专利名称：防止正面吊吊具与车架或/和起重臂相碰撞的控制方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种正面吊的操作方法和系统，特别是涉及一种防止正面吊吊具与车架或/和起重臂相碰撞的控制方法及用于实现所述控制方法的控制系统。
背景技术：
集装箱正面吊是集装箱装运的重要设备，在当前码头、港口应用非常普遍。
正面吊一般包括车架、起重臂、吊具、俯仰液压缸、伸缩液压缸和液压系统等几个部分，车架是正面吊的机械支撑，起重臂以固定在车架上支点为轴，在俯仰液压缸的作用下抬高或降低，实现起重臂的举升角度的改变，伸缩液压缸用于实现起重臂的伸长和回缩，使起重臂的长度发生变化，吊具与起重臂顶端相连，能够与集装箱直接相连，液压系统能够为俯仰液压缸和伸缩液压缸提供液压动力，在俯仰液压缸和伸缩液压缸配合下，起重臂通过吊具将集装箱提升后，能够将集装箱场所转移，实现集装箱的装运或码放。
为了便于集装箱吊装位置的调整，正面吊上的吊具往往需要相对于起重臂旋转一定的角度以便于将集装箱码放整齐。当起重臂举升角度比较小、长度比较小，吊具旋转一定角度后，吊具可能会撞到车架(包括轮胎)上；当起重臂举升角度比较大时，吊具顺时钟或逆时钟旋转到某一角度时，吊具将与起重臂相碰撞。由于吊具，特别是带有集装箱的吊具，重量往往比较大，一旦与车架或起重臂相碰撞，就会对正面吊造成很大的损害。另外，由于正面吊的吊具与驾驶室距离比较远，不能对吊具的旋转角度进行精确的控制，吊具能够旋转的最大角度，往往是通过经验判断的，因此，在实际起重作业中，无法对吊具旋转角度进行精确控制，因此，在起重作业时，有时不能将集装箱放置在相应的位置；有时会使吊具与正面吊的车架或起重臂相碰撞，对正面吊造成损伤。因此，如何避免正面吊吊具与车架或起重臂发生碰撞，是现有技术中正面吊不能解决的问题。
另外，在起重作业中，由于对吊具旋转角度不能精确控制，集装箱正面吊起重操作的可靠性也有待改善，不能最大限度地旋转吊具，不能发挥正面吊吊具旋转功能给起重作业提供的便利。
发明内容
针对上述不足，本发明的一个目的在于，提供一种防止正面吊吊具与车架相碰撞的控制方法，该方法能够避免正面吊吊具与车架相碰撞而使正面吊受损。
本发明的另一个目的在于，提供一种防止正面吊吊具与起重臂相碰撞的控制方法，该方法能够避免正面吊吊具与起重臂相碰撞而使正面吊受损。
本发明的再一个目的在于，提供一种防止正面吊吊具与车架和起重臂相碰撞的控制方法，该方法能够避免正面吊吊具与车架和起重臂相碰撞而使正面吊受损。同时，保证正面吊起重作业操作的可靠性，充分发挥正面吊吊具旋转功能给起重操作提供的便利。
本发明的还提供了用于实现上述控制方法的控制系统，该系统的实施能够避免正面吊的车架或/和起重臂受到碰撞而使正面吊受损，同时，提高正面吊起重作业操作的可靠性，充分发挥正面吊吊具旋转功能给起重操作提供的便利。
在提供用于实现所述控制方法的控制系统的基础上，本发明还提供了一种包括上述控制系统的集装箱正面吊。
本发明提供的防止正面吊吊具与车架相碰撞的控制方法包括 步骤101，采集正面吊的变量参数； 步骤102，根据采集的正面吊变量参数，判断吊具是否处于会与车架相碰撞的状态；如果是，则进入下一步骤；如果否，则返回步骤101； 步骤103，采集吊具旋转的角度α，并对α与α1进行对比，判断α是否小于第一临界角度α1时，如果否，则进入下一步骤；如果是，返回步骤101；所述的第一临界角度α1为吊具与车架碰撞时吊具最小旋转角度；所述吊具旋转的角度α和第一临界角度α1是以吊具处于中位时为参照获取和确定的数值； 步骤104，阻止吊具向偏离中位的方向旋转，返回步骤101。
优选地，所述的步骤101之前还包括确定正面吊的定量参数的步骤，所述的定量参数包括起重臂处于最低点时，吊具与车架在垂直方向的距离h0；集装箱的高度h2；起重臂支点到车身前沿的长度l0；车架的宽度b0；吊具的宽度b； 所述的步骤101中，所述采集正面吊变量参数包括采集吊具的长度m，起重臂的长度l和举升角度θ； 所述的步骤102中，当l不大于(l0+m)/cosθ，或θ不大于
时，判定为是；当l大于(l0+m)/cosθ，或θ大于
时，判定为否； 所述的步骤103中；所述的第一临界角度α1等于
本发明提供的防止正面吊吊具与起重臂相碰撞的控制方法包括 步骤201，采集正面吊的变量参数； 步骤202，判断吊具是否处于会与起重臂相碰撞状态；如果是，则进入下一步骤；如果否，则返回步骤201； 步骤203，采集吊具旋转的角度α，并对α与α2进行对比，判断α是否小于第二临界角度α2时，如果否，则进入下一步骤；如果是，则返回201；所述的第二临界角度α2为吊具与起重臂碰撞时吊具最小旋转角度；所述吊具旋转角度α和第二临界角度α2是以吊具处于中位时为参照获取和确定的数值； 步骤204，阻止吊具向偏离中位的方向旋转，返回201。
