一种输电线路张力自动调整吊升方法及系统、装置

技术领域

本发明涉及电力施工技术领域，具体涉及一种输电线路张力自动调整吊升方法及系统、装置。

背景技术

输电线路铁塔是输变电用的塔状建筑物，线路铁塔属于空间桁架结构，杆件主要由单根等边角钢或组合角钢组成，整个铁塔由角钢、连接钢板和螺栓组成，在组塔施工及检修过程中，杆件及施工机具多采用吊升方式进行，若采用人工携带方式则存在较大的作业风险。

目前现有的电力铁塔吊升装置多是大型起吊设备，在山地、丘陵等复杂地区，大型机械设备无法进入，若采用小型电动绞磨，被吊升货物沿角钢塔的吊升轨迹无法控制，吊升稳定性无法保证，容易造成杆件及施工机具等被吊升货物与铁塔发生碰撞，对铁塔、被吊杆件及施工机具造成破坏，严重时会影响塔上作业人员安全。且现有的吊升多采用人力控制吊升设备，尚没有形成完全的自动化吊升作业。

发明内容

为解决现有技术中吊升多采用人力控制吊升设备，吊升稳定性无法保证，容易造成杆件及施工机具等被吊升货物与输电铁塔发生碰撞的问题，本发明提供了一种输电线路张力自动调整吊升方法，包括：

获取输电铁塔主塔腿上被吊升货物的作业位置、以及在所述作业位置处与各伺服张力吊升设备连接的绳索的实际张力值；

基于各绳索的实际张力值与所述作业位置处各绳索的理想张力值，调整与所述各绳索连接的伺服张力吊升设备伺服电机的转速；

所述绳索的理想张力值：基于输电铁塔信息、被吊升货物的质量、被吊升货物的作业位置和所述各伺服张力吊升设备的位置，利用吊升力学模型进行计算得到。

优选的，所述各绳索的理想张力值的计算包括如下步骤：

在预先构建的三维坐标系中：确定各伺服张力吊升设备的坐标；基于所述输电铁塔信息中主塔腿长度、主塔腿倾斜角度、被吊升货物距主塔腿的距离确定被吊升货物在各作业位置的坐标；

基于被吊升货物在各作业位置的坐标、各伺服张力吊升设备的坐标和被吊升货物质量，利用吊升力学模型分别计算被吊升货物在各作业位置时，各绳索的理想张力值；

所述吊升力学模型包括：基于被吊升货物的质量、加速度、主塔腿倾斜角度、被吊升货物在各作业位置的坐标和各伺服张力吊升设备的坐标，确定所述被吊升货物吊升到各作业位置时各绳索的理想张力值。

优选的，所述各伺服张力吊升设备至少包括：一个第一伺服张力吊升设备和两个对称设置于所述第一伺服张力吊升设备两侧的第二伺服张力吊升设备；

与所述第一伺服张力吊升设备连接的绳索对被吊升货物提供吊升力T1；

与所述第二伺服张力吊升设备连接的绳索对被吊升货物提供牵拉张力T2和T3。

优选的，所述三维坐标的构建包括：

以输电铁塔主塔腿塔顶垂向地面为z轴，与地面的交点为原点；

以所述原点与所述第一伺服张力吊升设备所在位置的连线为y轴；

以经过原点且垂直于y轴的线为x轴，构建三维坐标；

将各伺服张力吊升设备和被吊升货物投影在所述三维坐标，得到对应的坐标值；

其中，所述牵拉张力T2和T3沿y轴对称。

优选的，所述吊升力学模型如下式：

T2x＝-T3x

T2y＝T3y

T2z＝T3z

T1*sinθ＝2*T2y

T1*cosθ-2T2z-G＝ma

式中，T2y为牵拉张力T2沿y轴方向的张力，T3y为牵拉张力T3沿y轴方向的张力，G为被吊升货物的重力，m为被吊升货物质量，a为被吊升货物加速度,θ为主塔腿倾斜角度，T2z为牵拉张力T2沿z轴方向的张力，T3z为牵拉张力T3沿z轴方向的张力,T3x为牵拉张力T3沿x轴方向的张力，T2x为牵拉张力T2沿x轴方向的张力。

优选的，所述牵拉张力T2沿y轴方向的张力T2y按下式计算：

T2y＝T2*sin(α)*sin(β)

