本发明涉及起重机领域，具体涉及一种起重机负载识别、测量及调节的控制方法。
背景技术
传统的识别、测量及调节起重机负载的方法主要采用如下两种测量功能：
(1)采用安装取力传感器的方法，其工作原理是：载荷引起的弹性体机械形变使固定在弹性体中的应变片发生电阻值的变化，利用应变片的阻值与载荷质量之间的函数关系进行载荷质量的测量；
该方法存在的问题是：在实际应用中，取力点的选择会受到起重机结构的限制，从而使超载保护装置的测量精度和稳定性受到影响，同时安装取力传感器需要改变起重机的固有机械结构，其安装过程复杂，而且弹性体的机械磨损会导致精度下降；
(2)采用测量电动机的工作电流的方法：其通过预先标定在额定载重量情况下的电流值，并用实际电流值与标定电流值进行比较，从而判断起重机是否超载；
该方法存在的问题是：由于影响电动机的工作电流的因素较多，实际工作电流并不能准确反映载荷质量，从而造成测量原理不科学、载荷质量测量的准确度较低、响应时间过多造成安全隐患以及必须使用标准砝码校准带来的安装繁琐等问题。
而且，起重机在工作状态下，可能出现的动力载荷，其负载往往可以超过额定值，传统的起重机由于负载监控不够精确，安全保护方法局限在限载限速，无法实现可靠的保护功能；如果出现超载或摆动幅度过大等各种原因出现其他附加载荷情况，时常发生事故，造成的结果往往是灾难性的。
综上所述，传统的起重机载荷质量测量、调整及保护方法存在测量精度低，反应速度慢，测量范围不够完整，得到的数据不够全面、精确，安装使用复杂，安全保护不到位，及适用范围窄等问题。
技术实现要素：
基于此，针对上述问题，有必要提出一种结合动态、静态测量，使测量数据更全面，精度更高，针对不同情况能作出相应的安全保护措施，避免发生重大事故，且控制简单，适用范围广的起重机负载识别、测量及调节的控制方法。
本发明的技术方案是：
一种起重机负载识别、测量及调节的控制方法，包括以下步骤：
a、获取起重机负载数据，获取钢丝绳倍率，获取起重机油泵出口处的压力值和流量值；
b、根据获取的起重机负载数据，计算起重机的载荷质量；
c、判断载荷质量是否超过预设的载荷限度，如果是，则进入步骤d；如果否，则起重机可正常工作；
d、根据钢丝绳倍率，计算起重机的第一负载参数和第二负载参数；根据压力值和流量值，计算负载扭矩需求；
e、根据载荷质量、钢丝绳倍率和负载扭矩需求，执行力矩控制操作，并采集应变信号ε的值；
f、根据应变信号ε值的大小，执行安全保护操作。
在本技术方案中，通过获取起重机负载数据、钢丝绳倍率以及起重机油泵出口处的压力值和流量值，通过一系列算法，得到起重机的载荷质量，并判断该载荷质量是否超过预设的载荷限度，如果超过，则需要进行力矩控制，避免发生重大事故，其结合动态、静态进行测量，使测量数据更全面，精度更高，针对不同情况能作出相应的安全保护措施，提高了使用效率和安全性。
具体的，所述步骤a中获取起重机负载数据的步骤如下：
测量起重机负载上行时起升电机的三相电压、三相电流及其相互关系，获得起重机负载时系统输入的电能pe和定子电流i1；
获得起重机空载时输入的电能pe(0)和定子电流i1(0)；
获得起重机空载时的上升速度v0、起升电机的定子阻值r1和启动时的加速度a。
本技术方案用于采集起重机负载数据的相关参数，其采集的数据全面、有效，进而使负载数据的计算更精确。
具体的，所述步骤b中计算起重机的载荷质量步骤包括：
m＝[pe-pe(0)-3×(i12-i1(0)2)×r1]/[g+a]v0