优选地，所述的步骤201之前还包括确定正面吊的定量参数的步骤，所述的定量参数包括吊具的宽度b；起重臂的宽度a和起重臂顶端到吊具之间的距离h1； 所述的步骤201中，所述采集正面吊变量参数包括采集吊具的长度m和举升角度θ； 所述的步骤202中，且当起重臂的举升角度θ大于
时，判断为是；且当起重臂的举升角度θ不大于
时；判定为否； 所述的步骤203中，所述的第二临界角度α2等于 本发明提供的防止正面吊吊具与车架和起重臂相碰撞的控制方法包括 步骤301，采集正面吊的变量参数； 步骤302，根据采集的正面吊变量参数，判断吊具是否处于会与车架相碰撞的状态；如果是，则进入下一步骤；如果否，则进入步骤305； 步骤303，采集吊具旋转的角度α，并对α与α1进行对比，判断α是否小于第一临界角度α1时，如果否，则进入下一步骤；如果是，返回步骤301；所述的第一临界角度α1为吊具与车架碰撞时吊具最小旋转角度；所述的吊具旋转的角度α和第一临界角度α1是以吊具处于中位时为参照获取和确定的数值； 步骤304，阻止吊具向偏离中位的方向旋转，返回步骤301； 步骤305，判断吊具是否处于会与起重臂相碰撞状态；如果是，则进入下一步骤；如果否，则返回步骤301； 步骤306，采集吊具旋转的角度α，并对α与α2进行对比，判断α是否小于第二临界角度α2时，如果否，则进入步骤307；如果是，则返回301；所述的第二临界角度α2为吊具与起重臂碰撞时吊具最小旋转角度，且是以吊具处于中位时为参照确定的数值； 步骤307，阻止吊具向偏离中位的方向旋转，返回301。
优选地，所述的步骤301之前还包括确定正面吊的定量参数的步骤，所述的定量参数包括起重臂处于最低点时，吊具与车架在垂直方向的距离h0；集装箱的高度h2；起重臂支点到车身前沿的长度l0；车架的宽度b0；吊具的宽度b；起重臂顶端到吊具之间的距离h1和起重臂的宽度a； 所述的步骤301中，所述采集正面吊变量参数包括采集吊具的长度m、正面吊起重臂的长度l和举升角度θ； 所述的步骤302中，当l不大于(l0+m)/cosθ，或θ不大于
时，判定为是；当l大于(l0+m)/cosθ，或θ大于
时，判定为否； 所述的步骤303中；所述的第一临界角度α1等于
所述的步骤305中，且当起重臂的举升角度θ大于
时，判断为是；且当起重臂的举升角度θ不大于
时；判定为否； 所述的步骤306中，所述的第二临界角度α2等于 优选地，所述采集吊具的长度m方法为用接近开关传感器感应吊具的位置，当吊具位于感应距离内时，所述的吊具的长度m为与20英尺集装箱相对应的值；当吊具离开感应距离内时，所述吊具的长度m为与40英尺集装箱相对应的值。
优选地，所述的采集吊具旋转角度的方法是确定齿轮的总齿数n，所述的齿轮中轴线与吊具旋转中心同轴，且与吊具相对固定；根据齿轮轮齿与接近开关传感器的位置关系，由接近开关传感器产生相应电信号；将接近开关传感器产生的电信号进行转换，获取齿轮转过的轮齿数i；根据转过的轮齿数i获取吊具旋转的角度α，其中α＝360×i/n。
本发明提供的用于实现权利要求上述控制方法的控制系统包括齿轮，所述的齿轮与吊具相对固定，且齿轮的中轴线与吊具相对于起重臂的旋转中心线同轴，还包括现场控制总线、第一数据采集器、第二数据采集器、第三数据采集器、控制器，电磁换向阀；所述的现场控制总线将第一数据采集器和控制器相连接，第二数据采集器、第三数据采集器和电磁换向阀分别与控制器相连接；所述第一数据采集器能够获取起重臂的长度l和举升角度θ；所述第二数据采集器包括第一接近开关传感器；所述的齿轮旋转时，其轮齿能够通过第一接近开关传感器的感应距离内；所述第一接近开关传感器能够根据通过感应距离内的轮齿产生相应的电信号；所述第三数据采集器包括第二接近开关传感器，所述第二接近开关传感器能够根据吊具是否处在其感应距离内产生相应的电信号；控制器能够接收并存储第一数据采集器传输的数据，且能够接收第二数据采集器和第三数据采集器产生的相应电信号，并根据接收到的电信号获取并存储吊具旋转的角度α和吊具的长度m；且能够按照所述方法对获取或存储的数据进行处理，再根据处理结果通过电路控制电磁换向阀的状态；电磁换向阀连接在驱动吊具旋转的液压油路上，并能够控制吊具液压油路中液压油的流向。
优选地，还包括第四数据采集器，所述的第四数据采集器为接近开关传感器；在吊具回到中位时，所述的第四数据采集器能够吊具的位置产生中位信号，并将中位信号传输到控制器；所述的控制器能够接收中位信号，并在接收到中位信号后，将控制器储存的吊具旋转角度α的值归零。
优选地，所述的现场控制总线为CAN总线，所述的第一数据采集器具有CAN总线接口。
本发明还提供了一种集装箱正面吊，该集装箱正面吊包括起重臂、车架、前后轮胎、俯仰液压缸、伸缩液压缸、驾驶室、油箱、转向系统、液压系统、传动系统和吊具，其特征在于，还包括权利要求上述的用于实现所述控制方法的控制系统，所述的用于实现所述控制方法的控制系统安装在集装箱正面吊上。
