塔式起重機及其頂升自平衡控制系統(tǒng)和控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種塔式起重機的頂升自平衡控制方法，用于在塔式起重機頂升加節(jié)的過程中控制其平衡，所述控制方法包括以下步驟：獲取所述塔式起重機爬升架的不平衡力矩；計算所述塔式起重機起重小車的平衡位置；將所述起重小車移動到所述平衡位置。本發(fā)明還提出一種塔式起重機的頂升自平衡控制系統(tǒng)，以及具有該頂升自平衡控制系統(tǒng)的塔式起重機。采用本發(fā)明的塔式起重機及其頂升自平衡控制系統(tǒng)和控制方法，可以對塔式起重機的平衡進行自動并且精確的調整。
【專利說明】塔式起重機及其頂升自平衡控制系統(tǒng)和控制方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明是關于建筑起重機械領域，且特別是關于一種塔式起重機及其頂升自平衡控制系統(tǒng)和控制方法。

【背景技術】
[0002]塔式起重機簡稱塔機，亦稱塔吊，是用于建筑施工中的一種起重設備。塔式起重機的起升高度和工作幅度的性能優(yōu)勢，使其在高層建筑施工中被廣泛應用。
[0003]由于塔式起重機高空作業(yè)的特點，其誘發(fā)安全事故的因素很多。在大型塔式起重機的安裝、使用，以及拆除的過程中，對安全技術管理和操作者的水平要求極高，稍有不慎，就會造成惡性事故。從我國近年發(fā)生的塔式起重機的安全事故案例來看，事故主要發(fā)生在塔式起重機的裝拆過程中。為此，國家和各地方有關行政管理部門出臺了各種安全規(guī)程，各生產(chǎn)廠商和施工單位也制定了各自的技術和管理要求，但還是難以避免由于拆裝原因造成的塔式起重機重特大事故的發(fā)生。
[0004]塔式起重機通過頂升加節(jié)實現(xiàn)自身長高，在頂升加節(jié)過程中，被頂升部分的重心理論上要求位于頂升油缸的合力中心，這樣頂升過程才會安全平穩(wěn)，所以在頂升過程中，首先要對被頂升部分進行力矩平衡的調整，使其重心位于頂升油缸合力的中心。從技術上來講，通過調整起重小車的位置和配置在起重小車上的配平砝碼的重量是可以使塔式起重機被頂升部分的重心落在頂升油缸的合力中心的，但是如何判斷被頂升部分是否達到平衡卻是一個難題。因為即使已經(jīng)配平，也沒有明顯的跡象可以表示塔式起重機是否已經(jīng)達到平衡。大多數(shù)情況下都是憑操作者的經(jīng)驗進行判斷，比如觀察螺栓連接情況等，這就要求操作者必須具備相當?shù)膶嵺`經(jīng)驗和清晰的思路。即使如此，在現(xiàn)有的塔式起重機，尤其是特大型塔式起重機頂升過程中，由于各部件的實際重量與理論重量的差距、配平砝碼的重量誤差、起重小車的位置誤差等很容易造成操作者判斷失誤，造成被頂升部分的重心并不在油缸的合力中心，使塔式起重機在頂升過程中爬升架偏載，導致頂升加節(jié)不平穩(wěn)，嚴重時還會導致塔式起重機的傾翻，造成重大安全事故。


【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種塔式起重機的頂升自平衡控制方法，可以對塔式起重機的平衡進行自動并且精確的調整。
[0006]本發(fā)明的另一目的是提供一種塔式起重機的頂升自平衡控制系統(tǒng)，可以對塔式起重機的平衡進行自動并且精確的調整。
[0007]本發(fā)明的第三個目的是提供一種塔式起重機，可以對其平衡進行自動并且精確的調整。
[0008]本發(fā)明提供一種塔式起重機的頂升自平衡控制方法，用于在塔式起重機頂升加節(jié)的過程中控制其平衡，所述控制方法包括以下步驟:獲取所述塔式起重機爬升架的不平衡力矩；計算所述塔式起重機起重小車的平衡位置；將所述起重小車移動到所述平衡位置。
