CN1938216A - 高精度负载定位的液压辅助提升和起重控制 - Google Patents

Abstract

用于定位负载的提升机，包括多个液压提升机汽缸，多个定位传感器，多个电控阀，一个使用输入装置和一个提升机控制器。液压的提升机汽缸中任一个末端耦合到提升机和在相反的一端在提升点耦合负载。每个定位传感器，任一个和提升机汽缸相连并且可操作地提供应用于相连的提升机汽缸的位置数据。电控阀与提升机汽缸液压耦合，用于延伸和收缩相连的提升机汽缸。使用输入装置可以让使用者可操作的确定负载数据。一个可操作的提升机控制器接收来自输入装置的负载数据和来自位置传感器的位置数据并且适应控制电控阀以便根据负载数据定位负载。

Description

高精度负载定位的液压辅助提升和起重控制

对照相关申请

本申请要求在2004年3月26日提出的美国临时专利申请第60/556,577号的利益。

关于联邦资助研究和发展综述

没有申请。

背景技术

本发明主要关于在建筑构造期间定位负载的提升机，特别是，关于高精度负载定位液压辅助提升和起重控制。

自从液压千斤顶或提升汽缸出现以来，建筑工程师有能力去提升和放置几乎任何尺寸和吨位的构造、桥梁或建筑物，甚至在整个城市的中心允许新的地铁等地下装置或基本维修工作。

重量在这种定位操作中不是代表性的限制因素。更大的重量仅需要更多汽缸。然而，直接提升的范围受所使用的汽缸活塞冲程的限制。提升比限制的冲程更长的距离需要使用额外的支撑装置以允许替换或重新放置汽缸来进行下一阶段的提升操作。

使用一个单独的起重器，一个重物，例如大建筑部件(屋顶部分、地板部分、墙体部分、大尺寸的建筑装饰、桥体等)，可以以相对快的速度被移动一个长的垂直距离。然而，当负载要求在水平和垂直平面进行精确几何定位，经常需要多部起重机和精心制作的提升索具装备。在这种情况下要同步移动多部起重器被证明是困难和危险的。同步难度限制了提升操作的精确性和可能导致负载、支撑固定设备和/或起重器的损坏。在这样的复杂定位机动中同样会增加操作人员和工人的危险性。

起重的突然开始和停止导致在提升过程的关键阶段的摆动。天气条件同样是重物定位过程的干扰源，当风吹击被提升部件时导致在起重器上边缘载荷的危险，而边缘载荷是起重器没有被设计来承受的。

一个定位负载的系统包括多个通过电缆连接一个起重或其他提升机械装置的液压缸。液压缸手动控制来调整负载的位置。这样的手动系统要求多个可能导致摆动的缓慢操作。而且，一个时间仅能改变一个汽缸的位置。这样的情况能导致负载变得不平衡。

因此，高精度负载定位系统的存在也许没有同步和联系多起重操作或手动控制提升汽缸的负载被完成。

发明概述

本发明是关于高精度负载定位液压辅助提升和起重控制。提升机包括多个定位负载的同步液压提升汽缸。

本发明的一方面被看作是定位负载的提升机。此提升机包括多个提升机汽缸、多个位置传感器、多个电控阀、一个使用者输入装置和一个提升控制器。每个液压提升汽缸在提升机的一个末端耦合，在相反一端在提升点连着负载。每一个定位传感器连接到一个提升机汽缸并且可操作地为相连的提升机汽缸提供位置数据。电控阀液压耦合到提升机汽缸用于延伸和收缩相连的提升机汽缸。使用者输入装置通过使用者是可操作的以鉴定负载数据。提升机控制器可操作地接收来自输入装置的负载数据和来自位置传感器的位置数据并且根据反应以控制电控阀以便根据负载数据定位负载。

本发明的另一方面是清楚的，其中提升机控制器可操作地储存关于负载和提升机汽缸的几何数据并且把由负载限定的参考点的所希望的运动转换成提升机汽缸的至少一个的位置变化以便实现所希望的运动。

