塔式起重机的重心检测方法、装置、系统及塔式起重机的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及塔式起重机领域，具体而言，涉及一种塔式起重机的重心检测方法、装 置、系统及塔式起重机。
【背景技术】
[0002] 随着我国建筑业的不断发展，在各大中城市中建设的高层建筑不断增多，塔式起 重机的应用越来越广泛，塔式起重机已成为在高层建筑施工中的垂直运输的主动脉。但是， 由于塔式起重机是一种运行式回转起重机，具有工作重心高、工作负载大、受力情况复杂、 稳定性较差、频繁转移工作场所等特点，是事故多发的特种设备之一，且事故造成的损失巨 大。
[0003] 塔式起重机的重心和其他起重机不同，其功能特性和结构特点决定了其重心位置 很高，在不同配置、不同工况条件下，只有当塔式起重机重心处于安全范围内时，工作才是 安全的。
[0004] 图1是现有技术的一种重心检测系统。如图1所示，现有的重心检测系统由四个 参数相同的应变式传感器12及相应的控制电路组成。四个应变式传感器12利用胶接的方 式（如粘胶剂、黏结剂等）分别固定于回转塔身11的四根主弦杆111上，用于检测四个主 弦杆应变的大小。将测量的信号传输给PLC控制器，由PLC控制器根据静力平衡原理计算 上部结构重心位置。该重心检测系统仅确定塔式起重机上部结构重心，对比塔式起重机上 部结构重心落点与顶升横梁的相对位置关系，辅助完成塔式起重机顶升配平工作。
[0005] 在现有技术中还没有专门的塔式起重机重心监控系统，虽然在顶升配平及平衡力 矩调整系统中涉及有重心检测装置，但是该中心检测装置只是用于辅助完成，例如图1的 顶升配平等相应的各项功能，并不涉及重心安全控制。而在塔式起重机的使用过程中，对其 塔吊重心位置没有监控以及针对危险进行报警提示的相关控制措施，容易造成由于塔式起 重机重心偏移较大，导致的相关机构损坏甚至倾翻倒塌。因此，如何对塔式起重机重心进行 监控并控制，以实时保证其稳定性和安全性，是本领域需要解决的技术问题。
[0006] 针对上述由于为检测塔式起重机重心位置额外添加传感器，导致的提高系统成本 的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
【发明内容】
[0007] 本发明实施例提供了一种塔式起重机的重心检测方法、装置、系统及塔式起重机， 以至少解决由于为检测塔式起重机重心位置额外添加传感器，导致的提高系统成本的技术 问题。
[0008] 根据本发明实施例的一个方面，提供了一种塔式起重机的重心检测方法，重心检 测方法包括：获取起吊物体的起吊质量，其中，起吊质量至少包括：起吊物体的质量；获取 起吊物体距离塔式起重机的回转中心点的力臂长度；根据起吊质量和力臂长度进行重心位 置计算，得到塔式起重机的塔吊重心位置。
[0009] 进一步地，根据起吊质量和力臂长度进行重心位置计算，得到塔式起重机的塔吊 重心位置，包括：根据预先设置的塔式起重机的平衡臂侧的平衡臂总质量和平衡臂重心距 离回转中心点的平衡力臂长度，确定平衡力矩，其中，平衡力矩为平衡臂侧对回转中心点作 用的力矩，平衡臂总质量包括平衡臂的臂架自重与配重的质量；根据预先设置的塔式起重 机的起重臂侧的臂架质量和起重臂重心距离回转中心点的臂架力臂长度，确定起重臂臂架 力矩，其中，起重臂臂架力矩为起重臂侧的臂架对回转中心点作用的力矩；根据起吊质量和 力臂长度，确定起重力矩，其中，起重力矩为起吊物体对回转中心点作用的力矩；计算臂架 质量和起吊质量之和，与平衡臂总质量之间的质量差值；根据平衡力矩、起重臂臂架力矩、 起重力矩和质量差值，确定塔吊重心位置。
[0010] 进一步地，根据平衡力矩、起重臂臂架力矩、起重力矩和质量差值，确定塔吊重心 位置包括：采用以下方式计算塔吊重心位置X<； :
[0011] XG= (G1X1+(G3+G4)R-G2X 2)/(6^63+64-62)；
[0012] 其中，Gi为起重臂侧的臂架质量，X 起重臂侧的臂架力臂长度，（G3+G4)R为起重 力矩，G2为平衡臂总质量，X 2为平衡臂侧的平衡力臂长度，G 3为起吊物体的质量，G 4为变幅 小车的质量，R为力臂长度。
[0013] 进一步地，在根据起吊质量和力臂长度进行重心位置计算，得到塔式起重机的塔 吊重心位置之后，方法还包括：根据平衡力矩、起重臂臂架力矩、起重力矩和质量差值，确定 起吊物体的安全移动距离；根据塔吊重心位置和安全移动距离，确定塔吊重心位置的重心 安全范围。
[0014] 进一步地，根据平衡力矩、起重臂臂架力矩、起重力矩和质量差值，确定起吊物体 的安全移动距离包括：采用以下方式计算安全移动距离L :
[0016] 其中，匕为起重臂侧的臂架质量，Xi为起重臂侧的臂架力臂长度，G2为平衡臂总质 量，X 2为平衡臂侧的平衡力臂长度，G 3为起吊物体的质量，G 4为变幅小车的质量，R i为当前 吊重下变幅小车的最小幅度值，R2为当前吊重下变幅小车的最大幅度值。
