技术领域
[0001] 本公开涉及工程设计领域，尤其涉及一种吊钩结构优化方法。
背景技术
[0002]
起重机是一种用于吊起和移动重物的机械。起重机的起升系统通常包括吊臂、吊钩、卷扬、吊臂
滑轮组和
钢丝绳等。吊臂是起重机上位于主机和吊钩之间，用来
支撑承载重物的部件。卷扬是起重机上用于卷绕
钢丝绳并通过钢丝绳为吊钩提供拉
力的机构。吊钩是起重机上用于钩挂吊起重物的装置，包括钩头、吊钩滑轮组等。
[0003] 如图1所示，为相关技术中起重机的起升系统的原理示意图。在图1中，卷扬a1缠绕有钢丝绳a2，钢丝绳a2通过设定的缠绕方式缠绕于吊臂滑轮组a3和吊钩中的吊钩滑轮组a4之间。吊钩可负载重物，通过卷扬a1转动收放钢丝绳a2，改变吊臂滑轮组a3和吊钩滑轮组a4之间的距离，实现起升、下降重物的动作。
[0004] 参考图2和图3，由于滑轮的传动效率小于1，绕过各滑轮的钢丝绳拉力不相等，空钩动作时，由于吊钩
重心一般较高，自平衡能力差，吊钩滑轮组a4会随吊钩的钩头a5一起发生倾斜。吊钩滑轮组a4倾斜后，钢丝绳a2进入滑轮绳槽时就会有一定的入绳
角，造成钢丝绳a2首先会碰到绳槽的边缘，然后再滑入槽底。由于钢丝绳a2和绳槽侧面有
摩擦力，钢丝绳a2进入滑轮绳槽的过程是滚动和滑动相结合的过程，就容易造成钢丝绳a2扭转甚至损坏。吊钩滑轮组a4倾斜越严重，钢丝绳a2进入滑轮绳槽的入绳角就越大，扭转就越严重，因此，吊钩滑轮组a4的倾斜角需控制在一定的要求范围。
[0005] 为了控制吊钩滑轮组的倾斜角，相关技术将吊钩滑轮组设计成对称结构。吊钩滑轮组中的滑轮相对于中心线对称布置，钢丝绳对称缠绕，以使滑轮组倾斜较小角度。但即便如此，由于吊钩在工作时，吊钩滑轮组会发生一定的倾斜，不容易确保吊钩滑轮组的倾斜角始终控制在允许范围内。
发明内容
[0006] 有鉴于此，本公开
实施例提供一种吊钩结构优化方法，能够使优化后的吊钩滑轮组的倾斜角尽量控制在允许范围内。
[0007] 在本公开的一个方面，提供一种吊钩结构优化方法，包括：
[0008] 获得吊钩空载状态下绕经吊钩滑轮组中各个滑轮的各股钢丝绳分别承担的拉力；
[0009] 获得在所述吊钩滑轮组以预设的允许倾斜角度倾斜时所述各股钢丝绳与设定基准点的距离；
[0010] 根据所述各股钢丝绳分别承担的拉力和所述各股钢丝绳与设定基准点的距离，计算所述各股钢丝绳分别承担的拉力相对于所述设定基准点的力矩，并计算所述各股钢丝绳分别承担的拉力的总力矩；
[0011] 根据所述总力矩和所述吊钩的重量计算在所述吊钩滑轮组的轴线倾斜所述允许倾斜角度时所述吊钩的重心与所述设定基准点的距离；
[0012] 根据所述吊钩滑轮组的轴线
水平时所述吊钩的重心与所述设定基准点的水平距离、所述吊钩滑轮组的轴线倾斜所述允许倾斜角度时所述吊钩的重心与所述设定基准点的水平距离以及所述允许倾斜角度计算所述吊钩的重心与所述吊钩滑轮组轴线的垂直距离的计算值；
[0013] 根据所述计算值对所述吊钩的结构进行优化，以调整所述吊钩的重心与所述吊钩滑轮组轴线的垂直距离的实际值。
[0014] 在一些实施例中，获得所述各股钢丝绳分别承担的拉力的步骤包括：
[0015] 获得所述吊钩的重量G、所述吊钩滑轮组的倍率n和所述吊钩滑轮组中每个滑轮的机械效率η；
[0016] 通过以下公式计算在所述吊钩空载状态下绕经所述吊钩滑轮组中各个滑轮的各股钢丝绳分别承担的拉力Fn～F1：
[0017] Fn＝G/{n×(1-ηn)/[n×(1-η)]}；
