吊具与吊装工件对位落位控制系统及控制方法、起重设备与流程

本发明涉及吊装技术领域，具体涉及吊具与吊装工件对位落位控制系统及控制方法、起重设备。

背景技术：

大型高扬程架梁起重机或类似大型或超大型高扬程起吊设备吊装时，因扬程高，操作人员在司机室无法直接观察吊具与被吊梁架连接就位和落位就位情况，吊具与梁架的连接靠人工辅助，需借助对讲机通话进行配合，对位就位和就位后操作吊具落位穿销难度大、耗时长、人工操作不安全。

例如，沪通大桥18000kn架梁起重机在大桥主墩的梁架上进行吊装梁架进行桥架安装，梁架由拖船拖到主墩下，梁架为3吊具6吊点同时起吊，吊装时因拖船是在江面上，拖船存在一定的微摆动（摆动角度＜5°)，因扬程高，司机室操作人员无法观察吊具与梁架连接情况，导致在操作拖船与3吊具的6吊点对位十分困难，完全靠人工辅助判断和指挥操作，在每次吊装对位和吊具落位时耗费了大量的时间、人力和物力，且操作难度大，也不安全。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，现有的大型或超大型高扬程起吊设备吊装时，吊具与吊装工件的对位就位和就位困难，吊具落位穿销难度大、耗时长、人工操作不安全的缺陷。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种吊具与吊装工件对位落位控制系统，包括控制设备和对位系统，所述对位系统包括光电开关、反射贴纸和摄像装置，所述摄像装置设置在光电开关底部；所述摄像装置和光电开关均与控制设备电连接，所述光电开关设置在吊具的吊点底部的预设位置上，所述反射贴纸贴在吊装工件的吊点的预设位置上；当吊具或吊装工件移动至光电开关和反射贴纸位置对齐时，吊具的吊点和吊装工件的吊点对齐。

所述控制系统还包括吊具落位导向装置，所述吊具落位导向装置包括：定位杆、导向套和导向套安装套筒，定位杆安装在吊具的吊点底部的预设位置上，导向套安装套筒安装在吊装工件的吊点的预设位置上，导向套插设在导向套安装套筒内；导向套为筒状结构，筒状结构的直径与定位杆的直径配合，筒状结构的上开口为喇叭口；当吊具或吊装工件移动至光电开关与反射贴纸位置对齐时，定位杆和导向套位置对齐。

所述的吊具与吊装工件对位落位控制系统还包括与控制设备电连接的吊具落位就位检测装置，吊具落位就位检测装置包括：落位就位接近开关和接近开关检测导杆；接近开关检测导杆沿竖直方向可滑动地设置在吊具的吊点底部，且与所述定位杆平行设置，所述接近开关检测导杆通过耳板安装在吊具上，吊具对应位置上设置有竖直滑轨，耳板一端可滑动地安装在滑轨内；

接近开关检测导杆顶部还设置检测块，落位就位接近开关与接近开关检测导杆相邻设置并且落位就位接近开关的位置高度不超过接近开关检测导杆滑动行程范围；当接近开关检测导杆向上移动至接近开关能够检测到检测块的位置时，定位杆位于完全插进导向套的位置。

吊具落位就位检测装置还包括导杆行程调整锁定装置，导杆行程调整锁定装置可调整并锁定接近开关检测导杆在耳板上的相对位置；

接近开关检测导杆底部还设置顶板，导杆行程调整锁定装置为设置在耳板上并与接近开关检测导杆平行的丝杠，丝杠底部固定连接在顶板上。

所述控制系统还包括显示屏，所述显示屏与所述摄像装置电连接。

所述光电开关和对应的反射贴纸分别包括一个以上，并分别设置在吊具和吊装工件的不同吊点上。

另一方面，本发明还提供一种起重设备，包括司机室、吊具和如权利要求5所述的吊具与吊装工件对位落位控制系统，所述显示屏设置在所述司机室内。

再一方面，本发明还提供一种吊具与吊装工件对位落位控制方法，所述方法利用上述的起重机，所述方法包括：将吊具下放至预设对位高度，将反射贴纸安装至吊装工件的吊点的预设位置上；

