起重機迴轉控制的方法、裝置和系統以及起重機的製作方法
2023-05-26 18:08:36
專利名稱：起重機迴轉控制的方法、裝置和系統以及起重機的製作方法
技術領域：
本發明涉及工程機械控制技術領域，特別地涉及一種起重機迴轉控制的方法、裝置和系統以及起重機。
背景技術：
起重機是一種常見的工程機械。對於各種起重機來說，通常具有支腿、迴轉體、吊臂，吊臂頭部可通過鋼絲繩連接重物實現吊裝作業。如圖1所示，圖1是根據現有技術中的起重機的吊裝及迴轉結構的簡圖。圖1中示出了起重機的支腿11、迴轉平臺12、吊臂13、吊臂頭14、連接在吊臂頭與重物之間的吊繩15，並同時示出了吊重物16。在迴轉過程中，迴轉平臺繞直線L轉動，該線 L垂直於迴轉平面並經過迴轉平臺的迴轉中心0。在相關技術中，為了確保作業平穩，通常基於吊臂的迴轉速度來控制起重機的迴轉。在實現本發明的過程中，發明人發現在柔性連接吊重物的情況下，相關技術中對於起重機迴轉的控制效果不佳。參考圖1，吊臂頭部、吊重物為剛性體，之間的連接為鋼絲繩，可稱之為柔性連接。在柔性連接狀態下，因臂頭運轉速度Vl與和重物運轉速度V2在迴轉啟動、 停止和勻速時兩者並不相同，因此引起重物法向和切向的偏擺，造成整車臂架系統的失穩甚至斷裂或翻車。對於相關技術中對於柔性連接吊重物的起重機的迴轉控制效果不佳的問題，目前尚未提出有效解決方案。
發明內容
本發明的主要目的是提供一種起重機迴轉控制的方法、裝置和系統以及起重機， 以解決現有技術中對於柔性連接吊重物的起重機的迴轉控制效果不佳的問題。為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種起重機迴轉控制的方法。本發明提供的起重機迴轉控制的方法包括根據當前起重機的迴轉機構的迴轉線速度、吊重物與吊繩形成的擺的長度、以及預先設置的針對起重機當前工況的吊繩與豎直方向的夾角，得出所述吊重物的迴轉線速度；在所述迴轉機構的迴轉線速度超出所述吊重物的迴轉線速度的差值大於第一預設值的情況下，降低所述起重機的迴轉速度。進一步地，所述根據當前起重機的迴轉機構的迴轉線速度、預先設置的針對起重機當前工況的吊繩與豎直方向的夾角、以及吊重物與吊繩形成的擺的長度，得出所述吊重
物的迴轉線速度，包括根據公式a =確定VI，其中，α表示所述夾角，Vl
4Η
表示所述吊重物的迴轉線速度，V2表示所述迴轉機構的迴轉線速度，H表示所述擺的長度， T表示所述擺的周期。進一步地，所述降低所述起重機的迴轉速度之後，還包括在所述差值小於第二預設值的情況下，增大所述起重機的迴轉機構的迴轉線速度。
根據本發明的另一個方面，提供了一種起重機迴轉控制的裝置。本發明提供的起重機迴轉控制的裝置包括確定模塊，根據當前起重機的迴轉機構的迴轉線速度、吊重物與吊繩形成的擺的長度、以及預先設置的針對起重機當前工況的吊繩與豎直方向的夾角，得出所述吊重物的迴轉線速度；調整模塊，在所述迴轉機構的迴轉線速度超出所述吊重物的迴轉線速度的差值大於第一預設值的情況下，降低所述起重機的迴轉速度。進一步地，所述確定模塊還用於根據公式漢=ai"CtanΧΓ確定Vl，其中，
4Η