当起重机启动时的加速度a远小于重力加速度g时，设定a＝0，此时起重机的载荷质量m＝[pe-pe(0)-3×(i12-i1(0)2×r1]/gv0；其中：
pe为起重机负载时系统输入的电能；pe(0)为起重机空载时输入的电能；i1为起重机负载时的定子电流；i1(0)为起重机空载时的定子电流；r1为起重机的起升电机的定子阻值；v0为起重机空载时的上升速度；g为重力加速度；a为起重机启动时的加速度。
通过本算法能计算出起重机的载荷质量，提高了测量精度。
具体的，所述步骤d包括以下步骤：
得到第一负载参数和第二负载参数后，计算第一负载参数和第二负载参数的差值绝对值；
判断该差值绝对值是否大于第一阈值，如果是，则判定钢丝绳倍率不符合实际的钢丝绳倍率，重新获取钢丝绳倍率；如果否，则判定钢丝绳倍率符合实际的钢丝绳倍率。
当载荷质量超过预设的载荷限度时，需要确定钢丝绳倍率，此技术方案中，通过判断负载参数的差值，来判定钢丝绳倍率是否符合实际的钢丝绳倍率，进而确定起重机所需选取的钢丝绳，避免起重过程中出现安全隐患。
具体的，所述步骤d中计算负载扭矩需求的步骤包括：
根据压力值和流量值，获得起重机的外载荷值；
根据外载荷值计算该外载荷值下起重机的负载扭矩需求；
比较负载扭矩需求和发动机最大扭矩的大小，若发动机最大扭矩小于负载扭矩需求，则提高发动机转速。
在选取钢丝绳倍率的同时，通过压力值和流量值计算外载荷值和负载扭矩需求，并控制发送机提高或减小转速，以达到起重目的。
具体的，所述步骤d中计算负载扭矩需求的步骤还包括：
计算当前载荷质量、当前转速以及当前钢丝绳倍率情况下单位时间油耗的最低值
对油耗进行计算并控制，充分减少起重机的启动油耗，在满足安全起重的同时，降低成本。
具体的，所述步骤e中执行力矩控制操作的步骤包括：
检测获取起重机吊臂的工作角度、起重机吊臂的工作长度以及起重机各支腿上的受力值；
根据载荷质量、钢丝绳倍率、负载扭矩需求、吊臂的工作角度、吊臂的工作长度以及各支腿上的受力值，确定起重机的额定工作载荷。
优选的，所述步骤e中执行力矩控制操作的步骤还包括：
沿着吊臂均匀设置若干待测试元件，针对每个待测试元件，选择至少一个相应的预定最大应力；
计算每个待测试元件中由理论负载引起的应力；
针对每个待测试元件，将计算的应力与相应的预定最大应力进行比较；如果计算应力中的至少一个小于相应的预定最大应力，那么理论负载递增；如果所述计算应力中的至少一个大于相应的预定最大应力，那么理论负载递减。
优选的，所述步骤e中执行力矩控制操作的步骤还包括：
重复计算应力以及与相应的预定最大应力进行比较；判断计算应力是否等于相应的预定最大应力，如果是，获得最大理论负载，起重机可正常工作；如果否，进行力矩限制处理。
优选的，所述步骤e中执行力矩控制操作的步骤还包括：
将起重机负载时各支腿上的受力值相加，减去起重机的自重，获得起重机的吊重；
根据吊重与额定工作载荷之间的比例，获得起重机的工作力矩百分比；
判断工作力矩百分比是否大于预定的力矩限度，如果是，则进行力矩限制处理；如果否，判定起重机正常工作。
优选的，所述步骤e中执行力矩控制操作的步骤还包括：
根据起重机各支腿上的受力值，计算起重机任意相邻支腿的受力和；
判断该受力和是否小于预定的倾翻阀值；如果是，则判定起重机正常工作；如果否，则进行力矩限制处理。
以上技术方案中，整个e步骤都是对力矩控制的操作，通过计算的各个数据、测量的各个部件(如吊臂)的参数以及各支腿上的受力值，确定起重机的额定工作载荷，然后测试判断吊臂的应力大小，根据受力计算工作力矩百分比，从而判断出是否是正常起重状态，是否需要进行力矩限制处理；整个测量、计算以及判断的过程全面，通过多个部件的综合测量比对，使最终的判断更精确，避免误差错误，导致出现无法启动或其他安全隐患，而且，通过动态、静态的配合测量，在充分保证起重机能正常工作的同时，最大限度减少了消耗，避免了安全事故。
