用于起重机抓斗的调稳作业系统及调稳方法技术方案

针对现有塔式起重机的抓斗在工作过程中始终晃动的技术难题，本发明专利技术提供一种用于起重机抓斗的调稳作业系统，由检测装置、信号收发及处理装置、调稳装置三部分构成；所述检测装置安装在起重机上，负责检测起重机的动作参数及环境参数；所述信号收发及处理装置依据接收到的检测数据生成控制信号，并将该控制信号传递至调稳装置执行；本发明专利技术还提供一套控制方法，针对不同的作业环境与工作状态进行动态调节，确保起重机工作环境始终处于安全的状态下运行。有益的技术效果：本发明专利技术可以使抓斗的调稳过程更加平稳、精确，而且在本发明专利技术整个调稳过程中实现了实时监测和反馈控制，提高了抓斗在控制平衡方面的稳定性、可靠性和安全性。

【技术实现步骤摘要】
用于起重机抓斗的调稳作业系统及调稳方法
本专利技术涉属于起重机设备领域，尤其涉及塔式起重机的抓斗的辅助控制，具体涉及一种用于起重机抓斗的调稳作业系统及调稳方法。
技术介绍
起重机主要应用于建筑、港口、车间、工地等场合，近年来随着制造业的快速发展，重大负载及日益复杂的吊装环境，使得人们对起重吊装设备的安全性、稳定性、可靠性提出了更高的要求。而塔式起重机是高空作业设备，本身比较高，覆盖面积大，吊臂比较长，而且常在港口等环境恶劣的场合工作，加上操作人员和安装人员常常在高空作业，所以其安全性、稳定性要求很高。现在塔式起重机的抓斗是用一条钢丝绳来吊挂，由于其作业空间比较高，抓取物料比较重，在港口工作时很容易受到风力影响，导致抓斗在运行过程中不停的晃动。而现在的塔式起重机的抓斗通过抓斗稳定器来稳定。抓斗稳定器只是在抓斗上另加一条绳索，绳索通过吊臂上的配重在轨道上运行，来拉动抓斗，以调节抓斗的平衡，在运动过程中是随意控制，并不能根据实际工况来调节抓斗的平衡。而且抓斗在工作过程中的晃动不仅受到吊臂旋转的影响，还受到风速、风向的影响，抓斗的受力情况在不断的改变，同时也在不停的晃动。对绳索的承载能力，吊臂的稳定性都具有极大的影响。影响着抓取物料，转移物料过程的平稳性和整台机器的安全性。
技术实现思路
针对现有塔式起重机的抓斗在工作过程中始终晃动的技术难题，以及仅通过配重式的抓斗稳定器对抓斗进行调稳的效果差的问题，本专利技术提出一种适用于码头等作业空间较大、受风影响较大、环境比较恶劣的场合的一种用于起重机抓斗的调稳作业系统及调稳方法，本专利技术具有自动化、智能化的技术特点，能提高抓斗作业过程的稳定性和安全性。本专利技术具体如下：用于起重机抓斗的调稳作业系统，所述调稳作业系统所适用的起重机包括底座1、转盘2、起重机本体9、吊臂7、第一滚轮6、起重机绳索10和抓斗13；其中，底座1固定在地基上，在底座1的顶部设有转盘2，在转盘2的顶部设有起重机本体9，吊臂7的底端与起重机本体9活动连接，吊臂7的顶端设有第一滚轮6；起重机绳索10的一端与起重机的绳索马达相连接，起重机绳索10的一端绕过第一滚轮6后与抓斗13相连接；起重机本体9相对转盘2沿水平方向的转动，吊臂7相对起重机本体9沿竖直方向抬起或落下，起重机绳索10在绳索马达的转动下将抓斗13吊起或放下；本专利技术所述的调稳作业系统由检测装置、信号收发及处理装置、调稳装置三部分构成；所述检测装置安装在起重机上，负责检测起重机的动作参数及环境参数，并将检测到的上述动作参数及环境参数做为检测数据一并反馈至信号收发及处理装置；所述信号收发及处理装置依据接收到的检测数据生成控制信号，并将该控制信号传递至调稳装置执行；所述调稳装置包括导轨组件和电动调节组件；其中，导轨组件包含一条导轨808；导轨组件安装在起重机的吊臂上；电动调节组件包含一条调稳绳索803和一个调稳电动机809；电动调节组件活动连接在导轨组件的导轨808上，并通过调稳绳索803将电动调节组件与起重机的抓斗连接在一起；调稳电动机809在信号收发及处理装置发出的控制信号的驱动下带动电动调节组件沿导轨808朝起重机本体9一侧或朝抓斗13一侧移动；当抓斗13朝外摆动时，电动调节组件朝起重机本体9一侧移动时，且通过电动调节组件中的调稳绳索803将抓斗13朝重机本体9一侧拉紧，将抓斗13向内拉；反之，当抓斗13朝内摆动时，电动调节组件朝抓斗13一侧移动时，减小调稳绳索803对抓斗13的牵引力，促使抓斗13向外摆；即通过调稳装置，始终向抓斗13施加一个与抓斗13实时摆动方向相反的作用力。