α表示所述夾角，Vl表示所述吊重物的迴轉線速度，V2表示所述迴轉機構的迴轉線速度， H表示所述擺的長度，T表示所述擺的周期。進一步地，所述調整模塊還用於在所述差值小於第二預設值的情況下，增大所述起重機的迴轉機構的迴轉線速度。根據本發明的又一個方面，提供了一種起重機迴轉控制的系統。本發明的起重機迴轉控制的系統包括操縱裝置，用於在受到外部操作時發出操作信號；控制裝置，用於在所述操作信號存續期間，根據當前起重機的迴轉機構的迴轉線速度、吊重物與吊繩形成的擺的長度、以及預先設置的針對起重機當前工況的吊繩與豎直方向的夾角，得出所述吊重物的迴轉線速度，以及在所述迴轉機構的迴轉線速度超出所述吊重物的迴轉線速度的差值大於第一預設值的情況下，降低所述起重機的迴轉速度。進一步地，所述操縱裝置為所述起重機的操作手柄；或者，所述操縱裝置為踏板； 或者，所述操縱裝置為按鈕。進一步地，所述控制裝置還用於在所述差值小於第二預設值的情況下，增大所述起重機的迴轉機構的迴轉線速度。根據本發明的又一個方面，提供了一種起重機。本發明的起重機具有柔性連接吊重物的裝置，還具有本發明的起重機迴轉控制的系統。根據本發明的技術方案，通過針對起重機當前工況計算吊重物的迴轉線速度，並且控制吊重物的迴轉線速度與起重機的迴轉機構的迴轉線速度之間的差值，使得在滿足車輛穩定性、結構強度和剛度的條件下，更為準確地控制了吊重物的迴轉速度，保證了重物在迴轉啟動、運行和停止、定位時的平穩，大幅降低了重物的衝擊和重物切向偏轉角以及對吊臂頭部的衝擊載荷，實現了吊裝過程以吊裝物體為目標的控制。
說明書附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中圖1是根據現有技術中的起重機的吊裝及迴轉結構的簡圖。；圖2是根據本發明實施例的起重機迴轉控制的方法的示意圖；圖3是根據本發明實施例的迴轉平面運行狀態示意圖；圖4是根據本發明實施例的起重機迴轉機構的迴轉線速度和吊重物迴轉線速度的示意圖5是根據本發明實施例的起重機迴轉控制的裝置的主要模塊示意圖；圖6是根據本發明實施例的起重機迴轉控制的系統的主要組成部分的示意圖；圖7是與本發明實施例相關的操作手柄行程的示意圖；圖8是根據本發明實施例的控制電流與起重機迴轉機構的迴轉速度相對應的示意圖；圖9是根據本發明實施例的控制方式的示意圖。
具體實施例方式需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。下面將參考附圖並結合實施例來詳細說明本發明。圖2是根據本發明實施例的起重機迴轉控制的方法的示意圖，如圖2所示，該方法主要包括如下步驟步驟S21 根據當前起重機的迴轉機構的迴轉線速度、吊重物與吊繩形成的擺的長度、以及預先設置的針對起重機當前工況的吊繩與豎直方向的夾角，得出吊重物的迴轉線速度；步驟S23 在迴轉機構的迴轉線速度超出吊重物的迴轉線速度的差值大於第一預設值的情況下，降低起重機的迴轉速度。起重機的迴轉機構的迴轉線速度可以根據現有的各種方式來確定。例如根據發動機轉速，按照發動機轉速與迴轉泵的最大輸出流量、迴轉馬達最大輸出轉速以及迴轉機構迴轉速度之間的關係來確定，也可以直接檢測迴轉機構中的齒輪的轉速從而確定迴轉機構的迴轉線速度。可以預先設置針對起重機當前工況的吊繩與豎直方向的夾角。可以根據當前吊臂長度和工作幅度在最大起重量和最小起重量，按照結構穩定性公式計算得出兩個吊繩與豎直方向的夾角值，對於當前工況下的起重量介於最大起重量和最小起重量之間，因此針對起重機當前工況的吊繩與豎直方向的夾角可通過上述計算得出的兩個夾角值通過插值法得到。另外預先設置的上述夾角也可以直接採用根據國家標準提供的數值5°。在步驟S21中，具體可以根據公式漢=ai"Ctan ^v2 ~V^XT來確定吊重物的迴轉線
4H
