用于计算在中间配重位置处的负载能力图的系统和方法

摘要

公开了一种用于计算具有在中间位置处的可变位置配重(22)的起重机(10)的起重机负载能力的系统(200)和方法(500)。在该方法(500)中，确定(502)吊杆组合，并且针对该吊杆组合确定(504)在一吊钩位置处的最大负载能力。建立(506)取决于起重机(10)在可变位置配重(22)和吊钩(28)上的负载之间的平衡的工作状态的目标值。接收(508)中间配重位置的指示，并且针对吊杆组合和中间配重位置来计算(510)使工作状态具有目标值的在所述吊钩位置处的吊钩的负载，以确定中间负载能力。比较(512)中间负载能力与最大负载能力，并且输出(514)最大负载能力和中间负载能力中的较低者。

说明书

技术领域

公开的主题涉及用于计算起重机负载能力图的系统和方法，并且更特别地，涉及计算在可变位置配重在中间配重位置处的情况下的起重机的负载能力图。

背景技术

起重机典型地包括配重，以在起重机提升负载时帮助使起重机平衡。由于负载常常相对于起重机的旋转中心移入和移出，并因而在整个起重机拾取、移动和放置操作中产生不同的负载力矩，所以配重(包括任何额外的配重附件)也可相对于起重机的旋转中心前移和后移是有利的。这样，与在配重必须保持在固定距离处的情况下所需要的量相比，可利用更小量的配重。

起重机包括制造商开发的负载能力图，它规定起重机以给定的吊杆组合可提升的最大重量。因为起重机可以各种各样的具有不同长度的吊杆构件的吊杆组合工作，所以需要大量负载能力图。例如，具有标准吊杆或鹅头伸臂、五种不同长度的吊杆和五种不同的伸臂长度的简单起重机将需要三十个不同的负载能力图。此外，各个负载能力图将需要针对可发生提升的与旋转中心相距的各种距离而计算起重机的负载能力。

当使用可变位置配重时，典型地在可变位置配重处于其最远的延伸度的情况下计算负载能力，因为这将使得起重机的负载能力最大。但是，存在操作者可能不希望可变位置配重延伸到其最大延伸度的情况。例如，在操作者在墙附近操作起重机的情况下，如果起重机要移动至其最远的延伸度的话，则可变位置配重可碰到墙壁。由于这个原因，还针对处于小于最大延伸度的位置处的配重产生负载能力图。起重机可具有从起重机的旋转中心延伸近六十英尺的可变位置配重，但操作者可能关注起重机在配重处于不到六十英尺(诸如五十英尺)的位置处时的负载能力。由于各个位置要求重新计算之前描述的各个负载图，所以选择有限数量的位置来产生负载能力图。可变位置配重具有六十英尺的最大延伸度的起重机可选择三个离散位置来计算负载能力图，从而产生三倍于固定配重的负载能力图。

如果操作者需要在封闭空间内使用起重机，则操作者必须对配重选择小于可用空间但对应于负载能力图上的位置的离散位置，或者使用可用空间，但将提升量限制成针对负载能力图上的离散位置而给出的负载能力。因为选择有限数量的位置来产生负载能力图，所以负载能力图中的中间位置可显著小于可用空间。使用具有六十英尺的最大延伸度和三个离散位置的可变位置配重的之前的示例来计算负载能力图，各个离散位置可隔开二十英尺，在二十英尺延伸度、四十英尺延伸度和最大六十英尺延伸度时有负载图。如果操作者需要将配重限制在五十英尺以内，则他们将需要选择对应于四十英尺的配重位置的负载能力。如果在配重能够延伸以使用所有可用空间的情况下确定负载能力，则这会导致起重机的负载能力显著小于将可用的负载能力。

起重机操作者将更倾向于通过使大量可用中间位置用于计算负载图来最大程度地提高他们的起重机的负载能力。但是，这大大增加了必须保持的纸质图的量、存储在起重机中的数据量以及必须执行的计算次数。因而需要对起重机操作者提供处于大量离散位置的起重机负载能力图，同时限制纸质负载能力图的量、存储在起重机中的数据和所需的计算总次数。

