一种浮式起重机起升高度确定方法及系统

技术领域

本发明涉及浮式起重机起升高度确定技术领域，尤其涉及一种浮式起重机起升高度确定方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

在船舶机械装卸领域，大型浮式起重机作为沉船打捞、大桥架梁、海上风电安装的主要设备，它有着特殊的功能。大型浮式起重机通常有很长的吊臂系统，主钩起升高度精确计算尤为重要。

影响大型浮式起重机主钩起升高度计算精确性的原因主要有：一是吊钩多层钢丝绳缠绕系统的计算方法；二是由于变幅角度变化引起的主钩起升高度绳差补偿。

发明人在研发过程中发现，目前现有的大型浮式起重机主钩起升高度计算方法，通常是依据线性关系通过坐标取点的方法处理，即通过起升位置编码器确定起升位置，通过两个不同的起升位置的线性变化来确定起升高度。然而，大型浮式起重机的起升吊钩卷筒为多层钢丝缠绕系统，起升非线性变化关系；另外，即使吊钩卷筒位置不变的情况下，臂架绝对角度变化也会对起升的高度有影响，且起升位置编码器随起升位置的变化，存在误差积累，导致采用当前的主钩起升高度计算方法确定的主钩起升高度误差较大。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种浮式起重机起升高度确定方法及系统，在确定起重机起升高度时，同时考虑了钢丝绳层高补偿量和臂架绝对角度变化引起的起升补偿高度，使得最终获得的起重机起升高度较为准确。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，提出了一种浮式起重机起升高度确定方法，包括：

获取主钩卷筒侧绝对值编码器读数和臂架绝对角度；

根据绝对值编码器读数，确定卷筒释放层；

根据卷筒释放层，确定卷筒层剩余容绳量和卷筒释放层钢丝绳绕卷筒一圈的直径；

根据卷筒释放层钢丝绳绕卷筒一圈的直径，确定卷筒释放层的剩余容绳量；

将最高起升高度减去卷筒释放层的剩余容绳量和卷筒层剩余容绳量后再减去钩头本体高度，获得初始起升高度；

根据臂架绝对角度，确定臂架绝对角度变化引起的起升补偿高度；

初始起升高度与臂架绝对角度变化引起的起升补偿高度之和，为最终的起重机起升高度。

第二方面，提出了一种浮式起重机起升高度确定系统，包括：

数据获取模块，用于获取主钩卷筒侧绝对值编码器读数和臂架绝对角度；

初始起升高度计算模块，用于根据绝对值编码器读数，确定卷筒释放层；根据卷筒释放层，确定卷筒层剩余容绳量和卷筒释放层钢丝绳绕卷筒一圈的直径；根据卷筒释放层钢丝绳绕卷筒一圈的直径，确定卷筒释放层的剩余容绳量；将最高起升高度减去卷筒释放层的剩余容绳量和卷筒层剩余容绳量后再减去钩头本体高度，获得初始起升高度；

起升补偿高度确定模块，用于根据臂架绝对角度，确定臂架绝对角度变化引起的起升补偿高度；

起重机起升高度确定模块，用于将初始起升高度与臂架绝对角度变化引起的起升补偿高度相加，获得最终的起重机起升高度。

第三方面，提出了一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成一种浮式起重机起升高度确定方法所述的步骤。

第四方面，提出了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成一种浮式起重机起升高度确定方法所述的步骤。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明在确定起重机起升高度时，同时考虑了钢丝绳层高补偿量和臂架绝对角度变化引起的起升补偿高度，使得最终获得的起重机起升高度较为准确。

本发明在计算起升补偿高度时，采用传感器获取臂架与水平面间的角度，即臂架绝对角度，该角度能够较准确的反应臂架的工作幅度，使得计算出的起升高度较准确。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为实施例1公开方法流程图；

图2为起升吊钩卷筒多层钢丝绳缠绕示意图；

图3为浮式起重机总图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

实施例1

在该实施例中，公开了一种浮式起重机起升高度确定方法，如图1-图3所示，包括：

S1：获取主钩卷筒侧绝对值编码器读数和臂架绝对角度。

主钩卷筒侧绝对值编码器用来记录主钩卷筒转动的圈数，通过主钩卷筒侧绝对值编码器读数Pc能够确定卷筒释放层n。

通过角度传感器获取浮式起重机的臂架绝对角度α，该臂架绝对角度指臂架与水平面间的锐角角度。

S2：根据绝对值编码器读数，确定卷筒释放层；根据卷筒释放层，确定卷筒层剩余容绳量和卷筒释放层钢丝绳绕卷筒一圈的直径；根据卷筒释放层钢丝绳绕卷筒一圈的直径，确定卷筒释放层的剩余容绳量；将最高起升高度减去卷筒释放层的剩余容绳量和卷筒层剩余容绳量后再减去钩头本体高度，获得初始起升高度。

