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1、起重機(jī)空間防撞系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究
摘要:起重機(jī)空間防撞系統(tǒng)通過建立統(tǒng)一坐標(biāo)系,以及空間函數(shù)運(yùn)算,得出潛在的空間干涉沖突,并提供避讓操作提示。這種空間防撞系統(tǒng)具備主動防撞和被動防撞功能。
關(guān)鍵詞:坐標(biāo)系;空間干涉;起重機(jī);碰撞;防撞系統(tǒng)
隨著現(xiàn)代起重運(yùn)輸機(jī)械產(chǎn)業(yè)發(fā)展,同一作業(yè)區(qū)域中起重運(yùn)輸機(jī)械的密度增大,導(dǎo)致起重運(yùn)輸機(jī)械之間非安全接近的概率大大增加。為了避免起重運(yùn)輸機(jī)械之間危險(xiǎn)接近或碰撞的情況發(fā)生,面對不同機(jī)型應(yīng)用范圍和用戶實(shí)際需求,出現(xiàn)多種防撞系統(tǒng),各自原理和實(shí)施形式存在一定差異,導(dǎo)致防撞系統(tǒng)的完整性和經(jīng)濟(jì)性差異較大。起重機(jī)空間防撞系統(tǒng),其區(qū)別于紅外線或激光之類的直
2、線性或平面性防撞系統(tǒng),通過檢測這些起重機(jī)的相對空間位置和已知外形尺寸參數(shù),建立空間函數(shù)關(guān)系,通過電氣系統(tǒng)計(jì)算機(jī)函數(shù)運(yùn)算,得出潛在的空間干涉沖突,并為駕駛員提供避讓操作咨詢?,F(xiàn)代船廠為了提高造船效率和設(shè)備高效利用,同一造船工作平臺上使用不同起重機(jī)協(xié)同作業(yè),造船門式起重機(jī)和門座起重機(jī)是最常見的起重運(yùn)輸機(jī)械,一般是以較大的門式起重機(jī)為主,門座起重機(jī)為輔,進(jìn)行交叉運(yùn)行作業(yè)。起重機(jī)空間防撞系統(tǒng)依照這兩種起重機(jī)的外形尺寸參數(shù)和使用功能不同,系統(tǒng)程序自動監(jiān)控各起重設(shè)備之間體型是否重疊干涉,避免相互碰撞導(dǎo)致不安全事故。這種空間防撞系統(tǒng)具備主動防撞和被動防撞功能。
1工作原理
1.1防撞
3、系統(tǒng)組成
防撞系統(tǒng)由硬件和軟件組成,硬件主要包含檢測編碼器、計(jì)算機(jī)和無線通訊設(shè)備。軟件主要有電氣控制系統(tǒng)和空間運(yùn)算程序。
1.2空間防撞系統(tǒng)特點(diǎn)
起重機(jī)空間防撞系統(tǒng),不僅適用于新建的起重機(jī),也適用于局部改造的起重運(yùn)輸設(shè)備。區(qū)別于以前的起重機(jī)之間面域防撞系統(tǒng)和線性防撞系統(tǒng),空間防撞系統(tǒng)是空間立體性,兩關(guān)聯(lián)起重機(jī)可以空間交叉作業(yè),只要兩關(guān)聯(lián)起重機(jī)沒有空間干涉,門座起重機(jī)可以在臂架大幅度低位時(shí)在門式起重機(jī)下作業(yè)。
1.3防撞系統(tǒng)原理
門式起重機(jī)和門座起重機(jī)在同一船塢平臺上工作,兩臺起重機(jī)都安裝空間防撞系統(tǒng),起重機(jī)之間通過無線通訊設(shè)備建立數(shù)據(jù)