优选的，还包括以下步骤：
当起重机负载摆动时，以tj时刻到tj+1时刻为控制周期t计算负载摆动；
在每个控制周期t内，获取tj时刻的钢丝绳长lj、提升速度ij以及平移加速度aj。
优选的，根据钢丝绳倍率和位置传感器获得钢丝绳长lj，根据起重机空载时的上升速度v0和启动时的加速度a获得提升速度ij，根据起重机启动时的加速度a给定获得平移加速度aj。
具体的，还包括以下步骤：
计算tj+1时刻的负载摆动角度θj+1和摆动角速度
其中：
上式中，g为重力加速度，θj为tj时刻的初始负载摆动角度，
优选的，还包括以下步骤：
判断某一时刻的摆动角速度是否超过预定的最大摆动角速度，如果是，则进行力矩限制处理；如果否，则判定起重机正常工作。
此技术方案通过计算起重机负载摆动时的摆动角速度，当通过上述计算公式，计算得出的摆动角速度超过预定的最大摆动角速度，则需要进行力矩限制处理；此为动态测量，从另一个方面保证了起重机的正常工作情况，且控制简单，操作方便适用，测量判断更全面、精确。
具体的，进行力矩限制处理的步骤包括：
接收判断结果信息，并进行结果判断，如果判断起重机处于危险状态，则限制起重机运动，使起重机不向危险方向继续运动。
通过力矩限制处理，可在起重机处于危险状态下进行紧急处理，而且由于有多种测量数据综合，可使力矩限制处理的判断形势更清晰，更方便作出更安全、有利的处理，进而在紧急情况下避免出现安全事故。
具体的，所述步骤e中采集应变信号ε的步骤包括：
在起重机主梁中央以及中央至两端间的中间位置处设置应变传感器，并在起重机吊臂两端的垂直支承处设置应变传感器；
接收五个位置处应变传感器传输的应变信号，并依次经过采样电路和数字信号处理电路转换为应力。
优选的，所述采样电路上设有双路应变片、相应的双路放大与调理电路和双路a/d转换模块，两路采样电路分别控制连接至数字信号处理电路。
具体的，所述步骤f中执行安全保护操作的步骤包括：
应变信号ε≥定值1，判定起重机吊臂和垂直支承处负载近似于负载平衡点；此时，发出限制动态载荷信号，起重机以均匀或者限定的加速度运动。
具体的，所述步骤f中执行安全保护操作的步骤还包括：
应变信号ε≥定值2，判定达到负载平衡，此时，发出安全保护控制信号，进行报警，限制起重机运动。
具体的，所述步骤f中执行安全保护操作的步骤还包括：
应变信号ε≥定值3，此时，限制起重机运动或强制停止起重机运动。
上述方案具体描述了，在出现紧急情况时，如何限制起重机运动或强制停止起重机运动，根据不同的信号，使对起重机的运动控制分为均匀或者限定的加速度运动、减速限制运动和强制停止运动，根据不同的情况进行不同的限制，其控制更灵活，既可避免发生安全事故，又保证了起重机运行的效率。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过获取起重机负载数据、钢丝绳倍率以及起重机油泵出口处的压力值和流量值，通过一系列精确算法，得到起重机的载荷质量，并判断该载荷质量是否超过预设的载荷限度，如果超过，则需要进行力矩控制，避免发生重大事故，其结合动态、静态进行测量，使测量数据更全面，精度更高，针对不同情况能作出相应的安全保护措施，提高了使用效率和安全性。
