塔式起重机安全监控系统及具有其的塔式起重机的制作方法

本发明涉及塔式起重机监测领域，特别地，涉及一种塔式起重机安全监控系统及具有其的塔式起重机。

背景技术：

塔式起重机是建筑工地的大型作业设备，其主要作用是在高楼建设中垂直输送建筑物料，随着建筑业的不断发展，高层建筑越来越多，塔式起重机的用量也越来越大，但伴随着的安全事故也时有发生，全国每年都有多起带有人身伤亡的重特大事故发生。从所有的事故原因分析结果来看，塔式起重机超载超限运行是一个不可忽视的原因。

然而，目前的塔式起重机所配置的起重量和工作力矩超载保护装置还存在一些问题，在用塔式起重机的采用的超重和超力矩安全保护装置大多还以机械方式为主，由于这两种超载保护装置都是机械式的，无实时显示功能，只有塔式起重机工作在超载状态时才会给出明显提示，而地面吊装人员和操作者无法准确知道起吊时塔式起重机的实际工况，一旦出现机械失灵、限位开关损坏或线路故障时，塔式起重机将工作在非常危险的状态下，如果地面吊装人员和操作者稍稍马虎，将会酿成大祸。

现在技术中，亦有些生产厂家推出了塔式起重机的安全监控系统，该系统一般可显示起重量、工作力矩、吊钩工作幅度、吊钩高度和回转角度等塔式起重机的主要运行工况参数，起重量大多是采用测量起升钢丝绳的拉力的方法来实现的，力矩值则是通过起重量与吊钩的工作幅度相乘来计算得到的，该装置除了能显示这些工况参数外，还能根据参数值的大小给塔式起重机的控制系统提供对应的控制信号，使系统能根据当前的载荷状态做出相应的控制策略，一旦起重量或工作力矩出现超载状况，装置将立即使塔式起重机的控制系统进入保护状态，同时给出明显的声光报警提示。这种载荷实时显示装置对塔式起重机的安全运行起到了积极的作用。如cn104150381a公开了一种智能监控塔式起重机，其能实现对塔机的起吊高度、小车幅度、回转角度、起吊重量、工作力矩等参数进行监测，但其存在传感器设置复杂，譬如，需设置回转角度传感器、小车位移传感器、吊钩升降幅度传感器，因此，存在结构设置复杂、加装成本高的缺陷。

此外，现有的小车幅度和吊钩高度常用的检测方法就是在相对应的机构上安装一小型减速装置，该装置的输入轴与钢丝绳卷筒旋转轴连接，该减速装置的减速比选择原则就是让输出轴只在一圈内旋转，也就是过对于吊钩最大高度知道后，就知道在最大高度下卷筒旋转圈数进而得到小减速机的减速比，一般在该减速机输出端安装有凸轮，用于形成限位，如果加装上角度传感器就可检测吊钩高度；小车幅度的检测同理，通常我们称这小减速装置为多功能限位器，而回转角的检测是在塔机回转齿圈外安装一多功能限位器，其输入通过一小此轮与回转齿圈拟合来测量回转角的。且塔机有两个重要载荷参数，其一是起吊重量，对起吊重量的限制就是对起升传动系统的保护，比如钢丝绳、减速机和电机等，该参数大多是测量起吊钢丝绳拉力；而最为关键的载荷参数是塔机的工作力矩，对该参数的限制就是对塔机结构件的保护，一旦力矩过载，大多会对结构件造成破坏，这也许就造成了翻塔的重大伤亡事故，所以，塔机对力矩限制的重要程度远远大于对重量的限制，而目前大多的塔式起重机安全监控系统对力矩值都根据当前小车幅度值通过原来预存的起重量特性曲线查表得到或直接计算得到允许起吊重量的。

现行的塔式起重机安全监控系统基本技术大同小异，各种参数检测方式相似，但均存在以下共性的缺陷：

1、测量误差大，目前的塔式起重机安全监控系统通过检测钢丝绳卷筒的圈数来测量小车幅度或吊钩高度本身就不是一个可取的方法，因为卷筒的圈数不能精确代表放出或收回钢丝绳的长度，因为有钢丝绳所在卷筒层数关系，也有钢丝绳塌落度的关系，同时多功能限位器也就是一个大速比的减速机，该装置会产生较大的次轮间歇，再次给测量带来误差，作变换后，得到的输出角度进一步出现误差，经试验验证，小车幅度和吊钩高度的系统误差达到米级。

2、保护功能具有安全隐患，由于小车幅度参数的误差就会造成塔机力矩限制的误差。前述可知塔机的力矩限制是依据小车幅度值结合当前吊重来实现的，当小车幅度检测出现误差势必造成力矩保护的不准确，有一定的安全隐患。