[0009]在本發(fā)明的一個實施例中，前述的獲取塔式起重機爬升架的不平衡力矩的步驟包括:通過壓力傳感器獲取所述爬升架承受的偏載合力；以及，根據(jù)所述偏載合力以及所述壓力傳感器之間的距離，計算所述爬升架承受的不平衡力矩。
[0010]在本發(fā)明的一個實施例中，前述的壓力傳感器之間的距離是垂直方向上兩個壓力傳感器的距離。
[0011]在本發(fā)明的一個實施例中，前述的控制方法還包括，將所述爬升架的承載能力值的預定比例值設置為預警參數(shù)，當所述不平衡力矩超過所述預警參數(shù)時，提供預警信息。
[0012]本發(fā)明還提供一種塔式起重機的頂升自平衡控制系統(tǒng)，用于在塔式起重機頂升加節(jié)的過程中控制其平衡，所述塔式起重機包括控制裝置，所述頂升自平衡控制系統(tǒng)還包括若干壓力傳感器；各所述壓力傳感器與所述控制裝置信號連通；所述控制裝置在塔式起重機頂升加節(jié)的過程中，接收并且處理各所述壓力傳感器反饋的信號，并根據(jù)處理結果控制起重小車變幅機構將所述起重小車從當前位置移動到平衡位置。
[0013]在本發(fā)明的一個實施例中，前述的頂升自平衡控制系統(tǒng)還包括設置在所述控制裝置內的數(shù)據(jù)處理模塊和控制模塊；所述數(shù)據(jù)處理模塊接收各所述壓力傳感器發(fā)出的測量信號并對這些數(shù)據(jù)進行處理，得到處理結果；所述控制模塊接收所述數(shù)據(jù)處理模塊的處理結果，并根據(jù)所述處理結果控制起重小車變幅機構將所述起重小車從當前位置移動到平衡位置。
[0014]在本發(fā)明的一個實施例中，前述的頂升自平衡控制系統(tǒng)還包括設置在所述控制裝置內的信號處理模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和控制模塊；所述信號處理模塊接收各所述壓力傳感器發(fā)出的測量信號并將其轉換為測量數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)處理模塊接收并處理所述信號處理模塊發(fā)出的數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)作出處理，得到處理結果；所述控制模塊接收所述數(shù)據(jù)處理模塊的處理結果，并根據(jù)所述處理結果控制起重小車變幅機構將所述起重小車從當前位置移動到平衡位置。
[0015]在本發(fā)明的一個實施例中，各前述的壓力傳感器設置在所述爬升架上各滾輪和各滾輪安裝座之間。
[0016]在本發(fā)明的一個實施例中，各前述的壓力傳感器設置在所述爬升架的引進面和/或與引進面相對的側面。
[0017]本發(fā)明還提供一種塔式起重機，所述塔式起重機包括爬升架、位于塔身頂端的標準節(jié)、控制裝置，以及起重小車變幅機構；在所述爬升架的各側面中部和下部內側分別設置有滾輪，所述爬升架通過這些滾輪套裝在所述標準節(jié)上；所述起重小車變幅機構受到所述控制裝置的控制，所述塔式起重機還包括如前述的任一項所述的頂升自平衡控制系統(tǒng)。
[0018]在本發(fā)明的一個實施例中，各前述的壓力傳感器設置在所述爬升架上各滾輪和各滾輪安裝座之間，并且設置在所述爬升架的引進面和/或與引進面相對的側面。
[0019]本發(fā)明的有益效果是，采用本發(fā)明提出的塔式起重機的頂升自平衡控制系統(tǒng)和控制方法利用設置在爬升架中部和下部的壓力傳感器，以及控制裝置可以精確地計算塔式起重機的不平衡力矩，避免主觀判斷以及塔式起重機各部件重量誤差對計算結果的影響，控制裝置根據(jù)計算結果，直接對塔式起重機的平衡進行調整，達到自動控制，在提高效率的同時，減少操作人員的勞動強度，避免了人工操作帶來的誤差。本發(fā)明提出的塔式起重機的頂升自平衡控制系統(tǒng)具有實時性，能夠實時、智能地診斷塔式起重機的偏載信息以及起重小車的偏載調平幅度，并且具有通用性，其參數(shù)化的數(shù)據(jù)處理模塊對于不同型號的塔式起重機及不同的配平砝碼具有廣泛的適用性。
