一种自动调节塔吊动态配重的方法及装置

1.本发明涉及机械自动化技术领域，具体为一种自动调节塔吊动态配重的方法及装置。


背景技术：

2.塔吊是进行高层建筑建造的必要工程工具。主要由塔吊基座、塔身、套架、塔帽、吊臂、滑车、配重、驾驶室及配套附件组成。目前大多数工程上所用的塔吊配重还是固定不动的，塔吊配重一般为钢筋混凝土制作，重量2-8吨/个。塔吊的工作原理就是通过配重块的平衡作用，利用塔身的金属结构的韧性，起吊重物后继续保持稳定。一般情况下都是平衡臂较重，起吊重物后才向吊臂倾斜。因此配重块不能多上也不能少上。因此，有时会出现操作人员经验不足，起吊超载重物而发生塔吊翻坠折毁等情况。因此如果能通过动态的塔吊配重，时刻来保持塔吊的整体平衡性，将大大提高塔吊的作业安全性。
3.专利cn201220033470.4公开了一种移动式液体配重箱，以加注液体的配重箱代替传统配重箱，辅助可以移动该配重箱的液压机构实现配重箱整体的前后移动，实现塔吊的动态配重。
4.专利cn201611189941.x公开了一种天平起重机，以也液体容器充满液体为配重，利用光传感器控制液压系统对液压容器进行左右移动，达到辅助起重机平衡的目的。专利cn201922097338.4提出一种便于安装的电动轮胎起重机用水配重装置，利用装水的容器来作为配重代替传统配重而达到节省金属资源的目的。
5.以上所述涉及到的两个动态配重还是整体移动配重箱的办法，涉及的元件多，动配重箱需要的动力较大，仍未实现安全稳定的动态配重及超载报警功能，具有一定安全隐患。


技术实现要素：

6.为解决上述技术问题，本发明提供一种自动调节塔吊动态配重的方法及装置，本方案利用水等流体作为动态配重介质，通过带有倾角开关的控制电路，在超过倾角开关规定的阈值时启动水泵在远水箱和近水箱之间倒水，达到整个塔吊动态平衡的目的。
7.本发明采用的技术方案是：一种自动调节塔吊动态配重的方法，包括如下步骤：通过双向倾角开关模块检测塔吊的倾角，并设定上下阈值，当塔吊的倾角在上下阈值之间时，双向倾角开关模块不输出控制信号；当塔吊前倾并使得其倾角达到其中一个阈值时，双向倾角开关模块输出控制信号，通过第一继电器控制前潜水泵启动，将前水箱的水向后水箱输送，以使得塔吊停止向前倾斜并向反方向微调，直至塔吊倾角在上下阈值之间时停止；当塔吊后倾并使得其倾角达到另外一个阈值时，双向倾角开关模块输出控制信号，通过第二继电器控制后潜水泵启动，将后水箱的水向前水箱输送，以使得塔吊停止向后倾斜并向反方向微调。
8.作为优选方案，还设有用于检测前水箱和后水箱内水位的水位传感器，当前、后水箱任意一个到达低水位时，低水位传感器导通报警电路，设置在驾驶室内的警报灯和蜂鸣器报警。
9.还包括上述方法所用的装置，该装置通过悬挂组件安装在塔吊的配重臂上，包括间隔设置的前水箱和后水箱、设置前水箱内的前潜水泵以及前水箱配重、设置在后水箱内的后潜水泵以及后水箱配重、前向注水管、后向注水管以及控制电路，所述后向注水管的出水端口连通所述后水箱，其进水口端连接前潜水泵，所述前向注水管的出水端口连通所述前水箱，其进水口端连接后潜水泵，所述控制电路包括用于控制前潜水泵的第一继电器、用于控制后潜水泵的第二继电器以及用于检测塔吊倾角的双向倾角开关模块，所述双向倾角开关模块的信号输出端连接所述第一继电器和第二继电器。