移动吊具或移动吊装工件拖运设备，当光电开关的扫描光束进入反射贴纸外圈的预设范围时，控制系统发出预备落位报警信号；当光电开关的扫描光束完全进入反射贴纸内圈的预设范围时，控制系统发出可落位信号，同时控制起升机构下放吊具。

移动吊具或移动吊装工件拖运设备之前，所述方法还包括：将定位杆安装至吊具的吊点底部的预设位置上，并将导向套安装套筒安装至吊装工件的吊点的预设位置上，将导向套插在导向套安装套筒内；

当控制系统控制起升机构下放吊具时，定位杆由导向套的喇叭口进入导向套，同时吊装工件的吊点将接近开关测导杆底部的顶板向上顶，当接近开关检测到接近开关测导杆顶部的检测块时，控制设备发送落位就位信号并控制起升机构停机。

将定位杆和导向套安装完成后，所述方法还包括：根据吊装工件的吊点的位置或形状，通过导杆行程调整锁定装置调整接近开关检测导杆的位置，具体包括：转动丝杠，将接近开关检测导杆上移或下降至预设高度。

相对于现有技术，本发明的技术效果为，本发明的吊具与吊装工件对位落位控制系统及控制方法、起重设备实现了吊装时吊具与吊装工件对位就位自动识别和识别后吊具快速落位穿销的自动控制技术，大大缩减了吊具与吊装工件对位时间及吊具落位调整时间，降低工作强度，提高工作效率和使操作更加安全、可靠。

附图说明

图1为本发明的吊具与吊装工件对位落位控制系统的结构示意图（包含吊具和吊装工件）；

图2为图1的右视图；

图3为图2中虚线框m内的结构放大图；

图4为本发明的光电开关的立体图；

图5为本发明的光电开关的工作原理图；

图6为大型架梁起重机起吊架梁的结构示意图；

图7为大型架梁起重机起吊架梁的工作原理图；

图8为大型架梁起重机3个吊具起吊架梁的结构示意图.

图中，1、吊具，11、光电开关，12、反射贴纸，13、摄像装置；2、吊装工件，21、定位杆，22、导向套，23、导向套安装套筒，24、落位就位接近开关，25、接近开关检测导杆，251、顶板，252、检测块，26、耳板，27、竖直滑轨，28、丝杠；3、拖运设备，4、起升机构，5、吊装工件吊点。

具体实施方式

如图1-2所示，本发明提供一种吊具1与吊装工件2对位落位控制系统，包括控制设备和起升机构4，控制设备与起升机构4电连接，起升机构4与吊具1连接，控制系统还包括对位系统，对位系统包括光电开关11、反射贴纸12和摄像装置13，摄像装置13设置在光电开关11底部；摄像装置13视角范围现场调定。摄像装置13和光电开关11均与控制设备电连接，光电开关11设置在吊具1的吊点底部的预设位置上，反射贴纸12贴在吊装工件的吊点5的预设位置上。当吊具1或吊装工件2移动至光电开关11和反射贴纸12位置对齐时，吊具1的吊点和吊装工件的吊点5对齐。

光电开关11只对特定的反射物有反应，当照射到其它物体表面时无反应。光电开关11所需要的反射对象本实施例采用反射贴纸12，例如可以是圆形，尺寸根据不同吊具1尺寸设定。为了便于操作，可先将反射贴纸12贴在安装板上，再将安装板安装在吊装工件的吊点5的预设位置上，安装板在吊装施工现场预先安装。光电开关11和对应的反射贴纸12可根据吊具1的大小设置一个以上，并分别设置在吊具1和吊装工件2的不同吊点上，以便吊具1更准确地对位落位。光电开关11扫描光束的大小可现场调整，扫描光束根据吊具1实际安装尺寸和反射贴纸12实际安装尺寸现场调定。

