一种测量与预报起重机臂架头部侧移的方法和装置与流程

本发明涉及臂架类型及起重机领域，具体地，涉及一种起重机臂架头部侧向偏移的测量方法、测量装置。

背景技术：

随着起重机向大型化，重型化发展，桁架式起重机和伸缩臂式起重机的臂架也在朝着臂节数增多，全伸长度变长的方向发展。但安装起重机臂架的过程中，由于两端绳索的拉力不均匀，拉力矢量合方向与臂架中心线不重合，臂架之间连接误差，各节臂的直线度等因素导致臂架在上升过程中发生侧向偏移，或在工作状态下，由于重物移动惯性，一侧的风载荷等因素的影响，臂架也会发生不同程度的侧移，从而影响起重机的工作性能，并埋下安全隐患。

起初对于臂架侧移的检测均是通过有限元建模计算的方式来获得，在工作状态下的臂架侧向偏移值并不能真实测量得到，大多数情况下通常通过操作者的经验来判断起重机臂架的侧移情况，而侧移是一种空间偏移，仅凭肉眼或者经验无法准确判断当前臂架的旁弯情况。

中联重科发明了一种起重机及其臂架偏移量的测量方法、装置和系统，通过检测在起始时刻和终止时刻臂架的长度、空间位置和夹角，得出臂架在终止时刻相对于起始时刻的偏移量，包括竖直偏移量和水平偏移量；上述专利中的方法通过激光测距仪测出臂架长度，再通过角度传感器测出偏移角度，从而测出偏移量，但实际工作中，臂架自身会产生形变，这样测量误差不可避免，测量精度不高。

而后，中联重科又发明了一种起重机吊臂旁弯的检测方法，在吊臂的工作状态下，检测吊臂臂头和臂尾之间的距离L和吊臂臂头和臂尾的连线的实际位置相对于连线的理论位置的偏转角度θ，根据距离L和偏转角度θ从而得到吊臂旁弯量；但是，上述专利中的方法是通过测量卷筒旋转圈数换算成钢丝绳长度，将钢丝绳长度作为吊臂臂头到臂尾之间的距离L，理论上可行，但卷筒的计算直径与钢丝绳的缠绕圈数有关，专利中未将钢丝绳的直径考虑在内，导致测量误差增大。

徐工发明了一种起重机伸臂旁弯检测方法和装置，针对于伸缩臂起重机臂架并基于图像视觉系统来确定起重机伸臂的旁弯程度。包括定位标识、图像采集设备等设备，利用起重机伸臂底部的图像采集设备采集包括伸臂末节臂顶端定位标识的待匹配图像，由于在伸臂旁弯的情况下定位标识在待匹配图像中的位置会与预定位置不同，从而为实时检测起重机伸臂旁弯程度提供依据。但是，上述专利检测方法和装置复杂，不便于安装。若遇到雨雪大雾等复杂天气时，设备就不能使用或者测量精度不符合工程要求，实用性较低，所以并未应用到起重机上。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种测量与预报起重机臂架头部侧移的方法，如图1所示，其中，该测量方法包括以下步骤：在起重机臂架安装时、吊装前或吊装时，测量臂架头部下边缘中点的信号点M到臂架底节测距点A的直线距离L1；在起重机臂架安装时、吊装前或吊装时，测量臂架头部下边缘中点的信号点M到臂架底节测距点B的直线距离L2；在起重机臂架安装时、吊装前或吊装时，测量臂架头部下边缘中点的信号点M到臂架底节测距点C的直线距离L3；在起重机臂架安装时、吊装前或吊装时，测量臂架头部下边缘中点的信号点M到臂架底节测距点D的直线距离L4。

利用四个所测的直线距离两两进行组合，利用几何学原理，计算起重机臂架头部在安装时、吊装前或吊装时相对与理论情况下的侧移方向和侧向偏移值，得出侧向偏移值S₁,侧向偏移值S₂，侧向偏移值S₃，侧向偏移值S₄，侧向偏移值S₅，侧向偏移值S₆。

对侧向偏移值S₁,侧向偏移值S₂，侧向偏移值S₃，侧向偏移值S₄，侧向偏移值S₅，侧向偏移值S₆取平均值，得到侧向偏移值S。

进一步的，所述理论情况为：在消除所有外界因素情况下，在起重机臂架安装时，吊装前和吊装时，臂架头部的侧移方向和侧向偏移值，显而易见，此三种情形下，臂架头部不会发生侧移，侧向偏移值为零。