与现有技术相比，本发明提供的防止正面吊吊具与车架或/和起重臂相碰撞的控制方法，结合正面吊的定量参数，通过实时采集变量参数，并根据变量参数和定量参数，监测起重臂的长度和举升角度，当吊具处于会与起重臂或车架相碰撞的状态时，采集吊具旋转的角度，并将吊具旋转的角度与吊具的第一临界角度或第二临界角度进行对比，当吊具旋转的角度大于第一临界角度或第二临界角度时，阻止吊具向偏离中位的方向旋转，避免起重臂或车架受到碰撞，还通过步骤的返回等技术手段对正面吊的状态进行实时检测和监测。其中，所述的第一临界角度为吊具与车架碰撞时吊具最小旋转角度；第二临界角度为吊具与起重臂碰撞时吊具最小旋转角度；吊具的旋转角度、第一临界角度和第二临界角度均是以吊具处于中位时为参照获取的数值。
在进一步的技术方案中，用接近开关传感器感应吊具的位置。接近开关传感器是一种位移传感器，利用位移传感器对接近物体的敏感特性达到控制电路状态通或断的目的，从则执行相应的动作。当吊具位于感应距离内时，接近开关传感器处于一种状态，将所述吊具的长度确定为20英尺状态；当吊具离开感应距离内时，接近开关传感器处于另一种状态，将所述吊具的长度确定为40英尺状态，并将每种状态对应一定的数值，以便于控制器进行相应处理。利用接近开关传感器确定吊具的长度m的取值，使数据采集非常简单，降低控制成本。
在进一步的技术方案中，所述的接近开关传感器根据通过其感应距离内的轮齿产生相应电信号；然后，相应的控制器再将相应电信号转换为通过接近开关传感器感应距离内的轮齿数，再根据轮齿数与角度关系获取吊具旋转的角度，基于上述接近开关传感器的特点，同样可以使数据采集更简单，节约控制成本。
本发明的另一个方面，还提供了一种用于实现上述控制方法的控制系统，该系统的实施能够采集正面吊的定量参数和变量参数，采用与上述方法相对应的手段实现对起重臂长度和举升角度的监测，并对吊具旋转角度进行检测、监测和控制，达到相应的发明目的，具备相应的技术效果。
在进一步的技术方案中，用接近开关传感器产生相应的电信号，再根据相应的电信号获取吊具的长度m和吊具的旋转角度α，使吊具相关数据获取非常简单，降低控制系统的成本。
在进一步的技术方案中，利用第四数据采集器向控制器传输中位信号，控制器能够接收中位信号，并在接收到中位信号后，将储存在控制器中的吊具旋转角度α归零，这样，控制器可以在吊具每次回到中位时，将储存的吊具旋转角度重新归零，避免每次获取数据误差的累积，提高对吊具旋转角度检测和控制的可靠性。
在进一步的技术方案上，用CAN总线实现对控制器与第一数据采集器之间数据的传输，使用于实现本发明提供的控制方法的控制系统具备了传输时间短，抗干扰能力较强的特点。
另外，在本发明还提供了一种集装箱正面吊，该集装箱正面吊包括上述的用于实现本发明提供的控制方法的控制系统。由于用于实现本发明提供的控制方法的控制系统具备上述的技术效果，包括该系统的集装箱正面吊也具有相应的技术效果。
本发明提供的控制方法和系统适用于集装箱正面吊的操作和控制，特别适用于防止正面吊吊具与车架或起重臂相碰撞。
图1是本发明提供的防止正面吊吊具与车架和起重臂相碰撞的控制方法流程图； 图2是本发明提供的防止正面吊吊具与车架相碰撞的控制方法流程图； 图3是本发明提供的防止正面吊吊具与起重臂相碰撞的控制方法流程图； 图4是本发明提供的用于实现本发明提供的控制方法的控制系统的方框图； 图5是本发明提供的另一种用于实现本发明提供的控制方法的控制系统的方框图。
具体实施例方式 下面结合附图对本实用新型的内容进行描述，以下的描述仅是示范性和解释性的，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
本发明提供的防止正面吊吊具与车架和起重臂相碰撞的控制方法，通过对正面吊参数的处理，对吊具向偏离中位的方向旋转的角度进行限制来防止吊具与车架和起重臂发生碰撞；对数据的处理一般是通过具有自动处理功能的控制器实现，因此，在本发明提供的方法进行之前，需要有一个预先的准备步骤，即如图1所示的步骤S300。
如图1所示，在步骤S300中，将正面吊的定量参数确定并输入控制器中，使控制器可以根据输入的定量参数执行防止正面吊吊具与车架和起重臂相碰撞的控制方法。定量参数是每个正面吊不变的参数量，每种型号的正面吊有特定的定量参数；在确定了正面吊的定量参数之后，控制器可以按下面的步骤对正面吊吊具的旋转角度进行控制。对于确定的集装箱正面吊来讲，这些定量参数也可预先植入控制器中，控制器可直接根据这些参数自动执行，也就在于说，对于仅适用于一种集装箱正面吊的控制器而言，步骤S300也可省掉。
步骤S301采集正面吊的变量参数。正面吊的变量参数是正面吊随起重作业过程不断变化的参数量，正面吊状态的变化就是由这些变量参数来表征的。以这些变化的参数为基础，结合正面吊的定量参数才能实现对正面吊吊具状态的实时检测、监测与控制。
步骤S302，判断吊具是否处于会与车架相碰撞的状态；如果是，则进入下一步骤S303；如果否，就进入步骤S305。并不是在任何状态下，正面吊的吊具都会与车架相碰撞的，只有起重臂举升角度很小或起重臂长度较小时，吊具的旋转才可能与车架相碰撞，因此，需要确定吊具是否处于会与车架相碰撞的状态，如果是，则有必要对吊具的旋转角度进行检测、监测和控制，才有必要进入下一步骤S303；如果否，直接进入步骤S305，直接确定吊具是否会与起重臂相碰撞，由于吊具会与车架碰撞时就不会与起重臂进行碰撞，因此，对吊具的一种状态进行检测或监测就能达到本发明的目的。