式中，α为与其中一侧的第二伺服张力吊升设备连接的绳索相对于z轴的夹角，β为其中一侧的第二伺服张力吊升设备与原点连线相对于x轴的夹角，(x1，y1，0)为其中一侧的第二伺服张力吊升设备的坐标，(0，yj，zj)为被吊升货物坐标。

优选的，所述牵拉张力T2沿z轴方向的张力T2z按下式计算：

T2z＝T2*cos(α)

优选的，所述被吊升货物坐标按下式计算：

yj＝(L-L’)*sinθ+a*cosθ

zj＝L’*cosθ+a*sinθ

式中，L为主塔腿长度，L’为吊升过程中地面到被吊升货物作业位置在主塔腿上的长度，yj为被吊升货物作业位置在y轴的坐标值，zj为被吊升货物作业位置在z轴的坐标值。

优选的，所述基于各绳索的实际张力值与所述作业位置处各绳索的理想张力值，调整与所述各绳索连接的伺服张力吊升设备伺服电机的转速，包括：

当各绳索的实际张力值均等于所述作业位置处各绳索的理想张力值时，所有伺服张力吊升设备伺服电机的转速均不调整；

当存在绳索的实际张力值小于所述作业位置处绳索的理想张力值时，增大与所述绳索连接的所述伺服张力吊升设备伺服电机的转速；

当存在绳索的实际张力值大于所述作业位置处绳索的理想张力值时，减小与所述绳索连接的所述伺服张力吊升设备伺服电机的转速。

基于同一发明构思本发明还提供了一种输电线路张力自动调整吊升系统，包括：

获取模块，用于获取输电铁塔主塔腿上被吊升货物的作业位置、以及在所述作业位置处与各伺服张力吊升设备连接的绳索的实际张力值；

调整模块，用于基于各绳索的实际张力值与所述作业位置处各绳索的理想张力值，调整与所述各绳索连接的伺服张力吊升设备伺服电机的转速；

其中，所述绳索的理想张力值：基于输电铁塔信息、被吊升货物的质量、被吊升货物的作业位置和所述各伺服张力吊升设备的位置，利用吊升力学模型进行计算得到。

优选的，所述调整模块包括：

判断子模块，用于判断各绳索的实际张力值与所述作业位置处与各绳索的理想张力值的大小，并将判断结果传输至转速调整子模块；

所述转速调整子模块，用于当判断结果为各绳索的实际张力值均等于所述作业位置处各绳索的理想张力值时，向所有伺服张力吊升设备伺服电机下发不调整指令；当判断结果为存在绳索的实际张力值小于所述作业位置处绳索的理想张力值时，向与所述绳索连接的所述伺服张力吊升设备伺服电机下发增大转速指令；当判断结果为存在绳索的实际张力值大于所述作业位置处绳索的理想张力值时，向与所述绳索连接的所述伺服张力吊升设备伺服电机下发减小转速指令。

基于同一发明构思本发明还提供了一种输电线路张力自动调整吊升装置，包括：固定结构、多个伺服张力吊升设备、多根绳索和调整模块；

所述固定结构设置于输电铁塔主塔腿顶部，将至少一个伺服张力吊升设备设置于所述固定结构下方，距输电铁塔主塔腿一定距离处；其余伺服张力吊升设备对称分布在所述至少一个伺服张力吊升设备的两侧；

各绳索的一端分别与一个伺服张力吊升设备连接，另一端与被吊升货物连接；与所述至少一个伺服张力吊升设备连接的绳索穿过固定结构；

所述调整模块与所述多个伺服张力吊升设备通讯连接，用于基于被吊升货物在某一作业位置处时，各绳索的实际张力值与所述作业位置处的理想张力值制定调整指令，并向各伺服张力吊升设备伺服电机下发调整指令，调整各伺服张力吊升设备的伺服电机的转速；