[0020]上述說明僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉實施例，并配合附圖，詳細說明如下。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是應用本發(fā)明較佳實施例的塔式起重機的頂升自平衡控制系統(tǒng)的塔式起重機的結構示意圖。
[0022]圖2是應用本發(fā)明較佳實施例的塔式起重機的頂升自平衡控制系統(tǒng)的塔式起重機的爬升架的結構示意圖。
[0023]圖3是圖2中的爬升架的ΠΙ處的局部放大結構示意圖。
[0024]圖4是將圖2中的爬升架上的各壓力傳感器抽象形成的數(shù)學模型。
[0025]圖5是本發(fā)明較佳實施例塔式起重機的頂升自平衡控制系統(tǒng)的模塊結構示意圖。
[0026]圖6應用本發(fā)明較佳實施例的塔式起重機的頂升自平衡控制系統(tǒng)的塔式起重機向起重臂傾斜時的結構示意圖。
[0027]圖7是圖6中的爬升架的受力數(shù)學模型。
[0028]圖8應用本發(fā)明較佳實施例的塔式起重機的頂升自平衡控制系統(tǒng)的塔式起重機向平衡臂傾斜時的結構示意圖。
[0029]圖9是圖8中的爬升架的受力數(shù)學模型。

【具體實施方式】
[0030]為更進一步闡述本發(fā)明為達成預定發(fā)明目的所采取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的塔式起重機及其頂升自平衡控制系統(tǒng)的【具體實施方式】、結構、特征及其功效，詳細說明如下:
[0031 ] 有關本發(fā)明的前述及其它技術內容、特點及功效，在以下配合參考圖式的較佳實施例的詳細說明中將可清楚呈現(xiàn)。通過【具體實施方式】的說明，當可對本發(fā)明為達成預定目的所采取的技術手段及功效得以更加深入且具體的了解，然而所附圖式僅是提供參考與說明之用，并非用來對本發(fā)明加以限制。
[0032]請參見圖1所示，應用本發(fā)明較佳實施例的塔式起重機的頂升自平衡控制系統(tǒng)的塔式起重機包括基礎1、塔身2、頂升機構3、回轉機構4、平衡臂5、起升機構52、起重臂6、起重小車62、塔頂7、變幅機構8，以及控制裝置9 (見圖4)。
[0033]塔式起重機通過基礎I固定安裝在地面上。塔身2由若干個標準節(jié)22組成。頂升機構3是使得塔式起重機可以實現(xiàn)自升高的機構，包括爬升架32和頂升油缸等?；剞D機構4是使塔式起重機上回轉部分可以水平回轉的機構。平衡臂5用來保持力矩平衡。起升機構52用于將重物提升起來。起重臂6是提升重物的受力部分。起重小車62用來安裝滑輪組和鋼繩以及吊鉤，也是直接受力部分。塔頂7用來保持臂架受力平衡。變幅機構8可驅動起重小車62沿設置在起重臂6上的軌道運行，以調整起重小車62的位置。
[0034]回轉機構4安裝在上支座上，上支座支撐起重臂6、平衡臂5等。上支座和下支座通過回轉支承用螺栓連接，下支座與通過過渡梁42連接爬升架32。爬升架32通過兩組滾輪326 (見圖3)套裝在該標準節(jié)22上。當塔式起重機做回轉運動時，上支座及其以上的部分繞塔身2的中心轉動，而下支座及其以下的部分如標準節(jié)22和爬升架32則固定不動。
[0035]下面簡述塔式起重機的加高過程。