具体的，将绝对值编码器读数Pc除以层圈数m和绝对值编码器单圈脉冲数p，获得卷筒释放层预估值n’；将卷筒释放层预估值n’取整，确定最终的卷筒释放层n。

优选的，当卷筒释放层预估值为小数时，将卷筒释放层预估值的整数部分加1，为最终的卷筒释放层n。

如，当主钩卷筒侧绝对值编码器读数Pc＝600000时，通过Pc＝m*n’*p＝600000，确定n’＝3.25>3，对n’取整，确定卷筒释放层n为4，即卷筒上第4层钢丝绳为卷筒释放层。

确定卷筒层剩余容绳量和卷筒释放层钢丝绳绕卷筒一圈的直径。

其中，卷筒上每一层钢丝绳绕卷筒一圈的直径Cj为：

Cj＝(D+d)+(n-1)(h+μ)*2

式中，Cj为卷筒第j层钢丝绳绕卷筒一圈的直径，j＝1、2、...、n、...、N，n为卷筒释放层，N为卷筒上最多缠绕的钢丝绳层数，h为钢丝绳层高，D为卷筒直径，d为钢丝绳直径，μ为钢丝绳层高补偿量，根据卷筒上第一层钢丝绳绕卷筒一圈的直径和第二层钢丝绳绕卷筒一圈的直径确定，其中：

式中，μ为钢丝绳层高补偿量，C2为卷筒上第二层钢丝绳绕卷筒一圈的直径；C1为卷筒上第一层钢丝绳绕卷筒一圈的直径；γ为卷筒上第二层钢丝绳高度权重系数，取0.0278，hγ为高度偏差值，m为层圈数，即卷筒上每层钢丝绳具备的钢丝绳圈数。

本实施例限定卷筒上最内层的钢丝绳为卷筒第一层钢丝绳，与第一层接触的钢丝绳为卷筒第二层钢丝绳。

优选的，C1和C2可以通过以下公式计算获得：

Ci＝(D+d)+(i-1)h*2

式中，Ci为卷筒上第i层钢丝绳容绳量，i取值为1或2。

根据卷筒释放层钢丝绳绕卷筒一圈的直径，确定卷筒释放层的剩余容绳量L

式中，Cn为卷筒释放层钢丝绳绕卷筒一圈的直径，卷筒释放层为正在释放钢丝绳的一层，即卷筒释放的第n层钢丝绳；Pc为主钩卷筒侧绝对值编码器读数；p为绝对值编码器单圈脉冲数，m*n*p为卷筒释放完一层钢丝绳时编码器的脉冲数。

卷筒层剩余容绳量Ln为：

以N＝9，即卷筒上最多缠绕9层钢丝绳为例，当卷筒释放层n为1时，卷筒层剩余容绳量

当卷筒释放层n为2时，卷筒层剩余容绳量

当卷筒释放层n为3时，卷筒层剩余容绳量

当卷筒释放层n为4时，卷筒层剩余容绳量

当卷筒释放层n为5时，卷筒层剩余容绳量

当卷筒释放层n为6时，卷筒层剩余容绳量

当卷筒释放层n为7时，卷筒层剩余容绳量

当卷筒释放层n为8时，卷筒层剩余容绳量

当卷筒释放层n为9时，卷筒层剩余容绳量L9＝0。

初始起升高度H1为：

式中，hmax为设计的最高起升高度，如110米，Pc为实际绝对值编码器读数，Ln为层剩余容绳量，h

S3：根据臂架绝对角度，确定臂架绝对角度变化引起的起升补偿高度。

臂架绝对角度变化引起的起升补偿高度包括第一主钩起升补偿高度和第二主钩起升补偿高度；其中，第一主钩起升补偿高度为臂架绝对角度变化时，主钩与臂架中心线的弧度发生变化对起升高度产生影响，引起的第一主钩起升补偿高度；第二主钩起升补偿高度为臂架绝对角度变化时，臂架弧度变化对起升高度产生影响，引起的起升补偿高度。