10.作为优选方案，所述的双向倾角开关模块设置在塔吊的塔身或者塔帽上用于实时检测塔吊的倾角，并设定塔吊向一侧倾斜为正倾角，塔吊向反向一侧倾斜为负倾角，在双向倾角开关模块内设定有一正一负两个阈值，当塔吊的倾角处于上下阈值之间时，双向倾角开关模块不输出控制信号，当塔吊的倾角达到正倾角的阈值时，控制第一继电器上电，前潜水泵启动；当塔吊的倾角达到负倾角的阈值时，控制第二继电器上电，后潜水泵启动。
11.作为优选方案，所述前水箱和后水箱上端均设有悬挂组件，并通过各自的悬挂组件挂设在配重臂上。
12.作为优选方案，所述后水箱设置在配重臂较远的一端，后水箱的容量大于前水箱的容量，所述后水箱配重的重量大于前水箱配重的重量。
13.作为优选方案，所述控制电路中还包含报警电路，在报警电路中设有用于检测前水箱和后水箱内水位的水位传感器。
14.作为优选方案，所述报警电路由设置在前水箱和后水箱内的低水位传感器及报警器组成，当前、后水箱任意一个到达低水位时，低水位传感器导通报警电路，设置在驾驶室内的警报灯和蜂鸣器报警。
15.本发明的有益效果是：本方案利用水等流体作为动态配重介质，并设置间隔设置的前水箱、后水箱以及调节系统，通过带有倾角开关的控制电路，在超过倾角开关规定的阈值时启动水泵在远水箱和近水箱之间倒水，达到整个塔吊动态平衡的目的；本方案还具有如下技术效果：通过优化方案，采用控制电路自动控制那你，能够达到精确控制的目的；具体如下：通过双向倾角开关模块检测塔吊的倾角，并设定上下阈值，当塔吊的倾角在上下阈值之间时，双向倾角开关模块不输出控制信号；当塔吊前倾并使得其倾角达到其中一个阈值时，双向倾角开关模块输出控制信号，通过第一继电器控制前潜水泵启动，将前水箱的水向后水箱输送，以使得塔吊停止向前倾斜并向反方向微调，直至塔吊倾角在上下阈值之间时停止；反之则通过第二继电器控制后潜水泵启动，将后水箱的水向前水箱输送，以使得塔吊停止向后倾斜并向反方向微调；本方案中，还设有检测前水箱和后水箱内水位的水位传感器，当前、后水箱任意一个到达低水位时，低水位传感器导通报警电路，设置在驾驶室内的警报灯和蜂鸣器报警，通过设置报警设备，能够有效提高该装置的实用性。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本发明具体实施状态下的结构示意图；图2为图1中调节系统的结构示意图；图3为本发明的控制流程示意图。
18.附图标记：1、塔身，2、套架，3、塔帽，4、滑车臂，5、滑车，6-1、滑车臂拉线，6-2、配重臂拉线，7、前水箱，71、前水箱悬挂座，8、后水箱，81、后水箱悬挂座，9、调节系统， 91、后潜水泵, 92、前向注水管，93、前潜水泵，94、后向注水管，95、后水箱配重，96、前水箱配重，10、配重臂。
具体实施方式
19.下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益的结合到其他实施方式中。
20.需要说明的是：除非另做定义，本文所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中所使用的“一个”、“一”或者“该”等类似词语不表述数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，但并不排除其他具有相同功能的元件或者物件。
21.下面结合附图1-3对本方案的结构及工作过程进行详细描述：一种自动调节塔吊动态配重的方法，包括如下步骤：在塔吊的塔身1或者塔帽3上设置双向倾角开关模块，通过双向倾角开关模块检测塔吊的倾角，并设定上下阈值，当塔吊的倾角在上下阈值之间时，双向倾角开关模块不输出控制信号；当塔吊前倾并使得其倾角达到其中一个阈值时，双向倾角开关模块输出控制信号，通过第一继电器控制前潜水泵启动，将前水箱的水向后水箱输送，以使得塔吊停止向前倾斜并向反方向微调，直至塔吊倾角在上下阈值之间时停止；当塔吊后倾并使得其倾角达到另外一个阈值时，双向倾角开关模块输出控制信号，通过第二继电器控制后潜水泵启动，将后水箱的水向前水箱输送，以使得塔吊停止向后倾斜并向反方向微调，直至塔吊倾角在上下阈值之间时停止。