所述绳索的理想张力值：基于输电铁塔信息、被吊升货物的质量、被吊升货物的作业位置和所述各伺服张力吊升设备的位置，利用吊升力学模型进行计算得到。

优选的，所述调整模块包括：

判断子模块，用于判断各绳索的实际张力值与所述作业位置处与各绳索的理想张力值的大小，并将判断结果传输至转速调整子模块；

所述转速调整子模块，用于当判断结果为各绳索的实际张力值均等于所述作业位置处各绳索的理想张力值时，向所有伺服张力吊升设备伺服电机下发不调整指令；当判断结果为存在绳索的实际张力值小于所述作业位置处绳索的理想张力值时，向与所述绳索连接的所述伺服张力吊升设备伺服电机下发增大转速指令；当判断结果为存在绳索的实际张力值大于所述作业位置处绳索的理想张力值时，向与所述绳索连接的所述伺服张力吊升设备伺服电机下发减小转速指令。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明提供了一种输电线路张力自动调整吊升方法及系统，包括：获取输电铁塔主塔腿上被吊升货物的作业位置、以及在所述作业位置处与各伺服张力吊升设备连接的绳索的实际张力值；基于各绳索的实际张力值与所述作业位置处各绳索的理想张力值，调整与所述各绳索连接的伺服张力吊升设备伺服电机的转速；所述绳索的理想张力值：基于输电铁塔信息、被吊升货物的质量、被吊升货物的作业位置和所述各伺服张力吊升设备的位置，利用吊升力学模型进行计算得到。本发明采用吊升力学模型计算得到被吊升货物在各作业位置时各绳索的理想张力值，通过调整各伺服张力吊升设备伺服电机的转速，将各绳索的实际张力值调整至理想张力值，避免了人力控制吊升设备，实现了对各伺服张力吊升设备的全自动化控制，保证了吊升的稳定性，同时解决了杆件及施工机具等被吊升货物与输电铁塔发生碰撞的问题。

2、本发明还提供一种输电线路张力自动调整吊升装置，该输电线路张力自动调整吊升装置可以实现本发明的输电线路张力自动调整吊升方法对被吊升货物进行吊升，并且对被吊升货物进行吊升作业采用的是将多个伺服张力吊升设备进行现场组装的方式实现，其中每个伺服张力吊升设备小方便携带，克服了大型起吊设备，在山地、丘陵等复杂地区无法进入的问题。

附图说明

图1为本发明的输电线路张力自动调整吊升方法流程图；

图2为本发明的吊升力学模型主视图；

图3为本发明的吊升力学模型侧视图；

图4为本发明的吊升力学模型高度换算图；

图5为本发明的吊升力学模型计算得到的T1张力值随各个作业位置的变化示意图；

图6为本发明的吊升力学模型计算得到的T2张力值随各个作业位置的变化示意图；

图7为本发明的三个伺服张力吊升设备自动调整吊升系统示意图；

图8为本发明的三个伺服张力吊升设备吊升作业流程图。

具体实施方式

现有技术中吊升设备为大型设备，对山地等特殊地形无法进入，导致作业施工无法进行，且现有吊升设备在吊升过程中的吊升张力值多是通过人工控制，参入了人为因素导致吊升的稳定性无法保证，容易造成杆件及施工机具与角钢塔发生碰撞，对铁塔、被吊杆件及施工机具造成破坏，严重时会影响塔上作业人员安全。

为保证被吊物体始终沿脱离输电铁塔主塔腿一定距离起吊上升，本发明通过对吊升过程中的被吊物体进行力学模型建模，得到了各个绳索随起升高度及脱塔距离变化的吊升力学模型，进而求得各绳索在起吊过程中张力变化曲线，为后续控制系统起吊被吊升货物提供了计算张力值，由起吊过程中各个伺服张力吊升设备检测绳索实际张力值及位移值的大小，将实际张力值与吊升力学模型计算得到的各作业位置各绳索对应的理想张力值进行比较，通过伺服控制系统的恒张力控制模式不断调整各个伺服电机转速，使得各绳索的实际张力值与吊升力学模型计算得到的各绳索的理想张力值保持恒定，当受外部载荷影响时，系统能够实现自动纠偏。通过测定实际起吊过程中的绳索的位移值与已设定作业位置进行比较，实现整个作业位置的自动到达及判定。