4、信息聯(lián)系,通過起重機(jī)相互交換位置形態(tài)數(shù)據(jù),檢測、跟蹤和運(yùn)算出鄰近立體空間區(qū)域,根據(jù)接近程度,向各自司機(jī)和系統(tǒng)提供警告和推薦避讓措施。防撞系統(tǒng)程序利用起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)的編碼器檢測起重機(jī)的位置和工作狀態(tài),再通過防撞系統(tǒng)程序運(yùn)算空間坐標(biāo)矢量值,得到每臺起重機(jī)的空間外形尺寸參數(shù),系統(tǒng)程序自動監(jiān)控各臺起重設(shè)備之間實(shí)時(shí)體型參數(shù)是否重疊干涉,判定起重機(jī)是否可能相互碰撞。電氣控制系統(tǒng)根據(jù)作業(yè)工況及使用功能,設(shè)定這兩臺起重機(jī)的外形尺寸參數(shù)相互干涉重疊的預(yù)警范圍,到達(dá)預(yù)警值時(shí),可提供防撞警示。為了統(tǒng)一各臺起重機(jī)之間檢測數(shù)據(jù),采用統(tǒng)一的空間坐標(biāo)系。統(tǒng)一空間坐標(biāo)系后,按照圖3基本控制原理,通過檢測元件檢測各臺起重機(jī)
5、的運(yùn)行數(shù)據(jù),防撞系統(tǒng)需要采集的基本數(shù)據(jù)如表1和表2。
1.4系統(tǒng)集成
按照圖3所示的系統(tǒng)原理,門式起重機(jī)和門座起重機(jī)均需增加通訊模塊,建立相互之間通訊。對于起重機(jī)控制系統(tǒng)共性和差異,多數(shù)情況建議采用無線通訊系統(tǒng),并且均連接各自的控制系統(tǒng)總線。對于新建的起重機(jī),防撞系統(tǒng)的數(shù)據(jù)測量裝置可集成到系統(tǒng)中,對于改造的起重設(shè)備,可在原有控制系統(tǒng)中加裝有防撞系統(tǒng)的數(shù)據(jù)測量裝置、通訊設(shè)備和控制程序模塊。防撞系統(tǒng)是及時(shí)防撞警示操控運(yùn)行情況系統(tǒng),每臺起重機(jī)的司機(jī)室和顯要位置都增設(shè)報(bào)警裝置,提供聲光報(bào)警或語音報(bào)警,報(bào)警裝置能有效警示操作人員和其它相關(guān)人員,并在控制系統(tǒng)的監(jiān)視器上能突出顯示碰撞
6、信息??臻g防撞系統(tǒng)能做到全空間和全時(shí)域防撞。防撞系統(tǒng)是每臺起重機(jī)設(shè)置有檢測裝置,同時(shí)還需計(jì)算程序,由電氣控制程序計(jì)算出相互之間的空間位置關(guān)系。空間防撞系統(tǒng)在其中一臺起重機(jī)停機(jī)或短時(shí)間停機(jī)時(shí),其它起重機(jī)也能有效避免與之干涉碰撞,這樣就要求系統(tǒng)有數(shù)據(jù)儲存功能??臻g防撞系統(tǒng)還可以對起重機(jī)群都停機(jī)之后,僅對某臺起重機(jī)啟動運(yùn)作,能有效避免與其它起重機(jī)干涉碰撞,這就要求系統(tǒng)有位置儲存和復(fù)位功能。
2設(shè)計(jì)分析
2.1基本參數(shù)檢測
按照防撞系統(tǒng)要求,參照圖1可推測門式起重機(jī)和門座起重機(jī)之間可能發(fā)生的基本碰撞有:臂架與主梁空間干涉;臂架與上小車吊鉤鋼絲繩空間干涉;臂架與下小車