[0036]首先，吊起需要安裝的新標準節(jié)22’并安裝在塔式起重機引進系統(tǒng)44的專用吊鉤上。接著，將塔式起重機起重臂6上的起重小車62吊上適當重量的配平砝碼64，調整起重小車62在起重臂6上的水平位置，使起重臂6和平衡臂5相對于塔身2的力矩平衡后，拆除過渡梁42與標準節(jié)22之間連接的銷軸，并使爬升架32上的頂升掛板掛在標準節(jié)22的踏步上。然后由控制裝置9啟動頂升油缸，使過渡梁42的支腿脫離塔身2的主弦桿，并且在此過渡梁42的支腿和塔身2的主弦桿剛好脫離的位置檢驗過渡梁42與標準節(jié)22相連的支腿與塔身2的主弦桿是否在一條垂直線上，以檢查塔式起重機是否平衡，若不平衡，則調整起重小車62的配平位置，直至平衡，使得塔式起重機上部重心落在塔身2的中心線上。在頂升油缸伸長時，爬升架32攜載爬升架32上部機構，在兩組滾輪326的導向作用下順著標準節(jié)22上升。此時，爬升架32上部的機構全部由爬升架32支撐。這樣，在過渡梁42下端與標準節(jié)22上端之間會空出一個標準節(jié)距離，通過引進系統(tǒng)44將新標準節(jié)22’引入過渡梁42下端與標準節(jié)22上端之間，并分別將新標準節(jié)22’的下部與原有標準節(jié)22連接，將新標準節(jié)22’的上部與過渡梁42連接，塔式起重機就完成了加高的過程。
[0037]塔式起重機要降低高度時，與上面的加高過程相反。
[0038]在上述塔式起重機的加高過程中，存在兩個相當重要的配平環(huán)節(jié)，一個是在拆除過渡梁42與標準節(jié)22之間連接的銷軸之前，另一個是在過渡梁42的支腿和塔身2的主弦桿剛好脫離時。
[0039]本發(fā)明較佳實施例的塔式起重機的頂升自平衡控制系統(tǒng)包括設置在爬升架32上的若干壓力傳感器，以及設置在控制裝置9內的信號處理模塊90、數(shù)據(jù)處理模塊92、控制模塊94，以及顯示模塊96。
[0040]請參照圖2所示，塔式起重機的爬升架32包括四根主梁320，這四根主梁320圍成矩形結構。爬升架32的幾個側面因為功能不同有不同的稱謂。在拆裝工況下，爬升架32面向起重臂6的側面具有一個開口，新標準節(jié)22’可由這個開口進出，所以稱為引進面322。爬升架32與引進面322相對的側面324，在拆裝工況下面向平衡臂5。頂升油缸安裝在爬升架32上除引進面322之外的任一側面，該側面稱為頂升面。在拆裝工況下，爬升架32的上部始終與過渡梁42相接，而爬升架32的中部和下部始終與標準節(jié)22上部相接，即爬升架32的上部和中部之間間隔一個標準節(jié)22的距離。在爬升架32的中部和下部內側各側面分別設置有兩個滾輪326，即在爬升架32的中部四個側面共設置有8個滾輪326，在爬升架32的下部四個側面同樣共設置有8個滾輪326。爬升架32就通過這些滾輪326套裝在該標準節(jié)22上，并且在頂升油缸伸長時，爬升架32攜載爬升架32上部的機構，在這些滾輪326的導向作用下順著標準節(jié)22上升。各滾輪326通過滾輪安裝座327固定在爬升架32上，各滾輪326與各滾輪安裝座327銷軸連接。本發(fā)明較佳實施例的塔式起重機頂升自平衡控制系統(tǒng)的若干壓力傳感器為銷軸式壓力傳感器。優(yōu)選各壓力傳感器分別設置在爬升架32中部和下部位于引進面322 —側和爬升架32與引進面322相對的側面324 —側的各滾輪326和各滾輪安裝座327之間。即，各壓力傳感器將各滾輪326和各滾輪安裝座327連接在一起，從而能夠精確測量爬升架32的受力。
[0041]請一并參照圖4所示，在本實施例中，塔式起重機的頂升自平衡控制系統(tǒng)包括八個壓力傳感器3281?3288，其中，第一壓力傳感器3281、第二壓力傳感器3282、第五壓力傳感器3285、第六壓力傳感器3286設置在爬升架32上與引進面322相對的側面324 —側。第一壓力傳感器3281和第二壓力傳感器3282位于爬升架32中部，而第五壓力傳感器3285和第六壓力傳感器3286位于爬升架32下部。第三壓力傳感器3283、第四壓力傳感器3284、第七壓力傳感器3287、第八壓力傳感器3288設置在爬升架32上引進面322 —側。第三壓力傳感器3283和第四壓力傳感器3284位于爬升架32中部，而第七壓力傳感器3287、第八壓力傳感器3288位于爬升架32下部。圖5是將爬升架32上的八個壓力傳感器3281?3288抽象形成的數(shù)學模型。