实施例1：

本发明公开了一种输电线路张力自动调整吊升方法，如图1所示，包括：

步骤1：获取输电铁塔主塔腿上被吊升货物的作业位置、以及在所述作业位置处与各伺服张力吊升设备连接的绳索的实际张力值；

步骤2：基于各绳索的实际张力值与所述作业位置处各绳索的理想张力值，调整与所述各绳索连接的伺服张力吊升设备伺服电机的转速；

所述绳索的理想张力值：基于输电铁塔信息、被吊升货物的质量、被吊升货物的作业位置和所述各伺服张力吊升设备的位置，利用吊升力学模型进行计算得到。

其中，步骤1：获取输电塔主塔腿上被吊升货物的作业位置、以及在所述作业位置处与各伺服张力吊升设备连接的绳索的实际张力值，具体内容如下：

由伺服张力吊升设备中的旋转编码器根据伺服电机的转速和转动的圈数确定吊升过程中地面到被吊升货物在主塔腿上的移动距离，通过这个移动距离、主塔腿的长度，主塔腿倾斜角度计算被吊升货物的坐标，并由伺服张力吊升设备中的力传感器测的张力值作为被吊升货物在该作业位置时与该伺服张力吊升设备连接的绳索的实际张力值。

步骤2：基于所述与各伺服张力吊升设备连接的绳索的实际张力值与所述作业位置处与各伺服张力吊升设备连接的绳索的理想张力值，调整所述各伺服张力吊升设备伺服电机的转速，具体内容如下：

与各伺服张力吊升设备连接的绳索的理想张力值是将输电铁塔信息、被吊升货物信息和各伺服张力吊升设备的位置，输入到预先构建的吊升力学模型得到的，这里各伺服张力吊升设备的位置是指在三维坐标中的坐标。

吊升力学模型的构建，包括：

以输电铁塔的主塔腿塔顶垂向地面为z轴，以z轴与地面的交点为原点，将原点与位于中间位置的伺服张力电机所在位置的连线为y轴，以经过原点且垂直于y轴的线为x轴，构建xyz三维坐标，并确定各伺服张力吊升设备在三维坐标中的位置；

基于被吊升货物的质量和重力，以及所述伺服张力吊升设备在三维坐标中的位置结合力学平衡原理构建吊升力学模型。由构建的吊升力学模型计算得到与各个伺服张力吊升设备连接的绳索在被吊升货物脱离主塔腿一定距离下，吊升到不同高度的理想张力值，确定整段起吊高度的各个作业位置对应的绳索的理想张力值，得到各绳索在起吊过程中张力变化曲线。

由各个伺服张力吊升设备结合绳索构建一种输电线路张力自动调整吊升系统，将各个作业位置对应的与各伺服张力吊升设备连接的绳索的理想张力值及吊升作业位置输入到吊升系统中，根据各作业位置对应的各绳索的理想张力值和实际张力值调整各伺服张力吊升设备伺服电机的转速，使得各绳索的实际张力值与理想张力值保持一致，实现对被吊升货物的自动调整吊升，整个吊升过程完全由吊升系统及后台程序实现，无需人为操作。

起吊过程中各个伺服张力吊升设备中的力传感器检测与之相连的绳索实际张力值及位移值的大小，将实际张力值与该作业位置对应的理想张力值进行比较，通过第一伺服张力吊升设备的恒张力控制模式不断调整各个伺服张力吊升设备中的伺服电机转速，使得实际张力值与理想张力值保持恒定，当受外部载荷影响时，吊升系统能够实现自动纠偏。通过测定实际起吊过程中的位移值与已设定作业位置进行比较，实现整个作业位置的自动到达及判定。

实施例2：

一种输电线路张力自动调整吊升系统中各个构件均可拆分运输，到达作业现场后能够快速组装，这里的构件包括各伺服张力吊升设备、多根绳索、固定结构和调整模块，在复杂山地及丘陵地区均能够实现快速机动化作业，无作业地形条件限制。

固定结构固定于输电铁塔主塔腿顶部；

伺服张力吊升设备的数量与绳索的数量相同,且分别对应连接。

各伺服张力吊升设备至少包括：至少一个第一伺服张力吊升设备和多个对称设置于所述第一伺服张力吊升设备两侧的第二伺服张力吊升设备；

与第一伺服张力吊升设备连接的绳索对被吊升货物提供吊升力T1；

与第二伺服张力吊升设备连接的绳索对被吊升货物提供牵拉张力T2和T3；

与第一伺服张力吊升设备连接的绳索穿过固定结构与被吊升货物连接；

调整模块基于多个伺服张力吊升设备测得的被吊升货物的作业位置、与各伺服张力吊升设备相连的绳索的张力值，及作业位置处的理想张力制定调整指令，并向各伺服张力吊升设备伺服电机下发调整指令。

