在非运行配置中检测旋转部的自转或振荡状态的塔式起重机的制作方法

1.本发明涉及一种塔式起重机以及用于监测塔式起重机的方法。
2.本发明应用于包括旋转部的塔式起重机的领域，并且可以应用于若干起重机结构，例如由桁架和弦杆组成的结构。


背景技术：

3.常规上，塔式起重机包括塔，在该塔上借助于也称为旋转枢轴的枢转机构沿着大体竖直的定向轴线枢转地安装旋转部，该枢转机构包括至少一个机动化定向系统(通常为齿轮传动马达类型)和机械定向制动器。旋转部通常包括分配器吊杆，并且根据型号包括平衡吊杆、吊杆保持器和/或驾驶室。
4.而且，这种塔式起重机可在以下配置之间配置：
[0005]-运行配置，在该运行配置中，借助于机动化定向系统在塔上沿着定向轴线(也称为定向控制)可旋转地驱动旋转部，以借助于由旋转部的吊杆承载的提升系统来移位负载；和
[0006]-非运行配置(也称为安全或风向标配置)，在该非运行配置中，在塔上沿着定向轴线可旋转地释放旋转部，然后停用机械定向制动器，以便能够在风向上定向，旋转部然后围绕定向轴线自由地旋转，并且传统上说旋转部被转变成风向标。
[0007]
实际上，出于安全原因，并且特别是在强风的情况下，推荐甚至强制性地通过以下方式来固定塔式起重机(也称为旋转部的风向标)：使旋转部脱离接合(换言之，在塔上释放可旋转的旋转部，解除对机械定向制动器的阻挡并且使机动化定向系统脱离接合)，使得旋转部自由旋转，以便自动地在风向上定向并且因此允许起重机无人看管。
[0008]
然而，在特别是有风的条件下，通常由于现场环境，诸如附近建筑物的存在，起重机的旋转部可能进入不稳定状态，包括：
[0009]-自转状态，其特征在于完成以大于给定阈值的角速度围绕定向轴线进行的一整圈转动或一连串的整圈转动(换言之，旋转部以过高的速度在其自身上进行一圈或多圈转动)；和
[0010]-振荡状态，其特征在于以大于给定阈值的角速度围绕定向轴线进行的一个来回循环或一系列来回循环(换言之，旋转部以过高的速度从右向左枢转)。
[0011]
例如在风洞或数字建模中的模拟使得可以研究现场的风条件并由此预测这种不稳定的风险，以在上游提供预防性解决方案，例如选择较高的起重机或设置有更大的结构。降低这些不稳定的风险的确是重要的，因为自转或振荡状态可能导致对旋转部的损坏，或者甚至导致起重机的部分或完全的坠落。


技术实现要素：

[0012]
本发明提出通过提出现场且实时地检测旋转部是否处于不稳定状态来至少部分地响应上述缺点，这使得可以在风险预防和安全方面获得许多优点。
[0013]
由此，本发明提供了一种塔式起重机，包括塔，在塔上借助于枢转机构沿着定向轴线枢转地安装旋转部，该枢转机构包括至少一个机动化定向系统、机械定向制动器和能够检测旋转部的定向角度的角度检测器，该塔式起重机可在以下配置之间配置：
[0014]-运行配置，在该运行配置中，可以借助于机动化定向系统沿着定向轴线在塔上可旋转地控制旋转部；和
[0015]-非运行配置，在该非运行配置中，在塔上沿着定向轴线可旋转地释放旋转部，以能够在风向上定向，机械定向制动器在非运行配置中被停用。
[0016]
根据本发明，塔式起重机包括控制/命令单元，该控制/命令单元连接到机动化定向系统、机械定向制动器和角度检测器，并且在非运行配置中，控制/命令单元启动监测模式，在监测模式中，控制/命令单元根据旋转部的定向角度的变化或者根据从定向角度的变化确定的旋转部的角速度的变化来检测旋转部是否处于以下不稳定状态中的一个：
[0017]-自转状态，对应于旋转部在给定方向上完成至少一整圈的旋转运动，其特征在于定向角度根据角振幅的变化或在大于给定自转速度阈值的角速度下的变化，该角振幅在第一给定时间间隔内至少大于至少360度的角自转阈值；或
[0018]-振荡状态，对应于旋转部围绕定向轴线的来回运动，其特征在于定向角度在第一方向上然后在与第一方向相反的第二方向上的变化的至少一个循环，其特征在于在第二给定时间间隔内至少等于包括在20度至180度之间的角振荡阈值的或在大于给定振荡速度阈值的角速度下的定向角度的角位移。
[0019]