发明内容

实施例包括一种用于确定具有处于中间位置处的可变位置配重的起重机的吊杆组合的负载能力的方法。方法包括确定具有可变位置配重的起重机的吊杆组合，针对吊杆组合确定一吊钩位置处的最大负载能力，建立取决于可变位置配重和吊钩上的负载之间的起重机的平衡的工作状态的目标值，接收中间配重位置的指示，针对吊杆组合和中间配重位置来计算使工作状态具有目标值的在所述吊钩位置处的吊钩的负载，以确定中间负载能力，比较中间负载能力与最大负载能力，以及输出最大负载能力和中间负载能力中的较低者。

在一些实施例中，输出最大负载能力和中间负载能力中的较低者包括在视频显示器上显示最大负载能力和中间负载能力中的较高者。

在一些实施例中，确定吊杆组合包括接收标识吊杆组合的用户输入。在一些实施例中，确定吊杆组合包括通过传感器来检测组成该组合的至少一个构件。

在一些实施例中，确定最大负载能力包括查阅确定的吊杆构造的负载图。

在一些实施例中，工作状态包括后拉索的拉力。

在一些实施例中，计算负载包括对支承可变位置配重的梁的负载力矩、支承桅杆的桅杆铰接件的负载力矩和支承吊杆的吊杆铰接件的负载力矩加和。

另一方面，公开了一种起重机控制系统。起重机控制系统包括：配置成执行计算机可执行指令的处理器；第一输入接口，其与处理器通信且配置成接收中间位置的指示；第二输入接口，其与处理器通信，并配置成接收对应于指示起重机吊杆上的负载和可变位置配重之间的平衡的工作状态的传感器输入；第一输出接口，其与处理器通信，并配置成输出用于控制可变位置配重的位置的控制信号；第二输出接口，其与处理器通信，并配置成输出中间起重机负载能力的指示；以及计算机存储器，其与处理器通信并存储表示负载图的数据和计算机可执行指令，当由处理器执行时，计算机可执行指令使处理器执行功能。功能包括：基于使在第二输入接口处接收到的传感器输入保持在预定值处，来计算用于控制可变位置配重的位置的控制信号；基于在第一接口上接收到的中间配重位置的指示和指示起重机吊杆和可变位置配重之间的平衡的工作状态的已知值，来计算中间起重机负载能力；比较中间起重机负载能力与针对吊杆组合由负载图指示的负载能力；以及在第二输出接口上输出中间负载能力和由负载图指示的负载能力中的较低者的指示。

在一些实施例中，传感器输入配置成接收后拉索中的应变仪的输出。

在一些实施例中，计算中间起重机负载能力包括对支承可变位置配重的梁的负载力矩、支承桅杆的桅杆铰接件的负载力矩和支承吊杆的吊杆铰接件的负载力矩加和。

在一些实施例中，系统进一步包括配置成接收吊杆组合的指示的第三输入。

另一方面，公开了一种起重机。起重机包括：上部机构；吊杆，其在第一端处安装到上部机构上且在第二端处具有吊钩；可从上部机构水平地延伸的可变位置配重；配重移动装置，其构造成使可变位置配重相对于上部机构移动；传感器，其配置成测量指示吊钩上的负载和配重之间的平衡的工作状态；以及与促动器和传感器通信的起重机控制系统。起重机控制系统包括：配置成执行计算机可执行指令的处理器；输入，其与处理器通信且配置成接收中间位置的指示；输出，其与处理器通信且配置成输出中间起重机负载能力的指示；以及计算机存储器，其与处理器通信且存储表示负载图的数据和计算机可执行指令，当由处理器执行时，计算机可执行指令使处理器执行功能。功能包括：计算用于促动器的控制信号，控制信号使促动器调节可变位置配重的位置，以使传感器测得的工作状态保持在预定值处；基于在输入上接收到的中间配重位置的指示和指示吊钩上的负载和可变位置配重之间的平衡的预定工作状态，来计算中间起重机负载能力；比较针对吊杆组合由负载图指示的负载能力与中间起重机负载能力；以及在输出上输出由负载图指示的负载能力和中间起重机负载能力中的较低者的指示。

