CN105060122B - 起重机安全控制***和方法、力矩限制器以及起重机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了起重机、力矩限制器、以及安全控制***和方法。该***包括：接收单元，用于接收起升卷扬的液压马达进出口压力油的压力差及变幅机构定动滑轮组之间的距离；控制器，用于根据液压马达进出口压力油的压力差计算起重机吊重，及根据变幅机构定动滑轮组之间的距离计算起重机工作幅度，并将计算得到的起重机吊重以及起重机工作幅度与预先设置的起重性能表进行比较，以在确定起重机吊装不安全的情况下限制起重机仅向安全的方向进行起重机吊装作业。本发明利用液压马达进出口压力油的压力差计算起重机吊重，利用变幅机构定动滑轮组之间的距离计算起重机工作幅度，吊重计算与幅度计算之间不存在耦合关系，从而使两者之间相互独立，便于计算。

Description

起重机安全控制***和方法、力矩限制器以及起重机

技术领域

本发明涉及工程机械，具体地，涉及一种起重机安全控制***和方法、力矩限制器以及起重机。

背景技术

为了保证例如起重机之类的大型工程机械的安全运行，力矩限制单元是类似的工程机械的必备器件。现有技术中，力矩限制单元一般包括传感器、显示器、以及例如单片机的控制器等等。传感器可以将采集到的信号传送到控制器，用以分析起重机当前作业状态，并与预先存储于力矩限制单元的起重性能表及臂架角度上、下限进行比较，确定起重机工作状态是否安全，如果安全的话可以继续进行吊装作业，一旦发现不安全，就可以触发控制信号进行声光报警，并限制起重机仅向安全方向进行吊装作业，以防止起重机事故发生，特别是防止超载事故发生。为了保证起重机安全作业，国际已经出台强制标准，要求起重机安装力矩限制单元。

现有履带式起重机的力矩限制单元所采用的传感器为角度传感器和拉力传感器，其通常在臂架根部安装角度传感器，在变幅拉板处安装拉力传感器，控制器利用实时测量的臂架仰角与拉板力数据来计算起重机工作幅度、吊重等作业状态信息。计算模型通常将整个臂架***视为刚体，通过计算臂架长度在水平面上的投影来获取工作幅度，并根据臂架上所有载荷对臂架根部铰点处的力矩和为零的关系来计算吊载重量。然而，起重机作业时，臂架结构在载荷作用下发生挠曲变形，臂架根部角度传感器所测角度为变形后角度，非理论计算所需的实际工作仰角。因此，力矩限制单元所采用的刚体模型与臂架实际情况存在差异，导致力矩限制单元的计算精度较低。为提高计算精度，目前也有模型考虑到臂架变形的影响，引入铁木辛柯梁理论与格构式构件等效惯性矩法，对履带起重机的臂架进行简化，并计算臂架的挠曲变形，从而对臂架根部角度进行修正。算法以修正的角度值和测量拉力值作为新的输入，得到新的吊重值和工作幅度值。这种技术中起重机吊重计算和工作幅度计算间相互耦合，关联关系过于复杂，对控制器性能要求较高。此外，现有技术均需要若干个拉力传感器，且拉力传感器的测量值会因偏载、侧载、背风、迎风等情况或是自身零部件的安装精度、装配偏差等导致测量的左、右拉板力不完全在计算模型所假设的变幅平面内，也会带来一定的计算误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种起重机、力矩限制器、以及安全控制***和方法，以通过较少的器件和更简单的运算实现力矩限制的功能，且受风载和结构装配偏差等因素的干扰小，控制精度较高。

为了实现上述目的，本发明提供了一种起重机安全控制***，该***包括：接收单元，用于接收起升卷扬的液压马达进出口压力油的压力差以及变幅机构定动滑轮组之间的距离；控制器，用于根据所述液压马达进出口压力油的压力差计算起重机吊重，以及根据所述变幅机构定动滑轮组之间的距离计算起重机工作幅度，并将计算得到的所述起重机吊重以及所述起重机工作幅度与预先设置的起重性能表进行比较，以在确定起重机吊装不安全的情况下限制起重机仅向安全的方向进行起重机吊装作业。