22.还设有用于检测前水箱和后水箱内水位的水位传感器，当前、后水箱任意一个到达低水位时，低水位传感器导通报警电路，设置在驾驶室内的警报灯和蜂鸣器报警。
23.如图1所示，本发明具体实施状态下的结构示意图，其中塔吊包括塔身1、套架2、塔帽3、滑车臂4、设置在滑车臂4上的滑车5、配重臂10、设置在配重臂10上的前水箱7、后水箱8以及调节系统9；其中前水箱和后水箱间隔设置，并通过各自的悬挂组件挂设在配重臂10
上；如图2所示，所述的调节系统9包括设置前水箱7内的前潜水泵93以及前水箱配重96、设置在后水箱8内的后潜水泵91以及后水箱配重95、前向注水管92、后向注水管94以及控制电路，所述后向注水管94的出水端口连通所述后水箱8，其进水口端连接前潜水泵93，所述前向注水管92的出水端口连通所述前水箱7，其进水口端连接后潜水泵91，所述控制电路包括用于控制前潜水泵93的第一继电器、用于控制后潜水泵91的第二继电器以及用于检测塔吊倾角的双向倾角开关模块，所述双向倾角开关模块的信号输出端连接所述第一继电器和第二继电器。
24.本方案中，所述的双向倾角开关模块设置在塔吊的塔身或者塔帽上用于实时检测塔吊的倾角，并设定塔吊向一侧倾斜为正倾角，塔吊向反向一侧倾斜为负倾角，在双向倾角开关模块内设定有一正一负两个阈值，当塔吊的倾角处于上下阈值之间时，双向倾角开关模块不输出控制信号，当塔吊的倾角达到正倾角的阈值时，控制第一继电器上电，前潜水泵启动；当塔吊的倾角达到负倾角的阈值时，控制第二继电器上电，后潜水泵启动。
25.需要说明的是：本方案虽然采用前水箱和后水箱等作为部件名称，并非对其中的配重介质作为限定，同样的，其他液体同样可以作为配重介质，可实现相同的技术效果。
26.本方案中，所述前水箱7，可利用金属制成，设置有前水箱悬挂座71，并通过前水箱悬挂座71挂在配重臂10上，挂在离塔身较近的一侧；所述前水箱7内还设有前水箱配重，用于提升前水箱重量。并给前潜水泵提供作业空间。
27.所述前潜水泵可通过与其连接的后向注水管给后水箱注水；所述后水箱8，可利用金属制成，设置有后水箱悬挂座81，并通过后水箱悬挂座81挂在配重臂10上，挂在离塔身较远的一侧，所述后水箱8内还设有后水箱配重，用于提升后水箱重量，并给后潜水泵提供作业空间。
28.由于塔吊本身的现有的结构布局，后水箱会显著比前水箱做的大些，并酌情增加后水箱配重，也就是说：后水箱的容量需要大于前水箱的容量，所述后水箱配重的重量大于前水箱配重的重量。
29.所述后潜水泵连接有前向注水管向前水箱倒水。
30.本方案中，所述控制电路还设有报警电路，所述报警电路主要由设置在前、后两个水箱的低水位传感器及报警器组成，当前、后水箱任意一个到达低水位时，低水位传感器导通报警电路，驾驶室内的警报灯和蜂鸣器将想起，并同时切断倾角开关总电源，使水泵停止作业。
31.本发明的控制流程如下：打开开关，低水位报警系统及双向倾角开关主电源上电。如果此时塔吊倾角在上下阈值之间，则整个调节系统无动作。