3、安装复杂，成本高，塔机上，各个机构安装位置分散，且每个机构必须安装一台传感装置，线路长且分散，势必造成安装复杂，成本高。

技术实现要素：

本发明提供了一种塔式起重机安全监控系统，以解决现有的塔式起重机参数监测不可靠、且安装复杂、结构分散的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供一种塔式起重机安全监控系统，包括用于定位塔式起重机上小车或者吊钩所处实时位置的gps定位装置，还包括与gps定位装置通信连接的处理装置，处理装置用于接收gps定位装置检测的相应参数并生成用于塔式起重机安全监测的安全参数。

进一步地，安全参数包括但不限于：吊臂摆角、小车幅度、起吊重量、吊钩高度、工作力矩；gps定位装置设于小车上时，还包括用于检测吊钩实时高度参数的高度传感器，处理装置接收高度传感器的检测参数生成对应的吊钩高度。

进一步地，处理装置用于根据接收的gps定位装置检测的地理位置坐标生成小车幅度和吊臂摆角。

进一步地，处理装置还包括初始化单元，用于根据gps定位装置接收的数据进行初始化。

进一步地，处理装置还包括计算单元，用于生成安全参数对应的变化速度，以提前预判危险工况。

进一步地，gps定位装置基于实时动态差分定位，包括设置于吊钩或者小车上的移动gps单元及固设于地面上的基准gps单元。

进一步地，本发明安全监控系统还包括用于检测吊钩所挂重物重量的吊重检测装置，吊重检测装置为具有称重检测功能的吊钩，吊重检测装置与处理装置通信连接，用于将检测的起吊重量传递给处理装置。

进一步地，吊钩包括钩头，钩头设于固接在固定座上的支撑横梁上，钩头与支撑横梁的连接处设有用于感应钩头所挂物体重量的测力传感装置；或者吊钩包括钩头，钩头经钩头总成连接至固定座上，钩头总成包括用于连接钩头的钩头固定板及设于钩头固定板上用于检测吊钩所挂重物的重量的销轴传感器；销轴传感器套接于固定座上或者经转接板连接固定座。

进一步地，处理装置设于塔式起重机的驾驶室内和/或处理装置设有用于上传数据的上传模块。

根据本发明的另一方面，还提供了一种塔式起重机，包括上述的塔式起重机安全监控系统。

本发明具有以下有益效果：

本发明塔式起重机安全监控系统及具有其的塔式起重机，通过设置gps定位装置及处理装置，可以实现对塔式起重机上多种参数的实时检测，本发明安全监控系统安装便利、调试方便，且控制精度高。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请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：

图1是本发明优选实施例中塔式起重机的结构示意图；

图2是本发明优选实施例中塔式起重机安全监控系统的原理方框示意图。

附图标记说明：

1、塔身；2、吊臂；3、配重；4、吊钩；5、小车；

10、吊重检测装置；20、gps定位装置；30、处理装置。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请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。

本发明塔式起重机安全监控系统，用于对塔式起重机工作时的运行工况参数进行实时检测，以便于对塔式起重机进行智能安全监控。本发明的关键构思在于利用在塔式起重机上安装gps定位装置来实现对塔式起重机作业时的多个必要参数的检测，配合起重量，进而实现对塔式起重机工作区域及载荷状态的高精度实时显示及限制。

参照图1，本实施例中，塔式起重机包括由多个标准节构成的塔身1、设于塔身1上的吊臂2及平衡臂，平衡臂的一端设有配重3、吊臂2的一端设有沿吊臂2可位移的小车5，小车5上经吊钩提升机构连接有吊钩4。参照图2，本实施例塔式起重机安全监控系统，包括用于检测吊钩所挂重物重量的吊重检测装置10及用于定位塔式起重机上小车5或者吊钩4所处实时位置的gps定位装置20，还包括与吊重检测装置10及gps定位装置20通信连接的处理装置30，处理装置30用于接收吊重检测装置10及gps定位装置20检测的相应参数并生成用于塔式起重机安全监测的安全参数。本实施例塔式起重机安全监控系统，通过设置吊重检测装置10、gps定位装置20及处理装置30，可以实现对塔式起重机上多种参数的实时检测，本发明安全监控系统安装便利、调试方便，且控制精度高。在其他实施例中，本系统中的吊重检测装置10可以省略，由处理装置30接收塔机系统检测的吊重参数，与本发明中检测的gps地理位置信息结合生成安全参数。