然而本发明的另一方面在起重器中和其它的支承用于负载定位动程的提升机汽缸的提升装置中也是清楚的，用于负载的最后定位的提升机汽缸是可控制的。

其它方面，本发明的优点和特征根据下面的说明同时结合相应的附图将变得明显。

附图的简要描述

本发明通过参照以下的说明同时结合相应的附图将可以被理解，其中相似的附图标记指相似的部件，其中：

图1是根据本发明的提升机结构的透视图；和

图2和3是示出负载定位操作的几何关系的简单的示图；

同时本发明容易具有多种变化和可选择的形式，它的特定的实施例通过附图中的例子被示出并且在这里被详细描述。然而，它应当被理解为，这里特定实施例的描述不是用于限定本发明为公开的特定形式，而是相反，它的目的是覆盖落在由所附的权利要求书限定的本发明的范围和精神的所有的变形，等同和可选择的形式。

发明详述

尽管本发明可以以几种不同的形式体现，本发明在这里被描述，其被理解为本发明公开被认为是描述了本发明的实施例，其不用于限定于本发明的特定的实施例。在本申请中除非明确指出“关键的”或“基本的”，没有任何事物认为对本发明是“关键的”或“基本的”。

现自这里参照附图在几副图中类似的附图标记相应于相似的部件，特别的是，参照图1，本发明在一个同步提升机10的范围中被描述。同步提升机10包括多个和提升机控制器20液压式和电气配合的提升机汽缸15。同步提升机10悬挂在和电缆30配合的构体25，电缆30从提升装置35或其它的提升装置延伸。任一提升机汽缸15有一个和设有普通中心点的钩体25配合的相连的延伸电缆37。提升机汽缸15在提升点45配合负荷40。任一提升机汽缸15通过液压软管50和一个传感器电缆55配合提升机控制器20。为了更清楚的解释，仅用于单个提升机汽缸15的软管50和电缆55被标出。尽管四个提升机汽缸15被示出，本发明的申请不限定于特定数量的汽缸。例如，两点，三点，六点等结构可以被应用。示出的软管50和电缆55的路线被设置用于解释部件连接的目的，而不用于表示实际的路线。在实际的应用中，卷或其它的管理技术可以被用于布线软管50和电缆55以及其它的可以被共享的电缆55。

在示出的实施例中，提升机汽缸15设有电气冲程传感器，其测量和汽缸相连的准确的下降动程。来自冲程传感器的位置信息通过传感器电缆55被提供给提升机控制器20。因此，所有提升点45的位置和/或移动可以同时被监控和同步控制。一个冲程传感器的典型的型号是一线型可变的差速变压器(LVDT)。

带有单个提升装置35的同步提升机10具有高精确负载位置。负载40的方向位置通过提升装置35可以被完成。通过控制提升机汽缸15的单个位置，提升机控制器20在垂直和水平面内可以准确控制负载40。提升装置35的方向位置通过用同步提升机10精确定位跟踪避免需要使用提升装置电动机的频繁反复启动(也就是提升装置35的突然启动和停止)，其具有潜在的引起电线绳的振荡和提升制动的过早磨损。也因为提升机汽缸15通过提升机控制器20被同步控制，提升机汽缸15手动的启动被避免。

尽管，提升机控制器20被示出作为远程单元，其可以和提升装置35合并为一体。因此，负载40的位置从提升装置35通过提升装置操作者或用于负载40的安装位置附近的其它的操作者用远程单元控制。

提升机汽缸15通过提升机控制器20在它的延伸部分中被精确地电气控制。在所示出的实施例中，提升机汽缸15是双向一操作拉伸汽缸。双向一操作功能允许在任一延伸的电缆37中提升和降低调节的精确控制。示出的提升机汽缸15具有700bar的最大液压压力。提升机汽缸15的牵引容量取决于申请中的型号。然而，最大负载由电缆30，37的提升容量受电缆30、37的提升能力的限制而不是由液压系统限定。具有大约1500mm的柱塞冲程的提升器汽缸15可以被用于具有4或6个提升点45的提升和定位应用。

