起重机照明装置及其控制方法、起重机与流程

本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种起重机照明装置及其控制方法、起重机。

背景技术：

如图1所示，传统的起重机照明装置2a一般布置在两个部位，一是吊臂1a的左侧，另一个是在操纵室或转台前方。照明灯直接通过照明灯支架固定安装，并通过控制板上的翘板开关控制照明灯是否工作。照明灯的灯光照射角度固定，光束只能沿着固定的吊臂轴线方向照射和操纵室前方区域，在吊臂的变幅、伸缩和吊钩起落过程中，不能跟踪吊重物的位置，同时吊臂左侧照明灯的右侧照明范围会被吊臂遮挡，盲区非常大，照射范围非常有限。

目前吊臂起重机(例如轮式吊臂起重机)的吊重作业性能不断朝着更高、更远的方向发展，起重机的总臂长、起升高度以及最大起升重量都有很大提升，作业幅度最大接近100m，高度接近100m，同时面对工程或者工期需求，很多情况下起重机需要在夜间或照明不良的环境下作业，在实际吊装过程中，尤其夜间作业时，操作者更需要时刻关注吊钩降落及重物起升情况，这就需要吊臂照明灯能够尽量根据吊装区域的不同调整照明光束的角度。

为此，现有技术中出现了下面的照明装置2a，其结构如图2a和2b所示，支撑部件8a的侧面设有弯折支架4a，灯头3a设在弯折支架4a的端部，支撑部件8a内腔的上部设有直筒支架5a，配重物7a吊在直筒支架5a的下方，配重物7a与下方的硅油阻尼器6a配合，以对配重物7a的运动进行缓冲。支撑部件8a的上部通过盖体9a封闭，侧面设有凸耳，以通过螺栓10a固定在吊臂1a上。灯头3a及配重物7a均固定连接支架，灯头3a、配重物7a及支架的重心位于同一平面内，灯头3a的照射方向竖直向下，配重物7a可通过自身重力带动支架在定位孔内转动以及带动灯头3a随着支架转动。该装置可始终保持灯头3a照射方向基本竖直向下，实现对吊重的照明。

由此可见，采用带配重物的机构调整照明灯照射角度的方法也仅限于保持灯头照射方向基本竖直向下，并未实现照明灯角度的随动控制，所以操作人员很难判断重物在空中的具体状态，增加了工作的危险性，同时也降低了作业效率。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种起重机照明装置及其控制方法、起重机，能够在起重机作业时全面覆盖需要的照明区域，并使光照灵活地适应作业区域的改变。

为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种起重机照明装置，包括控制部件、壳体、驱动机构、安装件和照明灯，所述壳体安装在起重机上，所述驱动机构设在所述壳体内，所述安装件可转动地设在所述壳体上，所述照明灯设在所述安装件上，所述控制部件能够控制所述驱动机构带动安装件转动，以改变照明灯的安装角度。

进一步地，照明装置设在起重机吊臂的基本臂上，且位于所述基本臂的下部前端。

进一步地，所述驱动机构包括直线驱动部件和传动部件，所述传动部件与所述直线驱动部件的输出端连接，所述传动部件能够将所述直线驱动部件输出端的直线运动转化为所述安装件旋转运动。

进一步地，所述传动部件包括相互啮合的齿条和齿轮，所述齿条的一端连接于所述直线驱动部件的输出端，所述安装件与所述齿轮同轴连接，能够在所述直线驱动部件的带动下绕自身轴线旋转。

进一步地，所述安装件垂直于起重机的基本臂。

进一步地，所述传动部件包括三角架，所述三角架的第一顶点连接于所述直线驱动部件的输出端，第二顶点可转动地设在所述壳体上，第三顶点与所述安装件的第一端可转动地连接，所述安装件的中部位置与所述壳体通过第一铰接轴连接，所述照明灯设在所述安装件的第二端，所述直线驱动部件能够驱动所述三角架转动以使安装件绕所述第一铰接轴摆动。

进一步地，所述传动部件包括连杆，所述连杆的两端分别与所述壳体和所述安装件的一端可转动地连接，所述直线驱动部件的输出端连接在所述连杆上，所述安装件的另一端通过第二铰接轴与壳体连接，所述照明灯设在所述安装件的中间长度段。

