TWM605945U

TWM605945U - 具防傾覆監測功能的移動式起重機及移動式起重機防傾覆監測裝置

Info

Publication number: TWM605945U
Application number: TW109206395U
Authority: TW
Inventors: 徐瑞宏; 陳冠霖
Original assignee: 徐瑞宏; 陳冠霖
Priority date: 2020-05-22
Filing date: 2020-05-22
Publication date: 2021-01-01

Abstract

一種移動式起重機防傾覆監測裝置用於監測移動式起重機，其包括：複數個第一感測器、第二感測器、控制器以及警示器。第一感測器分別設置於移動式起重機的支持構件，並量測支持構件所承受的壓力。第二感測器設置於移動式起重機的起重構件，量測起重構件所承載的物體的重量。控制器連接於第一感測器以及第二感測器並接收測得的各支持構件的受力及物體的重量，根據支持構件的受力、物體的重量、移動式起重機的重量以及移動式起重機的尺寸計算出移動式起重機的受力及力矩，並判斷是否造成傾覆。當判斷會發生傾覆時，控制器控制警示器發出警示。

Description

具防傾覆監測功能的移動式起重機及移動式起重機防傾覆監測裝置

本創作係有關於起重機的技術領域，特別是有關於一種具防傾覆監測功能的移動式起重機及移動式起重機防傾覆監測裝置。

起重機為利用機械動力，吊掛搬運物件的機具。近年台灣工業迅速發展，起重機在各行各業中廣泛地被使用，可配合各種工地場所需要，因此廣泛應用於工廠以外的道路地區。當移動式起重機在進行吊掛作業時，作業環境條件相當複雜，甚至人員與起重機經常在極為惡劣的條件下持續作業。操作人員除必須接受專業訓練獲得相關證照之外，作業期間，需全程維持高度專注力，並須即時檢知起重機具的機械磨耗狀態，以防止意外事故發生。

起重機造成的職業傷害主要包括：物體飛落、人員墜落、起重機翻覆、被夾、被撞及感電等六類，其中以起重機翻覆所造成的危害範圍最大。尤其是在起重機進行吊掛作業，隨時調整吊臂長度、高度及旋轉方向時，係屬於一種動態行為。要即時維持力平衡狀態，防止起重機翻覆，必須有足夠人力去及時監控、計算評估，判斷是否有吊掛物超重、支撐座沉陷等危險情況發生。在當前缺乏自動化檢測控制系統或相關裝置的情況下，僅依靠起重機駕駛單人操控危險複雜的機械構造與吊掛器具，又要聽從指揮人員信號，並隨時注意作業環境與風向、風速變化，相當困難且極易發生失誤。

有鑑於此，本創作的目的在於提供一種具防傾覆監測功能的移動式起重機、移動式起重機防傾覆監測裝置。本創作的防傾覆監測裝置是在移動式起重機的支持構件以及起重構件上安裝感測器，偵測起重機在吊掛物體時，各支持構件所承受的壓力以及所吊掛的物體的重量，藉由力平衡及力矩平衡的力學原理判斷移動式起重機是否傾覆。

本創作的移動式起重機防傾覆監測裝置用於監測一移動式起重機，該移動式起重機包括複數個支持構件以及一起重構件，該等支持構件支持該移動式起重機於地面，該起重構件承載一物體，本創作的移動式起重機防傾覆監測裝置的一實施例包括：複數個第一感測器、一第二感測器、一控制器以及一警示器。複數個第一感測器分別設置於移動式起重機的該等支持構件，並量測該等支持構件所承受的壓力，且得到複數個第一受力數據。第二感測器設置於移動式起重機的起重構件，量測起重構件所承載的物體的重量，且得到一第二受力數據。控制器連接於該等第一感測器以及該第二感測器並接收該等第一受力數據以及第二受力數據，根據該等第一受力數據、第二受力數據、移動式起重機的重量以及移動式起重機的尺寸計算出移動式起重機的受力及力矩，並判斷移動式起重機的受力及力矩是否造成移動式起重機的傾覆。警示器連接於控制器，當控制器判斷該移動式起重機會傾覆時，控制器控制警示器發出警示。