相应地，本发明提供了一种安全控制方法，该方法包括：接收起升卷扬的液压马达进出口压力油的压力差以及变幅机构定动滑轮组之间的距离；根据所述液压马达进出口压力油的压力差计算起重机吊重，以及根据所述变幅机构定动滑轮组之间的距离计算起重机工作幅度，并将计算得到的所述起重机吊重以及所述起重机工作幅度与预先设置的起重性能表进行比较，以在确定起重机吊装不安全的情况下限制起重机仅向安全的方向进行起重机吊装作业。

相应地，本发明提供了一种力矩限制器，其特征在于，该力矩限制器包括所述的安全控制***；该力矩限制器还包括：压力检测装置，用于检测起升卷扬的液压马达进出口压力油的压力差；长度/位移检测装置，用于检测变幅机构定动滑轮组之间的距离。

相应地，本发明提供了一种起重机，该起重机包括所述的***。

本发明分别利用所述液压马达进出口压力油的压力差计算起重机吊重，利用所述变幅机构定动滑轮组之间的距离计算起重机工作幅度，吊重计算与幅度计算之间不存在耦合关系，从而使两者之间相互独立，便于计算。本发明减少了使用的传感器数量，对控制器性能的要求降低，从而更加节约成本，并且使得传感器的测量值以及吊重、幅度等计算值受风载和结构装配偏差等因素的影响小，计算精度较高。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明提供的安全控制***结构图；

图2是本发明提供的履带式起重机在不同工况下的传感器布置位置图；

图3是本发明提供的力矩限制计算框图；

图4a是履带式起重机臂架***各构件几何关系示意图，其中示出人字架变幅的主臂工况；

图4b是履带式起重机臂架***主臂臂头局部各构件几何关系示意图；

图5a是履带式起重机臂架***各构件几何关系示意图，其中示出桅杆变幅的塔臂工况；

图5b是履带式起重机臂架***主臂臂头局部各构件几何关系示意图，其中示出桅杆变幅的塔臂工况；

图5c是履带式起重机臂架***塔臂臂头局部各构件几何关系示意图；

图6是本发明提供的安全控制流程图；

图7是本发明提供的力矩限制器。

附图标记说明

1 长度/位移传感器 2 压力传感器

100 接收单元 200 控制器

300 位移检测装置 400 压力检测装置

500 显示装置

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

为了精确和快速地确定力矩限制的结果，并且减少传感器的数量，本发明提供了如图1所示的安全控制***。该安全控制***包括：接收单元100，用于接收起升卷扬的液压马达进出口压力油的压力差以及变幅机构定动滑轮组之间的距离；控制器200，用于根据所述液压马达进出口压力油的压力差计算起重机吊重，以及根据所述变幅机构定动滑轮组之间的距离计算起重机工作幅度，并将计算得到的所述起重机吊重以及所述起重机工作幅度与预先设置的起重性能表进行比较，以在确定起重机吊装不安全的情况下限制起重机仅向安全的方向进行起重机吊装作业。

在起重机吊装的过程中，臂架、拉板、超起臂架、撑杆等结构件的长度均不会发生变化，而变幅机构定动滑轮组之间的距离会发生变化。变幅机构定动滑轮组可以由单个定滑轮和动滑轮组成，也可是多个定滑轮和多个动滑轮组成。为了使得吊重计算与幅度计算之间不存在耦合关系，可以一方面通过液压马达进出口压力油的压力差得到吊重，另一方面根据所述变幅机构定动滑轮组之间的距离计算起重机工作幅度、臂架角度。此外，还可以通过预先设定的起重性能表和臂架角度上、下限的查询比对，可以确定当前是否处于安全的状态。预先设定的起重性能表表示出起重机安全吊重范围与工作幅度范围的对应关系。

液压马达进出口压力油的压力差以及变幅机构定动滑轮组之间的距离可以通过传感器检测得到。传感器的布置根据工况的不同而有所区别。如图2所示，对于人字架变幅的主臂工况a、桅杆变幅的主臂工况b、固定副臂工况c、塔臂工况d、主臂超起工况e、固定副臂超起工况f和塔臂超起工况g，长度/位移传感器1和压力传感器2的布置方案类似，长度/位移传感器布置在变幅机构定动滑轮组之间。需要说明的是，对塔臂工况d、主臂超起工况e、固定副臂超起工况f，存在2个可变幅之处，对塔臂超起工况g，存在3个可变幅之处，因此需在每个变幅机构的定动滑轮组之间均布置一个长度/位移传感器1。压力传感器2可以测量吊重起升卷扬的液压马达进出口压力差。