用于提升机控制器20的单元型号取决于特定的申请。例如，提升机控制器20用一个程序逻辑控制器(PLC)或一个普通的带有软件目标计算机程序执行负载定位功能。例如，提升机控制器20用类似于由Enerpac提供的在SLCPC-2001系列控制器(PC控制的同步提升系统)中使用的逻辑装置被完成，Enerpac是在Glendale，WI中有商业位置的实际的公司。

通常，提升机控制器20由一个操作者通过带有和负载40相连的负载数据的数用输入装置22(例如一个键盘和连接到提升机控制器20或和提升机控制器20结合为一体的显示器)和提升机设置被操作。例如，负载数据包括和负载运动，负载材料，负载形状和提升点形状相连的使用指令，提升机控制器20控制一个或多个用于控制把液压流体供应到提升机汽缸15中活塞的每一侧位置的电控阀58。所述的处理装置用于执行提升机控制器20的逻辑功能，所述的处理装置可以远离机械系统和用于控制提升机汽缸15的定位的阀58。一个硬件或无线连接可以用于提升机控制器20的逻辑和机械部分之间的连接，然而，为了清楚解释提升机控制器20，其被作为一个整体单元被示出。

由提升机汽缸15提供的精确度允许同步提升机10以多种形式应用，例如高准确再定位，预一程序再定位，预一程序加捻或旋转，和反重量(也就是确定重力中心)。典型的形式包括但是不限定于顶部部分的定位，混凝土元件，钢结构等在工业构建中的元件；在公共工业中涡轮机的精确定位、变压器和燃料棒等；在重型装配工业中精确的机械负载，辗磨罗拉改变，支承变化等；在石油化工和油和气工业中精确的管线定位，喷出阀等；和在航海建筑工业中的再定位和航海部件的定位。

在一些应用中附加的传感器和激活器在同步提升机10中可以被包括以助于较高程度地控制负载。在一个实施例中，在任一提升机汽缸15中的压力，或者在施加在任一提升机汽缸15上的力也能被提升机控制器20监控。例如，一个传感器60，例如一个负载感应元件或者一个压力转换器可以和任一提升机汽缸15相连以感应每一提升机汽缸15受的负载。来自传感器60的负载信息通过传感器电缆55传送到提升机控制器20。

提升机控制器20可以用来自传感器60的负载信息以平衡负载或瞬间，或几乎瞬间改正和天气相关的不正常。关于天气条件相关的附加信息通过设置带有提升装置35上的相连的传感器电缆67一个偏转传感器65获得，其指出从来自垂直方向的电缆偏转(例如由于风)。例如，如果风侧吹电缆，提升机控制器20能够延伸或收缩提升机汽缸15以给出用于逆吹风的最小的可能的面积，以平衡负载或调节提升机控制器15以保持负载40相对于负载40被安装在其中的结构的定向。

提升机控制器20可以使用来自传感器60的负载信息和来自提升机汽缸15的位置信息以确定负载40的重力中心。负载和位置信息可以被分解力矢量，其允许负载40的特征化。重力信息的中心通过提升机控制器20被用于确定必要的提升机汽缸15的调节以定位负载40。

提升装置35的负载量极限也可以被设定到提升机控制器20中以便提升机控制器20可以给出过载警报条件，或者如果提升装置35的容量极限被接近其自动进行预防性调节提升控制器15。

可以被设置以提供用于同步提升机10的附加信息和控制功能的另一个辅助装置是耦合到电缆30的液压旋转耦合70(例如在钩体25上。)所述的旋转耦合70可以装配一个示出关于垂直轴的选转耦合位置70的旋转位置的电子角传感器。一个附加的液压管75和传感器电缆80可以被提供把旋转耦合70连接到提升机控制器20。提升机控制器20基于角传感器的信息可以控制旋转耦合70的角。旋转耦合70提供一个附加的控制轴以帮助高精确定位负载40。