进一步的，所述安装时为：在起重机臂架组装完毕后，臂架头部的侧移方向和侧向偏移值。

进一步的，所述吊装前为：在起重机臂架安装完毕后，通过变幅驱动机构将臂架从地面起升到空中指定位置后，臂架头部的侧移方向和侧向偏移值。

进一步的，所述吊装时为：在实际作业情况中，臂架通过起升机构对起重机吊装物体进行起吊过程中，所述物体完全离开地面并稳定在空中时，臂架头部的侧移方向和侧向偏移值。

进一步的，所述侧移方向：臂架头部在回转平面上的切线方向。

进一步的，所述侧向偏移值为：臂架头部在侧移方向上发生偏移的长度值。

进一步的，所述臂架底节测距点A、B、C、D位于臂架底节臂支撑铰轴线上，并以底节臂在支撑铰轴线方向上的中心O为中点对称分布在两侧，间隔距离为a。

本发明还提供了一种测量与预报起重机臂架头部侧移的装置，该测量装置包括信号器，激光测距仪，侧向偏移计算器，侧向偏移显示器。

进一步的，所述信号器为光源，用于激光测距仪寻找到可测量的信号点M。

进一步的，所述激光测距仪为用于测量信号点与测距点之间的距离，并将测得的直线距离信号L1、L2、L3、L4传输给侧向偏移计算器，并根据起重机臂架在安装时，吊装前或吊装时的仰角，调整激光测距仪的工作角度以确保激光测距仪能够寻找到信号点M。

进一步的，所述侧向偏移计算器用于接收直线距离信号L1、L2、L3、L4，并根据上述的直线距离信号计算起重机臂架头部侧移方向和侧向偏移值S。

进一步的，所述侧向偏移显示器用于显示起重机臂架头部在工作时刻中实时侧移方向与侧向偏移值，并在起重机臂架头部侧向偏移值超过侧向偏移规定值时，发出报警信号。

通过上述技术方案，通过简单的方法即可测量起重机臂架头部的侧移方向和侧向偏移值。本方法简单方便，测量精确度高，实施性和通用性很好。本发明的装置均布局在起重机臂架和回转平台上，并且不受起重机工况的影响，也能够避免外界因素的影响，能够准确掌握臂架头部在安装时、吊装前或吊装后的偏移情况，帮助驾驶员对臂架头部进行及时纠偏，保证起重机的安全运行。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明所述测量方法的流程图；

图2是本发明所述测量方法的示意图；

图3是本发明所述侧向偏移值S₁的计算示意图；

图4是本发明所述侧向偏移值S₂的计算示意图；

图5是本发明所述侧向偏移值S₃的计算示意图；

图6是本发明所述侧向偏移值S₄的计算示意图；

图7是本发明所述侧向偏移值S₅的计算示意图；

图8是本发明所述侧向偏移值S₆的计算示意图；

图9是本发明所述测量与预报装置的布局图；

图10是本发明所述测量与预报装置的示意图。

附图标记说明：

1.测距点A；2.测距点B；3.测距点C；4.测距点D；

5.司机室；6.侧向偏移显示器；7.激光测距仪；

8.激光测距仪； 9.激光测距仪；10.激光测距仪；

11.信号器；12.侧向偏移计算器；13. 回转平台。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供一种测量起重机臂架头部侧向偏移的方法，如图1所示，其中，该测量方法包括以下步骤：在起重机臂架安装时、吊装前或吊装时，测量臂架头部下边缘中点的信号点M到臂架底节测距点A的直线距离L1；在起重机臂架安装时、吊装前或吊装时，测量臂架头部下边缘中点的信号点M到臂架底节测距点B的直线距离L2；在起重机臂架安装时、吊装前或吊装时，测量臂架头部下边缘中点的信号点M到臂架底节测距点C的直线距离L3；在起重机臂架安装时、吊装前或吊装时，测量臂架头部下边缘中点的信号点M到臂架底节测距点D的直线距离L4。

利用四个所测的空间长度两两进行组合，利用几何学原理，计算起重机臂架在安装时、吊装前或吊装时相对与理论情况下的侧移方向和侧向偏移值，得出侧向偏移值S₁,侧向偏移值S₂，侧向偏移值S₃，侧向偏移值S₄，侧向偏移值S₅，侧向偏移值S₆。