在布置长度/位移传感器1和压力传感器2之后，控制器200实时获得传感器测得的压力与长度/位移数据，并可以根据图3所示的力矩限制计算框图来计算起重机吊重、工作幅度、臂架角度、起升高度等。其中，控制器可以根据式(1)来计算吊重：

式(1)

其中M为起重机吊重，A_m为起升卷扬的液压马达工作效率，V_m为起升卷扬的液压马达的排量，Δp为起升卷扬的液压马达进出口压力油的压力差，A₁为起升滑轮组的效率，n为起升滑轮组的倍率，R为起升卷扬的卷筒半径，g为重力加速度。液压马达工作效率、液压马达的排量、滑轮组的效率、滑轮的倍率、卷筒半径以及重力加速度均为已知量，在检测到液压马达进出口压力油的压力差后就可以计算出起重机吊重。

同时，控制器200利用测量的定动滑轮组间的距离计算起重机工作幅度、臂架角度、起升高度。根据起重机臂架***的结构参数(各构件，如主臂臂架、拉板、撑杆、副臂臂架等的长度与位置)与构件间的几何关系，可以推导出工作幅度、臂架角度、起升高度等的计算公式。

以图2中人字架变幅的主臂工况a为例进行说明，图4a给出了起重机臂架***各构件几何关系示意图。如图4a所示，在以主臂根部铰点O为坐标原点，变幅平面内向前的水平方向为X轴，向上的竖直方向为Y轴建立整体坐标系XOY，(X_A，Y_A)为起重机回转中心A的坐标，(X_B，Y_B)为起重机变幅拉板上铰点B的坐标，(X_C，Y_C)为起重机人字架铰点C的坐标，(X_D，Y_D)为起重机主臂顶点D的坐标，(X_Z，Y_Z)为起重机起升滑轮中心Z的坐标。以主臂顶点D为坐标原点o，指向臂架根部铰点的臂架轴线方向为x轴正方向，变幅平面内与x轴垂直且向上为y轴建立主臂局部坐标系xoy，如图4b所示，(x_B，y_B)为起重机变幅拉板上铰点B在主臂局部坐标系下的坐标，(x_Z，y_Z)为起重机起升滑轮中心Z在主臂局部坐标系下的坐标。L_h1为变幅机构定动滑轮组之间的距离，L_lb为起重机变幅拉板长度，L_zb为起重机主臂长度，H_A为起重机回转中心距地面的高度。可以采用下式计算起重机主臂角度θ。

式(2)

其中变幅拉板上铰点B的整体坐标(X_B，Y_B)可以通过下述方式确定：以人字架铰点C为圆心，人字架铰点C至变幅拉板上铰点B的距离为半径作圆1’；以主臂根部铰点O为圆心，主臂根部铰点O至变幅拉板上铰点B的距离为半径作圆2’，两个圆第一象限的交点坐标即为变幅拉板上铰点B的整体坐标(X_B，Y_B)。计算公式为：

式(3)

同时，进一步计算得到起重机工作幅度R与起升高度H分别为：

R＝L_zb·cosθ-x_z·cosθ-y_z·sinθ-X_A 式(4)

H＝L_zb·sinθ-x_z·sinθ+y_z·cosθ-Y_A+H_A 式(5)

