有选择地锁定吊杆升高的载荷监测和控制系统 【技术领域】
本发明涉及起重机的控制，其采用有选择地锁定吊杆升高的载荷监测和控制系统。
背景技术
监测起重机的载荷和依照所检测到的状态控制起重机的系统以及这种系统的部件可以用各种术语表示。包括载荷力矩限制器、额定能力指示器、额定能力(capacity)限制器、载荷指示器、安全载荷指示器、载荷力矩指示器等等。这些中的每一个都可以是监测起重机的载荷以便协助操作者仅在所建议的或所希望的参数之内操作起重机的系统或系统的一部分。为了简洁起见，所有这样的系统在下文都被称为载荷力矩指示器(LMI)系统。
通常，LMI系统接收指示起重机构造的数据，包括诸如吊杆长度、吊杆角度、起重机的外伸叉架或其他支撑基底的构造和尺寸、配重的质量和位置等等这样的因素。LMI还进一步监测各个瞬间起重机的载荷。对于起重机的每个构造，都有适当的能力极限以及幅度变化的载荷的变化极限，其中能力极限包括起重机能够举升或支撑的一定最大容许载荷和起重机运动容许范围。适用于给定构造的起重机的这类参数和/或极限通常被称为用于这种构造的起重机的“能力表”。显然，最大容许载荷和移动范围随起重机构造而变化，表示各种相应“能力表”的数据将结合到起重机的控制器中，以在时时确定起重机是否运行在所希望的极限或范围之内时提供合适的基准。如果检测到不希望的状态，例如在起重机靠近所希望的运行范围的极限时，LMI系统通过编程来抑制或防止起重机在一个或多个方式下的运行。
起重机典型不希望的运行是当操作者企图举起太重的地面载荷时(搁在地面上或其他支撑上的载荷)的情况。载荷可能是“太重”了，因为鉴于例如吊杆的长度和位置、载荷自起重机基底所处的距离以及起重机支撑基底的构造和尺寸，载荷的质量(mass)太大了。在这种情形下，操作者可能考虑企图通过举起起重机的吊杆(操作者通常称之为“吊杆升高”或“吊杆在内”)来弥补该情形，从而移动载荷靠近起重机的支撑基底，由此减少可能趋向于使起重机不稳定的力。
许多起重机没有配备可以防止吊杆升高操作的LMI系统。传统上，包括在这种情形下可以锁定吊杆操作的LMI系统的起重机仅仅在企图举起“太重”载荷的各个情形下锁定吊杆升高。
尽管载荷太重，但是，对操作者来说，即使在这样的状况下可能仍然希望或者必须举起吊杆。即使载荷重，但因为不寻常的运行状况、因为情形紧急等原因，操作者也可能选择举升吊杆。因此，LMI系统通常包括能够使操作者超越或回避操作锁定的超越功能。因而，即使吊杆升高操作被锁定，操作者也可以选择超越锁定，仍然举起吊杆。
这种传统方法即在起重机接近不希望的构造时锁定不希望的操作、但容许操作者超越的方法在一定程度上是令人满意的。但是，具有使操作者习惯性地和太频繁地超越锁定功能的缺陷，由此发展成可以称之为超越习惯。这种情形导致这样的危险，即操作者太容易地和/或太经常地超越锁定功能，而不会充分考虑什么时候可以不希望这样做。因此，不希望鼓励或需要吊杆操作者太频繁地或不必要地超越锁定功能。
因而，通常情况下，先有技术地LMI系统检测到起重机可能接近某种最大载荷状态，并且每次识别这样的状态时反应相同。例如，在欧洲一般采用的EN13000标准要求吊杆升高操作在如上所述情形的情况下被阻止(锁定)，即在由起重机支撑的载荷的质量超出起重机长度、吊杆位置、载荷位置以及用于起重机的支撑基底的尺寸和构造给出的所希望的运行范围的时候被阻止(锁定)。EN13000标准需要操作者在不管什么情形下意图举起吊杆的情况下都超越吊杆升高锁定。在各个情况下，都可能需要操作者进行超越，在所述情况中，这样的操作被检测到，可能会导致如上所述不希望的超越习惯。
