一种塔式起重机及其防冲顶控制方法、装置和系统与流程

本发明涉及起重机械技术领域，特别涉及一种塔式起重机及其防冲顶控制方法、装置和系统。

背景技术：

塔式起重机是在建筑施工领域中使用比较普遍的一种起重设备，一般包括塔架、驱动电机、吊钩、起重臂、滑轮组、钢丝绳、卷筒、变幅小车和平衡配重。在塔式起重机的起升控制系统中，为了防止吊钩发生冲顶现象而杜绝安全隐患，通过人为设置机械减速点和上停止开关以实现塔式起重机的防冲顶控制。

但是，在实际生产过程中，经常会因为塔式起重机的机械减速点或上停止开关的标定不准确而发生冲顶问题，从而引起重大财产损失甚至是人员伤亡。

技术实现要素：

本发明提供了一种塔式起重机及其防冲顶控制方法、装置和系统，该防冲顶控制方法通过实时监控吊钩与臂架之间的安全距离Sa和实时距离Ss进行相应控制，能够防止塔式起重机因机械减速点或停止点的标定不准确而发生冲顶现象，进而提高塔式起重机的安全性。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种塔式起重机的防冲顶控制方法，该防冲顶控制方法，包括：

当吊钩处于起升状态时，接收检测的吊钩与臂架之间的实时距离Ss；

确认臂架与吊钩的上减速点之间的减速距离Sj、以及吊钩与臂架之间的安全距离Sa，安全距离Sa为吊钩在起升过程中以当前速度减速到0时所需要上升的距离；

比较安全距离Sa与减速距离Sj，其中：

当Sa<Sj时，输出降档控制信号给变频器，以控制驱动电机使吊钩的起升速度降档，当吊钩触发上停止开关、且吊钩的起升速度不为0时，输出紧急制动控制信号给变频器，以控制驱动电机使吊钩紧急制动；

当Sa≥Sj时，比较安全距离Sa与实时距离Ss，且：

当Sa<Ss时，输出保持控制信号给变频器，以控制驱动电机使吊钩保持当前速度继续起升；

当Sa≥Ss时，输出安全控制信号给变频器，以控制驱动电机使吊钩以安全速度Vs起升。

塔式起重机在实际使用过程中，为了满足不同场合的使用需求，臂架高度可以进行调整；在臂架高度确定之后，采用塔式起重机进行起吊物体时，吊钩高度是随时变化的；吊钩与臂架之间的安全距离Sa与吊钩的当前速度有关。

上述防冲顶控制方法在塔式起重机的吊钩处于起升状态时，实时获取进行控制所需要的各种数据，包括臂架与吊钩的上减速点之间的减速距离Sj、吊钩与臂架之间的实时距离Ss以及吊钩与臂架之间的安全距离Sa；

在上述防冲顶控制方法中，首先比较安全距离Sa和减速距离Sj，安全距离Sa即此时吊钩以当前速度减速到0时所需要上升的距离Sa，当Sa<Sj时，吊钩在到达上减速点时进行减速即可防止冲顶现象发生，此时使吊钩的起升速度降档，并且当吊钩触发上停止开关、且吊钩的起升速度不为0时，使吊钩紧急制动，否则吊钩会发生冲顶现象；当Sa≥Sj时，即，吊钩以当前速度减速到0时所需要上升的距离Sa大于减速距离Sj，在减速距离Sj的范围内吊钩不能减速到0，此时会发生冲顶现象，接着比较吊钩与臂架之间的安全距离Sa和实时距离Ss，当吊钩与臂架之间的实时距离Ss大于安全距离Sa时，意味着吊钩有足够的距离进行减速直到停止，因此，使吊钩保持当前速度继续起升；当吊钩与臂架之间的实时距离Ss小于等于安全距离Sa时，意味着吊钩已经没有足够的安全距离进行正常减速直到停止，此时，吊钩继续起升将会发生冲顶现象，因此，使吊钩以安全速度Vs起升；上述防冲顶控制方法通过实时监控吊钩与臂架之间的安全距离Sa和实时距离Ss进行相应控制，能够防止塔式起重机因机械减速点或停止点的标定不准确而发生冲顶现象，进而提高塔式起重机的安全性。

优选地，所述确认吊钩与臂架之间的安全距离Sa，安全距离Sa通过下述公式计算得出，其中：

$Sa=\frac{{\left(\mathrm{\&Delta;}V\right)}^{2}T}{2V\max }$

其中，

ΔV为吊钩起升时的瞬时速度，单位为m/s，ΔV＝ΔS/Δt，其中，ΔS为单位时间Δt内吊钩起升的距离，单位为m；

T为变频器的减速时间，常量；

Vmax为吊钩起升的最大速度，常量。

上述防冲顶控制方法中的吊钩与臂架之间的安全距离Sa可通过上述公式计算得出，通过计算公式可知，安全距离Sa与吊钩起升时的瞬时速度ΔV的平方和变频器的减速时间T成正比，而安全距离Sa与吊钩起升的最大速度Vmax成反比。