再以图2中桅杆变幅的塔臂工况d为例进行说明，图5a给出了该工况起重机臂架***各构件几何关系示意图。以主臂根部铰点O为坐标原点，变幅平面内向前的水平方向为X轴，向上的竖直方向为Y轴建立整体坐标系XOY，(X_C，Y_C)为起重机桅杆顶点C的坐标，(X_C1，Y_C1)为起重机主臂变幅定滑轮组中心C1的坐标，(X_C2，Y_C2)为桅杆底部铰点C2的坐标，(X_E，Y_E)为主臂、塔臂连接铰点E的坐标，(X_F，Y_F)为塔臂后拉板下铰点F的坐标，(X_G1，Y_G1)为塔臂后撑杆顶部铰点G1的坐标，(X_G2，Y_G2)为塔臂前撑杆顶部铰点G2的坐标，(X_H，Y_H)为塔臂前拉板上铰点H的坐标，(X_D1，Y_D1)为起重机塔臂顶点D1的坐标，(X_Z，Y_Z)为起重机吊钩滑轮中心Z的坐标。以主臂顶点D为坐标原点o，指向主臂根部铰点的臂架轴线方向为x轴正方向，变幅平面内与x轴垂直且向上为y轴建立主臂局部坐标系xoy，如图5b所示，(x_E，y_E)为主臂、塔臂连接铰点E在主臂局部坐标系下的坐标，(x_F，y_F)为塔臂后拉板下铰点F在主臂局部坐标系下的坐标。以塔臂顶点D1为坐标原点o′，指向塔臂根部铰点的臂架轴线方向为x′轴正方向，变幅平面内与x′轴垂直且向上为y′轴建立塔臂局部坐标系x′o′y′，如图5所示，(x_H，y_H)为塔臂前拉板上铰点H在塔臂局部坐标系下的坐标，(x_Z，y_Z)为起重机吊钩滑轮中心Z在塔臂局部坐标系下的坐标。L_h1为主臂变幅机构定动滑轮组之间的距离，L_h2为塔臂变幅机构定动滑轮组之间的距离，L_tb为起重机塔臂长度，L_wg为桅杆长度，L_ZBlb为主臂变幅拉板长度，L_Qlb为塔臂前拉板长度，L_Hlb为塔臂后拉板长度，L_Qcg为塔臂前撑杆长度，L_Hcg为塔臂后撑杆长度，L_tb为起重机塔臂长度。其它符号表示的意义与前述人字架变幅的主臂工况示例相同。可以采用下式计算起重机主臂角度θ_zb与塔臂角度θ_tb。

式(6)

式(7)

同时，进一步计算得到起重机工作幅度R与起升高度H分别为：

R＝X_E+L_tb·cos(θ_tb)-x′_Z·cos(θ_tb)-y′_Z·sin(θ_tb)-X_A 式(8)

H＝Y_E+L_tb·sin(θ_tb)-y′_z·sin(θ_tb)+x′_Z·cos(θ_tb)-Y_A+H_A 式(9)

上述式(6)-式(9)中，X_B、Y_B、X_E、Y_E、X_H、Y_H均为未知量，它们的求解步骤如下：

步骤1：计算起重机桅杆顶点C的整体坐标(X_C，Y_C)

(X_C，Y_C)可以通过下述方式确定：以主臂变幅定滑轮组中心C1为圆心，C1至桅杆顶点C的距离为半径作圆1′；以桅杆底部铰点C2为圆心，C2至桅杆顶点C的距离为半径作圆2′，两个圆第二象限的交点坐标即为桅杆顶点C的整体坐标(X_C，Y_C)。计算公式为：

式(10)

步骤2：计算变幅拉板上铰点B的整体坐标(X_B，Y_B)

(X_B，Y_B)可以通过下述方式确定：以人字架铰点C为圆心，C至变幅拉板上铰点B的距离为半径作圆3′；以主臂根部铰点O为圆心，O至变幅拉板上铰点B的距离为半径作圆4′，两个圆第一象限的交点坐标即为变幅拉板上铰点B的整体坐标(X_B，Y_B)。计算公式为：

式(11)

步骤3：计算主臂顶点D的整体坐标(X_D，Y_D)

先利用式(6)计算出主臂角度θ_zb，则(X_D，Y_D)可以通过下述方式确定：

式(12)

步骤4：计算主臂、塔臂连接铰点E的整体坐标(X_E，Y_E)、塔臂后拉板下铰点F的整体坐标(X_F，Y_F)

式(13)

式(14)

步骤5：计算塔臂后撑杆顶部铰点G1的坐标(X_G1，Y_G1)

(X_G1，Y_G1)可以通过下述方式确定：以塔臂后拉板下铰点F为圆心，F至塔臂后撑杆顶部铰点G1的距离为半径作圆5′；以主臂、塔臂连接铰点E为圆心，E至塔臂后撑杆顶部铰点G1的距离为半径作圆6′，两个圆第二象限或第三象限的交点坐标即为塔臂后撑杆顶部铰点G1的整体坐标(X_G1，Y_G1)。计算公式为：

式(15)

步骤6：计算塔臂前撑杆顶部铰点G2的坐标(X_G2，Y_G2)