进一步地，照明装置包括两个照明灯，两个所述照明灯分别设在所述安装件的两端，且位于起重机基本臂的沿宽度方向的两侧。

进一步地，两个照明灯为远光灯和近光灯形成的组合灯具。

进一步地，照明装置还包括设在起重机操作面板上的模式选择元件和转向控制元件，所述模式选择元件用于在切换为不同的状态时在手动控制模式和随动控制模式之间选择；

在手动控制模式下，所述转向控制元件用于控制所述照明灯朝所选方向转动以匹配目标吊重位置；

在随动控制模式下，所述控制部件用于控制所述照明灯转动以自动跟随吊重位置。

进一步地，所述控制部件包括清零模块，用于使所述照明灯恢复至初始安装角度位置。

进一步地，照明装置还包括检测部件，所述检测部件包括吊臂臂长传感器、吊臂角度传感器、卷扬速度编码器和驱动机构位移传感器，所述控制部件用于接收所述检测部件的检测信号，并根据吊重当前位置与所述照明灯实际照射角度的偏差值控制照明灯的转动角度。

为实现上述目的，本发明第二方面提供了一种起重机，包括上述实施例的起重机照明装置。

为实现上述目的，本发明第三方面提供了用于上述实施例起重机照明装置的控制方法，包括：

在手动控制模式下，通过转向控制元件控制所述驱动机构带动安装件朝所选方向转动，以改变所述照明灯的安装角度来匹配目标吊重位置；

在随动控制模式下，所述控制部件根据吊重目标位置控制所述驱动机构带动安装件转动，以改变所述照明灯的安装角度，从而自动跟随吊重位置。

进一步地，在随动控制模式下，所述控制方法具体包括：

所述控制部件根据当前吊臂仰角、吊臂长度、吊臂下铰点至照明装置的轴向距离和当前吊钩高度使所述照明灯按照目标照射角度转动；

所述控制部件根据所述吊臂仰角和所述目标照射角度的差值获得驱动信号以控制所述驱动机构；

所述驱动机构带动所述安装件转动，以对所述照明灯的安装角度进行调整从而自动跟随吊重位置。

进一步地，所述控制部件根据所述吊臂仰角和所述目标照射角度的差值获得驱动信号之后，以pid算法和pwm变频调速控制所述驱动机构工作。

基于上述技术方案，本发明实施例的起重机照明装置，在吊臂变幅、伸缩和吊钩起落的过程中，能够实现光束的角度调节，以使灯光跟随吊重的位置，从而根据吊装作业需求灵活地实现作业区域的照明，并全面覆盖需要的照明区域，解决了现有技术中照明光束只能沿着固定的吊臂轴线方向照射，可提高起重机夜间或在照明不良情况下的工作安全性和作业效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有技术中照明装置在起重机吊臂上的安装位置示意图；

图2a和图2b分别为现有技术中起重机照明装置的主视图和侧视图；

图3为本发明起重机照明装置在吊臂上的安装位置示意图；

图4为本发明起重机照明装置的一个实施例的结构示意图；

图5为本发明起重机照明装置中驱动机构的一个实施例的结构示意图；

图6为本发明起重机照明装置的另一个实施例的结构示意图；

图7为本发明起重机照明装置的再一个实施例的结构示意图；

图8为本发明起重机照明装置中照明灯跟随吊钩运动时目标照射角度的计算模型图。

附图标记说明

1a、吊臂；2a、照明装置；3a、灯头；4a、弯折支架；5a、直筒支架；6a、硅油阻尼器；7a、配重物；8a、支撑部件；9a、盖体；

1、基本臂；2、照明装置；

21、照明灯；22、安装件；23、轴承；24、壳体；241、凸耳；25、直线驱动部件；26、齿条；27、导向部件；28、齿轮；

31、三角架；32、第一安装座；33、第二安装座；34、第三安装座；35、第一铰接轴；

41、连杆；42、第四安装座；43、第五安装座；44、第六安装座；45、第二铰接轴。

具体实施方式

以下详细说明本发明。在以下段落中，更为详细地限定了实施例的不同方面。如此限定的各方面可与任何其他的一个方面或多个方面组合，除非明确指出不可组合。尤其是，被认为是优选的或有利的任何特征可与其他一个或多个被认为是优选的或有利的特征组合。

本发明中出现的“第一”、“第二”等用语仅是为了方便描述，以区分具有相同名称的不同组成部件，并不表示先后或主次关系。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“上”、“下”、“内”和“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些用于仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

由于起重机本身结构和工作方式的特点，起重机在作业时对照明装置有如下要求：起重机操作人员需要观察回转区域、吊重起落过程区域和主臂侧面三个区域，要求起重机吊臂照明装置能够全面覆盖这些区域。发明人注意到，如果能灵活地调节照明灯的安装角度，就可改变灯光的照射角度，以适应吊重在运动过程中观测位置的变化。