【发明内容】
本发明缘于这样的认识，即起重机运行时所检测的相同状态可能是由不同的环境或操作引起。本发明进一步还基于当检测(sensed)到特定状态时可能希望有选择地容许或阻止起重机的特定操作的判断。
本发明提供了一种用于采用LMI系统操作起重机的方法，所述LMI系统在检测到特定状态的时候阻止起重机的操作，但是在该操作可以容易地缓和该状态的同样状态下有选择地容许操作者执行同样的起重机操作。此外，本发明的方法有选择地容许操作者执行这样的操作，即，不必首先执行超越或回避操作。因而，就操作者而言，本发明的方法不会促进不希望的“超越习惯”。因而，如果在起重机运行期间检测到其中起重机靠近其意图或希望的运行范围的极限的特定状态，依照本发明的方法和依照本发明的LMI系统可以有选择地使操作者执行特定的起重机功能，在功能的执行足以有效地使起重机返回到起重机再次在所希望的运行极限之内很好地工作的构造，但当这样的操作达到几乎不希望的企图以规避由LMI系统强加的限制时阻止起重机的同样操作。
【附图说明】
考虑下面本发明特定实施例的详细说明和附带的视图，可以更好地理解本发明，其中
图1是从停放(地面)位置举升载荷的起重机的示意图；
图2是在悬吊位置支撑载荷的起重机的示意图；
图3是依照本发明操作起重机的方法的流程图或逻辑图；
图4是用于解释依照本发明的方法的更详细的流程图或逻辑图；和
图5是用于解释依照本发明的附加方面的另一个流程图或逻辑图。
【具体实施方式】
图1示意地显示了起重机10。起重机包括通常支撑在例如一对轮子14上的基底12。各种起重机可以支撑在轨道式运输装置上。在举升操作期间，许多起重机采用例如外伸叉架15、15′，用以为起重机、配重(未显示)等提供更宽和更稳定的支撑基底。起重机的其他构造是已知的，本发明不局限于示意地显示的例子。
起重机通常包括吊杆16，所述吊杆16在位置17附近可枢转地连接于起重机基底，其可以由举升缸18举起和降下。众所周知，缸18由液压装置操作。起重机提供有索缆20用以举升载荷，载荷在图1中以附图标记L表示。通常提供一吊钩(未显示)用以接合载荷，通过经由动力绞车(未显示)以众所周知的方式收放索缆20而举起和降下载荷。
许多起重机包括载荷力矩指示器(LMI)系统，用于控制起重机的运行，尤其是用于确保起重机在载荷及起重机特定构造的其他参数的范围之内运行。如上所述，LMI系统通常接收表示起重机构造的数据，包括诸如吊杆长度、起重机的支撑基底的构造、配重的质量和位置等等这样的因素。表示适当的“能力表”的数据结合到LMI系统的控制回路或软件中，由此建立所希望的运行参数。LMI系统还进一步包括各种型式的传感器，用以监测起重机的运动以及确定起重机各个点上的应力和载荷，从而确定任何瞬间的运行状况。传感器一般包括吊杆角度传感器、吊杆长度传感器、与举升缸相联的压力传感器或者与吊杆尖端槽轮相联的、用以间接地测量吊钩上的载荷的载荷销、或者与吊杆相联的、用以直接地测量载荷的载荷元件。
如果起重机的载荷太大，或者载荷的位置使起重机接近基于与控制器相关的可适用数据的运行参数的极限的程度，LMI通常以可以操作起重机的方式强加限制，从而确保起重机在这样的参数之外不能进一步操作。如果接近所述极限，LMI系统通常以防止起重机操作(“锁定”)作为反应，这样的操作会导致起重机更接近运行极限。