具体的，根据臂架的绝对角度α，及最高起升高度时主钩与臂架中心线的弧度α4、钩头本体高度Hh和钩头定滑轮到臂架铰点距离HL，确定第一主钩起升补偿高度H2：

根据臂架绝对角度α，确定臂架弧度α3，

根据臂架弧度α3及最高起升高度时臂架定滑轮到人字架的距离L1、主钩与臂架定滑轮夹角弧度α2、主钩定滑轮与臂架铰点的距离L2与人字架与臂架铰点的距离L3，确定臂架弧度变化引起的第二主钩起升补偿高度H3：

将第一主钩起升补偿高度减去第二主钩起升补偿高度，获得臂架绝对角度变化引起的起升补偿高度Hf，即：

Hf＝H2-H3。

S4：初始起升高度与臂架绝对角度变化引起的起升补偿高度之和，为最终的起重机起升高度H：

H＝H1+Hf＝H1+H2-H3。

如图2所示，以某一大型起重机的主钩系统由两个电机连接并驱动同一个内藏式减速机卷筒，钢丝绳缠绕从甲板下卷筒开始，卷筒端配备绝对值编码器，经过人字架定滑轮到臂架定滑轮，再有臂架定滑轮到臂架动滑轮，在此主钩14倍率传动到钩头，主钩最高起升高度为水上110米，水下10米，变幅工作幅度(绝对角度)39.17度到68.35度，其中，66.4°为设计的最高起升高度对应的臂架绝对角度。

本实施案例中，主钩卷筒侧绝对值编码器读取脉冲Pc＝m*n’*p＝600000，得到n’＝3.25>3，即取值n＝4卷筒钢丝绳为第四层，hγ＝200mm，偏差补偿后层高值为h+μ＝35.7695mm，四层卷筒直径C4＝(D+d)+(4-1)(h+μ)*2，设定的钩头本体高度Hh＝4000mm，吊钩的最高起升高度hmax＝110000mm；

可计算得主钩的初始起升高度：H1＝27.36604752米。

如图2所示，考虑臂架绝对角度变化，钩头定滑轮与水平面之间有相对运动，间接影响钩头高度位置变化，对此进行精确补偿并计算。具体的：当臂架绝对角度为66.4度时，钩头本体高度Hh＝115.561米，钩头定滑轮到臂架铰点距离HL＝128.07335米，后主钩与臂架中心线弧度α4＝0.033815754，假如读取臂架绝对角度α＝80度，则主钩与臂架中心线的弧度α4＝1.362448246，可计算得到H2＝9.742627925米。考虑臂架绝对角度变化，人字架定滑轮到臂架定滑轮段钢丝绳长度变化间接影响钩头高度位置变化，对此进行精确补偿并计算。机械设计参数：当臂架绝对角度为66.4度时臂架定滑轮到人字架的距离为L1＝111.8306775米，人字架到臂架铰点与水平面钝角夹角弧度α1＝2.725408422，主钩与臂架定滑轮夹角弧度α2＝0.052616441，主钩定滑轮与臂架铰点的距离L2＝78.909204米，人字架与臂架铰点的距离L3＝83.857625，假如读取臂架绝对角度a＝80度，臂架弧度α3＝1.329144422，如上述本公开描述的第三方面起升高速补偿算法公式，可计算获得H3＝1.055175659米。

综上述实施例一描述，当主钩绝对值编码器读数为600000，臂架绝对角度为80度，主钩精确补偿后的实际高度为：H1+H2-H3＝36.0535米。

实施例2

在该实施例中，公开了一种浮式起重机起升高度确定系统，包括：

数据获取模块，用于获取主钩卷筒侧绝对值编码器读数和臂架绝对角度；

初始起升高度计算模块，用于根据绝对值编码器读数，确定卷筒释放层；根据卷筒释放层，确定卷筒层剩余容绳量和卷筒释放层钢丝绳绕卷筒一圈的直径；根据卷筒释放层钢丝绳绕卷筒一圈的直径，确定卷筒释放层的剩余容绳量；将最高起升高度减去卷筒释放层的剩余容绳量和卷筒层剩余容绳量后再减去钩头本体高度，获得初始起升高度；

起升补偿高度确定模块，用于根据臂架绝对角度，确定臂架绝对角度变化引起的起升补偿高度；

起重机起升高度确定模块，用于将初始起升高度与臂架绝对角度变化引起的起升补偿高度相加，获得最终的起重机起升高度。

实施例3

在该实施例中，公开了一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成实施例1公开的一种浮式起重机起升高度确定方法所述的步骤。

实施例4

在该实施例中，公开了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成实施例1公开的一种浮式起重机起升高度确定方法所述的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。