吊具1与吊装工件2对位落位控制系统还包括吊具1落位导向装置，如图3所示，吊具1落位导向装置包括：定位杆21、导向套22和导向套安装套筒23，定位杆21安装在吊具1的吊点底部的预设位置上，导向套安装套筒23安装在吊装工件的吊点5的预设位置上，导向套22插设在导向套安装套筒23内；导向套22为筒状结构，筒状结构的直径与定位杆21的直径配合，筒状结构的上开口为喇叭口；当吊具1或吊装工件2移动至光电开关11与反射贴纸12位置对齐时，定位杆21和导向套22位置对齐。

吊具1落位导向装置设置为快装设计，例如吊具1上设置螺纹孔，定位杆21上端设置螺纹，定位杆21只需拧进螺纹孔即可固定，从而实现快装快卸。导向套安装套筒23预先焊接至吊装工件2上，导向套22直接插进导向套安装套筒23内即可。

在本发明的一个实施例中，吊具1的吊点下设吊轴，吊装工件2为梁架，梁架的吊点上设置吊耳，吊耳孔设计成梨形孔，吊具1落位导向装置可将吊轴准确定位至于吊耳孔对应的位置，方便后续的穿销。

吊具1与吊装工件2对位落位控制系统，还包括与控制设备电连接的吊具1落位就位检测装置，吊具1落位就位检测装置包括：落位就位接近开关24、接近开关检测导杆25；接近开关检测导杆25沿竖直方向可滑动地设置在吊具1的吊点底部，且与定位杆21平行设置，接近开关检测导杆25通过耳板26安装在吊具1上，吊具1对应位置上设置有竖直滑轨27，耳板26一端可滑动地安装在滑轨27内；

接近开关检测导杆25顶部还设置检测块252，落位就位接近开关24与接近开关检测导杆25相邻设置并且落位就位接近开关24的位置高度不超过接近开关检测导杆25滑动行程范围。其中，落位就位接近开关为现有技术中常用的接近开关。当接近开关检测导杆25向上移动至落位就位接近开关24能够检测到检测块252的位置时，定位杆21位于完全插进导向套22的位置。也即，定位杆21完全插进导向套22内时，吊具1落位就位检测装置可以检测到。

吊具1落位就位检测装置还包括导杆行程调整锁定装置，导杆行程调整锁定装置可调整并锁定接近开关检测导杆25在耳板26上的相对位置；接近开关检测导杆25底部还设置顶板251，导杆行程调整锁定装置为设置在耳板26上并与接近开关检测导杆25平行的丝杠28，丝杠28底部固定连接在顶板251上。

具体吊装过程中，可根据吊装工件的吊点5上吊耳的位置或形状，通过导杆行程调整锁定装置调整接近开关检测导杆25的位置，具体包括：转动丝杠28，将接近开关检测导杆25上移或下降至预设高度。

控制系统还包括显示屏，显示屏与摄像装置13电连接，显示屏设置在司机室内方便司机室操控人员远程观察吊具1的移动位置。

本发明的控制设备例如可以是plc控制系统，吊具1对位和吊具1落位就位行程控制及控制信号现场调定，plc自动控制程序根据现场调整数据确定相关程序数据。司机室操控与被吊物件承载设备的调整指令信号现场调定。

本发明还提供一种起重设备，包括司机室、吊具和上述的吊具与吊装工件对位落位控制系统。

本发明还提供一种吊具与吊装工件对位落位控制方法，该方法利用上述的起重机，该方法具体包括：

将吊具下放至预设对位高度，将反射贴纸安装至吊装工件的吊点的预设位置上；

移动吊具或移动吊装工件拖运设备3，当光电开关的扫描光束进入反射贴纸外圈的预设范围时，控制系统发出预备落位报警信号；当光电开关的扫描光束完全进入反射贴纸内圈的预设范围时，控制系统发出可落位信号，同时控制起升机构下放吊具。预备落位报警信号、可落位信号可通过指示灯或报警声的形式发出，司机室操控人员也可根据可落位信号手动控制吊具落位。控制系统设自动控制和手动控制两种控制方式，能相互切换，互为备用。