在另一實施例中，該等第一受力數據的方向與第二受力數據的方向相反，而且該等第一受力數據的方向與重力作用方向相反。

在另一實施例中，當該等第一感測器的其中之一偵測到第一受力數據為0時，當控制器計算出，相對於一軸線，任一與第一受力數據為0的第一感測器相鄰的該等第一感測器所偵測到的第一受力數據等於除軸線上的該等第一感測器以外之其他該等第一感測器所偵測到的第一受力數據、第二受力數據以及移動式起重機的重量相對於軸線的力矩的總和除以任一第一感測器與軸線的垂直距離所得到的一臨界值時，控制器判斷移動式起重機以軸線為旋轉中心而傾覆。

在另一實施例中，本創作的移動式起重機防傾覆監測裝置更包括一測距儀，該測距儀量測該物體的座標，並將該座標傳送至該控制器。

在另一實施例中，第一感測器為油壓壓力感測器，第二感測器為鋼索荷重感測器。

本創作更提供一種移動式起重機，其包括一起重機本體、複數個支持構件、一起重構件以及前述之本創作的防傾覆監測裝置。起重機本體具有輪胎或履帶。該等支持構件可伸縮地設置於該起重機本體，而且該等支持構件支持該起重機本體於地面。起重構件可旋轉地設置於該起重機本體且承載一物體。

在另一實施例中，起重構件包括一絞盤、一鋼索以及一承載件，承載件承載物體且連接於鋼索，鋼索收捲於絞盤，第二感測器設置於絞盤並偵測鋼索的受力。

在另一實施例中，每一支持構件包括一油壓缸，第一感測器量測油壓缸的壓力。

本創作提供一種，監測一移動式起重機，該移動式起重機包括複數個支持構件以及一起重構件，該等支持構件支持該移動式起重機於地面，該起重構件承載一物體。包括：量測該等支持構件的受力而得到複數個第一受力數據；量測該起重構件的受力而得到一第二受力數據；量測該物體的距離；以及根據該等第一受力數據、該第二受力數據、該移動式起重機的重量以及該移動式起重機的尺寸計算出該移動式起重機的受力及力矩，並判斷該移動式起重機的該受力及該力矩是否造成該移動式起重機的傾覆。

在另一實施例中，當該等支持構件的其中之一的第一受力數據的其中之一為0時，相對於一軸線，任一與該第一受力數據為0的該支持構件相鄰的該等支持構件的第一受力數據等於除該軸線上的該等支持構件以外之其他該等支持構件的第一受力數據、該第二受力數據以及該移動式起重機的重量相對於該軸線的力矩的總和除以該任一支持構件與該軸線的垂直距離所得到的一臨界值時，判斷該移動式起重機以該軸線為旋轉中心而傾覆。

本創作的移動式起重機防傾覆監測裝置藉由第一感測器量測各支持構件的受力以及第二感測器量測起重構件所乘載的物體的重量，並藉由力平衡及力矩平衡的力學原理作為判斷移動式起動機是否傾覆的依據。當其中一個支持構件的受力為0時，表示移動式起重機已經一個支持構件無法與地面接觸承受荷重，移動式起重機已經開始搖晃，只要另一個支持構件的受力無法滿足力矩平衡的條件時，移動式起重機就會傾覆，因此可以此作為移動式起重機是否傾覆的判斷法則。

藉由以上的判斷方式，可以在快要發生傾覆時對操作人員及周邊施工人員發出警示，使移動式起重機的操作人員可以及時地調整所吊掛的物體的位置而避免移動式起重機傾覆。

請參閱第1圖至第5圖，其表示本創作的具防傾覆監測功能的移動式起重機及其防覆傾監測裝置。如第1圖所示，其為本創作的移動式起重機(俗稱吊車)的一實施例。本創作的移動式起重機100包括一起重機本體10、複數個支持構件21、22、23、24、一起重構件30以及一防傾覆監測裝置40。在本實施例中，起重機本體10具有輪胎11而可以移動，起重機本體10還具有駕駛艙12，操作人員可以在駕駛艙12中駕駛移動式起重機100，移動式起重機100藉由輪胎11可移動至預定的地點。支持構件21、22、23及24可伸縮地設置於機起重本體10，在本實施例中，支持構件21、22、23及24設置於機起重本體10的四個角落。當移動式起重機100移動至預定位置後，操作人員操作使支持構件21、22、23、24分別支持起重機本體10於地面。