速度。其中，α表示預先設置的針對起重機當前工況的吊繩與豎直方向的夾角，Vl表示吊重物的迴轉線速度，V2表示迴轉機構的迴轉線速度，H表示吊重物與吊繩形成的擺的長度，
T表示該擺的周期，可採用Γ =計算，其中g表示重力加速度。其中。該擺的長度可
以採用吊繩的長度，或者更精確地可採用吊臂頭部至吊重物重心之間的距離。視控制精度要求而定。迴轉泵最大輸出流量計算公式可採用Qp = Vp -H1 · η，式中Vp為油泵的排量，可根據電流大小隨機變化A1為發動機的轉速。迴轉馬達最大輸出轉速計算公式為 今·η』
m
式中Vm為液壓馬達的排量，可根據電流大小隨機變化，η為機械工作效率。迴轉機構迴轉速度計算公式為" =為迴轉減速機傳動比，Z2^1為迴轉大小齒輪齒數。V2的計算
方式可採用=。起重機當前作業半徑的計算方法為R = L KOS β + Δ fy，式中L
為起重臂架長度，β為起重臂變幅角度，Afy為當前起重量和臂架組合下臂架變幅方向的撓度，通過標準構架繞度計算公式和現場實際測量值進行修正計算得出。從以上計算公式中可以看出，迴轉機構線速度的大小或者加減速除了系統正常的配置外可以通過液壓電控變量泵和電控變量馬達的電流大小得到控制，同時迴轉機構的線速度也可以通過檢測迴轉機構轉速η經過驗算得到。以上的計算中，各量的單位可採用國際單位制，也可以採用其他單位制。圖3是根據本發明實施例的迴轉平面運行狀態示意圖。圖3示出了起重機支腿31、 迴轉體32、吊臂33、臂頭34、吊繩35、吊重物36，以及吊繩與豎直方向的夾角α (或稱作擺轉角度)、吊重物法向運動方向37和切向運動方向38，以及吊重物36迴轉軌跡39。吊重物的迴轉線速度Vl沿切向運動方向38。根據上述步驟控制起重機迴轉機構的迴轉速度，得到的控制效果的示例參見圖4。 圖4是根據本發明實施例的起重機迴轉機構的迴轉線速度和吊重物迴轉線速度的示意圖。 圖4所示的坐標系中，橫坐標表示時間，縱坐標表示速度，線條41表示起重機迴轉線速度， 線條42表示吊重物迴轉線速度，43表示迴轉啟動階段，44表示迴轉平穩運行階段，45表示迴轉停止階段，46表示迴轉過程中起重機迴轉機構的迴轉線速度和吊重物迴轉線速度相等的階段，47表示迴轉停止之前的起重機迴轉機構的迴轉線速度和吊重物迴轉線速度相等的階段。TO為迴轉機構即臂頭迴轉啟動時間點，Τ(Τ為吊重物迴轉啟動時間點，因兩者為柔性連接方式，因此TO與TO、的時間差客觀存在，從而存在偏轉角度a。根據重物擺轉規律和現有計算方式，TO與TO、的時間差可以近似為重物擺轉周期T的1/4。在兩者速度相等階段，其偏轉角度α近似為零。如圖4所示，在Τ2之後，降低了起重機迴轉機構的迴轉線速度，從而使吊重物的迴轉速度接近起重機迴轉機構的迴轉速度，在Τ3之後，可以增大起重機迴轉機構的迴轉速度。在實際運行中，可以在在起重機迴轉機構的迴轉線速度超出吊重物的迴轉線速度的差值小於預設值的情況下增大起重機的迴轉機構的迴轉線速度。圖5是根據本發明實施例的起重機迴轉控制的裝置的主要模塊示意圖。如圖5所述，本發明實施例的起重機迴轉控制的裝置50主要包括確定模塊51，用於根據當前起重機的迴轉機構的迴轉線速度、吊重物與吊繩形成的擺的長度、以及預先設置的針對起重機當前工況的吊繩與豎直方向的夾角，得出吊重物的迴轉線速度；調整模塊52，用於在迴轉機構的迴轉線速度超出吊重物的迴轉線速度的差值大於第一預設值的情況下，降低起重機的迴轉速度。確定模塊51還可用於根據公式漢=,—(^…7^定VI，其中，α表示所
4Η