步骤S303，采集吊具旋转的角度α，并对α与α1进行对比，判断α是否小于第一临界角度α1时，如果否，则进入下一步骤；如果是，返回步骤301；所述的第一临界角度α1为吊具与车架碰撞时吊具最小旋转角度。由于吊具处于会与车架相碰撞状态，因此，就要采集吊具旋转角度α的数据，在吊具旋转角度α没有达到第一临界角度α1时，由于吊具与车架不会碰撞，就不必对吊具的旋转角度控制，允许吊具旋转为集装箱的起吊和码放提供便利，可直接返回步骤S301，以对正面吊的状态进行实时监测；当吊具旋转角度α不小于第一临界角度α1，即吊具与车架碰撞时吊具的最小旋转角度时，就要对吊具的旋转角度α控制，进入下一步骤。
步骤S304，阻止吊具向偏离中位的方向旋转，返回步骤S301。对吊具进行控制的方法就是使其不再向偏离中位的方向旋转，在吊具旋转角度α等于第一临界角度α1时，吊具处于与车架相碰撞的边界上，吊具再向外旋转就会与车架相碰撞。
步骤S305，判断吊具是否处于会与起重臂相碰撞状态；如果吊具处于会与起重臂相碰撞状态，则进入下一步骤S306；如果否，这一过程结束，重新进行下一过程，返回步骤S301，以实现对正面吊状态的实时检测和监测。与步骤S302相似，并不是在任何状态下，正面吊吊具都会与起重臂相碰撞，只有起重臂举升角度大于一定的角度，吊具向偏离中位的方向旋转才可能会与起重臂相碰撞，因此，需要确定吊具是否处于会与起重臂相碰撞状态，如果不是，也就不必对吊具旋转角度进行控制；如果是，则有必要对吊具的旋转角度进行检测和控制，才有必要进入下一步骤S306。
步骤S306，采集吊具旋转的角度α，并对α与α2进行对比，判断α是否小于第二临界角度α2，如果是，则返回步骤S301；如果否，则进入下一步骤S307；所述的第二临界角度α2为吊具与起重臂碰撞时吊具最小旋转角度。由于吊具处于会与起重臂相碰撞状态，因此就要采集吊具旋转角度的数据，并对吊具旋转角度α与第二临界角度α2进行对比。在吊具的旋转角度小于第二临界角度α2时，由于吊具与起重臂不会碰撞，就不必对吊具的旋转角度控制，允许吊具继续旋转；当吊具旋转角度α不小于第二临界角度α2，即吊具与起重臂碰撞时吊具最小旋转角度时，就要控制吊具的旋转，进入下一步骤S307。基于对吊具旋转角度的实时检测、监测和控制的目的，当α小于第二临界角度α2时，也要返回到采集吊具旋转角度的步骤。
步骤S307，阻止吊具向偏离中位的方向旋转，返回步骤S301。对吊具进行控制的方法就是使其不再向偏离中位的方向旋转，在吊具偏离中位的角度等于第二临界角度α2，吊具就处于与起重臂相碰撞的边界上，吊具再进一步向偏离中位的方向旋转就会与起重臂相碰撞。
根据上述对方法描述，通过控制吊具相对于起重臂的旋转角度避免正面吊吊具与车架和起重臂相碰撞，同时，也为吊具能够最大限度的旋转提供可靠的依据，保证了正面吊码放集装箱的可靠性，为集装箱的起吊和码放提供便利。应当注意的是，上例描述中吊具的旋转角度是以吊具处于中位位置为参照的，吊具旋转可以是顺时针，也可以为逆时针，因此，上述的第一临界角度和第二临界角度指的是顺时针或逆时针的旋转角度，本领域的普通技术人员可以了解，为了取得一定的可靠性，往往将第一、第二临界角取值比实际吊具与车架或起重臂碰撞时的值小一些。另外，先检测吊具与车架是否处于能够相碰撞的状态，还是先检测吊具与起重臂是否处于能够相碰撞的状态，都是可行的，不应对它们的先后顺序进行限定。
本领域的普通技术人员可以了解，由于正面吊在进行起重作业时，起重臂的状态是变化的，因此，吊具的位置也是变化的，因此，为达到防止正面吊吊具与车架和起重臂相碰撞的目的，上述的过程应当是连续进行的，即在正面吊进行起重作业时，对正面吊的状态检测、监测和处理可以同步、同时进行。以上仅是对控制方法一个执行过程进行了描述，并不代表本发明提供的防止正面吊吊具与车架和起重臂相碰撞的控制方法仅有上述的一次流程。
下面结合具体的数据处理的方法，对本发明提供的防止正面吊吊具与车架和起重臂相碰撞的控制方法进行描述。
上例中，在步骤S300中，所述的定量参数包括起重臂处于最低点时，吊具与车架在垂直方向的距离h0；集装箱的高度h2；起重臂支点到车身前沿的长度l0；车架的宽度b0；吊具的宽度b；起重臂顶端到吊具之间的距离h1和起重臂的宽度a；正是以这些参数为基础，对起重臂的状态进行判断的。
在步骤S301中，所述采集正面吊变量参数包括采集并检测吊具的长度m；正面吊起重臂的长度l和举升角度θ。
在步骤S302中，判定吊具是否处于会与车架相碰撞状态是根据两个变量θ和l的关系确定的，即当l不大于(l0+m)/cosθ，或θ不大于
时，确定吊具能够与车架相碰撞状态，应该进行下一步骤S303；反之，则不必对吊具旋转角度进行控制，直接进入步骤S305，对吊具是否处于会与起重臂相碰撞状态进行判断。