实施例一：

在一个实施例中，gps定位装置20安装在吊钩4上，gps定位装置20接收当前吊钩所处的地理位置信息，吊重检测装置10生成吊钩对应的吊重参数，由处理装置30接收地理位置信息及吊重参数生成用于反映当前塔式起重机运行工况的安全参数。本实施例中，安全参数包括但不限于：吊臂摆角、小车幅度、起吊重量、吊钩高度、工作力矩。在具体应用中，gps定位装置20接收的定位信息包括经纬度数据及海拔高度数据，处理装置30包括初始化单元，用于根据gps定位装置20接收的数据进行初始化。初始化时，控制塔机旋转360度，精确地确定塔机所处的中心地理位置坐标。处理装置30根据接收的吊钩当前所处的地理位置对应的位置参数，进而得出小车幅度、吊臂摆角、吊钩高度。处理装置30接收吊重检测装置10生成的吊重参数，即得到起吊重量，通过力矩计算方法，结合得到的小车幅度参数，即可处理得出工作力矩参数。优选地，处理装置30可以集成于现有的塔机驾驶室内，通过有线或者无线通信方式与吊重检测装置10及gps定位装置20通信连接，以接收对应的检测参数，进而经驾驶室内的显示终端进行显示。可选地，处理装置30可以设置于吊钩或者小车上，处理装置30上设置用于上传数据的上传模块，经上传模块将检测的安全参数发送给塔机驾驶室内和/或手持终端上，以便于驾驶员或者地面安装人员(对应手持终端持有者)可以及时获知塔式起重机对应的运行工况参数。

优选地，处理装置30还包括计算单元，用于生成安全参数对应的变化速度，以提前预判危险工况。本实施例中，为了实施安全保护策略，通过计算处理获得各个参数的变化速度，还可提前预判危险工况，并通过警报或者经控制系统采取自动保护策略的方式实现保护，进一步提高运行可靠性。

优选地，为了提高整个系统监测的精度，gps定位装置基于实时动态差分rtk(real-timekinematic)定位，可以将定位精度提升至厘米级。具体地，gps定位装置包括设置于吊钩或者小车上的移动gps单元及固设于地面上的基准gps单元。

卫星导航定位系统由三大部分组成：空间卫星星座、地面监控以及用户设备，卫星连续不断发送导航定位信号，在经过大气层和电离层时会产生一定的误差，地面监控系统根据卫星数据计算编制卫星星历，并经注入站注入给各个卫星，卫星星历包括两种，一种是广播星历，实时接收卫星数据，这样由于误差导致精度会比较低，只能用于实时导航定位。另一种是精密星历，卫星数据经事后精密处理计算出来，该星历仅供事后高精度定位用，不能进行实时定位。本实施例中，rtk技术的原理是设置两个站，基准站(即基准gps单元)设置在地面固定不动，具有确定的位置坐标，再设置一个移动gps端(即移动gps单元)，移动gps端可处于静止状态，也可处于运动状态；可在固定点上先进行初始化后再进入动态作业，也可在动态条件下直接开机，并在动态环境下完成周模糊度的搜索求解。基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给移动gps端，移动gps端不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集观测数据，将接收到的准确和非准确的数据进行实时解算，在系统内组成差分观测值进行实时处理，将数据进行对比，算出位置的实时精度，可以达到厘米级的高精度定位结果，历时不到一秒钟，从而实现实时的高精度定位，从而满足塔式起重机安全监控系统的精度要求。

本实施例中，吊重检测装置为具有称重检测功能的吊钩。

在一个具体实施方式中，吊钩包括起支撑作用的固定座及设于固定座上用于连接起吊机构的第一连接部、用于连接待转移物体的第二连接部，第一连接部为滑轮，第二连接部为钩头，钩头经钩头固定件固接于固定座上，本实施例中，钩头固定件包括设于固定座上的支撑横梁，钩头与支撑横梁的连接处设有用于感应钩头所挂物体重量的测力传感装置，吊钩上还设有用于接收测力传感装置检测的重量值上传至处理装置的上传模块。其中，测力传感装置包括用于感应钩头所挂物体重量的环形压力传感器，环形压力传感器连接用于对传感信号进行放大处理的信号调理电路及用于对放大处理后的电信号进行转换以得到重量检测值的运算控制电路。

在另一具体实施方式中，吊钩包括起支撑作用的固定座及设于固定座上用于连接起吊机构的第一连接部、用于连接待转移物体的第二连接部，第一连接部为滑轮，第二连接部为钩头，钩头经钩头总成连接至固定座上，钩头总成包括用于连接钩头的钩头固定板及设于钩头固定板上用于检测吊钩所挂重物的重量的销轴传感器；销轴传感器套接于固定座上或者经转接板连接固定座；销轴传感器连接用于将其检测的信号转换为重量值的传感信号处理单元；吊钩上还设有用于接收传感信号处理单元生成的重量值上传检测参数至处理装置的上传模块。销轴传感器为压力传感器，传感信号处理单元包括信号调理电路及运算控制电路；信号调理电路连接压力传感器，用于对传感信号进行放大处理；运算控制电路连接信号调理电路，用于对放大处理后的电信号进行转换得到重量检测值。

实施例二：

实施例二与上述实施例一的区别在于，gps定位装置20设于小车5上时，还包括用于检测吊钩4实时高度参数的高度传感器(譬如采用气压计检测高度参数)，处理装置30接收高度传感器的检测参数生成对应的吊钩高度。其余部分参照实施例一的描述，在此不作赘述。

根据本发明的另一方面，还提供了一种塔式起重机，包括上述实施例的塔式起重机安全监控系统。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。