由此，控制/命令单元使用角度检测器来检测以下两个不稳定状态中的一个或另一个：自转状态和振荡状态。通过跟随定向角度的变化，控制/命令单元实际上可以实时确定旋转部的方向和角速度。基于这些测量，控制/命令单元可以将定向角度的变化与一个或多个阈值进行比较，并且推断不稳定的自转或振荡状态。
[0020]
关于自转状态，后者的特征将在于在一个方向上的旋转运动的检测，该旋转运动具有在第一给定时间间隔内至少大于360度的角振幅(即至少一圈)或以大于自转速度阈值的角速度。关于振荡状态，后者的特征将在于来回运动(对应于定向角度在一个方向然后在另一个方向上的一系列变化，换言之，一系列来回)的检测，该来回运动在第二给定时间间隔内具有角位移(或在来回运动中行进的最大角偏差)或以大于振荡速度阈值的角速度。
[0021]
在特定实施例中，在运行配置中，控制/命令单元停用监测模式。
[0022]
在特定实施例中，起重机包括至少一个风速计，适于测量风速并且连接到控制/命令单元，并且在监测模式中，控制/命令单元还根据风速检测不稳定状态。
[0023]
由此，自转状态和振荡状态的特征也在于风速，并且例如在于是否超过风速阈值。
[0024]
有利地，在监测模式中，如果检测到不稳定状态，那么控制/命令单元记录由不稳定状态的日期(日和时)的记录定义的不稳定事件以及从以下各项中选择的一个或多个不稳定参数：
[0025]-定向角度的变化；
[0026]-在不稳定状态期间的角速度或至少一个最大角速度；
[0027]-用于自转状态的角振幅；
[0028]-用于振荡状态的角位移。
[0029]
不稳定事件(其等同于起重机中的故障类型事件)的记录允许起重机在给定现场
上遇到的不稳定的历史化。
[0030]
代表不稳定状态的特征(角振幅、角自转阈值、第一时间间隔、角偏转、振荡角阈值、第二时间间隔以及如果适用的话自转速度阈值和振荡速度阈值)可以被选择为对应于起重机的非临界不稳定状态(换言之，对起重机不呈现危险或风险的不稳定状态)，使得不稳定事件记录在该现场构成预警或预防性动作，以宣告起重机的潜在风险。
[0031]
实际上，低风速更加频繁，使得不稳定状态的检测和不稳定事件的记录可以通过记录低风险振荡和自转的频率和振幅来可靠地检测轻风中的低风险振荡和自转，这使得可以真实地检测在较高风速下的潜在的非常危险和临界现象的存在。被告知不稳定事件记录的用户然后可以采取任意措施来保护起重机(例如，添加风板，添加机械定向制动器，添加重物或压载物，升高起重机或甚至更换起重机)，并且避免对于高风速和罕见风速的临界且因此危险的不稳定状态。
[0032]
根据另一种可能性，在监测模式中，如果检测到不稳定状态，那么控制/命令单元在不稳定事件中还记录不稳定状态期间的风速的变化或平均风速或最大风速。
[0033]
这样，所记录的不稳定事件还结合了关于风速的信息，这将使得可以估计起重机在较高风速情况下的理论行为，并且因此允许进行校正测量。
[0034]
实际上，不稳定状态可能在任意风速下发生，对于观察到的多数，对于在非常稳定的层流风条件下的低风速，这种情况可能引起对起重机的机械部分的损坏但很少存在稳定性风险，或者对于高风速，诸如风暴，具有起重机结构坍塌的高风险。因此，有利的是针对每个检测到的不稳定状态，因此在每个记录的不稳定事件中记录风速。
[0035]
根据另一种可能性，控制/命令单元触发向第三方发送包含不稳定事件的预防性消息。
[0036]
换言之，将所记录的不稳定事件传送到远程第三方，以向其通知不稳定状态，因此通知不稳定日期和参数。
[0037]
在特定实施例中，在监测模式中，控制/命令单元检测不稳定状态是否对应于以下临界不稳定状态中的一个：
[0038]-自转状态，在该自转状态中，角振幅在第一给定时间间隔内大于临界角自转阈值，所述临界角自转阈值大于角自转阈值；
[0039]-自转状态，在该自转状态中，角速度大于临界自转速度阈值，所述临界自转速度阈值大于自转速度阈值；并且
[0040]
当检测到这种临界不稳定状态时，控制/命令单元然后触发至少一个报警动作。
[0041]
由此，如果角振幅大于该临界角自转阈值(其自身大于表征自转状态的角自转阈值)或如果角速度大于临界自转速度阈值(其自身大于也表征自转状态的自转速度阈值)，那么该自转状态被认为是临界的，并且因此被认为需要报警，以便防止当前危险，或甚至停止或减少该临界不稳定状态。