在一些实施例中，起重机进一步包括联接到上部机构上的固定桅杆和在固定桅杆和可变位置配重之间的后拉索，并且传感器是配置成测量后拉索中的张力的应变仪。

在一些实施例中，计算中间起重机负载能力包括对支承可变位置配重的梁的负载力矩、支承桅杆的桅杆铰接件的负载力矩和支承吊杆的吊杆铰接件的负载力矩加和。

在一些实施例中，起重机进一步包括配置成接收吊杆组合的指示的第三输入。

附图说明

图1示出移动式起重机的侧视图。

图2示出图1的移动式起重机的特写视图。

图3示出在附近位置具有配重组件的移动式提升起重机的实施例的侧视图

图4示出用于控制配重的位置的控制系统。

图5示出用于控制配重的位置的方法的流程图。

具体实施方式

现在将进一步描述本公开的实施例。在以下段落中，更详细地限定本公开的不同方面。像这样限定的各个方面可与任何其它方面或多个方面组合，除非以相反的方式明确指示。特别地，被指示为优选或有利的任何特征都可与被指示为优选或有利的任何其它特征或多个特征组合。

虽然所描述的实施例将适用于许多类型的起重机，但将关于在图1中以可操作构造和在图2中以放大视图显示的移动式起重机10来进行描述。移动式起重机10大体包括下部机构12和上部机构13。下部机构12包括呈履带14的形式的可移动式地面接合部件。存在两个履带14，起重机10的任一侧上各有一个，仅可从图1和图2的侧视图中看到其中一个。在起重机10中，地面接合部件可为多组履带，每侧各有一组履带。当然可使用除了显示的那些之外的额外履带，以及其它类型的地面接合部件，诸如轮胎。

上部机构13包括：旋转床24，其具有回转环26，使得旋转床24可围绕轴线相对于下部机构12摆动；呈吊杆16和桅杆18的形式的支承柱；吊杆悬架20；可变位置的配重组件22；以及后拉索21。旋转床24支承枢转地安装在旋转床24的前部部分上的吊杆16；桅杆18在其第一端处安装在旋转床24上；和配重单元22。配重单元22可呈多个成叠堆的在支承部件上的单独的配重部件的形式。

配重单元22可相对于旋转床24的其余部分移动。在起重机10中，旋转床24包括配重支承框架33，它以相对于旋转床24可移动的关系支承可移动配重单元22。配重支承框架33包括沿侧向从配重支承框架33延伸的凸缘。随着配重支承框架32向后延伸，配重单元22在凸缘的表面上移动。容纳配重的配重托盘包括支托在凸缘上的辊子。辊子固定在配重托盘33的顶部上，使得配重托盘悬挂在配重支承33的下方。在起重机10中，配重支承框架构成旋转床24的固定的最后面部分。

配重移动系统连接在旋转床24和配重单元22之间，以便能够使配重单元22朝向吊杆16移动和移动远离吊杆16。配重单元22可在以下两个位置之间移动：其中配重单元22在旋转床20的固定的最后面部分的前面，使得起重机10的尾部摆动由旋转床20的固定的最后面部分支配的位置(如在图3中看到的那样)，和其中配重单元35支配起重机10的尾部摆动的位置(如在图2中看到的那样)。起重机10中的配重移动系统包括由配重支承框架32的后部上的驱动马达和卷筒组成的配重单元移动装置。优选地，配重单元移动装置具有两个间隔开的相同组件，并因而驱动马达驱动两个卷筒。配重单元移动装置的各个组件进一步包括围绕从动滑轮和空转滑轮传送的柔性张力部件。柔性张力部件可为钢丝绳或链条。各个柔性张力部件的两个端部连接到配重托盘上，使得配重单元22可被拉向和拉离吊杆16。优选地，通过在柔性张力部件或钢丝绳的两个端部上具有孔眼和在配重托盘上的连接器中具有孔，而销通过孔眼和连接器，来执行这一点。因而，在起重机10中，配重单元移动装置连接在配重支承框架33和配重单元22之间。