在步骤S303中，所述的第一临界角度α1为
在吊具的旋转角度小于第一临界角度时，吊具或不会与车架相碰撞，不需要对吊具的旋转角度进行限制。
步骤S305中，判断吊具是否处于会与起重臂相碰撞状态是通对起重臂举升角度进行检测确定的，当起重臂的举升角度θ大于
时，就确定吊具处于会与起重臂相碰撞状态，判断为是，此时需要对吊具的旋转角度进行监测，以避免吊具旋转角度过大与起重臂相碰撞；当起重臂的举升角度θ不大于
时，就确定吊具不会与起重臂相碰撞，判定为否，此时不需要对吊具的旋转角度进行检测和监测。
在步骤S306中，所述的第二临界角度α2为在吊具的旋转角度小于第二临界角度时，吊具不会与起重臂相碰撞，不需要对吊具的旋转角度进行限制；反之，则需要对吊具的旋转角度进行监测和控制。
本领域的普通技术人员可以了解，通过正面吊各组成之间的空间几何关系来确定吊具可以容许的旋转角度还可以有其他的算法，同样可以通过设定参数的方法计获取在吊具与车架或起重臂碰撞之前，吊具能够偏离中位的最大角度，因此，根据本发明的技术启示，本领域的普通技术人员还可以通过其他空间几何的参数对吊具旋转的角度进行控制，比如说，可以将吊具的长度，起重臂到吊具的距离进行其他换算，因此，根据上例描述的控制方法，还可以做出更多种具体的实现防止正面吊吊具与车架和起重臂相碰撞的控制方法。
根据上例的描述，本发明提供的方法的基本构思是先判断吊具所处的状态，即判断吊具是否处于与车架或起重臂相碰撞的状态，如果吊具处于与车架或起重臂相碰撞的状态，则应对吊具的旋转角度进行检测，并监测吊具旋转角度与临界角度的关系，当吊具的旋转角度小于临界角度时，不对吊具的旋转角度进行限制，当吊具的旋转角度不小于临界角度时，阻止吊具再向偏离中位的方向旋转，从而防止吊具与车架或起重臂相碰撞。此处的临界角度是指吊具与车架或与起重臂相碰撞的最小旋转角度，也就是吊具与车架或起重臂相碰撞之前，容许旋转的最大角度。
根据上述的发明构思，本发明还提供了一种防止正面吊吊具与车架相碰撞的控制方法。如图2所示，防止正面吊吊具与车架相碰撞的控制方法包括以下步骤 步骤S101采集正面吊的变量参数。
步骤S102，判断吊具是否处于会与车架相碰撞的状态；如果是，则进入下一步骤S103；如果否，则返回步骤S101。
步骤S103，采集吊具旋转的角度α，并对α与α1进行对比，判断α是否小于第一临界角度α1，如果是，则直接返回步骤S101；如果否，则进入步骤S104。
步骤S104，阻止吊具向偏离中位的方向旋转，返回步骤S101。
与上例主要不同之处在于，在判断吊具未处于会与车架相碰撞的状态时，直接回到采集正面吊变量参数的步骤，对吊具与车架位置关系进行实时检测，不再对吊具与起重臂的位置关系进行检测和监测。
同理，本发明也提供了一种防止正面吊吊具与起重臂相碰撞的控制方法，该方法的步骤如图3所示。本方法中，与上一方法的不同之处在于一是判断吊具状态的参数不同；二是吊具与起重臂相碰撞的临界角度不同，其基本过程与上述相同，在此不再赘述。
在上述的方法中，确定吊具长度m具体方法是由一个接近开关传感器和一个信号转换器实现的。接近开关传感器是一种位移传感器，利用位移传感器对接近物体的敏感特性获取相应的电信号，从而执行相应的动作。本例中，当吊具位于感应距离内时，接近开关传感器处于一种状态，产生相应的电信号，可以将所述吊具的长度确定为20英尺状态；当吊具离开感应距离内时，接近开关传感器处于另一种状态，产生另一相应电信号，将所述吊具的长度确定为40英尺状态，并将相应的电信号转换成相应的数值，对应于20英尺与40英尺的不同状态，获得不同的m，以便于控制器进行相应处理。由于集装箱为标准化的运载工具，只有两种状况，20和40英尺，因此，正面吊装运集装箱时，可以对应两种状态，将m设为两个不同的值。这样，就可以避免对吊具长度进行精确测量，同时，也充分利用了集装箱的标准，以得到比较精确的测量结果，具有结构简单，测量方便的优点。本领域的普通技术人员可以了解，采集吊具的长度m也可以用其他方法实现，比如直接测量也可以获取吊具的长度m值，用角度传感器也可以通过角度与弧度的关系间接获取吊具的长度m值。
上述的方法中，所述的采集吊具旋转角度的方法也可以用接近开关传感器完成。在吊具上有中心轴线与吊具的旋转中轴线同轴的齿轮；在吊具旋转时，齿轮与吊具同步旋转；由于齿轮的轮齿与齿轮体外径尺寸不同，因此，当齿轮旋转，齿轮轮齿通过接近开关传感器感应距离内时，接近开关传感器就会产生相应的电信号。然后，下述控制系统中的控制器将相应的电信号转换成通过接近开关传感器感应距离内的轮齿数，再根据通过的轮齿数与角度的关系获取齿轮旋转的角度，由于齿轮与吊具同步旋转，因此，齿轮旋转的角度与吊具旋转的角度相同，获得吊具旋转的角度α。因此，所述的采集吊具旋转角度的方法可以是 确定齿轮的总齿数n，所述的齿轮中轴线与吊具旋转中心同轴，且与吊具相对固定； 根据齿轮轮齿与接近开关传感器的位置关系，由接近开关传感器产生相应的电信号； 将接近开关传感器产生的电信号进行转换，获取齿轮转过的轮齿数i； 根据转过的轮齿数i获取吊具旋转的角度α，其中α＝360×i/n。
