起重机及其主副钩协同作业保护系统与方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及起重机领域，特别涉及一种起重机及其主副钩协同作业保护系统与方 法。
【背景技术】
[0002] 起重机作为一种主要的起吊搬运设备，大量应用于建筑业、制造业以及港口运输 业，造就需要双钩协同作业的工况越来越多；起重机在双钩协同作业过程中因吊重载荷的 幅度不能确定，计算吊重载荷的重量比较困难，普遍使用人工协调方式进行吊装，人工协调 指挥方式主要依靠指挥员的观测协调和操作员的经验来进行吊装作业，做出的判断具有主 观性和片面性，不能充分保障吊装作业的安全进行，而且工作效率非常低，极大的增加了吊 装成本。
[0003]因此，如何提供一种有效的起重机双钩协同作业保护系统是亟待解决的技术问 题。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明提出一种起重机主副钩协同作业保护系统与方法，能有效提高 起重机主副钩协同作业的准确率，提升安全性。
[0005] -方面，本发明提供了一种起重机主副钩协同作业保护系统，包括：力矩平衡计算 单元，用于根据副臂的工况确定吊重载荷的受力状况；协同安全保护单元，用于根据所述力 矩平衡计算单元确定的受力状况，对起重机的执行动作进行安全保护。
[0006] 进一步地，所述的起重机主副钩协同作业保护系统还包括：双钩协同力感测单 元，用于检测主副钩的协同作业时，所述吊重载荷与起重机的总重量以及副臂卷扬的拉 力；所述力矩平衡计算单元包括：第一力矩平衡计算子单元，用于以主臂尾铰点〇建立力 矩平衡方程式：+ % + 且以副臂铰点建立力矩平衡方程 式：]^=及^ + ^:; ^+'：^=6,计算得出5 其中，My1、分别为卷扬拉力力矩， 及：、iwM分别为主臂自重力矩及副臂自重力矩；为主臂变幅油缸力矩J2为副臂 卷扬拉力；T1为主臂卷扬拉力；G为吊重载荷的重量，=
[0007] 进一步地，所述双钩协同力感测单元包括第一传感器及第二传感器，所述第一传 感器安装在起重机的支腿上，所述第二传感器安装在所述起重机的副臂上。
[0008] 进一步地，所述第一传感器为压力传感器，所述第二传感器为压力传感器或拉力 传感器。
[0009] 进一步地，所述力矩平衡计算单元包括：第二力矩平衡计算子单元，用于建立力 矩平衡方程^" + % = ? + 计算得出G;其中：死> I；为副臂卷扬 力矩，T=G/n，n为卷扬钢丝绳倍率，、&分别为主臂自重力矩及副臂自重力矩； 为主臂变幅油缸力矩；G为吊重载荷的重量。
[0010] 进一步地，所述力矩平衡计算单元包括：第三力矩平衡计算子单元，用于以主臂尾 铰点〇建立力矩平衡方程式：々，+A= +〇〃-，=窃*及1:|以及以主臂尾铰点 0建立力矩平衡方程式= =历*兄.计算得到G1及G2 ; ，.，' 其中，爾^为主卷扬拉力力矩，％1、％分别为主臂自重力矩及副臂自重力矩为 主臂变幅油缸力矩；Gl、G2分别为吊重载荷在主臂工况和副臂工况下的等效重量；力矩百 分比计算子单元，用于根据所述吊重载荷在主臂工况和副臂工况下的等效重量Gl及G2,计 算对应的第一力矩百分比及第二力矩百分比。
[0011] 另一方面，本发明提供了一种起重机，设置所述的起重机主副钩协同作业保护系 统。
[0012] 再一方面，本发明提供了一种起重机主副钩协同作业保护方法，包括：根据副臂的 工况确定吊重载荷的受力状况；根据所述力矩平衡计算单元确定的受力状况，对起重机的 执行动作进行安全保护。
[0013] 进一步地，在所述根据副臂的工况确定吊重载荷的受力状况的步骤之前包括： 检测主副钩的协同作业时，所述吊重载荷与起重机的总重量以及副臂卷扬的拉力；所述 根据副臂的工况确定吊重载荷的受力状况的步骤包括：以主臂尾铰点〇建立力矩平衡 方程式：+ ? + = % + 且以副臂铰点01建立力矩平衡方程式： = f+g=弓，计算得出&其中，K、及^分另Ij为卷扬拉力力矩， %分别为主臂自重力矩及副臂自重力矩；1为主臂变幅油缸力矩；1~2为副臂卷 扬拉力J1为主臂卷扬拉力；G为吊重载荷的重量，M二=及。
[0014] 进一步地，所述根据副臂的工况确定吊重载荷的受力状况的步骤包括：建立力矩 平衡方程+Hj1 =_.較￡? +_.萬1&计算得出G;其中：.?}='为副臂卷扬 ，. ：，. .. 力矩，T=G/n，n为卷扬钢丝绳倍率，瓦；瓦7分别为主臂自重力矩及副臂自重力矩； > 为主臂变幅油缸力矩；G为吊重载荷的重量；或者，以主臂尾铰点〇建立力矩平衡方 程式：W=D:+巧r,Ui=衍以及以主臂尾铰点〇建立力矩平衡方程式： +Mg=?*?,计算得到Gl及G2 ;以及根据所述吊重载 荷在主臂工况和副臂工况下的等效重量Gl及G2,计算对应的第一力矩百分比及第二力矩 百分比；其中，兩^为主卷扬拉力力矩，W分别为主臂自重力矩及副臂自重力矩； 为主臂变幅油缸力矩；Gl、G2分别为吊重载荷在主臂工况和副臂工况下的等效重量。
