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摘要:起重機空間防撞系統通過建立統一坐標系，以及空間函數運算，得出潛在的空間干涉沖突，并提供避讓操作提示。這種空間防撞系統具備主動防撞和被動防撞功能。
關鍵詞:坐標系;空間干涉;起重機;碰撞;防撞系統
隨著現代起重運輸機械產業發展，同一作業區域中起重運輸機械的密度增大，導致起重運輸機械之間非安全接近的概率大大增加。為了避免起重運輸機械之間危險接近或碰撞的情況發生，面對不同機型應用范圍和用戶實際需求，出現多種防撞系統，各自原理和實施形式存在一定差異，導致防撞系統的完整性和經濟性差異較大。起重機空間防撞系統，其區別于紅外線或激光之類的直線性或平面性防撞系統，通過檢測這些起重機的相對空間位置和已知外形尺寸參數，建立空間函數關系，通過電氣系統計算機函數運算，得出潛在的空間干涉沖突，并為駕駛員提供避讓操作咨詢。現代船廠為了提高造船效率和設備高效利用，同一造船工作平臺上使用不同起重機協同作業，造船門式起重機和門座起重機是最常見的起重運輸機械，一般是以較大的門式起重機為主，門座起重機為輔，進行交叉運行作業。起重機空間防撞系統依照這兩種起重機的外形尺寸參數和使用功能不同，系統程序自動監控各起重設備之間體型是否重疊干涉，避免相互碰撞導致不安全事故。這種空間防撞系統具備主動防撞和被動防撞功能。
1工作原理
1．1防撞系統組成
防撞系統由硬件和軟件組成，硬件主要包含檢測編碼器、計算機和無線通訊設備。軟件主要有電氣控制系統和空間運算程序。
1．2空間防撞系統特點
起重機空間防撞系統，不僅適用于新建的起重機，也適用于局部改造的起重運輸設備。區別于以前的起重機之間面域防撞系統和線性防撞系統，空間防撞系統是空間立體性，兩關聯起重機可以空間交叉作業，只要兩關聯起重機沒有空間干涉，門座起重機可以在臂架大幅度低位時在門式起重機下作業。
1．3防撞系統原理
門式起重機和門座起重機在同一船塢平臺上工作，兩臺起重機都安裝空間防撞系統，起重機之間通過無線通訊設備建立數據信息聯系，通過起重機相互交換位置形態數據，檢測、跟蹤和運算出鄰近立體空間區域，根據接近程度，向各自司機和系統提供警告和推薦避讓措施。防撞系統程序利用起重機電氣控制系統的編碼器檢測起重機的位置和工作狀態，再通過防撞系統程序運算空間坐標矢量值，得到每臺起重機的空間外形尺寸參數，系統程序自動監控各臺起重設備之間實時體型參數是否重疊干涉，判定起重機是否可能相互碰撞。電氣控制系統根據作業工況及使用功能，設定這兩臺起重機的外形尺寸參數相互干涉重疊的預警范圍，到達預警值時，可提供防撞警示。為了統一各臺起重機之間檢測數據，采用統一的空間坐標系。統一空間坐標系后，按照圖3基本控制原理，通過檢測元件檢測各臺起重機的運行數據，防撞系統需要采集的基本數據如表1和表2。
1．4系統集成
按照圖3所示的系統原理，門式起重機和門座起重機均需增加通訊模塊，建立相互之間通訊。對于起重機控制系統共性和差異，多數情況建議采用無線通訊系統，并且均連接各自的控制系統總線。對于新建的起重機，防撞系統的數據測量裝置可集成到系統中，對于改造的起重設備，可在原有控制系統中加裝有防撞系統的數據測量裝置、通訊設備和控制程序模塊。防撞系統是及時防撞警示操控運行情況系統，每臺起重機的司機室和顯要位置都增設報警裝置，提供聲光報警或語音報警，報警裝置能有效警示操作人員和其它相關人員，并在控制系統的監視器上能突出顯示碰撞信息?？臻g防撞系統能做到全空間和全時域防撞。防撞系統是每臺起重機設置有檢測裝置，同時還需計算程序，由電氣控制程序計算出相互之間的空間位置關系。空間防撞系統在其中一臺起重機停機或短時間停機時，其它起重機也能有效避免與之干涉碰撞，這樣就要求系統有數據儲存功能?？臻g防撞系統還可以對起重機群都停機之后，僅對某臺起重機啟動運作，能有效避免與其它起重機干涉碰撞，這就要求系統有位置儲存和復位功能。
2設計分析
2．1基本參數檢測
按照防撞系統要求，參照圖1可推測門式起重機和門座起重機之間可能發生的基本碰撞有:臂架與主梁空間干涉;臂架與上小車吊鉤鋼絲繩空間干涉;臂架與下小車吊鉤鋼絲繩空間干涉。空間防撞系統要進行空間矢量運算，除需要檢測表1和表2所示的基本數據外，還需儲備門式起重機的主梁外形尺寸參數和小車吊鉤鋼絲繩外圍尺寸參數以及門座起重機的臂架外形尺寸參數。
2．2空間坐標參數
根據上述測得的空間防撞系統數據，結合已知的體形尺寸進行空間矢量運算，門式起重機的空間坐標參數為:
2．3干涉計算判定
起重機防撞系統要求先判斷門座起重機和門式起重機的軌道方向坐標X的初判值X0：防撞系統對于防撞安全范圍設定或減速防轉距離，可適當增加緩沖區域，主梁與臂架緩沖距離為hl，為了安全，設定hl=5m，小車與臂架緩沖距離hc，為了安全，設定hc=5m。調試過程中可設定這兩臺起重機的外形尺寸參數相互干涉重疊的預警范圍到達最佳預警范圍值，這樣即可安全生產又可發揮起重機協同作業能力，實現最佳綜合經濟效益。
3停機防撞設計
空間防撞系統不僅能對運作中的起重機實現空間防撞，也可以對其中一臺起重機停機或短時間停機時實現空間防撞。其中一臺起重機停機后其它起重機記錄其最后的位置數據，在沒有進一步數據更新的情況下，以最近的數據計算分析，避免與之干涉碰撞。同理，可以對起重機群都停機之后，僅某臺起重機啟動運作，能有效避免與其它起重機干涉碰撞。如門座起重機停機，電控系統斷電，門式起重機的防撞系統記錄門座起重機停機狀態參數，臂架仰起處于小幅度位置，臂架頂點高于主梁下底面。運行門式起重機靠近門座起重機，空間防撞系統可以即時檢測門式起重機主梁與臂架的干涉碰撞，并分析小車與臂架的干涉碰撞。如門式起重機停機，電控系統斷電，防撞系統檢測門座起重機的停機狀態參數，門式起重機停機，上下小車設定位置，小車吊鉤均下降到設定高度。運行門座起重機靠近門式起重機，防撞系統能即時檢測運算分析停機防撞可能性。
4結論
空間防撞系統通過建立統一坐標系，空間函數運算，計算得出潛在的空間干涉沖突，并提供避讓操作提示。空間防撞系統不僅實用于兩臺起重機之間的相互防碰撞，還可應用拓展到多臺多類型起重機之間的防碰撞。防撞系統依靠相互之間位置數據交換和儲存，具備主動防撞和被動防撞功能，起重機在停機狀態下也可以有效起到防撞功能。
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作者:彭敏林 趙健 羅莉莉 單位:中船第九設計研究院工程有限公司