂长度可以是指位置B与位置C之间的吊臂长度。同时,为了补偿首次接触位置与钢丝绳在卷筒的出绳位置之间的钢丝绳带来的误差,本技术方案中不计算首次接触位置与钢丝绳在卷筒的出绳位置之间的钢丝绳长度,而是取首次接触位置与钢丝绳在卷筒的出绳位置之间的第一直线距离,如图1所示,第一直线距离可以是指位置A与位置B之间的直线距离。
在本申请的实施例中,工程机械还包括转台,臂尾和卷筒通过转台固定于水平地面,确定首次接触位置与吊臂的臂头之间的第一吊臂长度包括:获取臂尾在水平方向上的第一角度、臂头在水平方向上的第二角度;获取臂尾与臂头之间的第二吊臂长度,以及臂尾与卷筒的卷筒中心之间的第二直线距离;根据第一角度、第二角度、第二吊臂长度、第二直线距离、实际载荷以及滑轮倍率确定第一吊臂长度。
在本技术方案中,臂尾和卷筒通过转台固定于水平地面,如图1所示,臂尾可以是指位置D。力矩限制器配备有与之联动的第一传感器和第二传感器,其中,第一传感器安装于吊臂的臂头,可以实时获取臂头在水平方向上的夹角,即第二角度。第二传感器安装于臂尾,可以实时获取臂尾在水平方向上的夹角,即第一角度。力矩限制器在确定臂头、臂尾在水平方向上的夹角之后,将角度信息发送给处理器。臂尾与臂头之间的第二吊臂长度是指吊臂在完全伸展状态下的总长度,吊臂的总长度由工程机械的结构参数确定,为已知参数。同时,卷筒与臂尾在转台上的安装位置是固定的,由工程机械的结构参数确定,因此,臂尾与卷筒的卷筒中心之间的第二直线距离也由工程机械的结构参数确定,为已知参数。在确定第一角度、第二角度、第二吊臂长度、第二直线距离之后,处理器则可以根据第一角度、第二角度、第二吊臂长度、第二直线距离、实际载荷以及滑轮倍率确定出首次接触位置与臂头之间的第一吊臂长度。
在本申请的实施例中,根据公式(3)确定第一吊臂长度:
其中,LBC为第一吊臂长度,L为第二吊臂长度,α为第一角度,β为第二角度,T为实际载荷,n为滑轮倍率,l为第二直线距离,k0~k15为预设参数。
k0~k15为预设参数,其中,k5、k9、k12、k15的初始值可以设置为1,其余的初始值可以设置为0,该预设参数可以为待定参数,可以在后续的计算中进行拟合优化,其数值应当包括在0-L之间。
在本申请的实施例中,根据公式(4)确定第一直线距离:
其中,LAB为第一直线距离,LBC为第一吊臂长度,l为第二直线距离,L为第二吊臂长度,α为第一角度,dp为第二缠绕直径。
在本技术方案中,钢丝绳与吊臂的首次接触位置与钢丝绳在卷筒的出绳位置之间的第一直线距离可以根据第一吊臂长度、臂尾与卷筒的卷筒中心之间的第二直线距离、臂尾与臂头之间的第二吊臂长度、臂尾在水平方向上的第一角度以及卷筒上的钢丝绳在缠绕第一层数后对应的第二缠绕直径确定,具体地,可以根据上述公式(4)计算得到如图1所示的位置A与位置B之间的直线距离。
步骤204、根据滑轮参数、臂头与地面之间的垂直高度、卷扬出绳长度、第一吊臂长度以及第一直线距离确定吊钩的高度。
在本申请实施例中,处理器在已知滑轮参数、臂头与地面之间的垂直高度、卷筒与吊钩之间的卷扬出绳长度、首次接触位置与臂头之间的第一吊臂长度以及首次接触位置与卷筒的出绳位置之间的第一直线距离之后,处理器可以根据上述各参数分析计算得到吊钩当前距离地面的高度。
在本申请的实施例中,滑轮包括相同型号的第一滑轮与第二滑轮,第一滑轮和第二滑轮安装于吊臂的臂头,滑轮参数还包括滑轮直径,以及第一滑轮的轴心与第二滑轮的轴心之间的轴心距离,根据公式(1)确定吊钩的高度:
其中,h为吊钩的高度,H为臂头与地面之间的垂直高度,S为卷扬出绳长度,LBC为第一吊臂长度,LAB为第一直线距离,d为轴心距离,D为滑轮直径,π为圆周率。
在本技术方案中,如图1所示,滑轮可以包括相同型号的第一滑轮与第二滑轮,第一滑轮和第二滑轮安装于吊臂的臂头,可以将与吊钩距离最远的滑轮定义为第一滑轮,与吊钩距离最近的滑轮定义为第二滑轮。其中,滑轮参数还包括滑轮直径,以及第一滑轮的轴心与第二滑轮的轴心之间的轴心距离,因为第一滑轮与第二滑轮型号相同,因此,任意一个滑轮的滑轮直径由滑轮的结构参数确定,为已知参数。同时,第一滑轮与第二滑轮在臂头的安装位置由工程机械的结构参数确定,因此,根据工程机械的结构参数可以获取的轴心与第二滑轮的轴心之间的轴心距离。具体地,处理器在确定计算吊钩高度所需的全部参数之后,可以根据上述公式(1)计算得到如图1所示的吊钩距离地面的高度h。