如图4-5所示，反射贴纸外圈的预设范围定义为预备落位识别区a，反射贴纸内圈的预设范围定义为可落位识别区b。图1中圆圈a、b位置时摆动光束进入预备落位识别区或一部分在预备落位识别区一部分进入可落位识别区，控制系统发出预备落位报警信号。圆圈c、d、e位置时摆动光束完全进入落位区，控制设备发出吊具可落位信号，同时系统自动控制起升机构将吊下放吊具。

需要说明的是，导向套的喇叭口的最大直径大于可落位识别区最外层识别圈的直径，使得扫描光束进入可落位识别区时，导向杆可进入导向套的喇叭口范围内。导向套的喇叭口的最大直径根据实际情况进行设置，本实施例中梁架拖运设备为拖船，由于拖船摆动，导向套喇叭口的最大直径较大。如在陆地上，拖运设备不存在摆动时，导向套喇叭口的最大直径要小得多。

移动吊具或移动吊装工件拖运设备之前，该方法还包括：将定位杆安装至吊具的吊点底部的预设位置上，并将导向套安装套筒安装至吊装工件的吊点的预设位置上，将导向套插在导向套安装套筒内；

当控制系统控制起升机构下放吊具时，定位杆由导向套的喇叭口进入导向套，同时吊装工件的吊点将接近开关测导杆底部的顶板向上顶，当接近开关检测到接近开关测导杆顶部的检测块时，控制设备发送落位就位信号并控制起升机构停机。

本发明适用于大型或超大型高扬程起吊设备的多套吊具同时起吊的多点自动对位就位自动控制和对位就位后快速落位，以及单套吊具2点自动对位就位自动控制和对位就位后快速落位自动控制的工况。下面以将本发明的吊具与吊装工件对位落位控制系统应用在18000kn大型架梁起重机为例具体说明该起重设备的工作过程。

如图6-8所示，架梁通过拖船进行拖运，通常使用3个吊具6个吊点同时起吊架梁。在每套吊具两端吊点下面安装2个光电开关和2个摄像头，吊装对位时，启动起升机构单吊具单起降控制系统操作，分别将3个吊具下放到设定对位高度，分别装上导向套、定位杆并将反射光贴安装板放到各吊点设定位位置。

启动拖船进行对位调整，司机室操控人员通过摄像头观察向拖船操控员发对位操作x、y轴向调整指令，操作拖船（或其它运梁设备）控制梁架在x、y轴向粗步调到检测控制设定范围内，当对位系统发出预备落位报警信号，提示吊具已开始进入自动控制落位预备区，司机室操控人员通过摄像头观察吊具对位就位情况，并指挥拖船操控员微调。

当预备落位报警信号停止，控制系统发出可落位信号时，自动控制系统自动控制起升机构运行将吊具快速下放落位，定位杆自动进入导向套，接近开关测导杆碰梁架吊耳板，将接近开关测导杆上顶。当吊具下落接近到位时，接近开关扫到检测块，并将吊具下落就位信号送到控制系统，控制系统自动起升机构停机，吊具快速落位就位工作完成，整个吊具与吊梁对位就位自动识别和识别后吊具快速落位的自动控制工序完成，可进入下道穿销工艺。依次重复上述控制，将其它吊具进行快速对位和对位后自动控制快速落位就位。

如plc自动控制系统出现故障时，可手动操作进行控制，同样可实现快速对位和对位后将吊具快速落位。

可见，利用本发明吊装架梁时，拖船（或其它运梁设备）不需进行对位精调就可实现对位就位识别和识别后吊具快速落位就位的自动控制，落位后就可进行快速穿销，有效节约对位时间，提高工作效率，而且操作简单、安全可靠。

综上所述，本发明可实现大型或超大型高扬程起吊设备吊装作业，吊具对位就位自动识别、识别后就位后控制吊具快速落位就位，以提高吊装作业工作效率、大大减少吊装作业时间，使吊装作业更加安全、可靠，并节约吊装成本。

以上的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。