优选地，所述安全速度Vs通过下述公式计算得出：

$Vs=K*\sqrt{\frac{2V\max Ss}{T}}$

其中，

K为减速系数(消除系统响应时间影响)，常量；

T为变频器减速时间，常量；

Vmax为吊钩起升的最大速度，常量；

Ss为吊钩与臂架之间的实时距离。

优选地，所述变频器的频率f通过下述公式计算得出：

$f=\frac{f\max Vs}{V\max }$

其中，变频器的最大频率fmax对应于吊钩的最大起升速度Vmax，由塔式起重机的结构决定，为常量。

本发明还提供一种塔式起重机的防冲顶控制装置，该防冲顶控制装置包括接收设备和控制设备；

所述接收设备用于接收检测的吊钩与臂架之间的实时距离Ss；

所述控制设备用于确认臂架与吊钩的上减速点之间的减速距离Sj、以及吊钩与臂架之间的安全距离Sa，比较安全距离Sa与减速距离Sj，以及输出控制信号给变频器，所述控制信号包括降档控制信号、安全控制信号、保持控制信号以及紧急制动控制信号。

由于塔式起重机采用了上述防冲顶控制装置，防冲顶控制装置的控制设备通过接收设备能够获吊钩与臂架之间的实时距离Ss，并根据确认的各种信息向变频器输出控制信号，使吊钩能够在各种高度时进行相对应的安全操作，以防止塔式起重机因机械减速点或停止点的标定不准确而发生冲顶现象。

优选地，所述控制设备为可编程控制器。

优选地，所述控制设备通过所述变频器控制所述驱动电机。

本发明还提供一种塔式起重机的防冲顶控制系统，该防冲顶控制系统，包括：

实时距离检测装置，用于检测吊钩与臂架之间的实时距离Ss；

还包括如上述技术方案任意一项所述的防冲顶控制装置，所述防冲顶控制装置与所述实时距离检测装置信号连接。

优选地，所述实时距离检测装置均为高度传感器。

在塔式起重机采用高度传感器测量臂架与吊钩之间的实时距离信息时，能够使测量的臂架与吊钩之间的实时距离信息更加准确，能够进一步防止塔式起重机因机械减速点或停止点的标定不准确而发生冲顶现象。

另外，本发明还提供一种塔式起重机，该塔式起重机包括如上述技术方案任意一项所述的防冲顶控制系统。

附图说明

图1为本发明一种实施例提供的塔式起重机的防冲顶控制方法的流程图；

图2为本发明一种实施例提供的塔式起重机的控制原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种塔式起重机及其防冲顶控制方法、装置和系统，该塔式起重机包括防冲顶控制系统；该防冲顶控制系统包括实时距离检测装置和防冲顶控制装置；该防冲顶控制装置包括接收设备和控制设备；该防冲顶控制方法通过实时监控吊钩与臂架之间的安全距离Sa和实时距离Ss进行相应控制，能够防止塔式起重机因机械减速点或停止点的标定不准确而发生冲顶现象，进而提高塔式起重机的安全性。

其中，请参考图1以及图2，本发明一种实施例提供的塔式起重机的防冲顶控制方法，该防冲顶控制方法，包括：

步骤S11，当吊钩处于起升状态时，接收检测的吊钩与臂架之间的实时距离Ss；

步骤S12，确认臂架与吊钩的上减速点之间的减速距离Sj、以及吊钩与臂架之间的安全距离Sa，安全距离Sa为吊钩在起升过程中以当前速度减速到0时所需要上升的距离；

步骤S13，比较安全距离Sa与减速距离Sj，其中：

步骤S14，当Sa<Sj时，输出降档控制信号给变频器21，以控制驱动电机22使吊钩的起升速度降档，当吊钩触发上停止开关23、且吊钩的起升速度不为0时，输出紧急制动控制信号给变频器21，以控制驱动电机22使吊钩紧急制动；

当Sa≥Sj时，比较安全距离Sa与实时距离Ss，且：

当Sa<Ss时，输出保持控制信号给变频器21，以控制驱动电机22使吊钩保持当前速度继续起升；

当Sa≥Ss时，输出安全控制信号给变频器21，以控制驱动电机22使吊钩以安全速度Vs起升。

塔式起重机在实际使用过程中，为了满足不同场合的使用需求，臂架高度可以进行调整；在臂架高度确定之后，采用塔式起重机进行起吊物体时，吊钩与臂架之间的实时距离Ss是随时变化的；吊钩与臂架之间的安全距离Sa与吊钩的当前速度有关。