采用本专利技术所述的调稳作业系统进行起重机抓斗的调稳方法，按如下步骤进行：步骤1、检测装置、信号收发及处理装置、调稳装置初始化：开启检测装置、信号收发及处理装置、调稳装置的电源；建立三者之间的通讯连接；人工向信号收发及处理装置输入吊臂7的长度值L；步骤2、由检测装置获取起重机实时的动作参数和环境参数，并传递至信号收发及处理装置；其中，起重机的环境参数包括风的速度以及方向的信息，起重机的动作参数包括抓斗13的实时位置信息、吊臂7在垂直面内的摆角信息、吊臂7在水平面内的转角信息、抓斗13的受力信息；步骤3、由信号收发及处理装置以起重机本体9为坐标原点建立OXYZ坐标系；由信号收发及处理装置将接收到的起重机实时的动作参数和环境参数转换成OXYZ坐标系下的：抓斗13周围的风速值V、抓斗13的受力值F、吊臂7的摆角值α，吊臂7的转角值β、以及抓斗13的实时坐标(Xd、Yd、Zd)；步骤4、由信号收发及处理装置根据抓斗13的受力值F与抓斗13周围的风速值V进行起重机工作环境是否安全的判断：当受力值F＞0公斤(Kg)且风速值V≥20米/秒(m/s)，信号收发及处理装置报警，提示操作人员关闭起重机，停止作业；当受力值F≤0公斤(Kg)且风速值V≥55米/秒(m/s)，信号收发及处理装置报警，提示操作人员关闭起重机，停止作业；当受力值F＞0公斤(Kg)且风速值V＜20米/秒(m/s)、或当受力值F≤20公斤(Kg)且风速值V＜55米/秒(m/s)，进入下一步；步骤5、由信号收发及处理装置根据吊臂7的摆角值α、吊臂7的转角值β及吊臂7的长度值L测算出靠近第一滚轮6一侧的吊臂7端部的X轴方向的坐标值Xa＝L×Cosα×Cosβ，简称为吊臂的X轴向坐标值Xa：步骤6、由信号收发及处理装置比较吊臂7的X轴向坐标值Xa与抓斗13的实时X轴向坐标值Xd的大小进行比较：若吊臂7的X轴向坐标值Xa不等于抓斗13的实时X轴向坐标值Xd，，则抓斗13处于不稳定的位置，由信号收发及处理装置向调稳装置下达运行指令；若吊臂7的X轴向坐标值Xa等于抓斗13的实时X轴向坐标值Xd，则抓斗13处于稳定的位置，由信号收发及处理装置向调稳装置发出停止运行指令；步骤7、当抓斗13完成吊运，关闭检测装置、信号收发及处理装置和调稳装置，关闭起重机，结束操作。有益的技术效果本专利技术所述的用于起重机抓斗的调稳作业系统及调稳方法是针对抓斗在运行过程中的不稳定摆动而提出的，将原有的抓斗稳定器改为齿轮齿条机构即本专利技术中导轨组件和电动调节组件的配合使用，并通过电动调节组件中电机驱动其运动，使原来抓斗稳定器的随机控制改为本专利技术的自动控制。本专利技术中的齿轮齿条传动机构可靠性高，工作过程平稳，可以使抓斗的调稳过程更加平稳、精确，而且在本专利技术整个调稳过程中实现了实时监测和反馈控制，提高了抓斗在控制平衡方面的稳定性、可靠性和安全性。在监测过程中用到了风速风向传感器，可以实时的监测风速，使得起重机抓斗可以更好的适应周围环境的变化。本专利技术的检测装置用到角位移传感器、压力传感器、位移传感器以及风速风向传感器，可以实现位置、风速风向的实时监控，而且通过无线收发装置将收集到的信号通过信号调理电路以及模数转换电路发送到可编程控制器PLC上,PLC的输出端与工控机接口相连，由于抓斗在空载和满载时对风速的限制不同，在抓斗空载或满载时在风速超过起重机所要求的最大风速的情况下，通过报警装置发出报警信号，操作人员在听到报警信号后，使起重机停止工作。在风速允许的情况下，通过工控机来控制抓斗调稳机构中的电动机运转，从而调整抓斗的位置，使其尽可能稳定、安全的工作，在很大程度上提高了工作本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于起重机抓斗的调稳作业系统，本调稳作业系统所适用的起重机包括底座（1）、转盘（2）、起重机本体（9）、吊臂（7）、第一滚轮（6）、起重机绳索（10）和抓斗（13）；其中，底座（1）固定在地基上，在底座（1）的顶部设有转盘（2），在转盘（2）的顶部设有起重机本体（9），吊臂（7）的底端与起重机本体（9）活动连接，吊臂（7）的顶端设有第一滚轮（6）；起重机绳索