这里的固定结构可以采用一个带孔杆，该带孔杆一端固定在输电铁塔主塔腿顶部，与第一伺服张力吊升设备连接的绳索穿过该带孔杆的孔内，也可以采用一个杆与定滑轮配合的形式，即杆一端通过螺栓固定在输电铁塔主塔腿顶部，另一端通过螺栓固定定滑轮，与第一伺服张力吊升设备连接的绳索缠绕在该定滑轮上。当各伺服张力吊升设备包括，一个第一伺服张力吊升设备和两个第二伺服张力吊升设备时，将第一伺服张力吊升设备作为中间设备，另外两个第二伺服张力吊升设备对称分布在中间设备两侧。

当各伺服张力吊升设备包括，两个第一伺服张力吊升设备和两个第二伺服张力吊升设备时，将两个第一伺服张力吊升设备作为中间设备，另外两个设备对称分布在中间设备两侧。

这里的第二伺服张力吊升设备的数量必须为偶数个，第一伺服张力吊升设备的数量可以为偶数个，也可以为奇数个。

基于被吊升货物的质量、各伺服张力吊升设备的坐标、各伺服张力吊升设备伺服电机的转速结合力学平衡原理构建吊升力学模型，包括：

与位于中间位置的第一伺服张力吊升设备连接的绳索沿y轴方向的张力与对称设置在两侧的第二伺服张力吊升设备连接的绳索沿y轴方向的张力之和满足力学平衡原理；

与位于中间位置的第一伺服张力吊升设备连接的绳索沿z轴方向的张力减去对称设置在两侧的与第二伺服张力吊升设备连接的绳索沿z轴方向的张力、被吊升的质量与加速度的乘积满足力学平衡原理；

由满足力学平衡原理的沿y轴和z轴方向的力构建吊升力学模型。

吊升力学模型如下式所示：

T2x＝-T3x

T2y＝T3y

T2z＝T3z

T1*sinθ＝2*T2y

T1*cosθ-2T2z-G＝ma

式中，T2y为牵拉张力T2沿y轴方向的张力，T3y为牵拉张力T3沿y轴方向的张力，G为被吊升货物的重力，m为被吊升货物质量，a为被吊升货物加速度,θ为主塔腿倾斜角度，T2z为牵拉张力T2沿z轴方向的张力，T3z为牵拉张力T3沿z轴方向的张力,T2x为牵拉张力T2沿x轴方向的张力。

其中，牵拉张力T2沿y轴方向的张力T2y按下式计算：

T2y＝T2*sin(α)*sin(β)

牵拉张力T2沿z轴方向的张力T2z按下式计算：

T2z＝T2*cos(α)

将牵拉张力T2沿y轴方向的张力T2y和牵拉张力T2沿z轴方向的张力T2z的计算式带入吊升力学模型得到下式：

式中，T1为与位于中间位置的第一伺服张力吊升设备连接的绳索的张力值，(x1，y1，0)为其中一侧的第二伺服张力吊升设备的坐标，T2为与其中一侧的第二伺服张力吊升设备连接的绳索的张力值，T3为与另一侧的第二伺服张力吊升设备连接的绳索的张力值，(0，yj，zj)为被吊升货物坐标，G为被吊升货物重力，m为被吊升货物质量，a为被吊升货物加速度,θ为主塔腿倾斜角度。这里被吊升货物的加速度是在被吊升货物在一个作业位置停止后，运动到另一个作业位置时，由启动到匀速运动产生的加速度，正常运行时为匀速运动，加速度为零。

被吊升货物坐标按下式计算：

yj＝(L-L’)*sinθ+a*cosθ

zj＝L’*cosθ+a*sinθ

式中，L为主塔腿长度，L’为吊升过程中地面到被吊升货物在主塔腿上的长度，yj为被吊升货物在y轴的坐标值，zj为被吊升货物在z轴的坐标值。这里的L’可通过伺服张力吊升设备中的旋转编码器根据伺服电机的转速和转动的圈数乘积确定。

判断每个作业位置处与伺服张力吊升设备连接的绳索的实际值与预先计算得到的对应作业位置处的理想张力值是否一致，若不一致，调整伺服张力吊升设备伺服电机的转速，使所述伺服张力吊升设备的实际值与理想值保持一致。