按照此种设计思路，本发明提供了一种起重机照明装置，在一个示意性的实施例中，参考图3和图4所示，照明装置2包括控制部件、壳体24、驱动机构、安装件22和照明灯21。其中，如图5所示，壳体24上可设有凸耳241，凸耳241上设置安装孔，以通过紧固件将照明装置2安装在起重机上。驱动机构设在壳体24内，安装件22可转动地设在壳体24上，转动方式包括沿着安装件22的自身轴线转动或者绕铰接点摆动。照明灯21设在安装件22上，控制部件能够控制驱动机构带动安装件22转动，以改变照明灯21的照射面相对于起重机上基准部件的安装角度，例如相对于吊臂、操纵室或转台等的安装角度。

吊臂又称“起重臂”或“主臂”，各节臂套接在一起呈“杆”形，它是伸缩臂式起重机的主要工作部件。工作时，吊臂伸向空中，臂的最上端通过钢丝绳连接吊钩，吊起重物；工作完成后，各节臂回缩到一起。

该实施例的起重机照明装置，在吊臂变幅、伸缩和吊钩起落的过程中，能够根据吊重的目标位置控制驱动机构调整照明灯的安装角度，以实现光束的角度调节，能够实时地使灯光跟随重物的位置，从而根据吊装作业需求灵活地实现作业区域的照明，并全面覆盖需要的照明区域，解决了现有技术中照明光束只能沿着固定的吊臂轴线方向照射，可提高起重机照明装置的精细化控制程度，优化起重机执行吊重作业时的照明效果，保证起重机夜间或在照明不良情况下的作业强度及作业范围，以提高工作安全性和作业效率。

优选地，如图3所示，照明装置2设在起重机吊臂的基本臂1上，且位于基本臂1的下部前端。该设置方式能够在吊臂变幅运动时，使照明灯21跟随吊臂运动，以减小照明灯21适应吊重位置时所需的转动角度；而且设在基本臂1的下部可使吊臂两侧的光照程度尽量接近，以免出现照射盲区；另外，照明装置2位于靠近基本臂1前端的位置可减小照明灯21与吊重的距离，以保证足够的光照强度。可替代地，照明装置2也可设在操纵室、转台或起重机的其它能够照射到吊重区域的位置。

其中，参考图5至图7，驱动机构包括直线驱动部件25和传动部件，传动部件与直线驱动部件25的输出端连接，传动部件能够将直线驱动部件25输出端的直线运动转化为安装件22旋转运动，以实现安装件22的转动角度和转动速度调节。

其中，直线驱动部件25选择直线电机、电动推杆、液压缸或气缸等均在本发明的保护范围之内。电动推杆又称“推杆电机”、“电动缸”或“线性致动器”，是一种将电动机的旋转运动转变为推杆的直线往复运动的电力驱动装置。

在图5所示的具体实施例中，传动部件包括相互啮合的齿条26和齿轮28，齿条26沿着壳体24的长度方向设置，齿条26的一端连接于直线驱动部件25的输出端，安装件22与齿轮28同轴连接。具体地，齿条26与直线驱动部件25可采用螺纹方式连接，安装件22的中部通过键与齿轮28连接。直线驱动部件25能够接收控制部件发出的驱动信号，驱动齿条26做水平直线运动，包括齿条26的伸出、缩回和速度调节，从而带动齿轮28和安装件22绕自身轴线旋转，可实现。优选地，安装件22为旋转轴，旋转轴呈细长形。

为了提高齿条26运动的平稳性，在壳体24内设有导向部件27，用于使齿条26沿着导向部件27滑动。采用齿轮齿条传动机构能够实现直线运动转化为照明灯21旋转动作的精确控制。

壳体24安装在基本臂1的下表面时，直线驱动部件25的安装方向与吊臂长度方向保持一致，由此安装件22垂直于起重机的基本臂1。

如图4所示，安装件22的中间长度段通过两个轴承23进行支撑定位，与壳体24形成可转动连接，且安装件22的两端分别位于吊臂沿宽度方向的两侧。通过轴承23的支撑定位作用，能够保证安装件22旋转时两端的同轴度，使两端照明灯21的转动角度一致。优选地，安装件22的两端与吊臂的距离相等，以防止安装件22出现受力不均的现象，还能提高吊重区域光照的均匀性。

由此，照明装置可包括两个照明灯21，两个照明灯21可通过螺栓分别设在安装件22的两端，且位于起重机基本臂1的沿宽度方向的两侧。另外，也可只在一端设置照明灯21，或者在安装件22位于基本臂1的至少一侧设置多个照明灯21，照明灯21的数量与位置可根据用户需求自行配置。