[0018] Fn-1＝Fn×η；Fn-2＝Fn-1×η；……；F1＝F2×η；或
[0019] Fn-1＝(G-Fn)/{(n-1)×(1-ηn-1)/[(n-1)×(1-η)]}；
[0020] Fn-2＝(G-Fn-Fn-1)/{(n-2)×(1-ηn-2)/[(n-2)×(1-η)]}；
[0021] ……
[0022] F1＝(G-Fn-Fn-1……-F2)/{1×(1-η1)/[1×(1-η)]}。
[0023] 在一些实施例中，获得所述各股钢丝绳与设定基准点的距离的步骤包括：
[0024] 获得所述吊钩滑轮组的轴线水平时各个滑轮中心与所述设定基准点的距离Ln～L1；
[0025] 通过以下公式计算在所述吊钩滑轮组以预设的允许倾斜角度β倾斜时所述各股钢丝绳与设定基准点的距离Ln’～L1’：
[0026] Ln’＝Ln×cosβ；Ln-1’＝Ln-1×cosβ；……；L1’＝L1×cosβ。
[0027] 在一些实施例中，计算所述各股钢丝绳分别承担的拉力相对于所述设定基准点的力矩的步骤包括：
[0028] 根据所述各股钢丝绳分别承担的拉力Fn～F1和所述各股钢丝绳与设定基准点的距离Ln’～L1’，通过以下公式计算所述各股钢丝绳分别承担的拉力相对于所述设定基准点的力矩Tn～T1：
[0029] Tn＝Fn×Ln’；Tn-1＝Fn-1×Ln-1’；……；T1＝F1×L1’。
[0030] 在一些实施例中，计算所述各股钢丝绳分别承担的拉力的总力矩的步骤包括：
[0031] 根据各股钢丝绳分别承担的拉力相对于所述设定基准点的力矩Tn～T1，通过以下公式计算所述各股钢丝绳分别承担的拉力的总力矩T：
[0032] T＝T1+T2+……+Tn。
[0033] 在一些实施例中，计算在所述吊钩滑轮组的轴线倾斜所述允许倾斜角度时所述吊钩的重心与所述设定基准点的水平距离的步骤包括：
[0034] 根据所述总力矩T和所述吊钩的重量G，通过以下公式计算在所述吊钩滑轮组的轴线倾斜所述允许倾斜角度β时所述吊钩的重心与所述设定基准点的水平距离LG’：
[0035] LG’＝T/G。
[0036] 在一些实施例中，计算所述吊钩的重心与所述吊钩滑轮组轴线的垂直距离的计算值的步骤包括：
[0037] 获得所述吊钩滑轮组的轴线水平时所述吊钩的重心与所述设定基准点的水平距离LG；
[0038] 通过以下公式计算所述吊钩的重心与所述吊钩滑轮组轴线的垂直距离的计算值D：
[0039] D＝(LG’-LG×cosβ)/sinβ。
[0040] 在一些实施例中，优化所述吊钩的结构的步骤包括：
[0041] 调整所述吊钩的重量分布，以使所述吊钩的重心与所述吊钩滑轮组轴线的垂直距离的实际值大于所述计算值。
[0042] 在一些实施例中，所述吊钩结构优化方法还包括：
[0043] 分别计算空载状态的所述吊钩起升时的所述计算值作为第一参考值和下落时的所述计算值作为第二参考值；
[0044] 优化所述吊钩的结构的步骤包括：
[0045] 调整所述吊钩的重量分布，以使所述吊钩的重心与所述吊钩滑轮组轴线的垂直距离的实际值大于所述第一参考值和所述第二参考值中的最大值。
[0046] 在一些实施例中，所述吊钩结构优化方法还包括选取设定基准点的步骤，具体包括：
[0047] 在所述吊钩起升时，选取所述吊钩滑轮组中远离卷扬一侧的滑轮中心作为所述设定基准点；
[0048] 在所述吊钩下落时，选取所述吊钩滑轮组中邻近所述卷扬一侧的滑轮中心作为所述设定基准点。