图3示出了配重单元22处于前部位置，而图2则示出了配重单元22处于后部位置，诸如此时大型负载悬挂在吊钩28上，或者吊杆16向前枢转，以使负载从旋转床24进一步延伸。配重单元22的定位由起重机控制器控制，起重机控制器与至少一个传感器耦合，该传感器检测指示由吊钩28上的负载产生的负载力矩和来自配重单元22的负载力矩之间的平衡的工作状态。控制配重移动系统以及还可能控制起重机的其它操作的起重机控制器，接收来自传感器的指示工作状态(诸如吊杆角度、伸臂角度、提升索中的指示吊钩上的负载的张力、后拉索中的指示负载力矩的张力、吊杆提升索具中的指示吊杆和负载的合力矩的张力)的信号，并且基于感测到的工作状态来控制配重单元22的位置。可通过跟踪卷筒的旋转，或者使用缆绳和卷轴组件(未显示)来检测配重单元22的位置。使用这种系统的起重机10将优选地包括计算机可读存储介质，计算机可读存储介质包括收录在其中的程序代码，该程序代码可操作来由计算机处理器执行，以控制配重单元22的位置。

在正常工作中，通过设定由传感器感测到的工作状态的目标值，然后使配重单元22移动，以保持使工作状态保持在目标值处，来控制配重单元22的移动。例如，可使用后拉索21的连支中的应变仪来感测后拉索21中的张力。后拉索21中的张力良好地近似表示吊杆16的负载力矩和配重单元22的负载力矩之间的平衡。在这种情况下感测到的工作状态将是后拉索21中的张力，可将它的值设定为配重的重量值的百分之八十。百分之八十仅仅是示例，并且实施例不受该值限制。

在工作中，配重单元22如图3中显示的那样最初在内部位置处。在配重单元22处于该位置的情况下，后拉索21中的张力最小，并且配重框架33对配重单元22提供大部分支承。当起重机试图进行提升操作时，后拉索21中的张力在不移动配重单元22的情况下提高达到目标值。一旦达到目标值，配重单元22开始移动直到后拉索21中的张力在目标值处的位置。在提升较大负载时，或者在吊杆16延伸更加远离起重机时，配重单元22继续向外移动，直到它达到其最大延伸度。目标值可导致负载能力低于配重单元22在最大延伸度处的实际负载能力。在这种情况下，在负载增大达到实际最大值时，配重单元220将仍然处于最大延伸度处。如果吊钩28上的负载减小，或者吊杆16向内移动，则后拉索21中的张力开始减小，并且配重21向内移动，直到再次达到目标张力为止。目标张力可为恒定值，或者在一些实施例中，目标张力可为取决于配重的位置的预定值。

起重机10的负载能力由起重机10的最大负载力矩和结构负载能力决定。负载力矩是当起重机10提起超过起重机10的倾翻平面的负载时所经历的倾翻力。结构负载能力与起重机10的吊杆16和其它构件的强度有关。起重机10的负载能力受到起重机10的最大力矩和结构负载能力中的较低者的限制。如果起重机10试图进行超过结构负载能力但小于最大负载力矩的提升，则起重机10的结构会发生故障。如果起重机10试图进行在结构负载能力之内的提升但负载力矩超过其最大负载能力，则起重机10将翻倒。起重机10的负载能力图把这两种负载能力都考虑在内。