[0042]
有利地，另一临界不稳定状态对应于自转状态，在该自转状态中，角速度在自转速度阈值与临界自转速度阈值之间并且风速大于一个临界风速阈值。
[0043]
换言之，临界自转状态的特征可以在于高角速度(也就是说大于临界自转速度阈值)，并且无论风速如何都如此，或者可以在于低角速度(也就是说在自转速度阈值与临界自转速度阈值之间)，但与高风速(也就是说大于临界风速阈值)相关联。
[0044]
在特定实施例中，临界风速阈值在10m/s至20m/s之间，且例如在14m/s至20m/s之间。
[0045]
根据特征，报警动作包括声音或光本地警报的启动。
[0046]
这样，向(一个或多个)邻近人员警告起重机的不稳定性，因此可以采取适当的措施，诸如通过移开起重机或干预起重机。
[0047]
根据另一特征，报警动作包括向远程实体发送警报消息。
[0048]
由此，可以不在现场的情况下通知管理者或现场管理者、起重机操作员、起重机所有者或其他人起重机不稳定。这种警报消息可以通过无线电通信或无线通信发送，例如以专用接口或应用上的消息、一个或多个注册的电子邮件地址上的电子邮件、或到一个或多个注册的电话号码的文本消息的形式。
[0049]
根据一种可能性，报警动作包括向第三方发送警示消息，该消息通知检测到临界不稳定状况。
[0050]
该警示消息可以被发送到主管当局或现场管理员，以通知他们已经检测到不稳定的状况，因此现场存在风险。
[0051]
根据另一种可能性，报警动作包括机械定向制动器的启动。
[0052]
这样，机械定向制动器的启动将使得可以减慢旋转部的不稳定运动，目的是使其稳定直到稳定状态，该稳定状态的转速低于自转和振荡状态的特征阈值。
[0053]
在特定实施例中，报警动作包括机动化转向系统的启动，以生成与旋转部的旋转相反的制动扭矩。
[0054]
在该实施例中，旋转部的制动通过由机动化定向系统生成的制动扭矩来操作，以使旋转部回到稳定状态，稳定状态的转速低于自转和振荡状态的特征阈值。
[0055]
本发明还涉及一种用于监测如上的塔式起重机的方法，也就是说，塔式起重机包括塔，在塔上借助于枢转机构沿着定向轴线枢转地安装旋转部，该枢转机构包括至少一个机动化定向系统、机械定向制动器和能够检测旋转部的定向角度的角度检测器，塔式起重机可在以下配置之间配置：运行配置，在该运行配置中，可以借助于机动化定向系统沿着定向轴线在塔上可旋转地驱动旋转部；和非运行配置，在该非运行配置中，在塔上根据定向轴线可旋转地释放旋转部，以能够在风向上定向，机械定向制动器在非运行配置中被停用，并且其中，设置控制/命令单元，控制/命令单元连接到机动化定向系统和角度检测器。
[0056]
根据本发明，该监测方法包括在非运行配置中启动监测模式的步骤，监测模式中，控制/命令单元根据旋转部的定向角度的变化或者根据从定向角度的变化确定的旋转部的角速度的变化来检测旋转部是否处于以下不稳定状态中的一个：
[0057]-自转状态，对应于旋转部在给定方向上完成至少一整圈的旋转运动，其特征在于定向角度根据角振幅的变化或在大于给定自转速度阈值的角速度下的定向角度的变化，该角振幅在第一给定时间间隔内至少大于至少360度的角自转阈值；或
[0058]-振荡状态，对应于旋转部围绕定向轴线的来回运动，其特征在于定向角度在第一方向上然后在与第一方向相反的第二方向上的变化的至少一个循环，其特征在于等于在第二给定时间间隔内至少等于包括在20度至180度之间的角振荡阈值的定向角度的角位移或等于大于给定振荡速度阈值的角速度的定向角度的角位移。
[0059]
根据一种可能性，在运行配置中，监测方法包括停用监测模式的步骤。
附图说明
[0060]
在阅读了以下参照附图进行的对实施方案的非限制性示例的详细描述之后，本发明的其它特征和优点将变得显而易见，在附图中：
[0061]
图1是根据本发明的塔式起重机的示意侧视图；
[0062]
图2是根据本发明的塔式起重机的示意俯视图；
[0063]
图3是处于自转状态的塔式起重机的示意俯视图；以及
[0064]
图4是处于振荡状态的塔式起重机的示意俯视图。
具体实施方式
[0065]