如第2圖所示，每一個支持構件21、22、23、24包括一伸縮桿25以及舉升桿26，舉升桿26連接於伸縮桿25，伸縮桿25設置於起重機本體10。伸縮桿25朝起重機本體10的側邊延伸或縮回，舉升桿26可伸出而抵接於地面，用以支撐起重機本體10。

起重構件30可旋轉地設置於起重機本體10且承載一物體。在本實施例中，起重構件30包括一吊臂31、一絞盤32、一鋼索33以及一承載件34。吊臂31可旋轉地設置於起重機本體10，承載件34承載物體且連接於鋼索33，承載件34可以是一吊鉤。鋼索33收捲於絞盤32且沿著吊臂31延伸，絞盤32由一油壓馬達驅動旋轉。

如第3圖所示，當起重構件30承載一物體的情況下，其力學狀態如第1圖所示。其中F1、F2、F3及F4分別為支持構件21、22、23、24所受到地面的正向力，W1為移動式起重機100的重量，W2為起重構件30所乘載的物體的重量。以支持構件21為座標原點，支持構件22的方向為位於座標系統的x軸上，支持構件23位於最座標系統的y軸上，起重機本體10的重心的座標為(x1, y1, z1)，物體的座標為(x2, y2, z2)。a為支持構件21與22間的距離，b為支持構件21與24間的距離，因此支持構件22的座標為(a, 0, 0)，支持構件23的座標為(a, b, 0)，支持構件24的座標為(0, b, 0)。

當移動式起重機100保持靜止時，移動式起重機100達到力平衡以及力矩平衡，即移動式起重機100不移動也不轉動。而由於移動式起重機100水平受力與垂直受力相比不計，僅考慮沿z軸方向的作用力，即移動式起重機100的重量W1、物體的重量W2以及四個支持構件21、22、23、24所受到地面的垂直正向力作用。而在移動式起重機100靜止不移動的情況下，僅考慮z軸方向的力平衡，z軸力平衡方程式如下：F1+F2+F3+F4-(W1+W2)=0。(式1)

另外，由於不考慮水平方向作用力，因此不考慮相關於z軸的力矩。而在移動式起重機100在未翻覆的情況下，其相關於x軸及相關於y軸的力矩也達到平衡。相關於x軸的力矩的方程式如下：b(F3+F4)+y1W1+y2W2=0(式2)，相關於y軸的力矩的方程式如下：a(F2+F3)+x1W1+x2W2=0(式3)。

當F3=0時，表示支持構件23已經離開地面，因此地面不會對支持構件23施加任何正向力，而且此時起重機本體10已經處於搖晃的狀態，但尚未產生翻覆的情況，在力矩平衡的條件下，從式2可得到F4≠(y1W1+y2W2)/-b(式4)，即F4滿足式4時，起重機本體10不會翻覆，更進一步說，當F4>(y1W1+y2W2)/-b時，起重機本體10不會以x軸為軸線翻轉而產生翻覆。而且由式3可以得到F2≠(x1W1+x2W2)/-a(式5)，F2滿足式5時，起重機本體10不會翻覆，更進一步說，當F2>(x1W1+x2W2)/-a時，起重機本體10不會以y軸為軸線翻轉而產生翻覆。同樣地，當F4=0時，表示支持構件24已經離開地面，由式2可得到F3≠(y1W1+y2W2)/-b(式6)，即F3滿足式6時，起重機本體10不會翻覆，更進一步說，當F3>(y1W1+y2W2)/-b時，起重機本體10不會以x軸為軸線翻轉而產生翻覆。當F2=0時，表示支持構件22已經離開地面，由式3可得到F3≠(x1W1+x2W2)/-a(式7)，即F3滿足式7時，起重機本體10不會翻覆。更進一步說，當F3>(x1W1+x2W2)/-a時，起重機本體10不會以y軸為軸線翻轉而產生翻覆。