具体调节方案为：当各绳索的实际张力值均等于所述作业位置处各绳索的理想张力值时，所有伺服张力吊升设备伺服电机的转速均不调整；

当存在绳索的实际张力值小于所述作业位置处该绳索的理想张力值时，增大与该绳索连接的所述伺服张力吊升设备伺服电机的转速；

当存在绳索的实际张力值大于所述作业位置处该绳索的理想张力值时，减小与该绳索连接的伺服张力吊升设备伺服电机的转速。

实施例3：

现以三个伺服张力吊升设备为例对吊升力学模型的构建做详细介绍，如图7所示：

输电线路铁塔由四根主塔腿构成，在对被吊升货物进行吊升时，被吊升货物以铁塔中的一根主塔腿为基准进行吊升，定滑轮位于主塔腿塔顶位置，主塔腿与地面垂线夹角为6.3°，如图4所示，假定主塔腿长度80m，三绳索吊升产生的张力分别为T1、T2、T3，其中张力T1由绕过定滑轮与位于地面的第一伺服张力吊升设备(即中间伺服张力起吊装置)连接的绳索产生，主要起到吊升作用。张力T2、T3由与位于第一伺服张力吊升设备两侧左右对称位置的第二伺服张力吊升设备(即左侧伺服张力牵拉装置和右侧伺服张力牵拉装置)连接的绳索提供。

与第一伺服张力吊升设备连接的绳索提供吊升力，与两侧左右对称位置的第二伺服张力吊升设备连接的绳索提供的张力T2、T3向外侧牵拉被吊升货物，使得被吊升货物在吊升过程中，脱离铁塔主塔腿一定的距离，避免被吊升货物在起吊过程中与主塔腿发生碰撞。

吊升力学模型中以主塔腿塔顶垂向地面为z轴，建立坐标系xyz坐标系，如图2和图3，设定主塔腿长度L长80m，主塔腿底部在y轴上坐标为80*sin6.3＝8.78m，主塔腿顶部在z轴上坐标为80*cos6.3＝79.5m。

假定吊升过程中被吊升货物中心位置始终与倾斜主塔腿距离保持为a＝0.6m，则被吊升货物坐标(0，yj，zj)坐标可表示为：yj＝(80-L’)*sin6.3+0.6*cos6.3，zj＝L’*cos6.3+0.6*sin6.3，L’为吊升过程中地面到被吊升货物在主塔腿上的长度。

为保证被吊升货物在吊升过程中在x轴方向上不发生摆动，只在y轴上产生向外的牵拉张力，提供张力T2、T3的绳索连接的张力吊升设备位置以y轴进行对称分布，其中提供张力T2的绳索连接的张力吊升设备对应C点坐标，设定为(x1，y1，0)，提供张力T3的绳索连接的张力吊升设备对应D点坐标，设定为(-x1，y1，0)，张力T2及T3对应的张力值相等。

对张力T1、T2、T3分别沿x、y、z三个方向进行分解，张力T1位于yz平面，对张力T1沿y轴及z轴方向进行分解可得T1y＝T1*sin6.3，z轴分量T1z＝T1*cos6.3；T2沿着坐标系xyz三个方向可分解为：

T2x＝T2*sin(α)*cos(β)，

T2y＝＝T2*sin(α)*sin(β)，

T2z＝T2*cos(α)，

张力T3与T2对称分布且张力值相同，故张力T3在xyz三个方向分量与T2在xyz三个方向分量值相同，T2x与T3x大小相等方向相反，T2y与T3y大小相等方向相同，T2z与T3z大小相等方向相同,α为与其中一侧的第二伺服张力吊升设备连接的绳索相对于z轴的夹角，β为其中一侧的第二伺服张力吊升设备与原点连线相对于x轴的夹角。

所建立的动态平衡方程如下：

T2x＝-T3x，

T1y＝T2y+T3y＝2T2y，

T1z＝T2z+T3z+G+ma，

G为被吊升货物重量，a为吊升加速度。

T1*sinθ＝2*T2y

T1*cosθ-2T2z-G＝ma

将T2y和T2z带入上述公式得到如下公式：

上述为三绳索吊升被吊升货物过程中的力学平衡方程。

吊升力学模型中与提供张力T2的绳索连接的伺服张力吊升设备对应C点坐标(x1，y1，0)，与提供张力T3的绳索连接的伺服张力吊升设备对应D点坐标(-x1，y1，0)，均通过现在吊升布置位置可获得，模型中主塔腿长度及倾斜角度均可根据设计现场进行确定，被吊升货物距离倾斜主塔腿距离0.6m根据实际作业需求进行确定，上述已知参数设定完毕后，根据已建立的力学模型则可以求得质量为m的被吊升货物沿倾斜角钢主塔腿吊升过程中张力值T1、T2、T3随吊升过程中地面到被吊升货物在主塔腿上的长度分布。