2、根据载荷质量、钢丝绳倍率和负载扭矩需求，执行力矩控制操作；通过多种数据全面的测量、计算，通过多个部件的综合测量比对，使最终的判断更精确，避免误差错误，导致出现无法启动或其他安全隐患，而且，通过动态、静态的配合测量，在充分保证起重机能正常工作的同时，最大限度减少了消耗，节约了成本，避免了安全事故。
3、本发明在就出现紧急情况时，如何限制起重机运动或强制停止起重机运动进行了对应的优化调节，根据不同的信号，使对起重机的运动控制分为均匀或者限定的加速度运动、减速限制运动和强制停止运动，根据不同的情况进行不同的限制，其控制更灵活，既可避免发生安全事故，又保证了起重机运行的效率。
附图说明
图1是本发明实施例所述起重机负载识别、测量及调节的控制方法的整体流程图；
图2是本发明实施例所述d步骤中，具体判断钢丝绳倍率、计算负载扭矩需求以及计算最低油耗的流程图；
图3是本发明实施例所述根据支腿上的受力值判断执行力矩控制操作的流程图；
图4是本发明实施例所述根据计算应力判断执行力矩控制操作的流程图；
图5是本发明实施例所述根据摆动角速度判断执行力矩控制操作的流程图；
图6是本发明实施例所述执行力矩控制操作的流程图；
图7是本发明实施例所述执行安全保护操作的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
实施例1
如图1所示，一种起重机负载识别、测量及调节的控制方法，包括以下步骤：
a、获取起重机负载数据，获取钢丝绳倍率，获取起重机油泵出口处的压力值和流量值；
b、根据获取的起重机负载数据，计算起重机的载荷质量；
c、判断载荷质量是否超过预设的载荷限度，如果是，则进入步骤d；如果否，则起重机可正常工作；
d、根据钢丝绳倍率，计算起重机的第一负载参数和第二负载参数；根据压力值和流量值，计算负载扭矩需求；
e、根据载荷质量、钢丝绳倍率和负载扭矩需求，执行力矩控制操作，并采集应变信号ε的值；
f、根据应变信号ε值的大小，执行安全保护操作。
在本实施例中，通过获取起重机负载数据、钢丝绳倍率以及起重机油泵出口处的压力值和流量值，通过一系列算法，得到起重机的载荷质量，并判断该载荷质量是否超过预设的载荷限度，如果超过，则需要进行力矩控制，避免发生重大事故，其结合动态、静态进行测量，使测量数据更全面，精度更高，针对不同情况能作出相应的安全保护措施，提高了使用效率和安全性。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上，所述步骤a中获取起重机负载数据的步骤如下：
测量起重机负载上行时起升电机的三相电压、三相电流及其相互关系，获得起重机负载时系统输入的电能pe和定子电流i1；
获得起重机空载时输入的电能pe(0)和定子电流i1(0)；
获得起重机空载时的上升速度v0、起升电机的定子阻值r1和启动时的加速度a。
本实施例用于采集起重机负载数据的相关参数，其采集的数据全面、有效，进而使负载数据的计算更精确。
实施例3
本实施例在实施例2的基础上，所述步骤b中计算起重机的载荷质量步骤包括：
m＝[pe-pe(0)-3×(i12-i1(0)2)×r1]/[g+a]v0
当起重机启动时的加速度a远小于重力加速度g时，设定a＝0，此时起重机的载荷质量m＝[pe-pe(0)-3×(i12-i1(0)2)×r1]/gv0；其中：
pe为起重机负载时系统输入的电能；pe(0)为起重机空载时输入的电能；i1为起重机负载时的定子电流；i1(0)为起重机空载时的定子电流；r1为起重机的起升电机的定子阻值；v0为起重机空载时的上升速度；g为重力加速度；a为起重机启动时的加速度。
通过本算法能计算出起重机的载荷质量，提高了测量精度。