在上述防冲顶控制方法中，在步骤S13中，首先比较安全距离Sa和减速距离Sj，安全距离Sa即此时吊钩以当前速度减速到0时所需要上升的距离Sa，当Sa<Sj时，吊钩在到达上减速点时进行减速即可防止冲顶现象发生，此时使吊钩的起升速度降档，并且当吊钩触发上停止开关、且吊钩的起升速度不为0时，使吊钩紧急制动，否则吊钩会发生冲顶现象；当Sa≥Sj时，即，吊钩以当前速度减速到0时所需要上升的距离Sa大于臂架与吊钩的上减速点之间的减速距离Sj，在减速距离Sj的范围内吊钩不能减速到0，此时会发生冲顶现象，接着比较吊钩与臂架之间的安全距离Sa和实时距离Ss，当吊钩与臂架之间的实时距离Ss大于安全距离Sa时，意味着吊钩有足够的距离进行减速直到停止，因此，使吊钩保持当前速度继续起升；当吊钩与臂架之间的实时距离Ss小于等于安全距离Sa时，意味着吊钩已经没有足够的安全距离进行正常减速直到停止，此时，吊钩继续起升将会发生冲顶现象，因此，使吊钩以安全速度Vs起升；上述防冲顶控制方法通过实时监控吊钩与臂架之间的安全距离Sa和实时距离Ss进行相应控制，能够防止塔式起重机因机械减速点或停止点的标定不准确而发生冲顶现象，进而提高塔式起重机的安全性。

在上述防冲顶控制方法中，在步骤S12中，确认吊钩与臂架之间的安全距离Sa，安全距离Sa可以通过下述公式计算得出，其中：

$Sa=\frac{{\left(\mathrm{\&Delta;}V\right)}^{2}T}{2V\max }$

其中，

ΔV为吊钩起升时的瞬时速度，单位为m/s，ΔV＝ΔS/Δt，其中，ΔS为单位时间Δt内吊钩起升的高度，单位为m；

T为变频器21的减速时间，常量；

Vmax为吊钩起升的最大速度，常量。

上述防冲顶控制方法中的吊钩与臂架之间的安全距离Sa可通过上述公式计算得出，通过计算公式可知，安全距离Sa与吊钩起升时的瞬时速度ΔV的平方和变频器21的减速时间T成正比，而安全距离Sa与吊钩起升的最大速度Vmax成反比。

在上述防冲顶控制方法中，安全速度Vs可以通过下述公式计算得出：

$Vs=K*\sqrt{\frac{2V\max Ss}{T}}$

其中，

K为减速系数(消除系统响应时间影响)，常量；

T为变频器21减速时间，常量；

Vmax为吊钩起升的最大速度，常量；

Ss为吊钩与臂架之间的实时距离。

同时，在上述防冲顶控制方法中，在步骤S14中，变频器21的频率f可以通过下述公式计算得出：

$f=\frac{f\max Vs}{V\max }$

其中，变频器21的最大频率fmax对应于吊钩的最大起升速度Vmax，由塔式起重机的结构决定，为常量。

如图2结构所示，本发明实施例还提供一种塔式起重机的防冲顶控制装置24，该防冲顶控制装置24包括接收设备241和控制设备242；

接收设备241用于接收检测的吊钩与臂架之间的实时距离Ss；

控制设备242用于确认臂架与吊钩的上减速点之间的减速距离Sj、以及吊钩与臂架之间的安全距离Sa，比较安全距离Sa与减速距离Sj，以及输出控制信号给变频器21，控制信号包括降档控制信号、安全控制信号、保持控制信号以及紧急制动控制信号。

由于塔式起重机采用了上述防冲顶控制装置24，防冲顶控制装置24的控制设备242通过接收设备241能够获得吊钩与臂架之间的实时距离Ss，并根据确认的各种信息向变频器21输出控制信号，使吊钩能够在各种高度时进行相对应的安全操作，以防止塔式起重机因机械减速点或停止点的标定不准确而发生冲顶现象。

具体地，控制设备242可以为可编程控制器，并且控制设备242通过变频器21控制驱动电机22。

塔式起重机采用的上述控制设备242不局限于可编程控制器，还可以为具有人机交互界面的工业计算机等智能控制设备，使塔式起重机的控制更加方便、智能。

另外，如图2结构所示，本发明实施例还提供一种塔式起重机的防冲顶控制系统，该防冲顶控制系统，包括：

实时距离检测装置25，用于检测吊钩与臂架之间的实时距离Ss；

还包括上述实施例中的任意一种防冲顶控制装置24，防冲顶控制装置24与实时距离检测装置25信号连接。

具体地，实时距离检测装置25为高度传感器。

上述实时距离检测装置25可以采用高度传感器测量臂架与吊钩之间的距离，也可以采用测距传感器等各种测量设备进行测量，尤其是可以采用高度坐标定位装置直接测得臂架或吊钩的高度坐标，然后再进行计算吊钩与臂架之间的实时距离。高度坐标定位装置可以为差分GPS定位装置或北斗定位装置等，具有全球全天候定位、定位精度高、观测时间短、测站间无需通视等优点，并且可提供全球统一的三维地心坐标。

在采用上述高精度测量设备进行测量时，能够使测量的臂架高度和吊钩高度更加准确，能够进一步防止塔式起重机因机械减速点或停止点的标定不准确而发生冲顶现象，进而提高塔式起重机的安全性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。