一种四连杆门座式起重机吊重精确幅度和高度调度方法技术

本发明专利技术提供了一种四连杆门座式起重机吊重精确幅度和高度调度方法，通过获取四连杆机构各主要部件的关键节点之间的间距和角度，构建精度较高的门机变幅轨迹的平面几何模型，将吊重的实际位置的计算过程进行简化，并提高计算结果的精度和可靠性。另外，在多台门机协同作业时，门机驾驶室内的计算单元可根据计算结果防止相邻门机变幅转动时相互干涉。

【技术实现步骤摘要】
一种四连杆门座式起重机吊重精确幅度和高度调度方法
本专利技术涉及门座起重机设备
，尤其涉及一种四连杆门座式起重机吊重精确幅度和高度调度方法。
技术介绍
门座式起重机简称门机，是港口码头普遍使用、结构复杂的电动装卸机械。具有较好的工作性能和独特的结构。门机是有轨运行的臂架类起重机，其上部旋转部分安装在一个门型底架上，上部旋转部分可以实现起升、变幅和旋转三种运动及其组合。门机的主要参数包括起重量、幅度、起升高度等。起重量是指起重机安全工作时，其取物装置允许的最大吊重质量；幅度是起重机旋转轴线到取物装置中心线之间的距离；起升高度时至起重机取物装置上下限极限位置之间的距离。门机一般采用组合臂架式变幅机构，包括主臂架、象鼻架和拉杆三部分组成，以上三个组件和机架一同构成了一个四连杆机构。这种四连杆机构的拉杆在变幅驱动机构的驱动下，沿水平或接近水平线的轨迹移动，从而使载重在变幅的过程中高度变化或者变化很小。起升过程通常是通过起升电机带动钢丝绳在卷筒上收放卷绕，改变载重的垂直高度从而实现起吊和搬运。上部旋转部分可相对于门机上的转柱进行旋转。目前对吊重的幅度和起升高度的获取的方法是在臂架上安装角度传感器，通过测量的角度与实测幅度之间插值和查表来计算幅度；或者通过安装GPS或者北斗定位系统，将臂架简化成简单的几何模型；上述方法的精度都较低，计算的准确性和可靠性不理想，在起吊频繁、多台门机协作的场合下，获取当前吊重的幅度和高度相当必要，因计算不准确可能会导致相邻吊重或者门机发生碰撞的可能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出了一种可靠性好、幅度和高度的计算精度较高的四连杆门座式起重机吊重精确幅度和高度调度方法。本专利技术提供了一种四连杆门座式起重机吊重精确幅度和高度调度方法，包括如下步骤：S1：将四连杆机构中的臂架和机架与起重机的铰接点定为O，象鼻架与臂架的铰接点定为E，拉杆与机架和象鼻架的铰接点分别定为F和M，象鼻架远离拉杆的一端定为S，则臂架的长度为EO,拉杆的长度为FM，象鼻架主梁的长度为MS，通过查询设计图纸或实际测量，获取臂架的长度EO，拉杆的长度FM，象鼻架与臂架的铰接点到象鼻架主梁的垂直距离EL，象鼻架与臂架的铰接点到象鼻架主梁垂足与象鼻架两端的距离LM和LS以及机架在竖直方向和水平方向的投影距离OP和FP的值；S2：将变幅驱动机构的固定端在门机上的安装位置定为B，变幅驱动机构的工作部的固定端的位置定为C；变幅驱动机构的工作部的活动端与臂架的铰接点定为D，铰接点到D到臂架的垂直距离为DG，垂足G到臂架和起重机的铰接点O的距离为GO；将变幅驱动机构的固定端的安装位置与臂架和起重机的铰接点O之间的距离定为BO，距离BO在竖直方向和水平方向的分量为AB和AO；通过查询设计图纸或实际测量，获取上述距离AO、AB、BC、GO和DG的值；距离CD是变幅驱动机构的当前长度；S3：基于前述定义的点和距离在同一平面内构建平面坐标系，将上述距离转换为该坐标系内的线段，并连接点E和点F，连接点D和点O，连接点E、点M和点S，得到线段EF、线段DO、线段EM和线段ES；