实施例4
本实施例在实施例3的基础上，如图2所示，所述步骤d包括以下步骤：
得到第一负载参数和第二负载参数后，计算第一负载参数和第二负载参数的差值绝对值；
判断该差值绝对值是否大于第一阈值，如果是，则判定钢丝绳倍率不符合实际的钢丝绳倍率，重新获取钢丝绳倍率；如果否，则判定钢丝绳倍率符合实际的钢丝绳倍率。
当载荷质量超过预设的载荷限度时，需要确定钢丝绳倍率，此技术方案中，通过判断负载参数的差值，来判定钢丝绳倍率是否符合实际的钢丝绳倍率，进而确定起重机所需选取的钢丝绳，避免起重过程中出现安全隐患。
实施例5
本实施例在实施例4的基础上，如图2所示，所述步骤d中计算负载扭矩需求的步骤包括：
根据压力值和流量值，获得起重机的外载荷值；
根据外载荷值计算该外载荷值下起重机的负载扭矩需求；
比较负载扭矩需求和发动机最大扭矩的大小，若发动机最大扭矩小于负载扭矩需求，则提高发动机转速。
在选取钢丝绳倍率的同时，通过压力值和流量值计算外载荷值和负载扭矩需求，并控制发送机提高或减小转速，以达到起重目的。
实施例6
本实施例在实施例5的基础上，如图2所示，所述步骤d中计算负载扭矩需求的步骤还包括：
计算当前载荷质量、当前转速以及当前钢丝绳倍率情况下单位时间油耗的最低值
对油耗进行计算并控制，充分减少起重机的启动油耗，在满足安全起重的同时，降低成本。
实施例7
本实施例在实施例6的基础上，如图3所示，所述步骤e中执行力矩控制操作的步骤包括：
检测获取起重机吊臂的工作角度、起重机吊臂的工作长度以及起重机各支腿上的受力值；
根据载荷质量、钢丝绳倍率、负载扭矩需求、吊臂的工作角度、吊臂的工作长度以及各支腿上的受力值，确定起重机的额定工作载荷。
实施例8
本实施例在实施例7的基础上，如图4所示，所述步骤e中执行力矩控制操作的步骤还包括：
沿着吊臂均匀设置若干待测试元件，针对每个待测试元件，选择至少一个相应的预定最大应力；
计算每个待测试元件中由理论负载引起的应力；
针对每个待测试元件，将计算的应力与相应的预定最大应力进行比较；如果计算应力中的至少一个小于相应的预定最大应力，那么理论负载递增；如果所述计算应力中的至少一个大于相应的预定最大应力，那么理论负载递减。
实施例9
本实施例在实施例8的基础上，如图4所示，所述步骤e中执行力矩控制操作的步骤还包括：
重复计算应力以及与相应的预定最大应力进行比较；判断计算应力是否等于相应的预定最大应力，如果是，获得最大理论负载，起重机可正常工作；如果否，进行力矩限制处理。
实施例10
本实施例在实施例9的基础上，如图3所示，所述步骤e中执行力矩控制操作的步骤还包括：
将起重机负载时各支腿上的受力值相加，减去起重机的自重，获得起重机的吊重；
根据吊重与额定工作载荷之间的比例，获得起重机的工作力矩百分比；
判断工作力矩百分比是否大于预定的力矩限度，如果是，则进行力矩限制处理；如果否，判定起重机正常工作。
实施例11
本实施例在实施例10的基础上，如图3所示，所述步骤e中执行力矩控制操作的步骤还包括：
根据起重机各支腿上的受力值，计算起重机任意相邻支腿的受力和；
判断该受力和是否小于预定的倾翻阀值；如果是，则判定起重机正常工作；如果否，则进行力矩限制处理。
以上实施例中，整个e步骤都是对力矩控制的操作，通过计算的各个数据、测量的各个部件(如吊臂)的参数以及各支腿上的受力值，确定起重机的额定工作载荷，然后测试判断吊臂的应力大小，根据受力计算工作力矩百分比，从而判断出是否是正常起重状态，是否需要进行力矩限制处理；整个测量、计算以及判断的过程全面，通过多个部件的综合测量比对，使最终的判断更精确，避免误差错误，导致出现无法启动或其他安全隐患，而且，通过动态、静态的配合测量，在充分保证起重机能正常工作的同时，最大限度减少了消耗，避免了安全事故。
