【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于施工装备领域，具体涉及一种用于钢结构栈道施工的轨道起重设备的自平衡系统及方法。
技术介绍
1、栈道是一种运用在山林地区或者园林景观中的特殊道路，施工时需开辟施工便道让大型机械进场，而随着生态建设要求的逐步提升，目前的栈道施工过程中开始逐渐引入电动轨道起重设备即轨道吊车，该设备可以实现依托前步骤吊装的栈桥实现吊装机械的向前移动。
2、然而，钢结构栈道通常仅供行人使用，宽度较小，停靠在栈道上的起重设备起吊能力弱，在使用时设置可靠支腿的难度大，进而容易使吊机产生倾覆。为了减少倾覆风险，往往需要控制起吊重量，由此导致设备的吊装效率偏低。
3、因此，如何避免钢结构栈道施工时吊车的倾覆并尽可能的增加起吊重量，是目前亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于解决现有技术中轨道起重设备容易产生倾覆且难以预警、吊装效率偏低的问题，并提供一种用于钢结构栈道施工的轨道起重设备的自平衡系统及方法。
2、本专利技术所采用的具体技术方案如下：
3、第一方面，本专利技术提供了一种用于钢结构栈道施工的轨道起重设备的自平衡系统，所述轨道起重设备自身带有用于吊臂式起吊重物的起升机构，所述自平衡系统包括调平机构、平衡配重机构和监测控制系统；
4、所述平衡配重机构包括配重块和二自由度平衡臂；二自由度平衡臂与所述起升机构中的吊臂背对安装，为包含两个可控转动关节的两段式结构，两个臂段之间通过一个关节铰接，配重块安装于二自由度平衡臂的第
5、所述调平机构包含前侧支顶机构和后侧支顶机构，分别用于将轨道起重设备的底部平台支顶在下方的轨道上，并根据轨道的坡度对底部平台进行调平；
6、所述监测控制系统包括采集模块和控制模块；所述采集模块用于采集当前工况下轨道起重设备的运行状态参数；所述控制模块用于根据所述采集模块采集的运行状态参数，计算吊臂力矩以及起吊的重物力矩，再求解当前工况下轨道起重设备维持自平衡时二自由度平衡臂所需达到的姿态，进而反馈控制控制二自由度平衡臂绕两个关节进行作动。
7、作为上述第一方面的优选，所述起升机构中，吊臂通过调幅液压缸控制其俯仰角；
8、所述平衡配重机构中，二自由度平衡臂的第一臂段和第二臂段之间通过第一配重油缸控制展开角，第二臂段通过第二配重油缸控制俯仰角；
9、所述调平机构中，前侧支顶机构和后侧支顶机构采用相同结构，均包含两个平台支撑油缸和一条支撑梁，支撑梁沿底部轨道的跨度方向设置，两端分别通过一个平台支撑油缸进行升降控制，支撑梁两端能够支撑在并排的两条轨道上。
10、作为上述第一方面的优选，所述采集模块的形式如下：
11、所述吊臂上布置第一拉绳式位移传感器、第一绝对值编码器和第二拉绳式位移传感器，分别用于监测吊臂伸缩长度、吊臂起重俯仰角和吊装构件起重高度；
12、所述调幅液压缸上布置第三拉绳式位移传感器，用于监测调幅液压缸行程；
13、所述吊臂末端的吊钩上布置电子秤，用于监测吊装重物的重量；
14、所述轨道起重设备的底部平台上布置倾角传感器，用于监测平台倾角；
15、所述调平机构中的各平台支撑油缸上布置第四拉绳式位移传感器和压力变送器，分别用于监测平台支撑油缸的行程和压力；
16、所述轨道起重设备的回转机构上布置绝对值编码器，用于监测吊臂和二自由度平衡臂的转动角度；
17、所述第二配重油缸和第一配重油缸上分别布置第五拉绳式位移传感器和第六拉绳式位移传感器，用于监测相应配重油缸的行程；
18、作为上述第一方面的优选，所述采集模块中，轨道起重设备的驾驶室上布置风速仪，用于监测环境风速。
19、作为上述第一方面的优选，所述监测控制系统为远程监测控制系统，其中的控制模块包含位于所述轨道起重设备本地的控制终端，以及与控制终端配套实现远程数据传输通讯的网络层、微处理中心、平台层和应用层；
20、所述网络层包括微处理中心和物联网关，微处理中心从本地的控制终端中接收采集模块的采集数据，并对其进行相应的数据处理后，通过物联网关传递至所述平台层；
21、所述平台层中的包含物联网云平台，用于通过云服务端对数据进一步进行解析、提取、过滤和加工流转；
22、所述应用层包括远程服务器、主机客户端和互联网平台，远程服务器用于对云服务端流转的数据进行存储，并作为数据处理和分析中心，为访问远程服务器的主机客户端和互联网平台提供数据服务。
23、作为上述第一方面的优选，所述微处理中心中执行的数据处理包括：检查轨道起重设备各种运行状态数据的异常值和有效性、完成设备运行状态数据的插补、对设备运行状态数据据进行类型转换和/或单位转换和/或格式转换中的至少一种。
24、作为上述第一方面的优选，所述远程服务器中基于收到的实时数据提供轨道起重设备的异常分析功能，包括轨道起重设备的抗倾覆安全、吊重超限和环境异常，主机客户端和互联网平台基于异常分析的结果向用户端发送安全预警信息。
25、第二方面，本专利技术提供了一种用于上述第一方面任一方案所述轨道起重设备的自平衡方法，其包括：