上述技术方案,通过确定出绳位置与首次接触位置之间的直线距离替换绳位置与首次接触位置之间的钢丝绳长度,以及通过确定首次接触位置与臂头之间的吊臂长度替换首次接触位置与臂头之间的钢丝绳长度,这种通过规避计算臂架上绳长带来的误差的方法,有效减少了吊钩高度的计算误差,可以高精度地确定出吊钩的高度。
在本申请的实施例中,在本申请的实施例中,工程机械还包括吊钩高度检测设备,方法还包括:在确定吊钩的高度之后,获取通过吊钩高度检测设备检测到的吊钩的实际高度;根据高度与实际高度之间的高度偏差修正钢丝绳的弹性系数、在卷筒上每增加一层钢丝绳的缠绕直径增量以及预设参数。
吊钩高度检测设备可以是指工程尺或各类定位装置,通过吊钩高度检测设备可以实时测量出工程机械处于实际吊载实验中的吊钩的实际高度。处理器在获取到吊钩的实际高度之后,可以将实际高度与根据滑轮参数、臂头与地面之间的垂直高度、卷扬出绳长度、第一吊臂长度以及第一直线距离计算得到的高度进行对比,从而分析得到计算高度与实际高度之间的高度偏差,并根据高度偏差修正用于计算高度时的多个计算参数,实现计算高度与实际高度之间的误差趋于最小。其中,多个计算参数可以是指钢丝绳的弹性系数K、在卷筒上每增加一层钢丝绳的缠绕直径增量Δd以及预设参数k0~k15。具体地,可以对并采用随机梯度下降的方法对多个计算参数进行修正,使得计算得到的高度贴合实际高度。
如图3所示,提供了一种吊钩高度的计算模型,该计算模型可以是包括上述所有的计算公式的一种神经网络模型。具体地,可以包括为绳长计算模型、高度计算模型。具体地,通过全缩标定编码器读数获取参数,结合当前的参数,包括例如Δd缠绕直径增量等由结构参数确定的固定参数,以及预设参数k15等可变的待定参数,代入绳长计算模型中获取工程机械的钢丝绳的总绳长S0,结合实测实验数据包括吊臂臂长、臂头与臂尾在水平方向上的角度即仰角、吊钩的实际载荷、吊钩的倍率以及臂头的起升高度,代入吊钩高度计算模型中计算得到吊钩当前的高度。在通过处理器得到吊钩的高度之后,将吊钩的高度与通过吊钩高度检测设备得到的实测吊钩高度均代入至均方误差计算模型中,进一步得到吊钩高度的计算误差。将总绳长计算模型、吊钩高度计算模型转化为网络中间层,待定参数作为网络参数。并通过误差梯度计算对模型中的预设参数进行迭代优化,具体地,以实测试验中采集的数据为模型输入,包括从力限器获取的数据:臂长L、根部仰角α、头部仰角β、倍率n、臂头高度H、载荷T,和卷扬编码器获取的数据:钢丝绳的缠绕圈数,实际吊钩高度采集数据为目标输出,即在实际吊载试验中利用尺或各类定位装置采集实际吊钩高度,通过采用神经网络通用的随机梯度下降法对模型参数进行迭代优化,在多次迭代后吊钩高度的计算误差不再下降时,此时模型输出与实际吊钩高度之间的误差最小,可以将此时的预设参数的取值确定为预设参数的最优值。通过最优值下的预设参数对吊钩高度进行计算,则可以得到计算误差最小的吊钩高度。
本技术方案将传统计算模型嵌入神经网络,利用机器学习的随机梯度优化方法对传统模型的参数进行优化,吸收了其在非线性优化上的优势。与直接采用神经网络算法相比,优化结果与神经网络本身无关,可以有效搭载到低端配置或不兼容神经网络模型的运算平台,可有效降低硬件要求。且模型参数少,过拟合风险低,所需数据采集量少,与单独的传统模型计算相比,本方法参数优化基于全局最优的优化目标,可以通过参数拟合有效补偿传统模型中无法建立准确模型的误差,达到最优精度。同时提供一种参数优化方法,通过试验采集的准确数据,校准计算模型的参数,使计算结果更准确。
本申请实施例提供了一种处理器,所述处理器用于运行程序,其中,所述程序运行时执行上述用于确定吊钩高度的方法。
本申请实施例提供了一种用于确定吊钩高度的装置,包括上述的处理器。
本申请实施例提供了一种存储介质,其上存储有程序,该程序被处理器执行时实现上述用于确定吊钩高度的方法。