优选地，照明灯21采用远光灯和近光灯组合的方式，以使灯光实现更大的照射范围，全面地覆盖作业区域，更好地满足起重机夜间作业的需求。

除此之外，传动部件还可采用多连杆实现，下面将给出两种结构形式。

在图6所示的具体实施例中，传动部件包括三角架31，三角架31可以是板状结构，或者由三条杆围合形成的结构。三角架31的第一顶点a连接于直线驱动部件25的输出端，第二顶点b可转动地设在壳体24上，第三顶点c与安装件22的第一端可转动地连接。安装件22的中部位置与壳体24通过第一铰接轴35可转动地连接，照明灯21设在安装件22的第二端，直线驱动部件25能够驱动三角架31转动以使安装件22绕第一铰接轴35摆动，从而使照明灯21相对于吊臂的安装角度发生变化。优选地，安装件22为杆状结构，安装件22可位于吊臂宽度方向中心切面内。

进一步地，该照明装置2中还包括第一安装座32、第二安装座33和第三安装座34，这三个安装座可设计为板状结构，且均可安装在壳体24上。直线驱动部件25远离输出端的一端铰接在第一安装座32上，三角架31的第二顶点b铰接在第二安装座33上，第一铰接轴35设在第三安装座34上。

在图7所示的具体实施例中，传动部件包括连杆41，连杆41的两端分别与壳体24和安装件22的一端可转动地连接，直线驱动部件25的输出端连接在连杆41上，安装件22的另一端通过第二铰接轴45与壳体24可转动地连接，照明灯21设在安装件22的中间长度段。

直线驱动部件25能够驱动连杆41转动以使安装件22绕第二铰接轴45摆动，从而使照明灯21相对于吊臂的安装角度发生变化。优选地，安装件22为杆状结构，安装件22可位于吊臂沿着高度方向中心切面内。

优选地，连杆41包括圆弧杆和连接在圆弧杆一端的直杆，直线驱动部件25的输出端连接在圆弧杆和直杆交接的位置，圆弧杆的另一端与安装件22的第一端连接。

进一步地，该照明装置2中还包括第四安装座42、第五安装座43和第六安装座44，这三个安装座34可设计为板状结构，且均可安装在壳体24上。直线驱动部件25远离输出端的一端铰接在第四安装座42上，直杆远离圆弧杆的一端铰接在第五安装座43上，安装件22的第二端铰接在第六安装座44上。

为了能够对照明灯21的转动进行控制，本发明的照明装置2还可包括设在起重机操作面板上的模式选择元件和转向控制元件。其中，模式选择元件用于在切换为不同的状态时在手动控制模式和随动控制模式之间选择，例如，模式选择元件可以是拨动开关或按钮等。转向控制元件用于控制照明灯21朝所选方向转动以匹配目标吊重位置，优选地采用点动按钮，在向上扳动或向下按动该按钮时，可控制照明灯21朝不同的方向转动，在停止操作时，照明灯21也停止转动。可替代地，转向控制元件也可选择功能类似的摇杆等。

此种照明装置2可以实现灯光的手动控制和随动控制，从而在最大程度上满足起重机用户夜间作业时对不同观察位置的照明需求，可按照操作者意愿实现区域照明，能够降低了起重机夜间作业的危险性，提高作业效率。

在需要选取手动控制模式时，操作人员将模式选择元件切换至手动控制模式对应的档位，再根据吊重的目标位置操作转向控制元件，向控制部件发送使照明灯21朝靠近吊重方向转动的控制信号，再由控制部件输出控制命令至直线驱动部件25，以通过传动部件带动照明灯21转动，从而使其光照方向逐渐靠近吊重位置。当照明灯21转动至光照方向到达吊重的目标位置时，释放转向控制元件，照明灯21停止转动。手动控制模式能够根据需求灵活地调整光照方向。

在需要选取随动控制模式时，操作人员将模式选择元件切换至随动控制模式对应的档位。在起重机持续作业或者重物的快速起升状态下，设定照射目标后，控制部件通过内置的控制策略实现照明灯21转动，以使照明灯21的照射方向自动跟随吊重位置。随动控制模式能够实现自动化调节，节省人力，提高作业效率。