S4：在上述平面坐标系内，将线段EO与线段OP之间的夹角设为α1，线段FO与线段OP之间的夹角设为α2，线段FO与线段EO之间的夹角设为α3；将线段GO与线段DO之间的夹角为α4,线段BO与线段OP之间的夹角为α5，线段BO与线段DO之间的夹角为α6；将线段EM与线段EF之间的夹角设为β1，线段EF与线段EO之间的夹角为β2，线段EO与线段FP之间的夹角设为β3，线段FP与线段ES之间的夹角设为β4；将线段EM与线段EL之间的夹角设为λ1，线段EL与线段ES之间的夹角设为λ2，线段ES与线段EO之间的夹角设为λ3；其中α1+α2+α3＝π；α1+α4+α5+α6＝π；λ1+λ2+λ3+β1+β2＝2π；α1+β3＝π/2；β3+β4＝λ3；S5：在门机的驾驶室内配置计算单元，在变幅驱动机构上测量距离CD的实时长度，向计算单元输入上述距离LM、EL、LS、FM、OP、FP、EO、AO、AB、BC、GO和DG的值和上述角度及相互关系，计算出吊重当前的幅度R和高度H，并发送到相邻门机的计算单元中。在以上技术方案的基础上，优选的，所述距离CD的实时长度，包括变幅驱动机构的初始长度部分和工作部的活动端伸出的实际长度部分。进一步优选的，所述变幅驱动机构的输出端上设置有测量单元，测量单元测量变幅驱动机构的活动端的当前伸出长度，并将当前测量结果发送至计算单元。更进一步优选的，所述变幅驱动机构为变幅驱动电机，其输出端与变幅齿条的一端啮合，变幅齿条远离变幅驱动机构的一端与臂架铰连接。更进一步优选的，所述测量单元是旋转编码器。再进一步优选的，所述旋转编码器测量变幅驱动工作部的活动端的当前伸出长度是由旋转编码器累积测量脉冲数与对应每米对应的脉冲数的比值计算。更进一步优选的，所述计算单元是根据如下公式计算吊重当前的幅度R和高度H：α4＝atan(DG/GO)；α5＝atan(AB/AO)；α6＝acos[(DO2+BO2-BD2)/2·DO·BO]；β1＝acos[(EM2+EF2-FM2)/2·EM·EF]；β2＝acos[(EO2+EF2-FO2)/2·EO·EF]；λ1＝atan(LM/EL)；λ2＝atan(LS/EL)；R＝EO·cosα1+ES·sinβ4+AO；H＝EO·sinα1-ES·cosβ4。在以上技术方案的基础上，优选的，所述计算单元将吊重当前的幅度R和高度H发送给相邻的门机的驾驶室内的计算单元，相邻门机对比自身吊重当前的幅度和高度，保持或者停止其四连杆机构相对于其门型底架的旋转作业。进一步优选的，所述相邻门机对比自身吊重当前的幅度和高度，是以当前门机的转柱的中心轴为旋转轴，吊重的竖直中心线到门机的转柱的中心轴的距离为半径，以吊重起点位置与终点位置之间的水平夹角为扫描的角度，进行扫描得到当前吊重转动的虚拟圆柱面，并判断同时作业的相邻吊重所处的虚拟圆柱面的表面有无重合点。本专利技术提供的一种四连杆门座式起重机吊重精确幅度和高度调度方法，相对于现有技术，具有以下有益效果：(1)本专利技术利用完备的参数构建更加精确的几何模型来尽可能模拟等效门机调幅时的运动轨迹，以便更加准确的计算门机取物装置上吊重的实际位置；(2)通过设计数据或者实际测量的各四连杆机构关键节点之间的距离，将吊重的实际位置的计算过程进行简化；(3)实际测量的变幅驱动机构的当前长度的精度对吊重的实际位置有影响，故采用动态测量方式进行精确测量；(4)增加了几何模型的角度约束关系，提高计算精度；(5)无需额外配置GPS等外置的辅助定位设备，计算成本较低；(6)多台门机可协作，分别将相邻门机上的吊重的位置进行匹配，可以避免相邻的吊重发生干涉而造成的意外。...