[0017] 进一步地，在根据塔吊重心位置和安全移动距离，确定塔吊重心位置的重心安全 范围之后，方法还包括：根据重心安全范围两侧的安全边界和预先设置的减速临界值，确定 在重心安全范围之内与两侧的安全边界对应的减速位置；当变幅小车向安全边界运动且达 到减速位置时，生成减速信号和/或第一报警信号；根据减速信号，生成用于控制变幅小车 减速的减速指令。
[0018] 进一步地，在根据塔吊重心位置和安全移动距离，确定塔吊重心位置的重心安全 范围之后，方法还包括：根据重心安全范围两侧的安全边界和预先设置的停车临界值，确定 在重心安全范围之内与两侧的安全边界对应的停车位置；当变幅小车向安全边界运动且达 到停车位置时，生成停车信号和/或第二报警信号。
[0019] 进一步地，在生成停车信号之后，方法还包括：基于停车信号触发切断对变幅小车 的控制；记录在切断对变幅小车的控制之后，对变幅小车进行控制的控制指令。
[0020] 根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种塔式起重机的重心检测装置，重心 检测装置包括：第一采集模块，用于获取起吊物体的起吊质量，其中，起吊质量至少包括： 起吊物体的质量；第二采集模块，用于获取起吊物体距离塔式起重机的回转中心点的力臂 长度；第一处理模块，用于根据起吊质量和力臂长度进行重心位置计算，得到塔式起重机的 塔吊重心位置。
[0021] 进一步地，装置还包括：第二处理模块，用于根据平衡力矩、起重臂臂架力矩、起重 力矩和质量差值，确定起吊物体的安全移动距离；第三处理模块，用于根据塔吊重心位置和 安全移动距离，确定塔吊重心位置的重心安全范围。
[0022] 进一步地，装置还包括：第四处理模块，用于根据重心安全范围两侧的安全边界和 预先设置的减速临界值，确定在重心安全范围之内与两侧的安全边界对应的减速位置；第 一生成模块，用于当变幅小车向安全边界运动且达到减速位置时，生成减速信号和/或第 一报警信号；第二生成模块，用于根据减速信号，生成用于控制变幅小车减速的减速指令。
[0023] 进一步地，装置还包括：第五处理模块，用于根据重心安全范围两侧的安全边界和 预先设置的停车临界值，确定在重心安全范围之内与两侧的安全边界对应的停车位置；第 三生成模块，用于当变幅小车向安全边界运动且达到停车位置时，生成停车信号和/或第 二报警信号。
[0024] 进一步地，装置还包括：切断模块，用于基于停车信号触发切断对变幅小车的控 制；记录模块，用于记录在切断对变幅小车的控制之后，对变幅小车进行控制的控制指令。
[0025] 根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种塔式起重机的重心检测系统，包括： 重量传感器，设置于塔式起重机变幅小车的定滑轮上，用于获取起吊物体的质量；幅度传感 器，设置于塔式起重机变幅机构的卷筒轴端，用于获取起吊物体距离塔式起重机的回转中 心点的力臂长度；控制单元，与重量传感器和幅度传感器电连接，用于根据获取到的起吊物 体的质量和力臂长度，确定塔式起重机的塔吊重心位置。
[0026] 进一步地，系统还包括：风速仪，与控制单元电连接，用于获取风速值；其中，控制 单元根据风速值，生成第三报警信号。
[0027] 进一步地，系统还包括：报警装置，与控制单元电连接，用于根据控制单元生成的 第三报警信号和/或第四报警信号，进行声音报警和/或灯光报警，其中，第四报警信号在 当控制单元确定塔吊重心位置运动至停车位置时生成。
[0028] 进一步地，系统还包括：定位装置，与控制单元电连接，用于将定位到的塔式起重 机的位置信息发送至控制单元。
[0029] 根据本发明实施例的另一方面，还提供一种塔式起重机，包括上述任意一项所述 的重心检测系统。
[0030] 在本发明实施例中，采用获取起吊物体的起吊质量，其中，起吊质量至少包括：起 吊物体的质量；获取起吊物体距离塔式起重机的回转中心点的力臂长度；根据起吊质量和 力臂长度进行重心位置计算，得到塔式起重机的塔吊重心位置的方式，实现对塔式起重机 的重心位置进行监控的目的，从而达到在利用塔式起重机现有传感器的条件下，实现对重 心位置进行监控的技术效果，进而解决了由于为检测塔式起重机重心位置额外添加传感 器，导致的提高系统成本的技术问题。
【附图说明】
[0031] 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：
[0032] 图1是现有技术中的一种重心检测系统的示意图；
[0033] 图2是根据本发明实施例一的塔式起重机的重心检测系统的结构示意图；
[0034] 图3是根据本发明实施例一的可选的塔式起重