在一个实施例中,提供了一种计算机设备,该计算机设备可以是服务器,其内部结构图可以如图4所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器A01、网络接口A02、存储器(图中未示出)和数据库(图中未示出)。其中,该计算机设备的处理器A01用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括内存储器A03和非易失性存储介质A04。该非易失性存储介质A04存储有操作系统B01、计算机程序B02和数据库(图中未示出)。该内存储器A03为非易失性存储介质A04中的操作系统B01和计算机程序B02的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储用于确定吊钩高度的方法数据。该计算机设备的网络接口A02用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序B02被处理器A01执行时以实现一种用于确定吊钩高度的方法。
本领域技术人员可以理解,图4中示出的结构,仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图,并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定,具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者具有不同的部件布置。
本申请实施例提供了一种设备,设备包括处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序,处理器执行程序时实现用于确定吊钩高度的方法步骤。
本申请还提供了一种计算机程序产品,当在数据处理设备上执行时,适于执行初始化有用于确定吊钩高度的方法步骤的程序。
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框,以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中,计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器,随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式,如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括,但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带,磁带磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质,可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定,计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media),如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是,术语“包括”“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅为本申请的实施例而已,并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (13)
1.一种用于确定吊钩高度的方法,其特征在于,所述方法应用于包括吊钩的工程机械,所述工程机械包括卷筒、滑轮与吊臂,所述吊臂包括臂头和臂尾,其中,所述臂头与地面之间的高度大于所述臂尾与地面之间的高度,所述方法包括:
获取所述工程机械在启动状态下且所述吊臂处于伸展状态下时所述滑轮的滑轮参数、所述臂头与地面之间的垂直高度以及所述吊钩的实际载荷,所述滑轮参数包括所述滑轮的滑轮倍率;
根据所述实际载荷和所述滑轮倍率分别确定钢丝绳经所述卷筒卷扬出绳后与所述吊臂的首次接触位置,以及所述卷筒与所述吊钩之间的钢丝绳的卷扬出绳长度;
确定所述首次接触位置与所述臂头之间的第一吊臂长度,以及所述首次接触位置与所述钢丝绳在所述卷筒的出绳位置之间的第一直线距离;
根据所述滑轮参数、所述臂头与地面之间的垂直高度、所述卷扬出绳长度、所述第一吊臂长度以及所述第一直线距离确定所述吊钩的高度。
2.根据权利要求1所述的用于确定吊钩高度的方法,其特征在于,所述滑轮包括相同型号的第一滑轮与所述第二滑轮,所述第一滑轮和所述第二滑轮安装于所述吊臂的臂头,所述滑轮参数还包括滑轮直径,以及所述第一滑轮的轴心与所述第二滑轮的轴心之间的轴心距离,根据公式(1)确定所述吊钩的高度:
其中,h为所述吊钩的高度,H为所述臂头与地面之间的垂直高度,S为所述卷扬出绳长度,LBC为所述第一吊臂长度,LAB为所述第一直线距离,d为所述轴心距离,D为所述滑轮直径,π为圆周率。
3.根据权利要求1所述的用于确定吊钩高度的方法,其特征在于,根据所述实际载荷和所述滑轮倍率确定所述卷筒与所述吊钩之间的钢丝绳的卷扬出绳长度包括:
确定所述钢丝绳的总绳长;
确定所述卷筒上缠绕的钢丝绳的第一缠绕层数和第一缠绕圈数,其中,每一层包括多圈缠绕的钢丝绳;
获取所述钢丝绳的弹性系数、所述卷筒上缠绕的首层钢丝绳的第一缠绕直径以及在所述卷筒上每增加一层钢丝绳的缠绕直径增量;
根据所述第一缠绕直径和所述缠绕直径增量确定所述卷筒上的钢丝绳在缠绕所述第一缠绕层数后对应的第二缠绕直径;
根据所述总绳长、所述第一缠绕层数、所述第一缠绕圈数、所述第二缠绕直径、所述弹性系数、所述实际载荷以及所述滑轮倍率确定所述卷扬出绳长度。
4.根据权利要求3所述的用于确定吊钩高度的方法,其特征在于,根据公式(2)确定所述卷扬出绳长度:
其中,S为所述卷扬出绳长度,S0为所述总绳长,p为所述第一缠绕层数,di为所述第二缠绕直径,mi为所述第一缠绕圈数,K为所述弹性系数,T为所述实际载荷,n为所述滑轮倍率,π为圆周率。
5.根据权利要求3所述的用于确定吊钩高度的方法,其特征在于,所述确定所述钢丝绳的总绳长包括:
确定所述工程机械处于未启动状态且所述吊臂处于完全收缩状态下时所述卷筒上缠绕的第二缠绕层数和第二缠绕圈数;
根据所述第一缠绕直径和所述缠绕直径增量确定所述卷筒上的钢丝绳在缠绕所述第二缠绕层数后对应的第三缠绕直径;
根据所述第二缠绕圈数、所述第二缠绕层数、所述第三缠绕直径确定所述钢丝绳的总绳长。
6.根据权利要求1所述的用于确定吊钩高度的方法,其特征在于,所述工程机械还包括转台,所述臂尾和所述卷筒通过所述转台固定于水平地面,确定所述首次接触位置与所述吊臂的臂头之间的第一吊臂长度包括:
获取所述臂尾在水平方向上的第一角度、所述臂头在水平方向上的第二角度;
获取所述臂尾与所述臂头之间的第二吊臂长度,以及所述臂尾与所述卷筒的卷筒中心之间的第二直线距离;
根据所述第一角度、所述第二角度、所述第二吊臂长度、所述第二直线距离、所述实际载荷以及所述滑轮倍率确定所述第一吊臂长度。
7.根据权利要求6所述的用于确定吊钩高度的方法,其特征在于,根据公式(3)确定所述第一吊臂长度:
其中,LBC为所述第一吊臂长度,L为所述第二吊臂长度,α为所述第一角度,β为所述第二角度,T为所述实际载荷,n为所述滑轮倍率,l为所述第二直线距离,k0~k15为预设参数。
8.根据权利要求1所述的用于确定吊钩高度的方法,其特征在于,根据公式(4)确定所述第一直线距离:
其中,LAB为所述第一直线距离,LBC为所述第一吊臂长度,l为第二直线距离,L为第二吊臂长度,α为第一角度,dp为所述第二缠绕直径。
9.根据权利要求1所述的用于确定吊钩高度的方法,其特征在于,所述工程机械还包括吊钩高度检测设备,所述方法还包括:
在确定所述吊钩的高度之后,获取通过所述吊钩高度检测设备检测到的所述吊钩的实际高度;
根据所述高度与所述实际高度之间的高度偏差修正所述钢丝绳的弹性系数、在所述卷筒上每增加一层钢丝绳的缠绕直径增量以及预设参数。
10.一种处理器,其特征在于,被配置成执行根据权利要求1至9中任意一项所述的用于确定吊钩高度的方法。
11.一种用于确定吊钩高度的装置,其特征在于,包括根据权利要求10所述的处理器。
12.一种工程机械,其特征在于,包括:
吊臂,包括臂头和臂尾,所述臂头安装有滑轮,其中,所述臂头与地面之间的高度大于所述臂尾与地面之间的高度;
卷筒,所述卷筒上缠绕有钢丝绳,所述卷筒通过所述钢丝绳与所述吊钩连接;
所述吊钩;以及
根据权利要求11所述的用于确定吊钩高度的装置。
13.一种机器可读存储介质,该机器可读存储介质上存储有指令,其特征在于,该指令在被处理器执行时使得所述处理器被配置成执行根据权利要求1至9中任一项所述的用于确定吊钩高度的方法。
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