参照图1，根据本发明的塔式起重机1包括沿着竖直的定向轴线20延伸的塔2(也称为桅杆)，其中，塔2搁置在地面上并且具有顶部，在该顶部上沿着定向轴线20枢转地安装有旋转部3，如箭头《or》概略地所示。
[0066]
该旋转部3包括：形成枢轴30的组件，该枢轴30沿着定向轴线20旋转地安装在塔2的顶部上；以及吊杆31，其安装在形成枢轴30的组件上。分配和提升系统负载32安装在吊杆31上，以沿着吊杆31分配和升高/降低负载。旋转部3还可包括安装在枢轴组件30上、与吊杆31相对的平衡吊杆33，并且一个或多个重物34可安装在平衡吊杆33上。旋转部3还包括驾驶室35，其在吊杆31的底部水平处放置在形成枢轴30的组件上。可以想到具有吊杆保持器36或压头，其竖直安装在形成枢轴30的组件上，以例如借助于护罩来承载吊杆31，并且可能承载平衡吊杆33。
[0067]
旋转部3借助于设置在枢轴组件30上的枢转机构4枢转地安装，其中，该枢转机构4包括机动化定向系统40，该机动化定向系统40包括：
[0068]-固定枢轴，其旨在固定地附接到塔2的顶部，为带齿的定向环41的形式；
[0069]-旋转枢轴，其沿着定向轴线20可旋转地联接到固定枢轴，为搁置在定向环41上的环形轴承的形式；
[0070]-至少一个定向电动机42，其设置有与定向环41啮合的小齿轮；以及
[0071]-变速器43，其连接到定向电动机42，以调节其速度和扭矩。
[0072]
该枢转机构4还包括：
[0073]-机械定向制动器44；和
[0074]-角度检测器45，其能够检测旋转部3围绕定向轴线20的定向角度。
[0075]
塔式起重机1还包括控制/命令单元5，其连接到：
[0076]-机动化定向系统40，更具体地连接到变速器43，以便驱动旋转部3的定向；
[0077]-机械定向制动器44，以便启动该制动器来阻止/制动旋转部3的定向；以及
[0078]-角度检测器45，以便恢复旋转部3的定向角度的变化。
[0079]
该塔式起重机1可以在以下配置之间配置：
[0080]-运行配置，在该运行配置中，通过借助于控制/命令单元5驱动机动化定向系统40，可以在塔2上沿着定向轴线20旋转地驱动旋转部3；以及
[0081]-非运行配置，在该非运行配置中，在塔2上沿着定向轴线20旋转地释放旋转部3，以便能够在风向上定向，在非运行配置中，机械定向制动器44被停用，并且机动化定向系统40脱离接合。
[0082]
当塔式起重机1处于非运行配置时，控制/命令单元5启动监测模式，在该监测模式中，控制/命令单元5：
[0083]-从角度检测器45接收旋转部3的定向角度的变化；
[0084]-根据旋转部3的定向角度的变化，确定旋转部3的角速度的变化。
[0085]
当塔式起重机1处于运行配置时，控制/命令单元5停用该监测模式。
[0086]
在该监测模式中，控制/命令单元5根据定向角度的变化和/或根据角速度的变化来检测旋转部是否处于以下不稳定状态中的一个中：
[0087]-图3例示的自转状态，其对应于旋转部3围绕定向轴线20沿给定方向完成(over)至少一整圈的旋转运动，如由箭头《tr》概略所示；或
[0088]-图4例示的振荡状态，其对应于旋转部3围绕定向轴线20的来回运动，如由箭头《vv》概略所示。
[0089]
自转状态的特征在于定向角度根据角振幅的变化或在大于给定自转速度阈值svar的角速度下的定向角度的变化，该角振幅在第一给定时间间隔t1内至少大于至少360度的角自转阈值saar。
[0090]
以示例的方式，角自转阈值saar是360度，换言之，在第一时间间隔t1中从整圈检测自转状态，该第一时间间隔特别地为至多10分钟，例如在5至10分钟的范围内。在这种情况下，如果旋转部3在小于t1分钟内进行至少一整圈转动，例如如果t1等于10分钟，则在小于10分钟内进行至少一整圈转动，则检测到自转状态。替代地或另外地，自转速度阈值svar可以是至少6t/h(圈/每小时)。在这种情况下，如果转动部3以大于或等于6t/h的角速度进行至少一整圈转动，则检测到自转状态。
[0091]
振荡状态的特征在于定向角度在第一方向上然后在与第一方向相反的第二方向上的变化的至少一个循环(换言之，至少一个往返行程或来回循环)，其特征在于在第二给定时间间隔t2内至少等于包括在20度至180度之间的角振荡阈值sao的定向角度的角位移da或在大于给定振荡速度阈值svo的角速度下的定向角度的角位移da。