(X_G2，Y_G2)可以通过下述方式确定：以塔臂后撑杆顶部铰点G1为圆心，G1至塔臂前撑杆顶部铰点G2的距离为半径作圆7′；以主臂、塔臂连接铰点E为圆心，E至塔臂前撑杆顶部铰点G2的距离为半径作圆8′，两个圆第一或第二象限的交点坐标即为塔臂前撑杆顶部铰点G2的整体坐标(X_G2，Y_G2)。计算公式为：

式(16)

步骤7：计算塔臂前拉板上铰点H的坐标(X_H，Y_H)

(X_H，Y_H)可以通过下述方式确定：以塔臂前撑杆顶部铰点G2为圆心，G2至塔臂前拉板上铰点H的距离为半径作圆9′；以主臂、塔臂连接铰点E为圆心，E至塔臂前拉板上铰点H的距离为半径作圆10′，两个圆第一象限的交点坐标即为塔臂前拉板上铰点H的整体坐标(X_H，Y_H)。计算公式为：

式(17)

在求B、C、G1、G2、H点的坐标位置时，上述计算采用的是求两圆交点的方法，也可采用余弦定理求解。

因履带式起重机臂架组合形式较多，不再对不同工况下起重机工作幅度的计算公式进行一一说明，本领域技术人员均可根据起重机臂架***结构参数与各构件间的几何关系推导获得。

在计算出所述起重机的吊重、工作幅度、臂架角度等物理量后，还可以进一步计算其它的衍生物理量。如利用起重机吊重与工作幅度的乘积获得起重机的起重力矩。在得到起重机吊重、工作幅度和臂架角度以后，可以查询起重性能表与臂架角度上、下限，从而判断起重机吊重作业是否安全。可根据计算得到的起重机吊重获得该吊重对应的起重机安全作业的工作幅度范围，如果计算得到的起重机工作幅度超出该范围，或臂架角度超出预设的臂架角度上、下限，说明起重机吊装作业不安全；或者根据计算得到的起重机工作幅度获得该工作幅度对应的起重机安全作业的吊重范围，如果计算得到的起重机吊重超出该范围，或臂架角度超出预设的臂架角度上、下限，说明起重机吊装作业不安全。在不安全的情况下，控制器可以触发控制信号进行声光报警，同时限制起升机构、变幅机构只能朝向安全的方向进行吊装作业。

相应地，本发明提供了一种安全控制方法，如图6所示，包括：检测液压马达进出口压力油的压力差(步骤501)以及变幅机构定动滑轮组间的距离(步骤503)，然后可以根据液压马达进出口压力油的压力差，结合马达参数、起升滑轮组参数和起升卷扬的卷筒半径，利用式(1)计算起重机吊重(步骤505)。通过位移传感器测量变幅定动滑轮组之间的距离，结合臂架***的结构参数(构件长度与位置)和各构件间的几何关系，可以计算出起重机当前的工作幅度、臂架角度等，如利用式(2)、(4)可以分别计算出人字架变幅的主臂工况下的主臂角度和工作幅度(步骤507)。随后可以根据计算得到的起重机吊重、工作幅度和臂架角度确定起重机吊装是否安全(步骤509)。如果安全的话，可以进行正常的吊装操作(步骤511)，如果不安全的话，进行声光报警(步骤513)，并限制起重机吊装仅向安全的方向运行(步骤515)。在确定起重机吊装是否安全时，可以根据计算吊重在预设的起重性能表中查询，从而得到对应的起重机安全作业的工作幅度范围(或根据计算工作幅度在起重性能表中查询出起重机安全作业的吊重范围)；同时判断计算的臂架角度是否在预设的上、下限之间。如果计算得到的工作幅度不在所述工作幅度范围内(或计算得到的吊重不在所述吊重范围内)，或者计算得到臂架角度超过了预设的上、下限，说明作业不安全。

相应地，本发明还提供了一种力矩限制器，该***包括接收单元100以及控制器200；该***还包括：长度/位移检测装置300，用于检测变幅机构定动滑轮组之间的距离；压力检测装置400，用于检测液压马达进出口压力油的压力差。长度/位移检测装置可以为如图2所示的长度/位移传感器1，长度或位移检测装置可以是长度传感器，用于直接测量定动滑轮组之间的距离，也可以是位移检测装置，例如拉线位移传感器，其结合定动滑轮组之间的初始距离来间接测量定动滑轮组之间的距离。压力检测装置可以为如图2所示的压力传感器2。此外，为了便于作业人员实时观测起重机作业状态，***还包括显示装置500，用于实时显示起重机的作业状态，包括吊重、工作幅度、臂架角度、起升高度等信息。当控制器判断出起重机作业不安全时，控制器将触发控制信号给外部装置，可以限制起升机构和变幅机构只能朝向安全的方向进行吊装作业，还可以使声光报警装置进行声光报警。