[0049] 因此，根据本公开实施例，通过计算来确定在吊钩空载状态下吊钩滑轮组以允许倾斜角度倾斜时吊钩重心与吊钩滑轮组轴线的垂直距离，并参考该垂直距离的计算值对吊钩的结构进行优化，这样可以使优化后的吊钩滑轮组在吊钩处于空载状态和承载状态下动作时的倾斜角度控制在允许范围内，从而减轻钢丝绳在进入吊钩滑轮组的滑轮绳槽时的扭转程度。
附图说明
[0050] 构成
说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。
[0051] 参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：
[0052] 图1是相关技术中起重机的起升系统的原理示意图；
[0053] 图2是相关技术中吊钩在倾斜状态的结构示意图；
[0054] 图3是相关技术中吊钩滑轮组中滑轮绳槽与钢丝绳的相对运动示意图；
[0055] 图4是根据本公开吊钩结构优化方法的一实施例的流程示意图；
[0056] 图5是根据本公开吊钩结构优化方法实施例所应用的吊钩结构尺寸示意图；
[0057] 图6是根据吊钩结构优化方法实施例中设定基准点的
位置示意图。
[0058] 应当明白，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。此外，相同或类似的参考标号表示相同或类似的构件。
具体实施方式
[0059] 现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。本公开可以以许多不同的形式实现，不限于这里所述的实施例。提供这些实施例是为了使本公开透彻且完整，并且向本领域技术人员充分表达本公开的范围。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、材料的组分、数字表达式和数值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。
[0060] 本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
[0061] 在本公开中，当描述到特定器件位于第一器件和第二器件之间时，在该特定器件与第一器件或第二器件之间可以存在居间器件，也可以不存在居间器件。当描述到特定器件连接其它器件时，该特定器件可以与所述其它器件直接连接而不具有居间器件，也可以不与所述其它器件直接连接而具有居间器件。
[0062] 本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。
[0063] 对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
[0064] 如图4所示，是根据本公开吊钩结构优化方法的一实施例的流程示意图。参考图4，并结合图5和图6，在一些实施例中，吊钩结构优化方法包括步骤100～步骤600。
[0065] 在步骤100中，获得吊钩空载状态下绕经吊钩滑轮组中各个滑轮的各股钢丝绳分别承担的拉力。
[0066] 由于吊钩在承载状态下的重心(即吊钩与被承载物整体的重心)一般低于空载状态下的重心(即吊钩本身的重心)，而重心越低，吊钩的倾斜角度越小。因此在优化吊钩结构时可基于空载状态进行分析。各股钢丝绳分别承担的拉力可通过计算或实际测量的方式获得。