由于具有可移动配重单元22的起重机10在达到最大负载能力之前将始终使配重22延伸，所以典型地仅仅针对配重22的最大延伸度产生负载能力图。在该位置处，起重机10具有其最高负载能力。在计算负载能力图的过程中，正常过程是计算吊钩28针对给定吊杆16的定向可支承的但不超过最大负载力矩或结构负载能力的最高负载。针对吊杆16的各个定向重复该过程，并且基于吊杆16和任何伸臂的组合，针对吊钩28与上部机构的旋转中心相距的给定距离而大体得出最大负载。在工作期间，根据被提升的负载来调节配重22的位置，从而最终达到配重22的最大延伸度和起重机10的最大负载能力。

但是，产生负载图的新颖方式利用了现有的在配重22的最大延伸度处的负载能力图的计算，以及对配重22位置的调节。代替人工计算配重22的每个中间位置的负载能力图，计算吊钩28上的将致使配重22移动到中间位置以使感测到的工作状态保持在其目标值处的负载。该负载被称为安全工作状态，因为在正常工作期间，配重22在其达到最大延伸度的过程中会经过该位置。

计算使配重22处于中间位置的负载是可在没有大量的计算机资源的情况下被计算的较简单的计算。所有参数都是已知变量，而且待求解的唯一未知的变量就是在吊钩28上的负载。鉴于已知起重机10几何构造和配重22大小，简单地对关于配重梁33、桅杆18和吊杆16的力矩加和进行求解，以获得吊钩28上的产生感测到的参数的目标值的重量。

在一些情况下，吊钩28上的负载可受到结构负载能力而非倾翻力矩的限制。在这些情况下，最大允许的负载能力将小于通过对力矩求和而计算出的负载能力。但是，这些情况在现有负载图中已经考虑到了。如果现有负载图的负载能力小于通过对力矩加和而确定的负载能力，则这表明负载能力受到结构考量而非负载力矩的限制。在这些情况下，使用现有负载图负载能力和计算的负载中的较小者。

在一些实施例中，可使用除了后牵索中的张力之外的工作状态。例如，可在配重框架33上检测到负载力矩，通过响应于吊杆16上的负载力矩的变化而移动配重22来使检测到的负载力矩保持恒定。

图4示出起重机控制系统200的示例性实施例的示意图。起重机控制系统200包括处理单元202和可操作地耦合到处理单元202上的用户界面204。在图4的实施例中，处理单元202和用户界面204显示为单独的物理单元，但在一些实施例中，它们是单个物理单元。处理单元202通过图形接口206可操作地耦合到用户界面204上，图形接口206为诸如视频图形阵列(VGA)连接器、串行连接件、数字视频接口(DVI)、无线数据连接件，或者能够将显示的信息从处理单元202传输到用户界面204的任何其它连接器。显示的信息可直接被传输，或者在一些实施例中，可具有在处理单元202和用户界面204之间的至少一个其它装置。图4的用户界面204包括用于显示信息的液晶显示器(LCD)，但其它显示器类型是可行的，诸如有机发光二极管(OLED)、投影仪、阴极射线管(CRT)、平视显示器(HUD)、等离子显示器、电子墨水显示器和其它显示器。

示例性实施例200进一步包括传感器，诸如可操作地耦合到处理单元202上的长度传感器208。长度传感器208可测量起重机构件的状态，诸如可调节式配重的位置。在图4的实施例中，长度传感器208通过总线210可操作地耦合到处理单元202上。大体上存在其它传感器，诸如可操作地耦合到处理单元上的角度传感器、应变仪和力矩传感器。可使用能够测量起重机的状态的任何类型的传感器，只要它将表示状态的信号传送给处理单元202即可。传感器208可为模拟传感器且传送模拟信号，模拟信号在传送之前可转换成数字信号，信号可为数字信号，或者信号可为在传送之前转换成模拟信号的数字信号。其它传感器212可操作地耦合到处理单元202上，并且执行其它功能，诸如监测吊杆16。其它传感器212对处理单元202提供表示其它信息(诸如吊杆角度或配重构造)的其它信号。至少一个传感器211可操作地耦合到处理单元上，并且测量吊杆上的负载，诸如提升索负载、吊杆上的负载力矩，或者诸如后拉索的起重机构件中的应力。可使用耦合到处理单元202上的多种传感器来确定当前吊杆组合或其它操作参数。在其它实施例中，可通过图形显示器204人工输入操作参数，或者可使用感测到的状态和人工输入的参数的组合来确定吊杆组合。