提升机控制器20可以被设定自动确定用于提升机汽缸15的位置变换以影响负载40上的不同参考点的定位。例如，参考点85，90，95，100根据提升点45的位置可以被单独地限定在负载40上。一个操作者可以输入提升机控制器20负载数据，例如形状，重量或材料，和其它的描述负载40的信息，提升点45的位置和参考点85，90，95，100的位置。在一些例子中，一个或多个参考点可以直接相应于一个或多个提升点45。公式或检查表可以被输入到提升机控制器20中以便操作者可以输入给提升机控制器20关于一个或多个参考点85，90，95，100的一个特定的运动。例如，操作者可以要求负载40在参考点100向下移动一定的距离。所述的运动也可以和不同的参考点一致。例如，在参考点100向下移动负载40预定的距离同时没有改变参考点90的位置。由于和参考点100相连的提升机汽缸15的负载40的移动可以引起负载在不同位置的再平衡，也许需要一个重复操作以到达最后的位置。提升机控制器20优先于移动提升机汽缸15可以完成重复的操作，并且一旦一种方法被获得其完成所述的运动。

提升机控制器20可以被设定用于完成更复杂运动的指令，例如在同一时间的移动负载40的所有四个参考点85，90，95，100的位置。提升机控制器20然后计算四个提升机汽缸15中的每一个必须延伸或收缩的量以影响所需要的运动，并且操作液压控制阀以影响位置变化。当移动提升机汽缸15，提升机控制器20可以监控和任一个提升机汽缸15相连的位置传感器以保持通过位置操作的反馈控制。

由于同步提升机10的几何形状，提升点45和参考点85，90，95，100之间的关系可以用已知形状三角形来限定。图2示出带有两个提升机汽缸105，110的同步提升机10和它们的相连的提升点115，120之间的几何关系。边A和B代表提升机汽缸105，110和它们相连的延伸电缆37之间的合并的长度。边C代表提升点115，120之间的固定距离。边D代表参考点125和钩体25之间的距离。边E代表提升点115和参考点125之间的距离。提升机控制器20基于延伸电缆37的长度和每一个提升机汽缸105，110的位置可以确定A和B。

提升点115，120和参考点125之间的几何关系由于C是固定是可知的，提升机控制器20可以计算非已知边的值和已知的三角关系的角，这样的正弦公式如下：

A/sin(a)＝B/sin(b)＝C/sin(c)    (1)

和余弦公式：

B²＝A²+C²-2ACcos(b)    (2)

由于一个或多个提升机汽缸105，110的运动引起边A和B长度的变化影响复合几何形状的确定边(例如D)的长度和角(例如a，b，c，d).这些变化的结果将决定这些已知的三角几何关系。例如，图3示出再提升机汽缸105的位置被改边后变化的几何关系，如A‘所示。由于这些变化，角a’，b’c’，d’和长度D’也变化。几何形状的这些变化参数的值通过提升机控制器20提前被确定以把所希望的位置变化转变成一种方法来同步移动提升机汽缸105，110。

回到图1上来，随着提升机汽缸15数量的增加，所需要的三角形的代表几何装置的增加，但是未知的值用提升机汽缸15的已知的位置和提升点45与参考位置85，90，95，100之间的关系仍然被确定。

现在参照图4，示出同步提升机10的可选择的实施例的示图被提供。钩体25作为中心部件，同步提升机10进一步包括从延伸电缆37和提升机汽缸15延伸的机架150。为了解释，提升系统(例如提升机控制器20，提升装置35，软管50，电缆55等)的部件被省略。延伸电缆37和提升机汽缸15被连接到机架150的拐角155上。机架150，依次通过附加电缆被耦合到钩体25。机架150用作中心部件改变负载40运动上的提升机汽缸15的运动的效果。和图1的实施例相比因为提升机汽缸15接近垂直于负载40，提升机汽缸15的运动更接近转换为负载40的垂直运动(也就是提升矢量的垂直分量关于水平分量被增加)。其它类型的中心部件依据使用的提升机汽缸15的数量和负载40的几何形状被使用。

本发明的同步提升机10提供数个优点。因为为了获得高精确定位，不需要多个提升装置，操作的成本被降低，操作速度被提高，和操作者的危险被降低。由于同步中简化精确定位需要定位负载，提高了位置精度。此外，定位效果上的天气条件的影响可以被减少，负载可以被再定向以补偿并且最小化风的影响。由于提升机控制器20基于程式化的负载数据同步控制提升机汽缸15，增加了位置操作的平滑度。

