[發明專利]一種多層多臂式塔機的控制系統及控制方法

在審

• 申請號: 202010591062.X
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111824957A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 李楠楠;宋連玉;崔康基;謝昌省
• 申請（專利權）人: 山東富友慧明測控設備有限公司
• 主分類號: B66C13/16
• 分類號: B66C13/16;B66C13/46;B66C13/48
• 代理公司: 濟南竹森知識產權代理事務所(普通合伙) 37270
• 代理人: 呂利敏

1.一種多層多臂式塔機的控制系統，其特征在于，包括：多層多臂式起重臂、回轉機構、并行起升機構、并行變幅機構、數據采集系統和運行控制系統；

所述多層多臂式起重臂包括多層機構，每層所述機構包括一對夾角為180°的起重臂，在塔機塔身頂端設置有多級回轉塔身，所述回轉塔身的級數與所述多層機構的層數對應，每層設置的起重臂連接在同級的回轉塔身上；

所述回轉機構用于：驅動每一級的回轉塔身獨立的進行回轉動作：每一級回轉塔身裝有回轉角度傳感器，所述回轉角度傳感器用于實時采集回轉塔身的回轉角度量；

所述并行起升機構用于：驅動塔機進行起升動作，每一條起重臂配有一個起升機構，在起升機構的卷揚機處裝有起升位移傳感器，所述起升位移傳感器用于實時采集起升位移量；位于同一層起重臂的兩個起升機構分別配有獨立控制單元和一個總控制單元，所述獨立控制單元對所述起升機構進行獨立控制，同層的所述總控制單元對同層的所述獨立控制單元進行控制；

所述并行變幅機構用于：驅動塔機進行變幅動作，每一條起重臂配有一個變幅機構，在變幅機構上裝有變幅位移傳感器，所述起變幅移傳感器用于實時采集變幅位移量；同時裝有重量傳感器，用于實時采集每個起重臂起吊重物的重量；位于同一層的兩個變幅機構配有獨立控制單元和一個總控制單元，獨立控制單元對所屬變幅機構進行獨立控制，總控制單元對獨立控制單元進行控制；

所述數據采集系統包括起升位移傳感器、變幅移傳感器、重量傳感器和回轉角度傳感器；

所述運行控制系統，用于控制塔機的起升、回轉、變幅動作，且每層起重臂共同動作時，互不干擾。

2.根據權利要求1所述的一種多層多臂式塔機的控制系統，其特征在于，所述數據采集系統還包括：激光測距器；所述激光測距器安裝在變幅小車一側，用于測量變幅小車與其下方地面上的障礙物的實時距離。

3.根據權利要求1所述的一種多層多臂式塔機的控制系統，其特征在于，所述數據采集系統還包括風速儀，所述風速儀安裝在塔機頂部無擋風處，用于實時采集塔機周圍環境的風速。

4.一種多層多臂式塔機的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

高度控制方法：

根據數據采集系統中的起升位移傳感器獲得的六條起重臂的起升吊物的高度數據，判斷同一層的起重臂起升吊物的高度是否一致：

在吊物高度不一致時，則通過控制所述起升機構的獨立單元調整起升高度，確保吊物起升高度一致；

在吊物高度一致時，則通過控制所述總控制單元實現吊物的同時起吊；

幅度控制方法：

同層一對起重臂同時吊裝物體時，兩側起重臂的幅度位移距離和起吊的重物重量滿足如下關系：

其中，B₁、B₂分別是起重臂上的變幅位移量，G為所吊物體所受重力，m₁和m₂分別為兩邊所吊物體的質量；E為塔身材料的彈性模量；I分別為塔身截面的慣性矩；H為每一層起重臂臂根鉸點到地面的距離；

根據數據采集系統中的變幅位移傳感器獲得的六條起重臂的變幅小車的位移數據和所吊物體的重量數據，判斷同一層的起重臂變幅小車幅度位置是否在安全距離之內：

當變幅小車幅度超出安全距離之外時，則通過控制所述變幅機構的獨立單元調整幅度，確保兩個變幅小車所吊重物即位置關系在安全范圍之內；

回轉角度控制方法：

a.建立塔機模型坐標系和回轉模型坐標系：

以地平面與塔身中心線的交點為坐標原點O，以正東方向為X軸正方向，以正北方向為Y軸正方向，以垂直于地面向上的方向為Z軸的正方向；

XOY平面即為回轉模型坐標系；

b.確定塔機吊鉤鋼絲繩與起重臂的防碰撞安全模型：

在塔機模型坐標系中，分別將三層起重臂所在中心線投影到回轉模型坐標系XOY平面上，生成三條過原點的直線A1,A2,A3；

記直線A1與X軸正方向的夾角為θ1，直線A2與X軸正方向的夾角為θ2，直線A3與X軸正方向的夾角為θ3，夾角范圍為0°～180°，分別記三層起重臂上變幅小車的幅度位置到Z軸的距離為a1，a2，a3；所述夾角θ由回轉角度傳感器采集得到，所述幅度a由變幅位移傳感器采集得到；

確定任一一層的吊鉤與任一不同一層的起重臂的安全距離L：

第二層的吊鉤與第一層的起重臂的安全距離L21：

第三層的吊鉤與第一層的起重臂的安全距離L31：

第三層的吊鉤與第二層的起重臂的安全距離L32：

所述安全距離L是根據現場施工環境的不同自行選定合理的范圍值；

c.確定塔機各個吊鉤與吊鉤下方的障礙物的防碰撞安全模型

在塔機模型坐標系中，記變幅小車到其下方地面上的障礙物的實時距離為h₁，變幅小車到吊鉤的距離為h₂

確定塔機各個吊鉤與吊鉤下方的障礙物的安全距離為：

N＝h₁-(h₂+α)，其中α為所吊物體的高度；

所述安全距離N是根據現場施工環境的不同自行選定合理的范圍值。