设定x1＝20*cos(45)，y1＝20*sin(45)即地面上两个第二伺服张力吊升设备位于半径20m且角度为左右45度的圆上，根据力学模型及以设定的参数，当匀速起吊100kg的被吊升货物始终距离倾斜铁塔主塔腿0.6m时，T1、T2随吊升过程中地面到被吊升货物在主塔腿上的长度变化可通过模型进行计算，如图5和图6所示，其中T2与T3值大小相等。

实施例4：

基于同一发明构思，本发明还提出了一种输电线路张力自动调整吊升系统，包括：

获取模块，用于获取输电塔主塔腿上被吊升货物的作业位置、以及在所述作业位置处与各伺服张力吊升设备连接的绳索的实际张力值；

调整模块，用于基于各绳索的实际张力值与所述作业位置处各绳索的理想张力值，调整与所述各绳索连接的伺服张力吊升设备伺服电机的转速；

其中，所述绳索的理想张力值：基于输电铁塔信息、被吊升货物的质量、被吊升货物的作业位置和所述各伺服张力吊升设备的位置，利用吊升力学模型进行计算得到。

所述调整模块包括：

判断子模块，用于判断各绳索的实际张力值与所述作业位置处各绳索的理想张力值的大小，并将判断结果传输至转速调整子模块；

所述转速调整子模块，用于当判断结果为各绳索的实际张力值均等于所述作业位置处各绳索的理想张力值时，向所有伺服张力吊升设备伺服电机下发不调整指令；当判断结果为存在绳索的实际张力值小于所述作业位置处绳索的理想张力值时，向与所述绳索连接的所述伺服张力吊升设备伺服电机下发增大转速指令；当判断结果为存在绳索的实际张力值大于所述作业位置处绳索的理想张力值时，向与所述绳索连接的所述伺服张力吊升设备伺服电机下发减小转速指令。

本发明提供的一种输电线路张力自动调整吊升装置包括调整模块、多个伺服张力吊升设备、主塔腿顶部定滑轮和绳索；

固定结构设置于输电铁塔主塔腿顶部，将至少一个伺服张力吊升设备设置于固定结构下方，距输电铁塔主塔腿一定距离处；其余伺服张力吊升设备对称分布在至少一个伺服张力吊升设备的两侧；

各绳索的一端分别与一个伺服张力吊升设备连接，另一端与被吊升货物连接；与至少一个伺服张力吊升设备连接的绳索穿过固定结构；

调整模块与多个伺服张力吊升设备通讯连接，用于基于被吊升货物在某一作业位置处时，各绳索的实际张力值与作业位置处的理想张力值制定调整指令，并向各伺服张力吊升设备伺服电机下发调整指令，调整各伺服张力吊升设备的伺服电机的转速；

绳索的理想张力值：基于输电铁塔信息、被吊升货物的质量、被吊升货物的作业位置和各伺服张力吊升设备的位置，利用吊升力学模型进行计算得到。

多个伺服张力吊升设备包括：主要由左侧第二伺服张力吊升设备、中间第一伺服张力吊升设备、右侧第二伺服张力吊升设备。

中间第一伺服张力吊升设备上的绳绕过定滑轮并挂在被吊升货物上部的挂钩上，与位于中间第一伺服张力吊升设备两侧的左侧第二伺服张力吊升设备及右侧第二伺服张力吊升设备连接的绳挂在被吊升货物两侧的挂钩上。

三绳索张力自动吊升过程中，位于中间的第一伺服张力吊升设备进行收绳索对被吊升货物起到吊升作用，位于左侧及右侧的第二伺服张力吊升设备带张力放绳索，使得被吊升货物脱离主塔腿设定距离，实现对被吊升货物的自动吊升，这里的设定距离根据实际作业需求确定。