26、轨道起重设备行驶至施工指定工位后，通过调平机构中的前侧支顶机构和后侧支顶机构将底部平台支顶在下方的轨道上，将车轮抬空，并根据轨道的坡度通过控制前后支顶的幅度对底部平台进行调平；
27、轨道起重设备完成调平后开始起吊作业，通过控制吊臂将目标重物缓慢吊起，并在吊起过程中由监测控制系统监测实际的起吊重量，当监测到起吊重量超过当前工况最大允许起吊重量时，控制吊臂仅能执行放下动作，确保不发生超载作业；
28、吊臂正常起吊重物工作时，由所述采集模块实时采集轨道起重设备上各机构的运行状态参数，然后计算吊臂力矩、二自由度平衡臂力矩、起吊的重物力矩和配重块力矩，判断合力矩是否满足安全条件，若不满足则立即根据当前通过逆运动学求解当前工况下轨道起重设备维持自平衡时二自由度平衡臂所需达到的姿态，求解结果包括二自由度平衡臂末端的配重块位置以及二自由度平衡臂的两个关节角，然后再根据几何关系计算控制两个关节角的两个配重油缸伸缩长度，最后反馈控制二自由度平衡臂的两个配重油缸进行相应作动，使二自由度平衡臂达到目标姿态，持续维持轨道起重设备的自平衡；
29、同时在吊臂正常起吊重物工作过程中，平衡配重的移动总是滞后于吊臂及重物的移动，监测控制系统需实时根据轨道起重设备上各机构的运行状态参数分析设备倾覆风险，并在超出安全界限后控制吊臂暂时锁死，使驾驶员无法继续操控吊臂移动，等待平衡配重移动至整机自平衡后再解锁，将控制权限归还给轨道起重设备的驾驶员。
30、作为上述第二方面的优选，在二自由度平本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于钢结构栈道施工的轨道起重设备的自平衡系统，所述轨道起重设备自身带有用于吊臂式起吊重物的起升机构，其特征在于，所述自平衡系统包括调平机构、平衡配重机构和监测控制系统；
2.如权利要求1所述的用于钢结构栈道施工的轨道起重设备的自平衡系统，其特征在于，所述起升机构中，吊臂通过调幅液压缸控制其俯仰角；
3.如权利要求1所述的用于钢结构栈道施工的轨道起重设备的自平衡系统，其特征在于，所述采集模块的形式如下：
4.如权利要求1所述的用于钢结构栈道施工的轨道起重设备的自平衡系统，其特征在于，所述监测控制系统为远程监测控制系统，其中的控制模块包含位于所述轨道起重设备本地的控制终端，以及与控制终端配套实现远程数据传输通讯的网络层、微处理中心、平台层和应用层；
5.如权利要求4所述的用于钢结构栈道施工的轨道起重设备的自平衡系统，其特征在于，所述微处理中心中执行的数据处理包括：检查轨道起重设备各种运行状态数据的异常值和有效性、完成设备运行状态数据的插补、对设备运行状态数据据进行类型转换和/或单位转换和/或格式转换中的至少一种。
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7.一种用于权利要求1～6任一所述轨道起重设备的自平衡方法，其特征在于，包括：
8.如权利要求7所述的自平衡方法，其特征在于，在二自由度平衡臂每一次作动过程中，将配重块从起点位置到终点位置之间的直线运动轨迹分解为一系列的子线段，然后对二自由度平衡臂按照分段式控制的方式作动，每一次作动时配重块的曲线运动轨迹起始点对应于一条子线段的起始点。
9.如权利要求7所述的自平衡方法，其特征在于，所述监测控制系统根据轨道起重设备上各机构的运行状态参数分析设备倾覆风险的方法为：
10.如权利要求7所述的自平衡方法，其特征在于，所述监测控制系统还需获取设备所处的环境风速信息，若风速超过施工安全风速时，则发出风速异常警报指令。
...【技术特征摘要】
1.一种用于钢结构栈道施工的轨道起重设备的自平衡系统，所述轨道起重设备自身带有用于吊臂式起吊重物的起升机构，其特征在于，所述自平衡系统包括调平机构、平衡配重机构和监测控制系统；
2.如权利要求1所述的用于钢结构栈道施工的轨道起重设备的自平衡系统，其特征在于，所述起升机构中，吊臂通过调幅液压缸控制其俯仰角；
3.如权利要求1所述的用于钢结构栈道施工的轨道起重设备的自平衡系统，其特征在于，所述采集模块的形式如下：
4.如权利要求1所述的用于钢结构栈道施工的轨道起重设备的自平衡系统，其特征在于，所述监测控制系统为远程监测控制系统，其中的控制模块包含位于所述轨道起重设备本地的控制终端，以及与控制终端配套实现远程数据传输通讯的网络层、微处理中心、平台层和应用层；
5.如权利要求4所述的用于钢结构栈道施工的轨道起重设备的自平衡系统，其特征在于，所述微处理中心中执行的数据处理包括：检查轨道起重设备各种运行状态数据的异常值和有效性、完成设备运行状态数据的插补、对设备运行状态数据据进行类型转换和/或单位转换和/或格式...
【专利技术属性】
技术研发人员：段坤朋，刘玉涛，黄山，徐晗，徐山山，张茂国，周映，李超群，尤克泉，
申请(专利权)人：浙江中天恒筑钢构有限公司，
类型：发明
国别省市：
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