图1显示了平衡(poised)以从可能地面22举升载荷L的起重机。在任何企图通过收起索缆20或通过经由举升缸18举起吊杆16以举升载荷时，载荷L的质量和位置足以使起重机不稳定，或许会导致起重机倾倒。LMI系统可检测到在各种方式下起重机什么时候接近这样的状态。例如，与起重机的轮轴24和26相联的传感器可以确定在轮轴26上存在较大的载荷以及在轮轴24上存在较小的载荷，则表示起重机承受的载荷如果增加的话，可能会使起重机向前倾倒。如果采用外伸叉架15、15′，传感器可以确定外伸叉架15和15′上的相关载荷，由此提供类似的指示。与缸18相联的压力传感器可用来测量吊杆上的向下压力，控制器可以确定对于给定的吊杆长度和起重机支撑基底的已有构造，该压力是否过大。
如果确定起重机接近运行极限，LMI通常将操作以锁定任何具有容许起重机更靠近该极限的效果的功能。在所描述的情形下，LMI系统可以锁定任何用于收起索缆20或举起吊杆16的进一步操作。阻止索缆20收起，就防止了操作者继续进一步实施通过卷起索缆20举升载荷。操作者可能企图通过举起吊杆16减少施加于起重机的力矩。举起吊杆16将趋向于使载荷L被带至更靠近起重机基底的位置。由此减少可能趋向于使起重机不稳定或倾倒的力和力矩。
但是，在所描述的情形下(企图举升地面载荷)，如此举起吊杆通常是考虑不周的，通常应当被禁止。可以提供如上所述的超越功能，以能够使操作者在紧急情况下或其他例外的运行状况下执行吊杆升高操作。但是，在这些情形下阻止吊杆升高操作往往是所希望的。
图2示意地显示了一起重机，其基本上类似于图1中的起重机，其中载荷L用索缆20悬吊在侧向离起重机支撑基底一段距离处。如果载荷L的质量和位置在起重机的正常运行参数之内，则操作正常进行，容许进行所有的起重机功能。
但是，如果载荷L太大，或者其侧向位置距离起重机支撑基底太远以致于起重机接近运行极限，传统上，LMI系统将以同样方式作出反应，锁定会趋向于使起重机被带至更靠近这样的极限的功能。因而，收起索缆20以举升载荷L的功能以及举起吊杆16以举升载荷的功能将被LMI锁定。这可以是或可以不是在这样的情形下应当明确做的。
例如，或许在举起载荷L的过程中，载荷在某个固定物体处被阻挡。当载荷被阻挡时，吊杆的任何举起或者索缆20的任何卷入都会遭遇增加的阻力，致使起重机接近运行极限。在该情形下，锁定通过举起吊杆或通过收起更多的索缆来进一步举起载荷是适当的且所希望的。
但是，假定支撑载荷L的吊杆16最初位于图2中虚线所画的标记为16′的位置。随后，或许吊杆可能下降至图2中实线所示的位置。因此，载荷L被移至侧向上进一步远离起重机支撑基底的位置。因此，如果载荷L的质量足够大，在该延伸更多的位置由载荷施加的力可能会造成起重机靠近其能力极限以支撑这样的载荷的情形。换句话说，起重机将靠近离开起重机基底距离的极限，在该极限，它可以瞬时支撑吊钩上的该幅度的载荷。在这种情形下由LMI检测到的状态与图1中所述情形下由LMI所检测的状态相同，并且与如上所述一固定物体阻挡载荷时所检测的状态相同。在传统LMI系统中，结果也是相同的，即，吊杆升高功能和收起更多索缆的功能将被锁定。
但是，在图2所描述的这种情形下，其中吊杆16下降是起重机接近其所希望的操作范围的极限的原因，切合实际的是，甚至所希望的是，容许操作者仅仅反向操作、举起吊杆，因而缓和该状态。依照本发明，正如下面将要更加详细地描述的，在图2所描述的情形下，应当容许操作者反向操作，举起吊杆16(这将具有使载荷L返回至早先位置的效果，在早先位置，起重机在其运行参数之内很好地工作)，并由此消除该状态。