利用接近开关传感器具有结构简单，成本较低的特点。本领域的普通技术人员可以了解，用角度传感器或编码器也可以实现对吊具旋转角度数据的采集。
上述的方法中，所述阻止吊具向偏离中位的方向旋转的方法可以是，通过控制吊具液压油路中的电磁换向阀，通过电路状态的变换，使电磁换向阀状态变化，以实现对吊具液压油路液压油流向的控制，利用电磁换向阀可以使控制吊具旋转的动作更及时，也便于实现液压系统的远程控制。本领域的普通技术人员可以了解，使吊具停止旋转还可以有多种方法，比如说，在液压驱动的情况下可以停止液压系统液压油泵的供油，在电动力驱动的情况下，可以切断电路，总之，可以根据不同情况采用不同方法使吊具停止旋转，实现对吊具旋转动作的控制。
本发明另外的一个方面，还提供了一种用于实现上述方法的控制系统，如图4所示，该系统包括齿轮，所述的齿轮与吊具相对固定，且齿轮的中轴线与吊具相对于起重臂的旋转中心线同轴；另外，还包括现场控制总线5、第一数据采集器1、第二数据采集器2、第三数据采集器3、控制器4，电磁换向阀7和电磁换向阀8。
所述的现场控制总线5将第一数据采集器1和控制器4相连接，第二数据采集器2、第三数据采集器3和电磁换向阀7、8分别与控制器4相连接；现场控制总线5使第一数据采集器1与控制器4之间能够进行数据信号的传输；第二数据采集器2、第三数据采集器3和电磁换向阀7、8分别与控制器4相连接能够实现第二数据采集器2、第三数据采集器3和电磁换向阀7、8分别与控制器4之间相应电信号的传输。
所述第一数据采集器1能够获取起重臂的长度l和举升角度θ。
所述第二数据采集器2包括第一接近开关传感器；所述的齿轮旋转时，其轮齿能够通过第一接近开关传感器的感应距离内；所述第一接近开关传感器能够根据通过感应距离内的轮齿产生相应的电信号；所述第三数据采集器3包括第二接近开关传感器，所述第二接近开关传感器能够根据第二传感器与吊具的位置关系，即根据吊具是否处在其感应距离内产生相应的电信号。
控制器4能够接收并存储第一数据采集器1传输的数据，且能够接收第二数据采集器2和第三数据采集器3传输的电信号，并能够根据接收到的电信号获取并存储吊具旋转的角度α和吊具的长度m；且能够按照本发明提供的控制方法对获取或存储的数据进行处理，再根据处理结果通过电路控制电磁换向阀7、8的状态。
本例中，获取吊具旋转的角度α的具体方式是确定齿轮的总齿数n，根据齿轮轮齿与接近开关传感器的位置关系，由第一接近开关传感器产生相应电信号；将第一接近开关传感器产生的电信号进行转换，获取齿轮转过的轮齿数i；根据转过的轮齿数i和齿轮的总齿数n获取吊具旋转的角度α，其中α＝360×i/n。本领域的普通技术人员可以了解，用角度传感器或编码器作为第二数据采集器2也可以实现对吊具旋转角度数据的采集。另外，获取吊具长度m的具体方式是第二接近开关传感器根据吊具与第二传感器的位置关系产生相应的电信号，根据第二接近开关传感器的电信号确定吊具的长度m。本领域技术人员可以了解，由于控制器4与第二数据采集器2、第三数据采集器3和电磁换向阀7、8之间为电信号的传送，因此它们之间的连接就可以是普通电路连接，这样就简化了系统的连接线路，降低了系统的成本。
电磁换向阀7、8连接在驱动吊具旋转的液压油路上，并能够控制吊具液压油路中液压油的流向。从而控制吊具的旋转动作。本领域的普通技术人员可以了解，用一个电磁换向阀也可以实现对吊具旋转方向的控制，两个电磁换向阀控制吊具旋转方向是优选的技术方案，这样，一个电磁换向阀可以控制吊具向一个方向旋转。
应当说明的是上述的控制系统可以用于实现上述的防止正面吊吊具与车架相碰撞的控制方法、防止正面吊吊具与起重臂相碰撞的控制方法以及防止正面吊吊具与车架和起重臂相碰撞的控制方法及控制系统。
本例中，现场控制总线是采用为CAN总线，即Controller Area Network总线系统，各装置的接口为CAN总线接口。CAN总线系统具备了传输时间短，抗干扰能力较强的特点，同样，利用其他现场控制总线系统也可以实现对正面吊防碰撞控制，如基金会现场控制总线、采用LonWorks技术的LonWorks总线等等，现场控制总线技术的发展已经为多控制系统提供了多种选择，鉴于集装箱正面吊的特点，CAN总线是一种优选的技术方案。
上述的用于实现本发明提供的控制方法的控制系统中，对数据采集、状态的检测和数据处理都是通过控制器4实现的，在多次检测、采集、监测过程中，吊具也会有多次的旋转。在控制器4对数据进行处理时，因为对吊具旋转角度的检测是一个连续的过程，每一次采集获得的吊具旋转角度都是在上一次的检测结果的基础上进行的，这样每次检测数据的误差就会在以后检测到的旋转角度的数据上累积，多次数据检测误差累积就会使后面检测到的吊具旋转角度误差很大，与实际的吊具旋转角度可以相差很多；以这个误差很大的吊具旋转角度为基础与第一临界角度或第二临界角度进行对比，就会影响对比的结果，影响对吊具旋转角度的控制。为了避免这种情况的发生，本发明提供了另一种用于实现本发明提供的控制方法的控制系统。