下面以三个伺服张力吊升设备为例，如图7所示，对本发明的输电线路张力自动调整吊升系统做详细介绍，三个伺服张力吊升设备具体作业流程如图8所示：

整个吊升作业流程为：

获取模块获取的输电铁塔主塔腿上被吊升货物的作业位置、以及在所述作业位置处与各伺服张力吊升设备连接的绳索的实际张力值，通过第一伺服张力吊升设备和第二伺服张力吊升设备的力传感器测得与其相连的绳索实际张力值、编码器测得的伺服电机的转速和转动的圈数得到，并将绳索实际张力值、由转速和转动的圈数确定的作业位置传输至PLC控制柜，同时接收PLC控制柜下发的控制信号，调整伺服电机转速；

这里的调整模块采用PLC控制柜，PLC控制柜基于各伺服张力吊升设备中的编码器和力传感器传输的数据确定的被吊升货物的作业位置和各绳索的实际张力值，与该作业位置处的理想张力值进行比较，根据比较结果生成控制指令，并将控制指令下发至各伺服张力吊升设备伺服电机；

各伺服张力吊升设备伺服电机根据调整指令调整转速。

各编码器测到的伺服电机的转速和转动的圈数乘积确定吊升过程中地面到被吊升货物在主塔腿上的长度，基于被吊升货物在主塔腿上的长度得到被吊升货物的作业位置。

当比较结果为各作业位置处各绳索的实际张力值与理想张力值相等时，生成的控制指令为不调整指令，各伺服张力吊升设备伺服电机保持原转速；

当比较结果为存在绳索的实际张力值小于该作业位置处的理想张力值时，生成的控制指令为向与该绳索连接的伺服张力吊升设备伺服电机下发增大转速指令；

当比较结果为存在绳索的实际张力值大于该作业位置处的理想张力值时，向与该绳索连接的伺服张力吊升设备伺服电机下发减小转速指令。

理想张力值的具体计算步骤包括：将现场输电塔主塔腿高度、主塔腿倾斜角度、被吊升货物质量、脱离主塔腿距离、各伺服张力吊升设备坐标带入已有的吊升力学模型中对被吊升货物在各作业位置时各绳索的张力值进行计算，得到各绳索的理想张力值。

吊升力学模型如下式所示：

T2x＝-T3x

T2y＝T3y

T2z＝T3z

T1*sinθ＝2*T2y

T1*cosθ-2T2z-G＝ma

式中，T3x为牵拉张力T3沿x轴方向的张力，T2x为牵拉张力T2沿x轴方向的张力，T2y为牵拉张力T2沿y轴方向的张力，T3y为牵拉张力T3沿y轴方向的张力，G为被吊升货物的重力，m为被吊升货物质量，a为被吊升货物加速度,θ为主塔腿倾斜角度，T2z为牵拉张力T2沿z轴方向的张力，T3z为牵拉张力T3沿z轴方向的张力。

将T2y和T2z的计算式带入，具体公式如下：

式中，T1为与位于中间位置的伺服张力吊升设备连接的绳索的张力值，(x1，y1，0)为其中一侧的张力吊升设备的坐标，T2为与其中一侧的张力吊升设备连接的绳索的张力值，T3为与另一侧的张力吊升设备连接的绳索的张力值，(0，yj，zj)为被吊升货物坐标，G为被吊升货物重力，m为被吊升货物质量，a为被吊升货物加速度,θ为主塔腿倾斜角度。

在吊升过程中张力值的变化主要为吊升张力值及牵拉张力值变化，是通过调整伺服张力吊升设备伺服电机实现的。

吊升张力由与第一伺服张力吊升设备连接的绳索提供，牵拉张力由与第二伺服张力吊升设备连接的绳索提供。

位于中间的第一伺服张力吊升设备采用恒转速模式，伺服电机根据吊升过程中力的变化调整输出扭矩自动匹配负载变化，通过中间位置的第一伺服张力吊升设备的编码器反馈被吊升货物沿角钢主塔腿长度方向位移变化，当检测位移到达设定作业位置时，伺服电机停转并卸货，卸货完毕后启动达到下个作业位置；

两侧的第二伺服张力吊升设备通过第二伺服张力吊升设备中的张力传感器反馈吊升过程中的与第二伺服张力吊升设备连接的绳索的张力值变化，将实际张力值与设定张力值进行比较，当存在张力差值时，输电线路张力自动调整吊升系统反馈调节伺服电机转速使得实际张力值与理想张力值保持一致；整个输电线路张力自动调整吊升系统采用伺服控制，通过PLC程序实现被吊升货物起降过程的全自动化。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。