[0092]
例如，角振荡阈值sao是20度，换言之，根据在第二时间间隔t2内大于或等于20度的角位移da从来回运动中检测到振荡状态，该第二时间间隔特别地为至多5分钟，例如在2至5分钟的范围内。在这种情况下，如果旋转部3在小于t2分钟内(例如如果t2等于5分钟则在小于5分钟内)以至少20度的角运动来回移动，则检测到振荡状态。应当注意，当根据角位移da来回时，旋转部3在一个方向上旋转da度，然后在另一方向上旋转da度。替代地或另外地，振荡速度阈值svo可以是至少1.3t/h(圈/每小时)。在这种情况下，如果旋转部3以大于或等于1.3t/h的角速度以至少20度的角运动来回移动，则检测到振荡状态。
[0093]
而且，可以想到，塔式起重机1包括至少一个风速计8，其适于测量风速并且连接到控制/命令单元5。由此，在监测模式中，控制/命令单元5也根据风速检测不稳定状态，特别是如稍后描述的临界不稳定状态。
[0094]
在监测模式中，如果检测到不稳定状态，那么控制/命令单元5在存储器50中记录通过记录以下内容定义的不稳定事件：
[0095]-不稳定状态的日期(日和时间)，
[0096]-在不稳定状态期间的风速的变化或平均风速或最大风速；
[0097]
以及对从以下参数中选择的一个或多个不稳定性参数的记录：
[0098]-定向角度的变化；
[0099]-在不稳定状态期间的角速度或至少一个最大角速度；
[0100]-用于自转状态的角振幅；
[0101]-用于振荡状态的角位移da。
[0102]
塔式起重机1还包括有线或无线发送器7，其连接到控制/命令单元5，使得控制/命令单元5触发发送器7向第三方发送包含不稳定事件的预防性消息，该消息具有所有相关联的记录数据，诸如日期、风速和不稳定参数。
[0103]
在监测模式中，控制/命令单元5还检测不稳定状态是否对应于与风速无关地确定的以下临界不稳定状态中的一个：
[0104]-自转状态，在该自转状态中，角振幅在给定的第一时间间隔t1内大于临界角自转阈值scaar，该临界角自转阈值scaar大于角自转阈值saar；
[0105]-自转状态，在该自转状态中，角速度大于临界自转速度阈值scvar，该临界自转速度阈值scvar大于自转速度阈值svar。
[0106]
在上述示例中，角自转阈值saar是360度，例如临界角自转阈值scaar是720度(即2圈)。在这种情况下，如果旋转部3在小于t1分钟内(例如如果t1等于10分钟，则在小于10分钟内)进行至少两圈转动，则检测到临界不稳定状态。
[0107]
在上述示例中，自转速度阈值svar是6t/h，例如临界自转速度阈值scvar是12t/h。在这种情况下，如果转动部3以大于或等于12t/h的角速度进行至少一整圈转动，则检测到临界不稳定状态。
[0108]
在有利的版本中，考虑风速来表征另一临界不稳定状态，该临界不稳定状态对应于自转状态，在该自转状态中，角速度包括在自转速度阈值svar与临界自转速度阈值scvar之间并且风速大于临界风速阈值scvv，该临界风速阈值scvv例如包括在10m/s至20m/s之间，并且特别地在14m/s至20m/s之间。
[0109]
在上述示例中，自转速度阈值svar是6t/h，临界自转速度阈值scvar是12t/h。在上述示例中，临界自转速度阈值scvar为9t/h。在这种情况下，如果旋转部3以6t/h至12t/h之间的角速度进行至少一整圈转动，并且如果(双条件)风速大于临界风速阈值scvv(其例如是14m/s)，则检测到临界不稳定状态。
[0110]
当检测到这种临界不稳定性时，控制/命令单元5触发至少一个报警动作，例如以下列表中的所有或部分报警动作：
[0111]-启动声音或光本地警报，控制/命令单元5连接到本地警报发生器7，例如图1例示的示例中的扬声器；
[0112]-经由发送器6向远程实体发送警报消息；
[0113]-经由发送器6向第三方发送通知检测到临界不稳定状态的警示消息；
[0114]-启动机械定向制动器44；
[0115]-启动机动化定向系统40，以生成与旋转部3的旋转相反的制动扭矩。