CN110171779A - 正面吊安全起吊控制***及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种正面吊安全起吊控制***及控制方法，***包括识别模块、测量模块、安全起吊模块和防倾翻模块。所述识别模块通过摄像头采集图像，进行图像识别，判断是否为火车平车卸集装箱工况；所述测量模块通过激光测距传感器实时测量伸缩油缸和俯仰油缸的长度，通过吊具上四个旋锁式拉压力传感器实时测量集装箱的起吊力；所述安全起吊模块根据旋锁式拉压力传感器的采集数据判断集装箱起升过程中与平车地板的相对位置，基于所述测量模块采集到的数据对吊具起吊速度和方向进行控制，以实现集装箱底角件与平车上F‑TR锁顺利脱离，避免车辆损坏、脱轨；所述防倾翻模块由于考虑了集装箱的实际重心位置，相比现有正面吊防倾翻***更加准确可靠。

Description

正面吊安全起吊控制***及控制方法
技术领域
本发明涉及正面吊控制***技术领域，尤其涉及一种从火车平车上卸集装箱的起吊控制***及控制方法。
背景技术
铁路货场常用正面吊进行集装箱装卸和堆放作业。现有正面吊具有垂直起升和防倾翻功能，但是从平车上卸集装箱时可能会出现箱体底角件与平车F-TR锁未脱钩现象，甚至导致平车被吊起。专利号为CN201520132108.6的中国实用新型，公开了一种安全起吊控制***，在吊具上下架之间安装了接近开关，在上下架出现一定转角时接近开关触发以限制起吊，可以起到一定的预防火车F-TR锁误起吊的作用。但是，该专利技术未对起升过程进行检测和控制，因此在安全起吊控制方案上有待进一步改进。
发明内容
针对现有技术的缺点，本发明提供一种能够控制正面吊起吊速度和方向的控制***及控制方法，防止出现从平车上卸集装箱时因F-TR锁未脱钩导致平车被吊起的事故，并防止正面吊倾翻。
为解决上述技术问题，本发明首先提供一种正面吊安全起吊控制***，包括：识别模块，测量模块，安全起吊模块和防倾翻模块；
所述识别模块通过摄像头采集图像，进行图像识别，判断是否为火车平车卸集装箱工况；
所述测量模块，用于通过激光测距传感器实时测量伸缩油缸和俯仰油缸的长度，通过吊具上四个旋锁式拉压力传感器实时测量集装箱的起吊力；
所述安全起吊模块，用于控制集装箱底角件与平车上F-TR锁顺利脱离；
所述防倾翻模块，用于基于所述测量模块采集到的数据对起吊速度和方向进行控制；
所述识别模块与所述安全起吊模块相连，所述识别模块的判断结果作为参数输入到所述安全起吊模块；
所述测量模块分别与所述安全起吊模块、所述防倾翻模块相连，所述激光测距传感器和所述旋锁式拉压力传感器的采集值作为参数输入到所述安全起吊模块和所述防倾翻模块；
所述安全起吊模块根据旋锁式拉压力传感器的采集数据判断集装箱起升过程中与平车地板的相对位置，所述安全起吊模块与正面吊伸缩油缸、俯仰油缸、吊具移动油缸的相应油泵相连，控制油泵流量；
所述防倾翻模块与正面吊伸缩油缸、俯仰油缸相应油泵相连，控制油泵流量。
所述识别模块包括：一个摄像头安装在正面吊驾驶室内，实时监控集装箱装卸作业工况；当图像识别的装卸作业工况为从平车上卸集装箱时，向所述安全起吊模块发送指令，启动安全起吊程序。
所述测量模块包括：
第一激光测距传感器、第二激光测距传感器，两个激光测距传感器分别安装在臂架底部端头和俯仰油缸底部端头，第一挡板、第二挡板分别安装在伸缩油缸和俯仰油缸顶头，分别实时测量伸缩油缸和俯仰油缸的长度；
四个旋锁式拉压力传感器分别测量集装箱的四个旋锁的起升力；
数据采集器具有至少4路高速模拟量输入，用于采集四个旋锁式拉压力传感器的信号；
无线通讯器将4路旋锁式拉压力值分别传送给所述安全起吊模块、所述防倾翻模块。
一种所述的正面吊安全起吊控制***的控制方法，包括以下步骤：
步骤i、当识别模块确认工况为从平车上卸集装箱时，安全起吊模块控制平车上F-TR锁解锁，使集装箱底角件与平车上F-TR锁脱离；
步骤ii、安全起吊模块限定伸缩油缸和俯仰油缸的油泵为小流量输出，使吊具缓慢起升；
步骤iii、起吊过程中，实时检测四个旋锁式拉压力传感器，当四个旋锁式拉压力传感器的力值之和大于阈值F0时，正面吊停止起升，保持悬停；否则，进入步骤v；
步骤iv、控制伸缩油缸、俯仰油缸、吊具移动油缸动作后，返回步骤ii-步骤iii；