述夾角，Vl表示吊重物的迴轉線速度，V2表示迴轉機構的迴轉線速度，H表示吊重物與吊繩形成的擺的長度，T表示該擺的周期。調整模塊51還可用於在迴轉機構的迴轉線速度超出吊重物的迴轉線速度的差值小於第二預設值的情況下，增大起重機的迴轉機構的迴轉線速度。圖6是根據本發明實施例的起重機迴轉控制的系統的主要組成部分的示意圖。起重機迴轉控制的系統60主要包括操縱裝置61和控制裝置62。其中操縱裝置61用於在受到外部操作時發出操作信號；控制裝置62用於在該操作信號存續期間，根據當前起重機的迴轉機構的迴轉線速度、吊重物與吊繩形成的擺的長度、以及預先設置的針對起重機當前工況的吊繩與豎直方向的夾角，得出吊重物的迴轉線速度，以及在迴轉機構的迴轉線速度超出吊重物的迴轉線速度的差值大於第一預設值的情況下，降低起重機的迴轉速度。操縱裝置61可以是起重機的操作手柄。另外也可以是踏板或按鈕。在現有技術中，操作手柄的行程決定了起重機迴轉機構的迴轉速度，在本實施例中，不論操作手柄的行程大小，均視作相同的操作指令，具體的起重機迴轉機構的迴轉速度由控制裝置決定。圖7 是與本發明實施例相關的操作手柄行程的示意圖。圖7中示出了手柄71、手柄運行軌跡72、 手柄擺轉角度73和手柄行程74。該手柄行程是手柄在水平面上投影的長度。圖8是根據本發明實施例的控制電流與起重機迴轉機構的迴轉速度相對應的示意圖。這裡的控制電流是用於控制迴轉機構轉速的電流，按現有技術中的方式應用，例如施加在迴轉泵或迴轉馬達上。圖8示出了手柄行程與手柄輸出的電流之間的關係曲線81、手柄行程與控制電流之間的關係曲線82以及起重機迴轉機構的迴轉速度之間的關係曲線83。從圖8可以看出， 手柄行程越大，其輸出的電流可以越大，但實際控制電流由控制系統決定，並不與手柄行程有必然的聯繫。這裡的控制系統包含本實施例中的系統60，其工作方式可以採用圖9的方式。圖9是根據本發明實施例的控制方式的示意圖。手柄的行程實際上給出一個時間段以及命令在該時間段內需有實際控制電流，而實際控制電流的大小不由手柄行程決定。在控制系統的控制下，實際控制電流實現了如曲線83所示的控制效果。根據本實施例的技術方案，通過針對起重機當前工況計算吊重物的迴轉線速度， 並且控制吊重物的迴轉線速度與起重機的迴轉機構的迴轉線速度之間的差值，使得在滿足車輛穩定性、結構強度和剛度的條件下，更為準確地控制了吊重物的迴轉速度，保證了重物在迴轉啟動、運行和停止、定位時的平穩，大幅降低了重物的衝擊和重物切向偏轉角以及對吊臂頭部的衝擊載荷，實現了吊裝過程以吊裝物體為目標的控制。顯然，本領域的技術人員應該明白，上述的本發明的各模塊或各步驟可以用通用的計算裝置來實現，它們可以集中在單個的計算裝置上，或者分布在多個計算裝置所組成的網絡上，可選地，它們可以用計算裝置可執行的程序代碼來實現，從而，可以將它們存儲在存儲裝置中由計算裝置來執行，或者將它們分別製作成各個集成電路模塊，或者將它們中的多個模塊或步驟製作成單個集成電路模塊來實現。這樣，本發明不限制於任何特定的硬體和軟體結合。以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種起重機迴轉控制的方法，其特徵在於，包括根據當前起重機的迴轉機構的迴轉線速度、吊重物與吊繩形成的擺的長度、以及預先設置的針對起重機當前工況的吊繩與豎直方向的夾角，得出所述吊重物的迴轉線速度；在所述迴轉機構的迴轉線速度超出所述吊重物的迴轉線速度的差值大於第一預設值的情況下，降低所述起重機的迴轉速度。