[0067] 在一些实施例中，步骤100可具体包括：首先，获得所述吊钩的重量G、所述吊钩滑轮组的倍率n和所述吊钩滑轮组中每个滑轮的机械效率η。吊钩的重量G是指吊钩的钩头5和吊钩滑轮组4的整体重量。吊钩的重量G、吊钩滑轮组的倍率n和滑轮的机械效率η可以根据吊钩设计数据获得，也可通过测量或计算获得。然后，通过以下公式(1)或(1’)计算在所述吊钩空载状态下绕经所述吊钩滑轮组中各个滑轮的各股钢丝绳分别承担的拉力Fn～F1：
[0068] Fn＝G/{n×(1-ηn)/[n×(1-η)]}；
[0069] Fn-1＝Fn×η；Fn-2＝Fn-1×η；……；F1＝F2×η (1)
[0070] 或
[0071] Fn-1＝(G-Fn)/{(n-1)×(1-ηn-1)/[(n-1)×(1-η)]}；
[0072] Fn-2＝(G-Fn-Fn-1)/{(n-2)×(1-ηn-2)/[(n-2)×(1-η)]}；
[0073] ……
[0074] F1＝(G-Fn-Fn-1……-F2)/{1×(1-η1)/[1×(1-η)]} (1’)
[0075] 在另一些实施例中，步骤100也可通过在吊钩的实际起升或下落过程中利用
传感器来实际测量各股钢丝绳分别承担的拉力Fn～F1。
[0076] 在步骤200中，获得在所述吊钩滑轮组以预设的允许倾斜角度倾斜时所述各股钢丝绳与设定基准点的距离。
[0077] 允许倾斜角度β是指吊钩滑轮组可以倾斜的最大角度或小于最大角度一定裕度的参考角度，该允许倾斜角度β的设定可参考钢丝绳在进入吊钩滑轮组的绳槽时的入绳角、钢丝绳的材质、吊钩滑轮组的绳槽截面形态等至少一方面因素。各股钢丝绳与设定基准点的距离可通过计算或实际测量的方式获得。
[0078] 在一些实施例中，步骤200可具体包括：首先，获得所述吊钩滑轮组的轴线水平时各个滑轮中心与所述设定基准点的距离Ln～L1。在图5中设定基准点O可根据吊钩的运行状态进行选取。
[0079] 参考图6，在所述吊钩起升时，由于与卷扬1直接连接的一侧钢丝绳2受力较大，吊钩滑轮组4的该侧较高，因此选取所述吊钩滑轮组4中远离卷扬1一侧的滑轮中心O2作为所述设定基准点O。在所述吊钩下落时，由于与卷扬1直接连接的一侧钢丝绳2受力较小，吊钩滑轮组4的该侧较低，因此选取所述吊钩滑轮组4中邻近卷扬1一侧的滑轮中心O1作为所述设定基准点O。
[0080] 在选取设定基准点O后，可以分别确定出各个滑轮中心与设定基准点的距离Ln～L1。这个距离可以通过测量得出，也可以根据吊钩的结构数据计算得出。在获得各个滑轮中心与设定基准点的距离Ln～L1之后，通过以下公式(2)计算在所述吊钩滑轮组以预设的允许倾斜角度β倾斜时所述各股钢丝绳与设定基准点的距离Ln’～L1’：
[0081] Ln’＝Ln×cosβ；Ln-1’＝Ln-1×cosβ；……；L1’＝L1×cosβ (2)
[0082] 上述步骤100和步骤200的顺序不限于先进行步骤100再执行步骤200，也可以先执行步骤200再执行步骤100，或者同时执行步骤100和步骤200。
[0083] 在步骤300中，根据所述各股钢丝绳分别承担的拉力和所述各股钢丝绳与设定基准点的距离，计算所述各股钢丝绳分别承担的拉力相对于所述设定基准点的力矩，并计算所述各股钢丝绳分别承担的拉力的总力矩。
[0084] 在步骤100和步骤200分别获得了拉力和距离数据后，步骤300首先对各股钢丝绳分别承担的拉力相对于所述设定基准点的力矩进行计算，计算过程可以具体包括：根据所述各股钢丝绳分别承担的拉力Fn～F1和所述各股钢丝绳与设定基准点的距离Ln’～L1’，通过以下公式(3)计算所述各股钢丝绳分别承担的拉力相对于所述设定基准点的力矩Tn～T1：