相应地，本发明还提供了一种起重机，该起重机包括所述的***。优选地，所述起重机为履带式起重机。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (15)

1.一种起重机安全控制***，其特征在于，该***包括：

接收单元，用于接收起升卷扬的液压马达进出口压力油的压力差以及变幅机构定动滑轮组之间的距离；

控制器，用于根据所述液压马达进出口压力油的压力差计算起重机吊重，以及根据所述变幅机构定动滑轮组之间的距离计算起重机工作幅度，并将计算得到的所述起重机吊重以及所述起重机工作幅度与预先设置的起重性能表进行比较，以在确定起重机吊装不安全的情况下限制起重机仅向安全的方向进行起重机吊装作业。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，控制器，还用于根据所述变幅机构定动滑轮组之间的距离计算起重机臂架角度，并在计算得到的所述起重机臂架角度超出预先设置的臂架角度范围的情况下限制起重机仅向安全的方向进行起重机吊装作业。

3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，将计算得到的所述起重机吊重以及起重机工作幅度与预先设置的起重性能表进行比较包括：

根据计算得到的所述起重机吊重以及预先设置的起重性能表得到计算得到的所述起重机吊重对应的起重机安全作业的工作幅度范围；或者根据计算得到的所述起重机工作幅度以及预先设置的起重性能表得到计算得到的所述起重机工作幅度对应的起重机安全作业的吊重范围；

当计算得到的所述起重机工作幅度在所述起重机安全作业的工作幅度范围内的情况下确认起重机吊装安全，以及在计算得到的所述起重机工作幅度超出所述起重机安全作业的工作幅度范围的情况下，确认起重机吊装不安全；或者当计算得到的所述起重机吊重在所述起重机安全作业的吊重范围内的情况下确认起重机吊装安全，在计算得到的所述起重机吊重超出所述起重机安全作业的吊重范围的情况下确认起重机吊装不安全。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的***，其特征在于，根据下式计算起重机吊重：

$M=\frac{A_m\·V_m\·\mathrm{\Δ}P\·A_1\·n}{2\·\mathrm{\π}\·R\·g};$

其中M为起重机吊重，A_m为起升卷扬的液压马达的工作效率，V_m为起升卷扬的液压马达的排量，ΔP为所述液压马达进出口压力油的压力差，A₁为起升滑轮组的效率，n为起升滑轮组的倍率，R为卷筒半径，g为重力加速度。

5.根据权利要求1-3任意一项所述的***，其特征在于，在所述起重机具有人字架变幅的主臂工况的情况下，根据下式计算起重机主臂角度θ：

在所述起重机具有人字架变幅的主臂工况的情况下，根据下式计算起重机主臂角度θ：

$\mathrm{\θ}=\mathrm{arc}tan\frac{Y_B}{X_B}-\mathrm{arc}tan\frac{y_B}{L_{zb}-x_B};$

在所述起重机具有人字架变幅的主臂工况的情况下，根据下式计算起重机工作幅度R：

R＝L_zb·cosθ-x_z·cosθ-y_z·sinθ-X_A；

其中，以主臂根部铰点O为坐标原点，变幅平面内向前的水平方向为X轴，向上的竖直方向为Y轴建立整体坐标系XOY，X_A为起重机回转中心A的X轴坐标，(X_B，Y_B)为起重机变幅拉板上铰点B的坐标；在以起重机主臂顶点D为坐标原点o，指向起重机主臂根部铰点的臂架轴线方向为x轴正方向，变幅平面内与x轴垂直且向上为y轴建立主臂局部坐标系xoy，(x_B，y_B)为起重机变幅拉板上铰点B在主臂局部坐标系下的局部坐标，(x_Z，y_Z)为起重机起升滑轮组中心Z在主臂局部坐标系下的局部坐标，L_zb为起重机主臂长度。