7、吊鉤鋼絲繩空間干涉??臻g防撞系統(tǒng)要進(jìn)行空間矢量運(yùn)算,除需要檢測表1和表2所示的基本數(shù)據(jù)外,還需儲備門式起重機(jī)的主梁外形尺寸參數(shù)和小車吊鉤鋼絲繩外圍尺寸參數(shù)以及門座起重機(jī)的臂架外形尺寸參數(shù)。
2.2空間坐標(biāo)參數(shù)
根據(jù)上述測得的空間防撞系統(tǒng)數(shù)據(jù),結(jié)合已知的體形尺寸進(jìn)行空間矢量運(yùn)算,門式起重機(jī)的空間坐標(biāo)參數(shù)為:
2.3干涉計(jì)算判定
起重機(jī)防撞系統(tǒng)要求先判斷門座起重機(jī)和門式起重機(jī)的軌道方向坐標(biāo)X的初判值X0:防撞系統(tǒng)對于防撞安全范圍設(shè)定或減速防轉(zhuǎn)距離,可適當(dāng)增加緩沖區(qū)域,主梁與臂架緩沖距離為hl,為了安全,設(shè)定hl=5m,小車與臂架緩沖距離hc,為了安全
8、,設(shè)定hc=5m。調(diào)試過程中可設(shè)定這兩臺起重機(jī)的外形尺寸參數(shù)相互干涉重疊的預(yù)警范圍到達(dá)最佳預(yù)警范圍值,這樣即可安全生產(chǎn)又可發(fā)揮起重機(jī)協(xié)同作業(yè)能力,實(shí)現(xiàn)最佳綜合經(jīng)濟(jì)效益。
3停機(jī)防撞設(shè)計(jì)
空間防撞系統(tǒng)不僅能對運(yùn)作中的起重機(jī)實(shí)現(xiàn)空間防撞,也可以對其中一臺起重機(jī)停機(jī)或短時(shí)間停機(jī)時(shí)實(shí)現(xiàn)空間防撞。其中一臺起重機(jī)停機(jī)后其它起重機(jī)記錄其最后的位置數(shù)據(jù),在沒有進(jìn)一步數(shù)據(jù)更新的情況下,以最近的數(shù)據(jù)計(jì)算分析,避免與之干涉碰撞。同理,可以對起重機(jī)群都停機(jī)之后,僅某臺起重機(jī)啟動運(yùn)作,能有效避免與其它起重機(jī)干涉碰撞。如門座起重機(jī)停機(jī),電控系統(tǒng)斷電,門式起重機(jī)的防撞系統(tǒng)記錄門座起重機(jī)停機(jī)狀態(tài)參數(shù),
9、臂架仰起處于小幅度位置,臂架頂點(diǎn)高于主梁下底面。運(yùn)行門式起重機(jī)靠近門座起重機(jī),空間防撞系統(tǒng)可以即時(shí)檢測門式起重機(jī)主梁與臂架的干涉碰撞,并分析小車與臂架的干涉碰撞。如門式起重機(jī)停機(jī),電控系統(tǒng)斷電,防撞系統(tǒng)檢測門座起重機(jī)的停機(jī)狀態(tài)參數(shù),門式起重機(jī)停機(jī),上下小車設(shè)定位置,小車吊鉤均下降到設(shè)定高度。運(yùn)行門座起重機(jī)靠近門式起重機(jī),防撞系統(tǒng)能即時(shí)檢測運(yùn)算分析停機(jī)防撞可能性。
4結(jié)論
空間防撞系統(tǒng)通過建立統(tǒng)一坐標(biāo)系,空間函數(shù)運(yùn)算,計(jì)算得出潛在的空間干涉沖突,并提供避讓操作提示??臻g防撞系統(tǒng)不僅實(shí)用于兩臺起重機(jī)之間的相互防碰撞,還可應(yīng)用拓展到多臺多類型起重機(jī)之間的防碰撞。防撞系統(tǒng)依靠相
10、互之間位置數(shù)據(jù)交換和儲存,具備主動防撞和被動防撞功能,起重機(jī)在停機(jī)狀態(tài)下也可以有效起到防撞功能。
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