[0085] Tn＝Fn×Ln’；Tn-1＝Fn-1×Ln-1’；……；T1＝F1×L1’ (3)
[0086] 在计算获得各股钢丝绳分别承担的拉力相对于所述设定基准点的力矩Tn～T1之后，可进一步计算所述各股钢丝绳分别承担的拉力的总力矩T，计算过程包括：根据各股钢丝绳分别承担的拉力相对于所述设定基准点的力矩Tn～T1，通过以下公式(4)计算所述各股钢丝绳分别承担的拉力的总力矩T：
[0087] T＝T1+T2+……+Tn (4)
[0088] 在步骤400中，根据所述总力矩和所述吊钩的重量计算在所述吊钩滑轮组的轴线倾斜所述允许倾斜角度时所述吊钩的重心与所述设定基准点的距离。
[0089] 由于钢丝绳的拉力与吊钩重量相对于设定基准点O形成的力矩处于平衡状态，因此可根据所述总力矩T和所述吊钩的重量G，通过以下公式(5)计算在所述吊钩滑轮组的轴线6倾斜所述允许倾斜角度β时所述吊钩的重心C与所述设定基准点的水平距离LG’：
[0090] LG’＝T/G (5)
[0091] 这里的水平距离LG’是指设定基准点O到通过重心C的竖直方向的直线的距离。
[0092] 在步骤500中，根据所述吊钩滑轮组的轴线水平时所述吊钩的重心与所述设定基准点的水平距离、所述吊钩滑轮组的轴线倾斜所述允许倾斜角度时所述吊钩的重心与所述设定基准点的水平距离以及所述允许倾斜角度计算所述吊钩的重心与所述吊钩滑轮组轴线的垂直距离的计算值。
[0093] 参考图5，LG和LG’以及允许倾斜角度β满足以下公式(6)所表达的关系：
[0094] LG’＝(LG×cosβ+D×sinβ) (6)
[0095] 因此，步骤500可首先获得所述吊钩滑轮组的轴线水平时所述吊钩的重心与所述设定基准点的水平距离，即LG，再根据公式(6)推导出所述吊钩的重心C与所述吊钩滑轮组轴线6的垂直距离D的计算公式(7)：
[0096] D＝(LG’-LG×cosβ)/sinβ (7)
[0097] 获得了垂直距离D的计算值之后，可在步骤600中根据所述计算值对所述吊钩的结构进行优化，以调整所述吊钩的重心与所述吊钩滑轮组轴线的垂直距离的实际值。
[0098] 当确定吊钩空载状态下当吊钩滑轮组倾斜β时的吊钩重心C与轴线6的垂直距离D的计算值之后，可通过调整所述吊钩的重量分布，以使所述吊钩的重心C与所述吊钩滑轮组轴线6的垂直距离的实际值大于所述计算值，从而实现吊钩结构的优化。
[0099] 这里吊钩重量分布的调整可以包括但不限于：给钩头5增加
配重，选择高度更高的钩头5，降低吊钩滑轮组4的重量等，这样可以使吊钩整体的重心下移，从而增加吊钩的重心C与所述吊钩滑轮组轴线6的垂直距离。
[0100] 考虑到吊钩的结构不一定完全对称，因此在起升吊钩和下落吊钩的过程中分别得出的垂直距离D的计算值可能不同。因此在另一些实施例中，优化方法还包括：分别计算空载状态的所述吊钩起升时的所述计算值作为第一参考值和下落时的所述计算值作为第二参考值。而步骤600中优化所述吊钩的结构的步骤可具体包括：调整所述吊钩的重量分布，以使所述吊钩的重心与所述吊钩滑轮组轴线的垂直距离的实际值大于所述第一参考值和所述第二参考值中的最大值。
[0101] 至此，已经详细描述了本公开的各实施例。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。
[0102] 虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行
修改或者对部分技术特征进行等同替换。本公开的范围由所附
权利要求来限定。