处理单元202可如图4中显示的那样可操作地直接耦合到传感器208上，或者在一些实施例中，多种构件可在处理单元202和传感器208之间。只要传感器208能够对处理单元202提供表示它正测量的状态的信号，则认为传感器208和处理单元202可操作地耦合。

数据存储单元214可操作地耦合到处理单元202上，并且存储供处理单元202执行的计算机可执行指令。计算机指令使处理单元202执行将在后面更详细地描述的一系列功能。简要地说，计算机可执行指令使处理单元202确定在配重位于最大延伸度处的情况下的针对确定的吊杆构造的第一负载能力，并且计算在配重定位在中间负载能力处的情况下的针对确定的吊杆构造的第二负载能力。

在一些实施例中，通过用户界面204人工输入负载图数据。在其它实施例中，多个移动式起重机负载图存储在数据存储器214中，并且处理单元202基于确定的构造来选择合适的负载图。例如，如果数据存储器214具有基于特定配重位置的三个负载图，则处理单元202将选择对于确定的构造来说有效的负载图。

图5示出用于计算负载图的方法500的流程图。存储在数据存储器214中的计算机可执行指令，可由处理单元202执行，以使起重机控制系统200执行方法500。

方法500以在框502中确定吊杆组合开始。可使用与起重机控制系统200通信的至少一个传感器来自动确定吊杆组合。例如，可通过使用各个起重机构件上的射频识别(RFID)标签来确定吊杆组合。或者在其它实施例中，可通过用户界面204人工输入吊杆组合。例如，用户可使用起重机控制系统200的用户界面204来输入吊杆组合的至少一个特性，诸如吊杆的长度或鹅头伸臂的存在性。或者，在又一些其它实施例中，可使用组合，诸如用户输入吊杆组合且至少一个传感器检测单独的起重机构件。

在框504中，在配重处于其最大延伸度的情况下，针对确定的吊杆组合，针对吊钩位置确定最大负载能力。可通过查阅数据存储器中的负载图数据来确定最大负载能力，或者在其它实施例中，可通过用户界面204人工输入最大负载能力。

在框506中，建立工作状态的目标值。工作状态是依赖于吊钩28上的负载和配重22之间的平衡的状态。在一些实施例中，工作状态是后拉索21中的张力。

在框508中，接收中间配重位置的指示。中间配重位置是针对其计算负载图的位置。操作者人工输入中间配重位置的指示，或者在一些实施例中，可通过与起重机控制器通信的传感器来感测配重的当前位置。

在框510中，计算将导致工作状态具有目标值的在吊钩上的负载。例如，处理单元202可对配重和桅杆的负载力矩加和，并且然后计算将使吊杆具有平衡负载力矩的在吊钩上的重量。

在框512中，比较框510中计算出的负载与起重机的最大负载能力。如果框510中的负载大于起重机的最大负载能力，则这表明负载能力受到结构而非起重机的平衡的限制。为了避免超过起重机的结构负载能力的可能性，在框514中输出框510中计算出的负载和最大负载能力中的较小者。在用户界面204上输出负载能力，以对起重机操作者进行显示，或者在其它实施例中，输出保存到存储器中。

应当理解，对本文描述的当前优选实施例的多种改变和修改对于本领域技术人员来说将是明显的。例如，起重机控制器可与起重机的其它控制系统分开，或者它可与另外的功能性结合。另外，虽然未详细描述，但本领域普通技术人员将认识到，不同的实施例可彼此结合而被使用。