依照在先已知的LMI系统，操作者可以通过首先超越或回避吊杆升高功能的锁定来实现。这是不希望的，至少有两个原因。首先，它延迟了操作者可以通过举起吊杆使之到达原先位置以便有效地解除所检测的状态的时间。第二，容许操作者只是在首先行使超越功能之后才能执行所希望的操作，有助于形成如上所述的不希望的超越习惯。更适当的且和更希望的是，容许操作者在没有必须超越系统控制的情况下执行所希望的功能，但需要操作者在其他情形下行使超越或回避功能，在所述的其他情形下，操作者应当自觉地意识到执行也许可能会引起起重机在由控制器中的数据限定的极限之外进行操作的情形的功能或程序的任何决定。
已知的起重机操作或控制方法不能区别如上所述的情形(所检测到的相同状态)，这些状态引起截然不同的后续手段。本发明提供了一种用于操作和控制起重机的方法，用以在起重机接近所希望的操作范围的指定极限的状态下，根据该状态的实际原因，有选择地容许或阻止特定操作。
图3是大体上描述了依照本发明的用于操作起重机的方法的逻辑流程图。在运行期间，如步骤30所示，与起重机相联的LMI系统连续地监测起重机的操作，用于确定起重机是否靠近其接近指定运行参数极限的构造。这在流程图中简写称为确定起重机是否接近“过载”。在如图1-2示意性所示的起重机实施例中，监测器可以设置为用以确定点24和26处(或支撑外伸叉架15、15′上或其他支撑点或稳固点处，如果存在)的相应支撑载荷。监测器通常设置为用以确定起重机的构造、配重的质量和位置、吊杆16的长度和角度、索缆20上的载荷以及其他可以指示起重机运行在正常参数之内或者接近那些参数的极限的因素。如果传感器指示起重机在正常运行范围之内(即，没有“过载”)，则容许举起吊杆16(吊杆升高功能)，如步骤32所示。
另一方面，如果起重机靠近其运行范围的极限，LMI控制器的正常反应应当是锁定诸如吊杆升高这样的功能。但是，依照本发明，首先要确定的是该状态是否是企图举起地面载荷的结果，如步骤34所示。假定操作者没有行使超越或回避功能，如果引起该状态的操作是企图举起地面载荷，则LMI系统将锁定吊杆升高操作，如图3中步骤38所示。确定是否加入回避或超越功能，如步骤36所示。如果操作者没有加入回避功能，则吊杆升高功能将被锁定，如步骤38所示。如果操作者确定不管所检测的状态如何都希望执行吊杆升高功能，则加入回避功能，吊杆升高功能将被容许，如步骤32所示。
结果，在所检测的状态通常会导致控制器阻止吊杆升高操作的情况下，依照本发明的起重机的操作方法将有选择地容许或阻止吊杆升高操作。这促进了起重机的有效运行，不会鼓励或助长起重机操作者的超越习惯。
图4更加详细地描绘了依照本发明的起重机的操作方法。如上所述，在步骤30，对于起重机接近其所希望的运行范围的极限的状态，连续监测起重机的运行。如果没有检测到这样的状态，则容许吊杆升高操作，如步骤32所示。
如果检测到这样的状态，依照本发明，则确定该状态的原因。在步骤40，确定起重机的在检测到紧接该状态之前执行的最后功能是否是吊杆下移操作(降下吊杆)。这可以例如通过与起重机相联的吊杆角度传感器的连续读数、通过与用于吊杆升高和吊杆下移操作的控制器相联的传感器、或者通过用于识别或指示实际吊杆位置或吊杆位置变化的任何其他传感器或传感器组合来确定。
如果在步骤40确定最后功能是吊杆下移，则进一步确定载荷是否摆动，如步骤42所示。这可以例如通过与载荷相联、与载荷吊钩相联、与索缆20相联的运动传感器或者通过任何其他用于指示载荷存在运动的适当装置来实现。如果载荷摆动或进行其他移动，则它没有被搁在地面或其他表面上。
如果确定载荷摆动，则在步骤44进一步确定起重机上的载荷是否增加。这可以通过例如与索缆20相联、与支撑载荷的吊钩相联的应变仪或其他传感器、通过与用于收起索缆20的卷筒或滚筒(未显示)相联的力传感器或功率传感器、通过与吊杆结构相联的测量仪表、或任何其他适当装置来确定。如果载荷增加，则表示正在企图举起地面上的载荷。如果不存在载荷的任何实质变化，则表示载荷已经被起重机悬吊起来。