为了实现随动控制模式，本发明的照明装置2还包括检测部件，检测部件包括吊臂臂长传感器、吊臂角度传感器、卷扬速度编码器和驱动机构位移传感器。其中，吊臂臂长传感器用于检测吊臂当前的总长度，吊臂角度传感器用于检测吊臂当前的仰角，卷扬速度编码器用于测量卷扬钢丝绳的速度，以便通过卷扬钢丝绳的运动速度和运动时间，由控制部件计算出当前吊钩高度h，参考图8。控制部件用于接收检测部件的检测信号，并根据吊重当前位置(即目标照射角度)与照明灯21实际照射角度的偏差值控制照明灯21的转动角度。各传感器用于实时检测起重机和照明装置2的各项状态参数。

直线驱动部件25内自带位移传感器，在直线驱动部件25的输出端运动时实现位移检测，并将输出端的当前位移量发送至控制部件。一方面，控制部件根据直线驱动部件25输出端的位移与齿轮齿条机构的传动比计算出照明灯21的旋转角度，按该过程能够实现照明灯21的灯光照射角度的调节、灯光转动角度的实时检测和照射目标跟随。另一方面，驱动机构位移传感器能够使照明装置2形成闭环控制系统，从而实现照明灯21照射方向的准确反馈。

进一步地，控制部件包括清零模块，用于使照明灯21在转动调节后恢复至初始安装角度位置，以方便不同位置的安装，提高照明装置使用的方便性。其中角度零位可根据需求设置，例如，角度零位选择平行于吊臂的方向。

进一步地，还可在控制部件中对直线运动部件的行程进行设置，以用于限制照明灯21沿顺时针和/或逆时针转动的角度范围，防止照明灯21在实际运动过程中旋转角度大于360°而产生电缆缠绕受力现象，提高照明装置在工作过程中的安全性。为了实现更可靠的限制，还可在传动部件或安装件22的运动轨迹上设置限位部件。

其次，本发明还提供了一种起重机，包括上述实施例所述的起重机照明装置。此种起重机能够实现智能化和精细化的照明，当需要在夜间或照明不良的环境下执行吊装作业时，能够通过照明灯的角度调节全面地覆盖吊装区域，以使操作者能够清楚地关节到吊重物的状态，从而保证起重机的夜间作业强度和作业范围，提高起重机的夜间作业的安全性。

最后，本发明还提供了一种用于上述实施例所述起重机照明装置的控制方法，包括：

在手动控制模式下，通过转向控制元件控制驱动机构带动安装件22朝所选方向转动，以改变照明灯21的安装角度来匹配目标吊重位置；

在随动控制模式下，控制部件根据吊重目标位置控制驱动机构带动安装件22转动，以改变照明灯21的安装角度，从而自动跟随吊重位置。

这两种控制模式可根据照明需求在作业前或作业过程中进行选择、切换。在手动控制模式下，转向控制元件的操作方式可根据吊重目标位置与照明灯21的当前照射角度来确定。在随动控制模式下，在吊重升降过程中，照明灯21可实时地跟随吊重转动至目标位置，能够使吊重时刻处于可被观测的状态，进一步地提高起重机作业的安全性。

在随动控制模式下，参考图8，该控制方法具体包括如下步骤：

(1)控制部件根据当前吊臂仰角α、吊臂长度l、吊臂下铰点至照明装置的轴向距离s和当前吊钩高度h使照明灯21按照目标照射角度β转动；

(2)控制部件实时计算吊臂仰角α和目标照射角度β的差值，并根据该差值获得驱动信号以控制直线驱动部件25的直线位移量；

(3)驱动机构带动安装件22转动，以对照明灯21的安装角度进行调整从而自动跟随吊重位置。

其中，在步骤(1)中，β是指照明灯21相对于角度零位的转动角度，也是目标照射角度，例如，角度零位可以是平行于吊臂的方向。β可通过如下公式进行计算：

公式中，v是卷扬运动速度，t是卷扬运动时间，m＝vt。

步骤(2)可实现角度位置闭环控制，直线驱动部件25内自带位移传感器可实现直线驱动部件25的位置闭环控制，步骤(2)可实现照明灯21转动角度的位置闭环控制。在执行步骤(1)～(3)的过程之后，吊钩继续运动，控制部件再根据吊钩位置重新调整照明灯旋转角度β，直至吊钩上升或下降至目标位置。

进一步地，在上述步骤(2)中控制器根据吊臂仰角和照明灯21转动角度的差值获得驱动信号之后，以pid算法和pwm变频调速控制直线驱动部件25工作，以实现对照明灯21转动角度和最终到达目标位置的精确控制。

以上对本发明所提供的一种起重机照明装置及其控制方法、起重机进行了详细介绍。本文中应用了具体的实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。