藉由以上力學原理的計算，可以得到起重機本體10翻覆時的判斷式。由於移動式起重機100的重量W1、移動式起重機100的重心座標(x1, y1, z1)、支持構件21與21間的距離a以及支持構件21與24間的距離b為既定而且可以預先儲存，因此只要測得支持構件21、22、23、24處的正向力F1、F2、F3及F4，並測得物體的重量W2以及物體的座標(x2, y2, z2)，就可以應用上述的式1至式7判斷起重機本體10是否會翻覆。

請參閱第4圖及第5圖，其表示本創作的移動式起重機防傾覆監測裝置。本創作的移動式起重機防傾覆監測裝置40包括複數個第一感測器41、一第二感測器42、一控制器43以及一警示器44。複數個第一感測器41分別設置於移動式起重機100的支持構件21、22、23、24，並量測支持構件21、22、23、24所承受的壓力，且得到複數個第一受力數據F1、F2、F3及F4。第二感測器42設置於移動式起重機100的起重構件30，量測起重構件30所承載的物體的重量，且得到一第二受力數據。控制器43連接於該等第一感測器41以及第二感測器42並接收該等第一受力數據F1、F2、F3及F4以及第二受力數據。根據該等第一受力數據F1、F2、F3及F4、第二受力數據、移動式起重機的重量W1以及移動式起重機的尺寸a、b計算出移動式起重機的受力及力矩，並根據前述的式1至式7判斷移動式起重機的受力及力矩是否造成移動式起重機的傾覆。警示器44連接於控制器43，當控制器43判斷該移動式起重機100會傾覆時，控制器43控制警示器44發出警示。在本實施例中，警示器44可以是一顯示器或者是一揚聲器。顯示器可以顯示支持構件21、22、23、24及起重構件30的受力數值，並且在快要翻覆時，在顯示器上顯示即將從何處翻覆。在本實施例中，第一感測器41為油壓壓力感測器，第二感測器42為鋼索荷重感測器。第一感測器41係偵測舉升桿26的油壓缸的壓力，第二感測器42係偵測起重構件30的鋼索33的拉力，由於以鋼索33拉住物體時，根據力平衡，鋼索33的拉力會等於物體的重量W2，因此量測鋼索33拉力即可得到物體的重量W2。

另外，本創作的移動式起重機防傾覆監測裝置40更包括一測距儀45，測距儀45量測物體的座標(x2, y2, z2)，並將座標傳送至控制器43。

當該等第一感測器41的其中之一偵測到該第一受力數據為0時，例如安裝在支持構件23的第一感測器41偵測到F3=0時，表示支持構件23已經離開地面，因此地面不會對支持構件23施加任何正向力。而且當該控制器43根據第一受力數據、第二受力數據、物體的座標及起重機本體10的尺寸計算出，相對於一軸線(例如相對於x軸)，任一與該第一受力數據為0的第一感測器41(支持構件23的第一感測器41)相鄰的第一感測器41(例如支持構件24的第一感測器41)所偵測到的第一受力數據等於除了軸線(x軸)上的第一感測器41以外之其他第一感測器41所偵測到的第一受力數據、第二感測器42所測得的第二受力數據以及移動式起重機100的重量相對於軸線(x軸)的力矩的總和除以任一第一感測器41與軸線的垂直距離(支持構件24至支持構件21的距離b)所得到的一臨界值時，控制器43判斷移動式起重機100以軸線為旋轉中心而傾覆，也就是當。即應用前述之式4來判斷起重機本體10是否以x軸為軸線翻轉而造成翻覆。同樣地，當F3=0時，控制器43也會同時根據前述式5判斷起重機本體10是否以y軸為軸線翻轉而造成翻覆。在實際應用中，控制器43可以在計算出支持構件21-24的受力到達臨界值前時即發出警示，例如控制器43計算出第一受力數據高於臨界值的10%而且第一受力數據的數值仍持續降低時，控制器43即控制警示器44發出警示，讓操作人員有足夠時間操作修正吊掛的距離或調整各支持構件的伸展長度，避免發生傾覆事故。