在这些情形下，包括最后功能是吊杆下移、载荷摆动或移动以及载荷没有增加，可以安全地推断，所检测到的状态是吊杆下移功能的结果。在该情况下，所希望的是容许操作者执行吊杆升高功能，以反向操作，解除该状态，从而确保起重机保持在所希望的运行极限之内。所希望的是在不需要操作者执行超越功能的情况下进行这些操作，从而尽可能地延迟可以实现该所希望的结果的操作。因而，依照本发明，吊杆升高操作将被容许，如图4中步骤32所示。
如果不满足上述状态，则正常的操作方案应当是当检测到起重机靠近运行极限时，锁定吊杆升高操作，如步骤38所示。在步骤40，如果最后功能不是吊杆下移操作，或者如果在步骤42确定载荷没有摆动，或者如果在步骤44确定载荷在增加，则吊杆升高操作将被锁定，如步骤38所示，以便防止操作者在这些情形下执行通常会考虑不周的操作。在各个情况下，首先确定操作者是否有意识地、慎重地执行回避或超越操作，分别如步骤46、48和50所示。如果没有加入超越，则吊杆升高仍然保持锁定。如果操作者已经有意识地决定不管所检测的状态如何都要举起吊杆，并且已经加入回避功能，则吊杆升高功能将被容许，如步骤32所示。
以上讨论已经集中到起重机由于吊钩上的载荷而靠近运行极限的情形。但是，应当明白，这类情形也可能在吊钩上没有载荷的情况下出现。在许多起重机构造中，所允许的载荷能力在低吊杆角度下很小。诚然，某些起重机对于某些起重机的构造来说会出现所允许的载荷能力在某一最小吊杆角度以下为零的情况，因为吊杆质量本身足以致使起重机接近其运行范围极限。如果操作者将吊杆下移至一不允许的低吊杆角度，则LMI系统控制器将锁定吊杆功能，尽管吊钩上没有载荷。本发明构思并解决了该情形。图5是另一个流程逻辑图，其解释了本发明的操作，包括这个后面所述的情形。
图5中对应于图3和图4的部分标记相同，并且是一样的。发明的这些方面以与参照图4和图3如上所述的同样的方式起作用，这里不再描述。
如上所述，在步骤30，确定运行中的起重机是否接近其所希望的运行范围的极限。如果是，则在步骤52再确定起重机的吊杆是否在所希望的运行范围之外，即确定对于此刻的起重机构造，吊杆是否在最小吊杆角度以下。如果在所希望的范围之外，下一步就可以按照惯例锁定吊杆功能。但是，在步骤54，首先确定最后操作是否是吊杆下移。如果最后操作是吊杆下移，则依照本发明的LMI系统的控制器将容许吊杆升高操作，因为这样做能够使操作者迅速地反向操作，使起重机返回不再接近其运行极限的构造。操作者可以在没有任何与加入超越功能相关的延迟的情况下实现这个功能，不会助长如上所述不希望的超越习惯。
另一方面，如果最后功能不是吊杆下移操作，则吊杆升高功能正常情况下将被锁定，如步骤38所示。但是，首先在步骤56要确定操作者是否已经加入了回避功能。如果没有加入，则吊杆升高仍然保持锁定。
因而，依照本发明，用于操作起重机和控制起重机的方法不仅仅包括检测不希望的状态，例如在起重机接近其所希望的运行范围的极限时的状态。本发明的方法进一步还包括确定该状态的原因的步骤。根据所识别的起重机状态及其原因，控制起重机的操作，以致在一方面，根据这样的操作是否预计很快消除该不希望的状态，而有选择地容许或阻止起重机的进一步操作，或者另一方面，使起重机更靠近或超过其运行范围的所希望的极限。
本发明不局限于所示的和所描述的特定实施例和方法，其仅由下面的权利要求的范围来限定。