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述根據當前起重機的迴轉機構的迴轉線速度、預先設置的針對起重機當前工況的吊繩與豎直方向的夾角、以及吊重物與吊繩形成的擺的長度，得出所述吊重物的迴轉線速度，包括根據公辦=aretan(F2_F1)Xr確定札 4H其中，α表示所述夾角，Vl表示所述吊重物的迴轉線速度，V2表示所述迴轉機構的迴轉線速度，H表示所述擺的長度，T表示所述擺的周期。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，所述降低所述起重機的迴轉速度之後，還包括在所述差值小於第二預設值的情況下，增大所述起重機的迴轉機構的迴轉線速度。
4.一種起重機迴轉控制的裝置，其特徵在於，包括確定模塊，用於根據當前起重機的迴轉機構的迴轉線速度、吊重物與吊繩形成的擺的長度、以及預先設置的針對起重機當前工況的吊繩與豎直方向的夾角，得出所述吊重物的迴轉線速度；調整模塊，用於在所述迴轉機構的迴轉線速度超出所述吊重物的迴轉線速度的差值大於第一預設值的情況下，降低所述起重機的迴轉速度。
5.根據權利要求4所述的裝置，其特徵在於，所述確定模塊還用於根據公式^ =她(n-n)xr確定νι 4H其中，α表示所述夾角，Vl表示所述吊重物的迴轉線速度，V2表示所述迴轉機構的迴轉線速度，H表示所述擺的長度，T表示所述擺的周期。
6.根據權利要求4或5所述的裝置，其特徵在於，所述調整模塊還用於在所述差值小於第二預設值的情況下，增大所述起重機的迴轉機構的迴轉線速度。
7.—種起重機迴轉控制的系統，其特徵在於，包括操縱裝置，用於在受到外部操作時發出操作信號；控制裝置，用於在所述操作信號存續期間，根據當前起重機的迴轉機構的迴轉線速度、 吊重物與吊繩形成的擺的長度、以及預先設置的針對起重機當前工況的吊繩與豎直方向的夾角，得出所述吊重物的迴轉線速度，以及在所述迴轉機構的迴轉線速度超出所述吊重物的迴轉線速度的差值大於第一預設值的情況下，降低所述起重機的迴轉速度。
8.根據權利要求7所述的系統，其特徵在於，所述操縱裝置為所述起重機的操作手柄；或者，所述操縱裝置為踏板；或者，所述操縱裝置為按鈕。
9.根據權利要求7或8所述的系統，其特徵在於，所述控制裝置還用於在所述差值小於第二預設值的情況下，增大所述起重機的迴轉機構的迴轉線速度。
10. 一種起重機，具有柔性連接吊重物的裝置，其特徵在於，所述起重機還具有權利要求7，8，或9所述的系統。
全文摘要
本發明提供了一種起重機迴轉控制的方法、裝置和系統以及起重機，用以解決現有技術中對於柔性連接吊重物的起重機的迴轉控制效果不佳的問題。該方法包括根據當前起重機的迴轉機構的迴轉線速度、吊重物與吊繩形成的擺的長度、以及預先設置的針對起重機當前工況的吊繩與豎直方向的夾角，得出所述吊重物的迴轉線速度；在所述迴轉機構的迴轉線速度超出所述吊重物的迴轉線速度的差值大於第一預設值的情況下，降低所述起重機的迴轉速度。採用本發明的技術方案，有助於在滿足車輛穩定性、結構強度和剛度的條件下，降低重物的衝擊和重物切向偏轉角以及對吊臂頭部的衝擊載荷，從而保證作業的安全。
文檔編號B66C23/84GK102491176SQ20111042126
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月15日 優先權日2011年12月15日
發明者劉權, 張建軍, 李義, 詹純新 申請人:中聯重科股份有限公司