[0015] 本发明提供的起重机主副钩协同作业保护系统与方法通过确定吊重载荷的重量、 幅度和吊重载荷的力矩，进行安全作业保护，从而达到安全操控起重机的目的，能防止起重 机倾翻和事故发生，可以减少人工协调的指挥，提高吊装效率。
[0016] 上述起重机由于包括该起重机主副钩协同作业保护系统，也就有相应的技术效 果，不再赘述。
【附图说明】
[0017] 构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，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：
[0018] 图1为本发明实施例提供的起重机主副钩协同作业保护系统的结构框图；
[0019] 图2为本发明实施例提供的第一种双钩协同作业吊重情景模拟示意图；
[0020] 图3为本发明实施例提供的第二种双钩协同作业吊重情景模拟示意图；
[0021] 图4为本发明实施例提供的第三种双钩协同作业吊重情景模拟示意图。
【具体实施方式】
[0022] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0023] 系统实施例
[0024] 图1为本发明实施例提供的起重机主副钩协同作业保护系统的结构框图；如图1 所示，该起重机主副钩协同作业保护系统可以包括：力矩平衡计算单元，用于根据副臂的 工况确定吊重载荷的受力状况；协同安全保护单元，用于根据所述力矩平衡计算单元确定 的受力状况，对起重机的执行动作（如变幅起、变幅落、主钩起、主钩落、副钩起、副钩落、回 转）进行安全保护。
[0025] 根据力传感器是否安装有3种不同的实施方案，其中：
[0026] 第一种是：在起重机双钩协同作业的时候，双钩协同力传感器（如：在支腿 上安装压力传感器、在副臂上安装拉力传感器或压力传感器）可检测吊重载荷的受力 情况，根据受力传感器的信息、起重机结构参数可计算吊重载荷的重量、幅度、吊重力 矩及力矩百分比，根据以上参数再结合起重机的执行动作提供相应的保护措施。具 体地，该起重机主副钩协同作业保护系统还包括：双钩协同力感测单元，用于检测主 副钩的协同作业时，所述吊重载荷与起重机的总重量以及副臂卷扬的拉力；所述力矩 平衡计算单元包括：第一力矩平衡计算子单元，用于以主臂尾铰点〇建立力矩平衡方 程式：= ? + ? + 且以副臂铰点01建立力矩平衡方程式： 君+g=g，计算得出&其中，&、&分别为卷扬拉力力矩， ^分别为主臂自重力矩及副臂自重力矩；为主臂变幅油缸力矩J2为副臂 卷扬拉力；T1为主臂卷扬拉力；G为吊重载荷的重量，= 。其中，第一力矩平衡计 算子单元的力矩平衡示意图可以参见图2所示，RO为吊重载荷水平放置时的幅度，R为设定 幅度；Rl为主臂吊载的幅度；R2为副臂吊载幅度。
[0027] 具体操作时，所述双钩协同力感测单元包括第一传感器及第二传感器，所述第一 传感器可以安装在起重机的支腿上，所述第二传感器可以安装在所述起重机的副臂上。所 述第一传感器可以为压力传感器，在支腿上安装第一传感器可测得整个起重机和吊载载荷 的总重量，因起重机和其配重等固定装置的重量均可知，则吊重载荷的重量应等于支腿压 力传感器测出的重量减去起重机和其配重等固定装置的重量；所述第二传感器为压力传感 器或拉力传感器。可以理解的是，上述各传感器的安装位置可以实际需要设置。
[0028] 本方案可以准确计算吊重载荷的重量及幅度，确保起重机安全有效的作业，防止 起重机倾翻和事故发生。
[0029] 第二种是：吊重载荷的幅度在双钩协同作业情况下，吊重载荷的幅度一般都在R。， R2的中心，可按副臂工况计算设定幅度R(因双钩吊载重物重心一般会在RwR2的中心附近， 一般取R= 0?。+(私-1〇/2)或根据经验数据取得）下的重量GR，当以R2为吊重载荷的幅度 时，因重物实际吊重不变，幅度变大，变幅力矩不变，计算出来的等效重量GR2〈GR，再按私幅 度下计算力矩百分比GR/GR2_MAX(GR2_MAX为此工况下的最大起重量，由起重机设计载荷 决定）。因此，当GR=GR2_MAX，达到安全保护报警点；而此时GR2〈GR2_MAX，还未达到报警 点，留有吊载余量，起到了安全保护作用。
[0030] 具体计算方法：所述力矩平衡计算单元包括：第