如图5所示，本例提供用于实现本发明提供的控制方法的控制系统包括现场控制总线5、第一数据采集器1、第二数据采集器2、第三数据采集器3、控制器4，第一电磁换向阀7和第二电磁换向阀8，与上例相同，另外，还包括了一个第四数据采集器6；所述第四数据采集器6通过线路与控制器4相连。在吊具回到中位时，所述的第四数据采集器6能够获取相应的中位信号，并将中位信号传输到控制器4；所述的控制器4也具有中位功能，即能够接收中位信号，并在接收到中位信号后，将储存在控制器4内的吊具旋转角度α的值归零，以消除误差的累积。本例中，所述的第四数据采集器6也可以为接近开关传感器，通过接近开关位移感应装置感应吊具的位置，产生相应的中位信号，并将产生的中位信号传输到控制器，控制器根据本发明提供的方法进行相应处理，将存储的吊具旋转角度α归零，实现发明目的。本领域的普通技术人员可以了解，用其他传感器也可以实现对吊具位置的确定，产生中位信号。
本发明的再一方面，还提供了一种集装箱正面吊，包括起重臂、车架、前后轮胎、俯仰液压缸、伸缩液压缸、驾驶室、油箱、转向系统、液压系统、传动系统和吊具，还包括上述的用于实现本发明提供的控制方法的控制系统，该控制系统安装在集装箱正面吊上。本领域的普通技术人员可以了解，将用于实现本发明提供的控制方法的控制系统的各数据采集器和控制器分别固定在集装箱正面吊相应的位置，可以实现对变量参数和定量参数的采集、确定和处理。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1、一种防止正面吊吊具与车架相碰撞的控制方法，其特征在于，该方法包括
步骤101，采集正面吊的变量参数；
步骤102，根据采集的正面吊变量参数，判断吊具是否处于会与车架相碰撞的状态；如果是，则进入下一步骤；如果否，则返回步骤101；
步骤103，采集吊具旋转的角度α，并对α与α1进行对比，判断α是否小于第一临界角度α1时，如果否，则进入下一步骤；如果是，返回步骤101；所述的第一临界角度α1为吊具与车架碰撞时吊具最小旋转角度；所述吊具旋转的角度α和第一临界角度α1是以吊具处于中位时为参照获取和确定的数值；
步骤104，阻止吊具向偏离中位的方向旋转，返回步骤101。
2、根据权利要求1所述的防止正面吊吊具与车架相碰撞的控制方法，其特征在于，
所述的步骤101之前还包括确定正面吊的定量参数的步骤，所述的定量参数包括起重臂处于最低点时，吊具与车架在垂直方向的距离h0；集装箱的高度h2；起重臂支点到车身前沿的长度l0；车架的宽度b0；吊具的宽度b；
所述的步骤101中，所述采集正面吊变量参数包括采集吊具的长度m，起重臂的长度l和举升角度θ；
所述的步骤102中，当l不大于(l0+m)/cosθ，或θ不大于
时，判定为是；当l大于(l0+m)/cosθ，或θ大于
时，判定为否；
所述的步骤103中；所述的第一临界角度α1等于
3、一种防止正面吊吊具与起重臂相碰撞的控制方法，其特征在于，该方法包括
步骤201，采集正面吊的变量参数；
步骤202，判断吊具是否处于会与起重臂相碰撞状态；如果是，则进入下一步骤；如果否，则返回步骤201；
步骤203，采集吊具旋转的角度α，并对α与α2进行对比，判断α是否小于第二临界角度α2时，如果否，则进入下一步骤；如果是，则返回201；所述的第二临界角度α2为吊具与起重臂碰撞时吊具最小旋转角度；所述吊具旋转角度α和第二临界角度α2是以吊具处于中位时为参照获取和确定的数值；
步骤204，阻止吊具向偏离中位的方向旋转，返回201。
4、根据权利要求3所述的防止正面吊吊具与起重臂相碰撞的控制方法，其特征在于，
所述的步骤201之前还包括确定正面吊的定量参数的步骤，所述的定量参数包括吊具的宽度b；起重臂的宽度a和起重臂顶端到吊具之间的距离h1；
所述的步骤201中，所述采集正面吊变量参数包括采集吊具的长度m和举升角度θ；
所述的步骤202中，且当起重臂的举升角度θ大于
时，判断为是；且当起重臂的举升角度θ不大于
时；判定为否；
所述的步骤203中，所述的第二临界角度α2等于
5、一种防止正面吊吊具与车架和起重臂相碰撞的控制方法，其特征在于，该方法包括
步骤301，采集正面吊的变量参数；
步骤302，根据采集的正面吊变量参数，判断吊具是否处于会与车架相碰撞的状态；如果是，则进入下一步骤；如果否，则进入步骤305；
步骤303，采集吊具旋转的角度α，并对α与α1进行对比，判断α是否小于第一临界角度α1时，如果否，则进入下一步骤；如果是，返回步骤301；所述的第一临界角度α1为吊具与车架碰撞时吊具最小旋转角度；所述的吊具旋转的角度α和第一临界角度α1是以吊具处于中位时为参照获取和确定的数值；
步骤304，阻止吊具向偏离中位的方向旋转，返回步骤301；
步骤305，判断吊具是否处于会与起重臂相碰撞状态；如果是，则进入下一步骤；如果否，则返回步骤301；
步骤306，采集吊具旋转的角度α，并对α与α2进行对比，判断α是否小于第二临界角度α2时，如果否，则进入步骤307；如果是，则返回301；所述的第二临界角度α2为吊具与起重臂碰撞时吊具最小旋转角度，且是以吊具处于中位时为参照确定的数值；