6.根据权利要求1-3任意一项所述的***，其特征在于，在所述起重机具有桅杆变幅的塔臂工况的情况下，根据下式计算起重机主臂角度θ_zb与塔臂角度θ_tb：

${\mathrm{\θ}}_{zb}=\mathrm{arc}tan\frac{Y_B}{X_B}-\mathrm{arc}tan\frac{y_B}{L_{zb}-x_B};$

${\mathrm{\θ}}_{tb}=\mathrm{arc}tan\frac{Y_H-Y_E}{X_H-X_E}-\mathrm{arc}tan\frac{y_H^{\′}}{L_{tb}-x_H^{\′}};$

在所述起重机具有桅杆变幅的塔臂工况的情况下，根据下式计算起重机工作幅度R：

R＝X_E+L_tb·cos(θ_tb)-x′_Z·cos(θ_tb)-y′_Z·sin(θ_tb)-X_A；

其中，以主臂根部铰点O为坐标原点，变幅平面内向前的水平方向为X轴，向上的竖直方向为Y轴建立整体坐标系XOY，X_A为起重机回转中心A的X轴坐标，(X_B，Y_B)为起重机变幅拉板上铰点B的坐标，(X_E，Y_E)为起重机主臂与起重机塔臂连接铰点E的坐标，(X_H，Y_H)为起重机塔臂前拉板上铰点H的坐标；以起重机主臂顶点D为坐标原点o，指向起重机主臂根部铰点的臂架轴线方向为x轴正方向，变幅平面内与x轴垂直且向上为y轴建立主臂局部坐标系xoy，(x_B，y_B)为起重机变幅拉板上铰点B在主臂局部坐标系下的局部坐标；以起重机塔臂顶点D1为坐标原点o′，指向起重机塔臂根部铰点的臂架轴线方向为x′轴正方向，变幅平面内与x′轴垂直且向上为y′轴建立塔臂局部坐标系x′o′y′，(x′_H，y′_H)为起重机塔臂前拉板上铰点H在塔臂局部坐标系下的坐标，(x′_Z，y′_Z)为起重机吊钩滑轮中心Z在塔臂局部坐标系下的坐标；L_zb为起重机主臂长度；L_tb为起重机塔臂长度。

7.一种起重机安全控制方法，其特征在于，该方法包括：

接收起升卷扬的液压马达进出口压力油的压力差以及变幅机构定动滑轮组之间的距离；

根据所述液压马达进出口压力油的压力差计算起重机吊重，以及根据所述变幅机构定动滑轮组之间的距离计算起重机工作幅度，并将计算得到的所述起重机吊重以及所述起重机工作幅度与预先设置的起重性能表进行比较，以在确定起重机吊装不安全的情况下限制起重机仅向安全的方向进行起重机吊装作业。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，该方法还包括根据所述变幅机构定动滑轮组之间的距离计算起重机臂架角度，并在计算得到的所述起重机臂架角度超出预先设置的臂架角度范围的情况下限制起重机仅向安全的方向进行起重机吊装作业。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，将计算得到的所述起重机吊重以及起重机工作幅度与预先设置的起重性能表进行比较包括：

根据计算得到的所述起重机吊重以及预先设置的起重性能表得到计算得到的所述起重机吊重对应的起重机安全作业的工作幅度范围；或者根据计算得到的所述起重机工作幅度以及预先设置的起重性能表得到计算得到的所述起重机工作幅度对应的起重机安全作业的吊重范围；

当计算得到的所述起重机工作幅度在所述起重机安全作业的工作幅度范围内的情况下确认起重机吊装安全，以及在计算得到的所述起重机工作幅度超出所述起重机安全作业的工作幅度范围的情况下，确认起重机吊装不安全；或者当计算得到的所述起重机吊重在所述起重机安全作业的吊重范围内的情况下确认起重机吊装安全，在计算得到的所述起重机吊重超出所述起重机安全作业的吊重范围的情况下确认起重机吊装不安全。

10.根据权利要求7-9任意一项所述的方法，其特征在于，该方法还包括根据下式计算起重机吊重：

$M=\frac{A_m\·V_m\·\mathrm{\Δ}P\·A_1\·n}{2\·\mathrm{\π}\·R\·g};$

其中M为起重机吊重，A_m为起升卷扬的液压马达的工作效率，V_m为起升卷扬的液压马达的排量，ΔP为所述液压马达进出口压力油的压力差，A₁为起升滑轮组的效率，n为起升滑轮组的倍率，R为卷筒半径，g为重力加速度。