[0042]請參照圖5所示，各壓力傳感器328與信號處理模塊90信號連通，可以是有線連接，也可以是無線連接。信號處理模塊90接收各壓力傳感器328發(fā)出的測量信號并將其轉換為測量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理模塊92與信號處理模塊90通信連接，接收并處理信號處理模塊90發(fā)出的數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)作出處理，得到處理結果。控制模塊94與數(shù)據(jù)處理模塊92通信連接，并且與塔式起重機的變幅機構8通信連接?？刂颇K94接收數(shù)據(jù)處理模塊92的處理結果，并根據(jù)該處理結果控制變幅機構8動作。顯示模塊96與數(shù)據(jù)處理模塊92通信連接，可顯示數(shù)據(jù)處理模塊92的處理結果。
[0043]本發(fā)明較佳實施例的塔式起重機的頂升自平衡控制系統(tǒng)自動控制塔式起重機的配平，其控制過程如下。
[0044]首先由各壓力傳感器3281?3288將測量的信號發(fā)送給信號處理模塊90 ;信號處理模塊90將接收到的測量信號并將其轉換為測量數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理模塊92接收并處理信號處理模塊90發(fā)出的數(shù)據(jù)，對爬升架32所承受的不平衡力矩進行智能計算，從而推算出為使爬升架32所承受的力矩平衡，攜載著配平砝碼64的起重小車62應移動的距離；顯示模塊96接受并顯示數(shù)據(jù)處理模塊92的處理結果；控制模塊94接收數(shù)據(jù)處理模塊92的處理結果，并根據(jù)該處理結果控制變幅機構8動作，將攜載著配平砝碼64的起重小車62移動應移動的距離，即到達平衡位置(見圖1)，即完成該自動控制過程。
[0045]其中，數(shù)據(jù)處理模塊92的數(shù)據(jù)處理過程如下。
[0046]垂直方向上兩個壓力傳感器328的距離d(見圖1 )，起重小車62、吊鉤組、配平砝碼64的重力之和，以及變幅機構8的轉筒半徑r均為易于測量的數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)作為已知參數(shù)預先輸入數(shù)據(jù)處理模塊92，并將根據(jù)塔式起重機上部不平衡模型計算出的爬升架32承載能力值M的例如30%作為預警參數(shù)預先輸入數(shù)據(jù)處理模塊92。該預警參數(shù)與爬升架32承載能力值的比例可根據(jù)實際情況調整。
[0047]本發(fā)明較佳實施例的塔式起重機的頂升自平衡控制方法包括以下步驟。
[0048]首先由數(shù)據(jù)處理模塊92根據(jù)各壓力傳感器328的測量數(shù)據(jù)，計算出爬升架32所承受的偏載合力Fg ;然后根據(jù)公式I計算爬升架32所承受的不平衡力矩M，式中d是垂直方向上兩個壓力傳感器328的距離；接著，根據(jù)公式2計算起重小車62移動的方向和距離L,即起重小車62的重心距平衡位置的距離L,式中+Higfflss是起重小車62、吊鉤組、配平砝碼64的質量之和，g是重力加速度；最后，根據(jù)公式3計算變幅機構8的轉筒需要旋轉的圈數(shù)n，式中r是變幅機構8的轉筒半徑。
[0049]計算公式:

【權利要求】
1.一種塔式起重機的頂升自平衡控制方法，用于在塔式起重機頂升加節(jié)的過程中控制其平衡，其特征在于，所述控制方法包括以下步驟: 獲取所述塔式起重機爬升架的不平衡力矩； 計算所述塔式起重機起重小車的平衡位置； 將所述起重小車移動到所述平衡位置。