步骤v、当集装箱起升设定距离后解除对伸缩油缸和俯仰油缸的油泵流量限制，快速起升。
最优的，在上述步骤ii至步骤v中，防倾翻模块实时计算集装箱相对正面吊前轮的翻转力矩M集，其中，L7为集装箱重心至正面吊前轮心的距离，F1，F2，F3，F4分别为4个旋锁式拉压力传感器的力值；
当M集达到一定阈值时，所述防倾翻模块停止各液压油缸的动作，向司机发出倾翻警告。
本发明通过激光测距传感器实时测量伸缩油缸和俯仰油缸的长度，通过吊具上四个旋锁式拉压力传感器实时测量集装箱的起吊力，基于采集到的数据对吊具起吊速度和方向进行控制，以实现集装箱底角件与平车上F-TR锁顺利脱离，避免车辆损坏、脱轨。并且，本发明防倾翻方案考虑了集装箱的实际重心位置，相比现有正面吊防倾翻***更加准确可靠。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步具体说明。
图1为本发明正面吊安全起吊控制***的结构原理示意图。
图2为本发明正面吊安全起吊控制***的控制原理图。
附图标记说明:
1-正面吊；2-第一激光测距传感器；3-第一挡板；4-臂架；5-伸缩油缸；6-吊具；7-旋锁式拉压力传感器；8-第二激光测距传感器；9-第二挡板；10-集装箱；11-俯仰油缸；12-摄像头；13-数据采集器；14-无线通讯器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图2所示，识别模块通过摄像头采集图像，进行图像识别，判断是否为火车平车卸集装箱工况；测量模块，用于通过激光测距传感器实时测量伸缩油缸和俯仰油缸的长度，通过吊具上四个旋锁式拉压力传感器实时测量集装箱的起吊力；安全起吊模块，用于控制集装箱底角件与平车上F-TR锁顺利脱离；防倾翻模块，用于基于测量模块采集到的数据对起吊速度和方向进行控制；识别模块与安全起吊模块相连，所述识别模块的判断结果作为参数输入到所述安全起吊模块；测量模块分别与安全起吊模块、防倾翻模块相连，激光测距传感器和所述旋锁式拉压力传感器的采集值作为参数输入到安全起吊模块和所述防倾翻模块；
如图1所示，识别模块选用一个无线WIFI摄像头12，安装在正面吊驾驶室内，实时监控集装箱装卸作业工况，当图像识别算法确定装卸作业工况为从平车上卸集装箱时，向所述安全起吊模块发送指令，启动安全起吊程序。
本发明所述的测量模块选用两个量程为30m，精度1mm的第一激光测距传感器2、第二激光测距传感器8，两个激光测距传感器分别安装在臂架4底部端头和俯仰油缸11底部端头，相应的第一挡板3、第二挡板9分别安装在伸缩油缸5和俯仰油缸11顶头，分别实时测量伸缩油缸5和俯仰油缸11的长度，利用余弦函数公式确定臂架4的俯仰角β，选用4个量程为15t旋锁式拉压力传感器7测量各旋锁的起升力，数据采集器13选用具有至少4路高速模拟量输入，且便于旋锁式拉压力传感器7和正面吊控制***之间拆卸的分布式采集模块，无线通讯器14采用ZigBee无线数传网络将4路力值传送给正面吊控制***。
安全起吊模块根据旋锁式拉压力传感器的采集数据判断集装箱起升过程中与平车地板的相对位置，所述安全起吊模块分别与正面吊伸缩油缸5、俯仰油缸11、吊具移动油缸的相应油泵电控连接，分别控制正面吊伸缩油缸5、俯仰油缸11、吊具移动油缸的油泵流量。防倾翻模块分别与正面吊伸缩油缸5、俯仰油缸11相应油泵电控连接，控制正面吊伸缩油缸5、俯仰油缸11的油泵流量。
下面进一步描述正面吊安全起吊控制***的控制方法，包括以下步骤：
步骤i、当识别模块确认工况为从平车上卸集装箱时，安全起吊模块控制平车上F-TR锁解锁，使集装箱底角件与平车上F-TR锁脱离；
步骤ii、安全起吊模块限定伸缩油缸和俯仰油缸的油泵为小流量输出，使吊具缓慢起升；
步骤iii、起吊过程中，实时检测四个旋锁式拉压力传感器，当四个旋锁式拉压力传感器的力值之和大于阈值F0时，说明集装箱底角件与平车F-TR锁未脱钩，正面吊停止起升，保持悬停，预防集装箱10起升造成平车车体被拖起，避免车辆损坏、脱轨，进入步骤iv；否则，进入步骤v；
步骤iv、控制伸缩油缸、俯仰油缸、吊具移动油缸动作，调整吊具6和集装箱10的位姿后，返回步骤ii-步骤iii；
步骤v、当集装箱起升设定距离后，解除对伸缩油缸和俯仰油缸的油泵流量限制，快速起升。设定距离的经验值为80mm—110mm。