对侧向偏移值S₁,侧向偏移值S₂，侧向偏移值S₃，侧向偏移值S₄，侧向偏移值S₅，侧向偏移值S₆取平均值，得到侧向偏移值S。

进一步地，所述的理论情况为，不考虑在安装起重机臂架时或吊装前，由于两端绳索拉力不均匀，拉力矢量合方向与臂架中心线不重合，臂架之间连接误差，各节臂的直线度等因素导致臂架在上升过程中发生侧移，或者在吊装时，由于重物移动惯性，一侧的风载荷等因素的影响，起重机吊装物体离开地面并稳定在空中的情况。所述安装时为：在起重机臂架组装完毕后，臂架头部的侧移方向和侧向偏移值。所述吊装前为：在起重机臂架安装完毕后，通过变幅驱动机构将臂架从地面起升到空中指定位置后，臂架头部的侧移方向和侧向偏移值。

所述吊装时为：在实际作业情况中，臂架通过起升机构对起重机吊装物体进行起吊过程中，所述物体完全离开地面并稳定在空中时，臂架头部的侧移方向和侧向偏移值。

根据本发明提供的测量方法，首先测量起重机在安装时、吊装前或吊装时臂架顶节信号点M到臂架底节测距点A、B、C、D的直线距离，臂架底节测距点A、B、C、D位于臂架底节臂支撑铰轴线上，并以底节臂在支撑铰轴线方向上的中心O为中点对称分布在两侧，间隔距离为a，如图2所示，依据基本的几何学原理，可得臂架顶节信号点M到臂架底节四个测距点所在的直线的距离是一定的。

在图3中，因为，所以

。

在图4中，因为，所以

。

在图5中，因为，所以

。

在图6中，因为，所以

。

在图7中，因为，所以

。

在图8中，因为，所以

。

当测距点的数量N多于4时，所得测距值S_i的个数为，故测距点数量不仅限于四个，本专利以四个测距点为例，进行阐述。

对S₁、S₂、S₃、S₄、S₅、S₆取平均值，

。

可见，起重机臂架头部的侧移方向和侧向偏移值S可由L1、L2、L3、L4、a直接求得。如图2所示，当计算值为正时，臂架头部偏移方向为射线OD方向，计算值为负时，臂架头部偏移方向为射线OA方向。

通过上述测量方法，只需要通过测量直线距离L1、L2、L3、L4，即可得到起重机臂架头部的侧移方向和侧向偏移值。本方法简单方便，测量精确度高，实施性和通用性很好。本发明的装置均布局在起重机臂架和回转平台上，并且不受起重机工况的影响，也能够避免外界因素的影响。

通过上述测量方法，能够准确测得起重机臂架头部的侧移方向和侧向偏移值，在吊装时，就能够以侧向偏移值为重要依据来建立起重机臂架头部侧移报警系统，实现起重机作业中安全控制。同时，在安装时或者吊装前也可以根据侧移方向和侧向偏移值控制超起装置进行起重机臂架头部纠偏，保证起重机作业前的作业安全条件。此外，也可以将起重机臂架头部在安装时、吊装前和吊装时的侧移方向和侧向偏移值进行收集，存入该起重机性能参数数据库，对研究起重机性能起到帮助。

一种测量与预报起重机臂架头部侧移的装置，如图9所示，包括信号器，激光测距仪，侧向偏移计算器和侧向偏移显示器。

激光测距仪7、8、9、10各自寻找到位于信号器11上的信号点M，并进行测量各自测距点与信号点之间的直线距离，然后将直线距离长度信号传送给侧向偏移计算器12，经计算后，侧向偏移计算器12将侧移方向及侧向偏移值等数据传送给侧向偏移显示器6。

激光测距仪7、8、9、10安装在起重机臂架底节上，以臂架底节在支撑铰轴线方向的中心0为中点对称分布在两侧，数量为四个，间隔距离为a,用于测量测距点与信号点之间的直线距离。根据起重机臂架在安装时，吊装前或吊装时的仰角，激光测距仪的工作角度需要进行调整以确保激光测距仪能够寻找到信号点M。

信号器11安装在起重机臂架头部下边缘中点，数量为一个，所述信号器为光源，用于激光测距仪寻找到可测量的信号点M。

侧向偏移计算器12安装在驾驶室5内，数量为一个，用于接收直线距离信号L1、L2、L3、L4，并根据上述的直线距离信号计算起重机臂架头部侧移方向和侧向偏移值S。侧向偏移计算器12的核心部件是嵌入式计算芯片，用于处理接收数据并得出臂架头部侧移方向和侧向偏移值。

嵌入式计算芯片算出侧向偏移值S后通过数据传输显示在侧向偏移显示器6上，侧向偏移显示器6在司机室5内。司机室5位于起重机回转平台13上。当起重机臂架头部在安装时、吊装前或吊装时侧移方向与侧向偏移值超过规定值时，侧向偏移显示器6中的报警器报警。

以上结合附图详细描述了本发明的实施方式，但是，本发明并限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。