（10）的一端与起重机的绳索马达相连接，起重机绳索（10）的一端绕过第一滚轮（6）后与抓斗（13）相连接；起重机本体（9）相对转盘（2）沿水平方向的转动，吊臂（7）相对起重机本体（9）沿竖直方向抬起或落下，起重机绳索（10）在绳索马达的转动下将抓斗（13）吊起或放下；其特征在于：由检测装置、信号收发及处理装置、调稳装置三部分构成；所述检测装置安装在起重机上，负责检测起重机的动作参数及环境参数，并将检测到的上述动作参数及环境参数做为检测数据一并反馈至信号收发及处理装置；所述信号收发及处理装置依据接收到的检测数据生成控制信号，并将该控制信号传递至调稳装置执行；所述调稳装置包括导轨组件和电动调节组件；其中，导轨组件包含一条导轨（808）；导轨组件安装在起重机的吊臂上；电动调节组件包含一条调稳绳索（803）和一个调稳电动机（809）；电动调节组件活动连接在导轨组件的导轨（808）上，并通过调稳绳索（803）将电动调节组件与起重机的抓斗连接在一起；调稳电动机（809）在信号收发及处理装置发出的控制信号的驱动下带动电动调节组件沿导轨（808）朝起重机本体（9）一侧或朝抓斗（13）一侧移动；当抓斗（13）朝外摆动时，电动调节组件朝起重机本体（9）一侧移动，且通过电动调节组件中的调稳绳索（803）将抓斗（13）朝重机本体（9）一侧拉紧，即将抓斗（13）向内拉；反之，当抓斗（13）朝内摆动时，电动调节组件朝抓斗（13）一侧移动时，减小调稳绳索（803）对抓斗（13）的牵引，促使抓斗（13）向外摆；即通过调稳装置，始终向抓斗（13）施加一个与抓斗（13）实时摆动方向相反的作用力。...

【技术特征摘要】
1.用于起重机抓斗的调稳作业系统，本调稳作业系统所适用的起重机包括底座(1)、转盘(2)、起重机本体(9)、吊臂(7)、第一滚轮(6)、起重机绳索(10)和抓斗(13)；其中，底座(1)固定在地基上，在底座(1)的顶部设有转盘(2)，在转盘(2)的顶部设有起重机本体(9)，吊臂(7)的底端与起重机本体(9)活动连接，吊臂(7)的顶端设有第一滚轮(6)；起重机绳索(10)的一端与起重机的绳索马达相连接，起重机绳索(10)的一端绕过第一滚轮(6)后与抓斗(13)相连接；起重机本体(9)相对转盘(2)沿水平方向的转动，吊臂(7)相对起重机本体(9)沿竖直方向抬起或落下，起重机绳索(10)在绳索马达的转动下将抓斗(13)吊起或放下；其特征在于：由检测装置、信号收发及处理装置、调稳装置三部分构成；所述检测装置安装在起重机上，负责检测起重机的动作参数及环境参数，并将检测到的上述动作参数及环境参数做为检测数据一并反馈至信号收发及处理装置；所述信号收发及处理装置依据接收到的检测数据生成控制信号，并将该控制信号传递至调稳装置执行；所述调稳装置包括导轨组件和电动调节组件；其中，导轨组件包含一条导轨(808)；导轨组件安装在起重机的吊臂上；电动调节组件包含一条调稳绳索(803)和一个调稳电动机(809)；电动调节组件活动连接在导轨组件的导轨(808)上，并通过调稳绳索(803)将电动调节组件与起重机的抓斗连接在一起；调稳电动机(809)在信号收发及处理装置发出的控制信号的驱动下带动电动调节组件沿导轨(808)朝起重机本体(9)一侧或朝抓斗(13)一侧移动；当抓斗(13)朝外摆动时，电动调节组件朝起重机本体(9)一侧移动，且通过电动调节组件中的调稳绳索(803)将抓斗(13)朝起重机本体(9)一侧拉，即将抓斗(13)向内拉；反之，当抓斗(13)朝内摆动时，电动调节组件朝抓斗(13)一侧移动时，减小调稳绳索(803)对抓斗(13)的牵引，促使抓斗(13)向外摆；即通过调稳装置，始终向抓斗(13)施加一个与抓斗(13)实时摆动方向相反的作用力。2.如权利要求1所述的用于起重机抓斗的调稳作业系统，其特征在于：检测装置包括风速风向传感器(11)，位置传感器(12)，第一角位移传感器(3)、第二角位移传感器(4)和应变片(14)；其中，风速风向传感器(11)安装在靠近抓斗(13)一侧的起重机绳索(10)上，用于检测并反馈风的速度以及方向；位置传感器(12)安装在抓斗(13)的顶端，用于测量并反馈抓斗(13)的实时位置；第一角位移传感器(3)以及第二角位移传感器(4)均安装在靠近转盘(2)一侧的吊臂(7)上，第一角位移传感器(3)用于测量并反馈吊臂(7)在垂直面内的摆角，第二角位移传感器(4)用于测量并反馈吊臂(7)在水平面内的转角；应变片(14)均布在抓斗(13)上，检测并反馈抓斗(13)的受力状况；风的速度以及方向的信息为起重机的环境参数，抓斗(13)的实时位置信息、吊臂(7)在垂直面内的摆角信息、吊臂(7)在水平面内的转角信息、抓斗(13)的受力信息为起重机的动作参数。