在上述步骤ii至步骤v中，防倾翻模块实时计算集装箱相对正面吊前轮的翻转力矩M集，其中，L7为集装箱重心至正面吊前轮心的距离，F1，F2，F3，F4分别为4个旋锁式拉压力传感器的力值；
当M集达到一定阈值时，所述防倾翻模块停止各液压油缸的动作，向司机发出倾翻警告。
集装箱10重心G的空间坐标可由4个旋锁式拉压力传感器7确定，G到正面吊前轮的水平距离L7，由臂架4俯仰角β，伸缩油缸5长度L6，4个旋锁式拉压力传感器7的力值F1，F2，F3，F4确定，L7＝f(β,L6,F1,F2,F3,F4)。由于考虑了集装箱的实际重心位置，因此所述防倾翻模块相比现有正面吊防倾翻技术更加准确可靠。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施示例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种正面吊安全起吊控制***，其特征在于，包括：识别模块，测量模块，安全起吊模块和防倾翻模块；
所述识别模块通过摄像头采集图像，进行图像识别，判断是否为火车平车卸集装箱工况；
所述测量模块，用于通过激光测距传感器实时测量伸缩油缸和俯仰油缸的长度，通过吊具上四个旋锁式拉压力传感器实时测量集装箱的起吊力；
所述安全起吊模块，用于控制集装箱底角件与平车上F-TR锁顺利脱离；
所述防倾翻模块，用于基于所述测量模块采集到的数据对起吊速度和方向进行控制；
所述识别模块与所述安全起吊模块相连，所述识别模块的判断结果作为参数输入到所述安全起吊模块；
所述测量模块分别与所述安全起吊模块、所述防倾翻模块相连，所述激光测距传感器和所述旋锁式拉压力传感器的采集值作为参数输入到所述安全起吊模块和所述防倾翻模块；
所述安全起吊模块根据旋锁式拉压力传感器的采集数据判断集装箱起升过程中与平车地板的相对位置，所述安全起吊模块与正面吊伸缩油缸、俯仰油缸、吊具移动油缸的相应油泵相连，控制油泵流量；
所述防倾翻模块与正面吊伸缩油缸、俯仰油缸相应油泵相连，控制油泵流量。
2.根据权利要求1所述的正面吊安全起吊控制***，其特征在于，所述识别模块包括：一个摄像头安装在正面吊驾驶室内，实时监控集装箱装卸作业工况；当图像识别的装卸作业工况为从平车上卸集装箱时，向所述安全起吊模块发送指令，启动安全起吊程序。
3.根据权利要求1所述的正面吊安全起吊控制***，其特征在于，所述测量模块包括：
第一激光测距传感器、第二激光测距传感器，两个激光测距传感器分别安装在臂架底部端头和俯仰油缸底部端头，第一挡板、第二挡板分别安装在伸缩油缸和俯仰油缸顶头，分别实时测量伸缩油缸和俯仰油缸的长度；
四个旋锁式拉压力传感器分别测量集装箱的四个旋锁的起升力；
数据采集器具有至少4路高速模拟量输入，用于采集四个旋锁式拉压力传感器的信号；
无线通讯器将4路旋锁式拉压力值分别传送给所述安全起吊模块、所述防倾翻模块。
4.一种权利要求1所述的正面吊安全起吊控制***的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤i、当识别模块确认工况为从平车上卸集装箱时，安全起吊模块控制平车上F-TR锁解锁，使集装箱底角件与平车上F-TR锁脱离；
步骤ii、安全起吊模块限定伸缩油缸和俯仰油缸的油泵为小流量输出，使吊具缓慢起升；
步骤iii、起吊过程中，实时检测四个旋锁式拉压力传感器，当四个旋锁式拉压力传感器的力值之和大于阈值F0时，正面吊停止起升，保持悬停；否则，进入步骤v；
步骤iv、控制伸缩油缸、俯仰油缸、吊具移动油缸动作后，返回步骤ii-步骤iii；
步骤v、当集装箱起升设定距离后解除对伸缩油缸和俯仰油缸的油泵流量限制，快速起升。
5.根据权利要求4所述的正面吊安全起吊控制***的控制方法，其特征在于，在上述步骤ii至步骤v中，防倾翻模块实时计算集装箱相对正面吊前轮的翻转力矩M集，其中，L7为集装箱重心至正面吊前轮心的距离；F1，F2，F3，F4分别为4个旋锁式拉压力传感器的力值；
当M集达到一定阈值时，所述防倾翻模块停止各液压油缸的动作，向司机发出倾翻警告。
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