當偵測到第一受力數據接近臨界值時，操作人員可操作對應於支持構件21、22、23、24的控制開關211、221、231及241，控制各支持構件21、22、23、24的伸縮桿25及舉升桿26的位置，即改變距離a或b的數值來降低臨界值的數值，以避免各支持構件的受力低於臨界值而產生傾覆事故。或者是操作人員可操作對應於絞盤32的控制開關321，以收回物體，或調整吊臂31的傾角或伸展距離，以改變物體的座標值，藉此避免各支持構件的受力低於臨界值。

請參閱第6圖，其表示本創作的的一實施例。

在步驟S1中，量測複數個支持構件21、22、23、24的受力而得到複數個第一受力數據F1、F2、F3、F4，以第一感測器41量測各支持構件21、22、23、24的受力而得到複數個第一受力數據F1、F2、F3、F4。

接著進入步驟S2，在步驟S2中，量測一起重構件30的受力而得到一第二受力數據，以第二感測器42量測鋼索33的拉力，並藉此測得物體的重量W2。

接著進入步驟S3，在步驟S3中，以測距儀45量測所承載物體的距離，並轉換成座標值(x2, y2, z2)。

接著進入步驟S4，在步驟S4中，根據該等第一受力數據F1、F2、F3、F4、該第二受力數據、該移動式起重機的重量W1、該移動式起重機的尺寸a、b以及物體的座標值(x2, y2, z2)，計算出移動式起重機100的受力及力矩，並判斷該移動式起重機的該受力及該力矩是否造成移動式起重機100的傾覆。即根據前述之式1至式7判斷移動式起重機100是否傾覆，如以下之詳述。

當該等第一感測器41的其中之一偵測到該第一受力數據為0時，例如安裝在支持構件23的第一感測器41偵測到F3=0時，表示支持構件23已經離開地面，因此地面不會對支持構件23施加任何正向力。而且當該控制器30根據第一受力數據、第二受力數據、物體的座標及起重機本體10的尺寸計算出，相對於一軸線(例如相對於x軸)，任一與該第一受力數據為0的第一感測器41(支持構件23的第一感測器41)相鄰的第一感測器41(例如支持構件24的第一感測器41)所偵測到的第一受力數據等於除了軸線(x軸)上的第一感測器41以外之其他第一感測器41所偵測到的第一受力數據、第二感測器42所測得的第二受力數據以及移動式起重機100的重量相對於軸線(x軸)的力矩的總和除以任一第一感測器41與軸線的垂直距離(支持構件24至支持構件21的距離b)所得到的一臨界值時，控制器43判斷移動式起重機100以軸線為旋轉中心而傾覆，也就是當。即應用前述之式4來判斷起重機本體10是否以x軸為軸線翻轉而造成翻覆。同樣地，當F3=0時，控制器43也會同時根據前述式5判斷起重機本體10是否以y軸為軸線翻轉而造成翻覆。在實際應用中，控制器43可以在計算出支持構件21-24的受力到達臨界值前時即發出警示，例如控制器43計算出第一受力數據高於臨界值的10%而且第一受力數據的數值仍持續降低時，控制器43即控制警示器44發出警示，讓操作人員有足夠時間操作修正吊掛的距離或調整各支持構件的伸展長度，避免發生傾覆事故。

惟以上所述者，僅為本創作之較佳實施例而已，當不能以此限定本創作實施之範圍，即大凡依本創作申請專利範圍及創作說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本創作專利涵蓋之範圍內。另外，本創作的任一實施例或申請專利範圍不須達成本創作所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本創作之權利範圍。此外，本說明書或申請專利範圍中提及的”第一”、”第二”等用語僅用以命名元件(element)的名稱或區別不同實施例或範圍，而並非用來限制元件數量上的上限或下限。