【技术保护点】
1.一种四连杆门座式起重机吊重精确幅度和高度调度方法，其特征在于：包括如下步骤：/nS1：令四连杆机构中的臂架和机架与起重机的铰接点定为O，象鼻架与臂架的铰接点定为E，拉杆与机架和象鼻架的铰接点分别定为F和M，象鼻架远离拉杆的一端定为S，则臂架的长度为EO,拉杆的长度为FM，象鼻架主梁的长度为MS，通过查询设计图纸，可获取臂架的长度EO，拉杆的长度FM，象鼻架与臂架的铰接点到象鼻架主梁的垂直距离EL，象鼻架与臂架的铰接点到象鼻架主梁垂足与象鼻架两端的距离LM和LS以及机架在竖直方向和水平方向的投影距离OP和FP的值；/nS2：令变幅驱动机构的固定端在门机上的安装位置定为B，变幅驱动机构的工作部的固定端的位置定为C；变幅驱动机构的工作部的活动端与臂架的铰接点定为D，铰接点到D到臂架的垂直距离为DG，垂足G到臂架和起重机的铰接点O的距离为GO；将变幅驱动机构的固定端的安装位置与臂架和起重机的铰接点O之间的距离定为BO，距离BO在竖直方向和水平方向的分量为AB和AO；通过查询设计图纸，获取上述距离AO、AB、BC、GO和DG的值；距离CD是变幅驱动机构的当前长度；/nS3：基于前述定义的点和距离在同一平面内构建平面坐标系，将上述距离转换为该坐标系内的线段，并连接点E和点F，连接点D和点O，连接点E、点M和点S，得到线段EF、线段DO、线段EM和线段ES；/nS4：在上述平面坐标系内，将线段EO与线段OP之间的夹角设为α1，线段FO与线段OP之间的夹角设为α2，线段FO与线段EO之间的夹角设为α3；将线段GO与线段DO之间的夹角为α4,线段BO与线段OP之间的夹角为α5，线段BO与线段DO之间的夹角为α6；将线段EM与线段EF之间的夹角设为β1，线段EF与线段EO之间的夹角为β2，线段EO与线段FP之间的夹角设为β3，线段FP与线段ES之间的夹角设为β4；将线段EM与线段EL之间的夹角设为λ1，线段EL与线段ES之间的夹角设为λ2，线段ES与线段EO之间的夹角设为λ3；其中/nα1+α2+α3＝π；/nα1+α4+α5+α6＝π；/nλ1+λ2+λ3+β1+β2＝2π；/nα1+β3＝π/2；/nβ3+β4＝λ3；/nS5：在门机的驾驶室内配置计算单元，在变幅驱动机构上测量距离CD的实时长度，向计算单元输入上述距离LM、EL、LS、FM、OP、FP、EO、AO、AB、BC、GO和DG的值和上述角度及相互关系，计算出吊重当前的幅度R和高度H，并发送到相邻门机的计算单元中。/n...

【技术特征摘要】
1.一种四连杆门座式起重机吊重精确幅度和高度调度方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：令四连杆机构中的臂架和机架与起重机的铰接点定为O，象鼻架与臂架的铰接点定为E，拉杆与机架和象鼻架的铰接点分别定为F和M，象鼻架远离拉杆的一端定为S，则臂架的长度为EO,拉杆的长度为FM，象鼻架主梁的长度为MS，通过查询设计图纸，可获取臂架的长度EO，拉杆的长度FM，象鼻架与臂架的铰接点到象鼻架主梁的垂直距离EL，象鼻架与臂架的铰接点到象鼻架主梁垂足与象鼻架两端的距离LM和LS以及机架在竖直方向和水平方向的投影距离OP和FP的值；
S2：令变幅驱动机构的固定端在门机上的安装位置定为B，变幅驱动机构的工作部的固定端的位置定为C；变幅驱动机构的工作部的活动端与臂架的铰接点定为D，铰接点到D到臂架的垂直距离为DG，垂足G到臂架和起重机的铰接点O的距离为GO；将变幅驱动机构的固定端的安装位置与臂架和起重机的铰接点O之间的距离定为BO，距离BO在竖直方向和水平方向的分量为AB和AO；通过查询设计图纸，获取上述距离AO、AB、BC、GO和DG的值；距离CD是变幅驱动机构的当前长度；
S3：基于前述定义的点和距离在同一平面内构建平面坐标系，将上述距离转换为该坐标系内的线段，并连接点E和点F，连接点D和点O，连接点E、点M和点S，得到线段EF、线段DO、线段EM和线段ES；
S4：在上述平面坐标系内，将线段EO与线段OP之间的夹角设为α1，线段FO与线段OP之间的夹角设为α2，线段FO与线段EO之间的夹角设为α3；将线段GO与线段DO之间的夹角为α4,线段BO与线段OP之间的夹角为α5，线段BO与线段DO之间的夹角为α6；将线段EM与线段EF之间的夹角设为β1，线段EF与线段EO之间的夹角为β2，线段EO与线段FP之间的夹角设为β3，线段FP与线段ES之间的夹角设为β4；将线段EM与线段EL之间的夹角设为λ1，线段EL与线段ES之间的夹角设为λ2，线段ES与线段EO之间的夹角设为λ3；其中
α1+α2+α3＝π；
α1+α4+α5+α6＝π；
λ1+λ2+λ3+β1+β2＝2π；
α1+β3＝π/2；
β3+β4＝λ3；
S5：在门机的驾驶室内配置计算单元，在变幅驱动机构上测量距离CD的实时长度，向计算单元输入上述距离LM、EL、LS、FM、OP、FP、EO、AO、AB、BC、GO和DG的值和上述角度及相互关系，计算出吊重当前的幅度R和高度H，并发送到相邻门机的计...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢鸣，李小松，刘敏毅，王文龙，曾钦坚，焦彤，顾宁峰，毛容芳，曾国庆，
申请(专利权)人：武汉港迪电气传动技术有限公司，武汉港迪电气有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42