32.当吊起重物时，滑车臂受拉力作用，整个滑车臂向下低头倾斜，到达一定阈值时，前倾开关启动，第一继电器上电，使前潜水泵工作，将前水箱的水向后水箱输送；该输送过程使得逐步减少倾斜的角度，当低于前倾阈值时，前潜水泵停止工作，重物逐步被吊起；随着重物在滑车臂上的平行移动，滑车臂的倾角也随着变动，同时触发双向倾角开关或是前倾开、或是后倾开、或是不开，从而本方案利用前、后水箱的来回输送水来实现塔吊的动态配重平衡。
33.当某一水箱内达到低水位时，警示系统报警，此时设置的作业空间还有一定余量，
此时停止作业，则会保证系统不会有事故发生。
34.实施例1、以新标准为依据，塔吊空载时允许的塔身垂直度误差不应大于该段塔身独立安装高度的0.3%，比旧标准要求的0.4%更加严格。但仍然是依靠起重量限制器、力矩限制器、高度限位器、变幅限位器以及回转限位器来实现塔吊的安全工作，而实际上由于存在塔吊安装误差、传感器安装不规范、变幅钢丝松紧度调整不统一，人工修改传感器阈值参数等因素，仍无法消除塔吊作业的安全隐患。
35.为此，通过实际在tc5013上实测有关数据，其在自由高度40m时，其最大起重量为6吨，最大幅度起重量为2.3吨，起重力矩为1150kn
·
m，平衡臂长11.88m，配重5块，4块3.1吨，1块3.7吨，平衡重配重总量16.1吨。空载时，平衡臂对塔身产生的弯矩与动力臂对塔身产生的弯矩之差为-20t
·
m，此时塔身倾斜角度改变量接近0.3%。
36.改装前，本塔机设有力矩保护装置。当起重力矩达到其额定值的80%时，s7-3行程开关动作，变幅小车只能慢速运动。当起重力矩达到其额定值的90%时，s7-4行程开关动作，蜂鸣器发出断续预警声响，当起重力矩超过额定值并达到额定值的105%时，s7-1、（s7-2）、ka5动作，停止卷扬机在上升方向及变幅小车向外方向的动作，蜂鸣器发出长鸣声警报，h5指示灯亮，这时，可将小车向内变幅运动，以减少起重力矩，然后再驱动卷扬机。
37.改装后，采用4个钢制平衡水箱，每个水箱自重约2吨，2个为蓄水箱，安装在近塔身处，2个为平衡水箱，安装在原平衡重位置。蓄水箱加满水后总重20吨。即在塔吊工作到极限载荷时，水泵将蓄水箱内的水抽到平衡水箱，将改装前能提供的约1600kn
·
m的平衡力矩提高到2000kn
·
m。而塔身垂直度的变化量由原来的近乎极限的0.3%减少到0.2%，大大提升了塔吊作业的安全性。在塔吊卸载吊物时，达到空载状态时，配重臂的平衡力矩从改装前的1600kn
·
m减少到900kn
·
m作用，从而使配重臂原来对塔身垂直度的变化量接近0.3%减少到0.16%。大大提高了大风天停止作业时塔吊的安全性。
38.在本实例中，倾角开关设置在塔帽的一个铅垂立板上，倾角开关设置阈值为-4
°
至2
°
，即吊起重物时塔身倾斜4
°
时，实测此时塔身的垂直度为变化量为0.2%，此时启动后向潜水泵进行补正， 在卸下重物时，由于突然卸下重物的冲击性载荷因素，设置的倾角阈值小一些，以便使前向潜水泵更迅速工作，减轻平衡重的重量。从倾角开关接通到潜水泵工作，该响应时间为0.655s左右。为保证充水平衡作业达到较好的响应速度，需要选择功率较大的潜水泵。本例中选择的qw150-200-10-15型潜水泵参数：流量200m3/h，扬程10m，电机功率15kw。达到了理想的实验效果。
39.应当指出，虽然通过上述实施方式对本发明进行了描述，然而本发明还可以有其他的多种实施方式。在不脱离本发明精神和范围的前提下，熟悉本领域的技术人员显然可以对本发明做出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应当属于本发明所附权利要求及其等效物所保护的范围内。