10:起重機本體 11:輪胎 12:駕駛艙 21、22、23、24:支持構件 25:伸縮桿 26:舉升桿 30:起重構件 31:吊臂 32:絞盤 33:鋼索 34:承載件 40:防傾覆監測裝置 41:第一感測器 42:第二感測器 43:控制器 44:警示器 45:測距儀 100:移動式起重機 211、221、231、241:控制開關 321:控制開關 a、b:支持構件間的距離 F1、F2、F3、F4:第一受力數據 W1:移動式起重機的重量 W2:物體的重量 (x1,y1,z1):移動式起重機重心座標值 (x2,y2,z2):物體的座標值

第1圖為本創作的移動式起重機的一實施例的示意圖。第2圖為第1圖的移動式起重機的支持構件的示意圖。第3圖為第1圖的移動式起重機的力學原理的示意圖。第4圖為第1圖的移動式起重機的系統方塊圖。第5圖為本創作的移動式起重機防覆傾監測裝置的一實施例的系統方塊圖。第6圖為本創作的的一實施例的流程圖。

21、22、23、24:支持構件

32:絞盤

41:第一感測器

42:第二感測器

211、221、231及241:控制開關

321:控制開關

Claims

一種移動式起重機防傾覆監測裝置，監測一移動式起重機，該移動式起重機包括複數個支持構件以及一起重構件，該等支持構件支持該移動式起重機於地面，該起重構件承載一物體，該移動式起重機防傾覆監測裝置包括：複數個第一感測器，分別設置於該移動式起重機的該等支持構件，並量測該等支持構件所承受的壓力，且得到複數個第一受力數據；一第二感測器，設置於該移動式起重機的該起重構件，量測該起重構件所承載的該物體偵測到的第一受力數據重量，且得到一第二受力數據；一控制器，連接於該等第一感測器以及該第二感測器並接收該等第一受力數據以及該第二受力數據，根據該等第一受力數據、該第二受力數據、該移動式起重機的重量以及該移動式起重機的尺寸計算出該移動式起重機的受力及力矩，並判斷該移動式起重機的該受力及該力矩是否造成該移動式起重機的傾覆；以及一警示器，連接於該控制器，當該控制器判斷該移動式起重機會傾覆時，該控制器控制該警示器發出警示。
如請求項1所述之移動式起重機防傾覆監測裝置，其中該等第一受力數據的方向與該第二受力數據的方向相反，而且該等第一受力數據的方向與重力作用方向相反。
如請求項2所述之移動式起重機防傾覆監測裝置，其中當該等第一感測器的其中之一偵測到該第一受力數據為0時，當該控制器計算出，相對於一軸線，任一與該第一受力數據為0的該第一感測器相鄰的該等第一感測器所偵測到的該第一受力數據等於除該軸線上的該等第一感測器以外之其他該等第一感測器所偵測到的該第一受力數據、該第二受力數據以及該移動式起重機的重量相對於該軸線的力矩的總和除以該任一第一感測器與該軸線的垂直距離所得到的一臨界值時，該控制器判斷該移動式起重機以該軸線為旋轉中心而傾覆。
如請求項3所述之移動式起重機防傾覆監測裝置，其更包括一測距儀，該測距儀量測該物體的座標，並將該座標傳送至該控制器。
如請求項1所述之移動式起重機防傾覆監測裝置，其中該第一感測器為油壓壓力感測器，該第二感測器為鋼索荷重感測器。
一種具防傾覆監測功能的移動式起重機，其包括：一起重機本體，其具有輪胎或履帶；複數個支持構件，可伸縮地設置於該起重機本體，而且該等支持構件支持該起重機本體於地面；一起重構件，可旋轉地設置於該起重機本體且承載一物體；以及一如請求項1至5任一項所述之移動式起重機防傾覆監測裝置。
如請求項6所述之具防傾覆監測功能的移動式起重機，其中該起重構件包括一吊臂、一絞盤、一鋼索以及一承載件，該吊臂可旋轉地設置於該起重機本體，該承載件承載該物體且連接於該鋼索，該鋼索收捲於該絞盤且沿著該吊臂延伸，該第二感測器設置於該絞盤並偵測該鋼索的受力。
如請求項6所述之具防傾覆監測功能的移動式起重機，其中每一該支持構件包括一油壓缸，該第一感測器量測該油壓缸的壓力。