以上特定的实施例的公开仅是解释性的，作为本发明可以被变化并且实际上不同的形式但是等同的方式对于本领域的普通技术人员是显然的并且具有这里教导的优点。进一步地说，这里结构的细节或设计没有用于限定，而是作为以下权利要求的描述。因此明显的以上特定实施例的公开可以被改变或变化并且这样所有的变形被认为在本发明的范围和精神内。相应的，这里寻求的保护在以下的权利要求书中被描述。

Claims (18)

1、用于定位负载的提升机，包括：

多个液压提升机汽缸的中任一个末端耦合到提升机和在相反的一端在提升点耦合负载；

多个定位传感器，任一个和一个提升机汽缸相连并且可操作地提供应用于相连的提升机汽缸的位置数据；

多个电控阀，与提升机汽缸液压耦合，用于延伸和收缩相连的提升机汽缸汽缸；

一个使用者可以确定负载数据的使用输入装置；和

一个可操作的提升机控制器接收来自输入装置的负载数据和来自位置传感器的位置数据并且适应控制电控阀以便根据负载数据定位负载。

2、如权利要求1所述的提升机，其中负载数据至少包括和负载运动，负载材料，负载几何形状，和提升点几何形状相关联的一个使用指令。

3、如权利要求1所述的提升机，进一步包括耦合到提升机汽缸的中心部件。

4、如权利要求3所述的提升机，其中提升机包括一个钩体。

5、如权利要求4所述的提升机，其中中心部件包括一个机架。

6、如权利要求1所述的提升机，其中提升机控制器是可操作的以便把由负载限定的参考点的所希望的运动通过负载数据转换成提升机汽缸的至少一个位置变化以实现所希望的运动。

7、如权利要求1所述的提升机，其中负载数据限定提升点和参考点之间的几何关系，和提升机控制器是可操作的基于几何关系确定位置变化。

8、如权利要求1所述的提升机，进一步包括耦合到提升机的旋转耦合并且关于垂直轴可操作地旋转负载。

9、如权利要求8所述的提升机，其中旋转耦合是液压操作的和液压耦合到提升机控制器，和提升机控制器可操作地控制旋转耦合的选转位置。

10、如权利要求3所述的提升机，其中中心部件从电缆延伸，并且提升机进一步包括一个可操作的偏差传感器以测量电缆的偏差。

11、如权利要求10所述的提升机，其中提升机控制器被耦合到偏差传感器并且作为偏差功能可操作地控制提升机控制器中至少一个的位置。

12、如权利要求1所述的提升机，进一步包括和提升机汽缸的任一相连的负载传感器以产生负载数据，提升机控制器被耦合到负载传感器以接收负载数据。

13、如权利要求12所述的提升机，其中负载传感器包括负载感应元件和压力转换器中的至少一个。

14、如权利要求12所述的提升机，其中提升机控制器可操作地储存至少一个负载极限并且和负载极限相比，负载数据用于鉴定过载警报条件。

15、如权利要求14所述的提升机，其中提升机控制器是可操作的改变提升机汽缸中的至少一个，其对应尖顶过载警报条件。

16、如权利要求12所述的提升机，其中提升机控制器可操作地基于负载数据确定负载的重力中心。

17、如权利要求1所述的提升机，其中多个提升机控制器包括至少四个提升机汽缸。

18、用于定位负载的提升系统，包括

一个提升装置；

多个液压提升机汽缸的中任一个在末端通过提升装置支承和在相反的一端在提升点负载；

多个定位传感器，任一个和提升机汽缸相连并且可操作地提供应用于相连的提升机汽缸的位置数据；

多个电控阀，与提升机汽缸液压耦合，用于延伸和收缩相连的提升机汽缸汽缸；

被使用者使用的一个可操作的使用输入装置以确定负载数据；和

一个可操作的提升机控制器接收来自输入装置的负载数据和来自位置传感器的位置数据并且适应控制电控阀以便根据负载数据定位负载。

Images