实施例12
本实施例在实施例11的基础上，如图5所示，还包括以下步骤：
当起重机负载摆动时，以tj时刻到tj+1时刻为控制周期t计算负载摆动；
在每个控制周期t内，获取tj时刻的钢丝绳长lj、提升速度ij以及平移加速度aj。
实施例13
本实施例在实施例12的基础上，根据钢丝绳倍率和位置传感器获得钢丝绳长lj，根据起重机空载时的上升速度v0和启动时的加速度a获得提升速度ij，根据起重机启动时的加速度a给定获得平移加速度aj。
实施例14
本实施例在实施例13的基础上，如图5所示，还包括以下步骤：
计算tj+1时刻的负载摆动角度θj+1和摆动角速度
其中：
上式中，g为重力加速度，θj为tj时刻的初始负载摆动角度，
实施例15
本实施例在实施例14的基础上，如图5所示，还包括以下步骤：
判断某一时刻的摆动角速度是否超过预定的最大摆动角速度，如果是，则进行力矩限制处理；如果否，则判定起重机正常工作。
此实施例通过计算起重机负载摆动时的摆动角速度，当通过上述计算公式，计算得出的摆动角速度超过预定的最大摆动角速度，则需要进行力矩限制处理；此为动态测量，从另一个方面保证了起重机的正常工作情况，且控制简单，操作方便适用，测量判断更全面、精确。
实施例16
本实施例在实施例15的基础上，如图6所示，进行力矩限制处理的步骤包括：
接收判断结果信息，并进行结果判断，如果判断起重机处于危险状态，则限制起重机运动，使起重机不向危险方向继续运动。
通过力矩限制处理，可在起重机处于危险状态下进行紧急处理，而且由于有多种测量数据综合，可使力矩限制处理的判断形势更清晰，更方便作出更安全、有利的处理，进而在紧急情况下避免出现安全事故。
实施例17
本实施例在实施例1的基础上，如图7所示，所述步骤e中采集应变信号ε的步骤包括：
在起重机主梁中央以及中央至两端间的中间位置处设置应变传感器，并在起重机吊臂两端的垂直支承处设置应变传感器；
接收五个位置处应变传感器传输的应变信号，并依次经过采样电路和数字信号处理电路转换为应力。
实施例18
本实施例在实施例17的基础上，所述采样电路上设有双路应变片、相应的双路放大与调理电路和双路a/d转换模块，两路采样电路分别控制连接至数字信号处理电路。
实施例19
本实施例在实施例17的基础上，如图7所示，所述步骤f中执行安全保护操作的步骤包括：
应变信号ε≥定值1，判定起重机吊臂和垂直支承处负载近似于负载平衡点；此时，发出限制动态载荷信号，起重机以均匀或者限定的加速度运动。
实施例20
本实施例在实施例19的基础上，如图7所示，所述步骤f中执行安全保护操作的步骤还包括：
应变信号ε≥定值2，判定达到负载平衡，此时，发出安全保护控制信号，进行报警，限制起重机运动。
实施例21
本实施例在实施例20的基础上，如图7所示，所述步骤f中执行安全保护操作的步骤还包括：
应变信号ε≥定值3，此时，限制起重机运动或强制停止起重机运动。
上述实施例具体描述了，在出现紧急情况时，如何限制起重机运动或强制停止起重机运动，根据不同的信号，使对起重机的运动控制分为均匀或者限定的加速度运动、减速限制运动和强制停止运动，根据不同的情况进行不同的限制，其控制更灵活，既可避免发生安全事故，又保证了起重机运行的效率。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。