3.如权利要求1所述的用于起重机抓斗的调稳作业系统，其特征在于：信号收发及处理装置包括第一控制无线发送装置(15)、第二控制无线发送装置(5)和信号接收与处理单元；其中，第一控制无线发送装置(15)安装在抓斗(13)的顶端，第一控制无线发送装置(15)的信号输入端分别与风速风向传感器(11)的信号输出端、位置传感器(12)的信号输出端、应变片(14)的信号输出端相连接；第二控制无线发送装置(5)安装在靠近转盘(2)一侧的吊臂(7)上，第二控制无线发送装置(5)的信号输入端分别与第一角位移传感器(3)的信号输出端、第二角位移传感器(4)的信号输出端相连接；第一控制无线发送装置(15)、第二控制无线发送装置(5)分别与信号接收与处理单元无线连接并通讯。4.如权利要求3所述的用于起重机抓斗的调稳作业系统，其特征在于：所述信号接收与处理单元由第一控制无线接收装置(901)、第二控制无线接收装置(902)、信号调理电路(903)、模数转换电路(904)、报警装置(905)、可编程逻辑控制器PLC(906)和工控机(907)构成；第一控制无线接收装置(901)的信号输出端、第二控制无线接收装置(902)的信号输出端分别与信号调理电路(903)的信号输入端相连接；信号调理电路(903)的信号输出端经模数转换电路(904)与可编程逻辑控制器PLC(906)的信号输入端相连接；可编程逻辑控制器PLC(906)的信号输出端分别与报警装置(905)的信号输入端、工控机(907)的信号输入端相连接；工控机(907)的信号输出端与调稳装置相连接；其中，第一控制无线接收装置(901)与第一控制无线发送装置(15)无线连接并通信，第二控制无线接收装置(902)与第二控制无线发送装置(5)无线连接并通信；信号调理电路(903)负责将第一控制无线接收装置(P01)和第二控制无线接收装置(P02)接收到的信号进行调理放大并向下一级输出；模数转换电路(904)负责将经信号调理电路(903)放大调理的模拟信号转换为数字信号；可编程逻辑控制器PLC(906)负责将经模数转换电路(904)模数转换后的信号进行具体的判断与处理，并产生控制命令；报警装置(905)在可编程逻辑控制器PLC(906)的控制下发出报警信号，提示驾驶员在听到报警信号后，切断电源，使起重机停止工作；工控机(907)按可编程逻辑控制器PLC(906)产生的控制命令驱动调稳装置中调稳电动机(809)运行，同时，由工控机(907)显示屏显示可编程逻辑控制器PLC(906)实时执行的程序指令以及调稳电动机(809)的运转状态。5.如权利要求1所述的用于起重机抓斗的调稳作业系统，其特征在于：所述导轨组件还包括齿条(801)、第一挡板(806)、导轨平台(807)、第二挡板(811)、槽钢(814)、钢板(815)和齿条固定板(817)；其中，导轨平台(807)固定连接在导轨(808)的底部；导轨平台(807)长度方向的一个侧面上连接有槽钢(814)；通过长条状的钢板(815)将导轨平台(807)相连的槽钢(814)的底部与另一个槽钢(814)的底边相连接，即2个槽钢(814)与钢板(815)所构成的组合体的截面呈U形；在2个槽钢(814)的内侧共同连接有一个长条状的齿条固定板(817)；通过螺钉(816)将齿条(801)固定在齿条固定板(817)的顶面；所述导轨平台(807)、槽钢(814)、钢板(815)、齿条固定板(817)的长度都与导轨(808)的长度相等；导轨(808)...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱华炳，訾斌，牛康廷，高晨辉，卫道柱，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34