步骤307，阻止吊具向偏离中位的方向旋转，返回301。
6、根据权利要求5所述的防止正面吊吊具与车架和起重臂相碰撞的控制方法，其特征在于，
所述的步骤301之前还包括确定正面吊的定量参数的步骤，所述的定量参数包括起重臂处于最低点时，吊具与车架在垂直方向的距离h0；集装箱的高度h2；起重臂支点到车身前沿的长度l0；车架的宽度b0；吊具的宽度b；起重臂顶端到吊具之间的距离h1和起重臂的宽度a；
所述的步骤301中，所述采集正面吊变量参数包括采集吊具的长度m、正面吊起重臂的长度l和举升角度θ；
所述的步骤302中，当l不大于(l0+m)/cosθ，或θ不大于
时，判定为是；当l大于(l0+m)/cosθ，或θ大于
时，判定为否；
所述的步骤303中；所述的第一临界角度α1等于
所述的步骤305中，且当起重臂的举升角度θ大于
时，判断为是；且当起重臂的举升角度θ不大于
时；判定为否；
所述的步骤306中，所述的第二临界角度α2等于
7、根据权利要求5或6所述的防止正面吊吊具与车架和起重臂相碰撞的控制方法，其特征在于，所述采集吊具的长度m方法为
用接近开关传感器感应吊具的位置，当吊具位于感应距离内时，所述的吊具的长度m为与20英尺集装箱相对应的值；当吊具离开感应距离内时，所述吊具的长度m为与40英尺集装箱相对应的值。
8、根据权利要求5或6所述的防止正面吊吊具与车架和起重臂相碰撞的控制方法，其特征在于，所述的采集吊具旋转角度的方法是
确定齿轮的总齿数n，所述的齿轮中轴线与吊具旋转中心同轴，且与吊具相对固定；
根据齿轮轮齿与接近开关传感器的位置关系，由接近开关传感器产生相应电信号；
将接近开关传感器产生的电信号进行转换，获取齿轮转过的轮齿数i；
根据转过的轮齿数i获取吊具旋转的角度α，其中α＝360×i/n。
9、一种用于实现权利要求1-6任一项所述控制方法的控制系统，包括齿轮，所述的齿轮与吊具相对固定，且齿轮的中轴线与吊具相对于起重臂的旋转中心线同轴，其特征在于，
还包括现场控制总线、第一数据采集器、第二数据采集器、第三数据采集器、控制器，电磁换向阀；所述的现场控制总线将第一数据采集器和控制器相连接，第二数据采集器、第三数据采集器和电磁换向阀分别与控制器相连接；
所述第一数据采集器能够获取起重臂的长度l和举升角度θ；
所述第二数据采集器包括第一接近开关传感器；所述的齿轮旋转时，其轮齿能够通过第一接近开关传感器的感应距离内；所述第一接近开关传感器能够根据通过感应距离内的轮齿产生相应的电信号；
所述第三数据采集器包括第二接近开关传感器，所述第二接近开关传感器能够根据吊具是否处在其感应距离内产生相应的电信号；
控制器能够接收并存储第一数据采集器传输的数据，且能够接收第二数据采集器和第三数据采集器产生的相应电信号，并根据接收到的电信号获取并存储吊具旋转的角度α和吊具的长度m；且能够按照所述方法对存储的数据进行处理，再根据处理结果通过电路控制电磁换向阀的状态；
电磁换向阀连接在驱动吊具旋转的液压油路上，并能够控制吊具液压油路中液压油的流向。
10、根据权利要求9所述的用于实现所述控制方法的控制系统，其特征在于，还包括第四数据采集器，所述的第四数据采集器为接近开关传感器；
在吊具回到中位时，所述的第四数据采集器能够吊具的位置产生中位信号，并将中位信号传输到控制器；
所述的控制器能够接收中位信号，并在接收到中位信号后，将控制器储存的吊具旋转角度α的值归零。
11、根据权利要9或10所述的用于实现所述控制方法的控制系统，其特征在于，所述的现场控制总线为CAN总线，所述的第一数据采集器具有CAN总线接口。
12、一种集装箱正面吊，包括起重臂、车架、前后轮胎、俯仰液压缸、伸缩液压缸、驾驶室、油箱、转向系统、液压系统、传动系统和吊具，其特征在于，还包括权利要求9-11任一项所述的用于实现所述控制方法的控制系统，所述的用于实现所述控制方法的控制系统安装在集装箱正面吊上。
全文摘要
本发明公开一种防止正面吊吊具与车架和/或起重臂相碰撞的控制方法及控制系统，该方法和系统首先判断吊具是否处于会与车架或/和起重臂相碰撞的状态，如果吊具处于会与车架或起重臂相碰撞的状态，则应对吊具的旋转角度进行检测，并监测吊具旋转角度与临界角度的关系，当吊具的旋转角度小于临界角度时，不对吊具的旋转角度进行限制，当吊具的旋转角度不小于临界角度时，就阻止吊具再向偏离中位的方向旋转，从而防止制吊具与车架或起重臂相碰撞，此处的临界角度是指吊具与车架或与起重臂相碰撞的最小旋转角度，也就是吊具与车架或起重臂相碰撞之前，容许旋转的最大角度。本发明提供的控制方法和系统特别适用于防止正面吊吊具与车架或/和起重臂相碰撞。
文档编号B66C23/94GK101343017SQ20081021013
公开日2009年1月14日 申请日期2008年8月21日 优先权日2008年8月21日
发明者刘道寿, 李映新, 周嵩云, 李翠英 申请人:三一集团有限公司