2.如權利要求1所述的塔式起重機的頂升自平衡控制方法，其特征在于，所述獲取塔式起重機爬升架的不平衡力矩的步驟包括:通過壓力傳感器獲取所述爬升架承受的偏載合力；以及， 根據(jù)所述偏載合力以及所述壓力傳感器之間的距離，計算所述爬升架承受的不平衡力矩。
3.如權利要求2所述的塔式起重機的頂升自平衡控制方法，其特征在于，所述壓力傳感器之間的距離是垂直方向上兩個壓力傳感器的距離。
4.如權利要求1所述的塔式起重機的頂升自平衡控制方法，其特征在于，所述控制方法還包括，將所述爬升架的承載能力值的預定比例值設置為預警參數(shù)，當所述不平衡力矩超過所述預警參數(shù)時，提供預警信息。
5.一種塔式起重機的頂升自平衡控制系統(tǒng)，用于在塔式起重機頂升加節(jié)的過程中控制其平衡，所述塔式起重機包括控制裝置，其特征在于，所述頂升自平衡控制系統(tǒng)還包括若干壓力傳感器；各所述壓力傳感器與所述控制裝置信號連通；所述控制裝置接收并且處理各所述壓力傳感器反饋的信號，并根據(jù)處理結果控制起重小車變幅機構將所述起重小車從當前位置移動到平衡位置。
6.如權利要求5所述的塔式起重機的頂升自平衡控制系統(tǒng)，其特征在于，所述頂升自平衡控制系統(tǒng)還包括設置在所述控制裝置內的數(shù)據(jù)處理模塊和控制模塊；所述數(shù)據(jù)處理模塊接收各所述壓力傳感器發(fā)出的測量信號并對這些數(shù)據(jù)進行處理，得到處理結果；所述控制模塊接收所述數(shù)據(jù)處理模塊的處理結果，并根據(jù)所述處理結果控制起重小車變幅機構將所述起重小車從當前位置移動到平衡位置。
7.如權利要求5所述的塔式起重機的頂升自平衡控制系統(tǒng)，其特征在于，所述頂升自平衡控制系統(tǒng)還包括設置在所述控制裝置內的信號處理模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和控制模塊；所述信號處理模塊接收各所述壓力傳感器發(fā)出的測量信號并將其轉換為測量數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)處理模塊接收并處理所述信號處理模塊發(fā)出的數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)作出處理，得到處理結果；所述控制模塊接收所述數(shù)據(jù)處理模塊的處理結果，并根據(jù)所述處理結果控制起重小車變幅機構將所述起重小車從當前位置移動到平衡位置。
8.如權利要求5所述的塔式起重機的頂升自平衡控制系統(tǒng)，其特征在于，各所述壓力傳感器設置在所述爬升架上各滾輪和各滾輪安裝座之間。
9.如權利要求8所述的塔式起重機的頂升自平衡控制系統(tǒng)，其特征在于，各所述壓力傳感器設置在所述爬升架的引進面和/或與引進面相對的側面。
10.一種塔式起重機，所述塔式起重機包括爬升架、位于塔身頂端的標準節(jié)、控制裝置，以及起重小車變幅機構；在所述爬升架的各側面中部和下部內側分別設置有滾輪，所述爬升架通過這些滾輪套裝在所述標準節(jié)上；所述起重小車變幅機構受到所述控制裝置的控制，其特征在于，所述塔式起重機還包括如權利要求5-9任一項所述的頂升自平衡控制系統(tǒng)。
11.如權利要求10 所述的塔式起重機，其特征在于，各所述壓力傳感器設置在所述爬升架上各滾輪和各滾輪安裝座之間，并且設置在所述爬升架的引進面和/或與引進面相對的側面。
【文檔編號】B66C23/62GK104045006SQ201310076505
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2013年3月11日 優(yōu)先權日:2013年3月11日
【發(fā)明者】陽云華, 陳鵬, 李桂芳 申請人:中聯(lián)重科股份有限公司