11.根据权利要求7-9任意一项所述的方法，其特征在于，在所述起重机具有人字架变幅的主臂工况的情况下，根据下式计算起重机主臂角度θ：

在所述起重机具有人字架变幅的主臂工况的情况下，根据下式计算起重机主臂角度θ：

$\mathrm{\θ}=\mathrm{arc}tan\frac{Y_B}{X_B}-\mathrm{arc}tan\frac{y_B}{L_{zb}-x_B};$

在所述起重机具有人字架变幅的主臂工况的情况下，根据下式计算起重机工作幅度R：

R＝L_zb·cosθ-x_z·cosθ-y_z·sinθ-X_A；

其中，以主臂根部铰点O为坐标原点，变幅平面内向前的水平方向为X轴，向上的竖直方向为Y轴建立整体坐标系XOY，X_A为起重机回转中心A的X轴坐标，(X_B，Y_B)为起重机变幅拉板上铰点B的坐标；在以起重机主臂顶点D为坐标原点o，指向起重机主臂根部铰点的臂架轴线方向为x轴正方向，变幅平面内与x轴垂直且向上为y轴建立主臂局部坐标系xoy，(x_B，y_B)为起重机变幅拉板上铰点B在主臂局部坐标系下的局部坐标，(x_Z，y_Z)为起重机起升滑轮组中心Z在主臂局部坐标系下的局部坐标，L_zb为起重机主臂长度。

12.根据权利要求7-9任意一项所述的方法，其特征在于，在所述起重机具有桅杆变幅的塔臂工况的情况下，根据下式计算起重机主臂角度θ_zb与塔臂角度θ_tb：

${\mathrm{\θ}}_{zb}=arctan\frac{Y_B}{X_B}-arctan\frac{y_B}{L_{zb}-x_B};$

${\mathrm{\θ}}_{tb}=arctan\frac{Y_H-Y_E}{X_H-X_E}-arctan\frac{y_H^{\′}}{L_{tb}-x_H^{\′}};$

在所述起重机具有桅杆变幅的塔臂工况的情况下，根据下式计算起重机工作幅度R：

R＝X_E+L_tb·cos(θ_tb)-x′_Z·cos(θ_tb)-y′_Z·sin(θ_tb)-X_A；

其中，以主臂根部铰点O为坐标原点，变幅平面内向前的水平方向为X轴，向上的竖直方向为Y轴建立整体坐标系XOY，X_A为起重机回转中心A的X轴坐标，(X_B，Y_B)为起重机变幅拉板上铰点B的坐标，(X_E，Y_E)为起重机主臂与起重机塔臂连接铰点E的坐标，(X_H，Y_H)为起重机塔臂前拉板上铰点H的坐标；以起重机主臂顶点D为坐标原点o，指向起重机主臂根部铰点的臂架轴线方向为x轴正方向，变幅平面内与x轴垂直且向上为y轴建立主臂局部坐标系xoy，(x_B，y_B)为起重机变幅拉板上铰点B在主臂局部坐标系下的局部坐标；以起重机塔臂顶点D1为坐标原点o′，指向起重机塔臂根部铰点的臂架轴线方向为x′轴正方向，变幅平面内与x′轴垂直且向上为y′轴建立塔臂局部坐标系x′o′y′，(x′_H，y′_H)为起重机塔臂前拉板上铰点H在塔臂局部坐标系下的坐标，(x′_Z，y′_Z)为起重机吊钩滑轮中心Z在塔臂局部坐标系下的坐标；L_zb为起重机主臂长度；L_tb为起重机塔臂长度。

13.一种力矩限制器，其特征在于，该力矩限制器包括根据权利要求1-6任意一项所述的起重机安全控制***；该力矩限制器还包括：

压力检测装置，用于检测起升卷扬的液压马达进出口压力油的压力差；

长度/位移检测装置，用于检测变幅机构定动滑轮组之间的距离。

14.根据权利要求13所述的力矩限制器，其特征在于，所述长度/位移检测装置安装在变幅机构定动滑轮组之间。

15.一种起重机，其特征在于，该起重机包括根据权利要求13或14所述的力矩限制器。