CN104386600A - 力矩限制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种力矩限制器，包括数据处理模块、称重模块、角度测量模块、参数设定模块、显示模块和报警模块，所述参数设定模块对***的额定参数进行设定，并将所述额定参数传递给所述显示模块和所述数据处理模块，所述数据处理模块对所述称重模块的重量信号和所述角度测量模块的角度信号进行处理，将处理得到的数据所述额定载荷进行比较，判断该***是否正常工作，并将当前的工作载荷实时传递给所述显示模块显示，所述报警模块实时监听所述数据处理模块的判断信号。本发明是针对起重机行业安全保护装置进行的设计，较市面上现有的力矩限制产品具有高性能、低成本、安全保护功能齐全、调试和操作灵活简单等优点，并且能应用于海洋环境。

Description

力矩限制器

技术领域

本发明涉及起重机械领域，具体涉及一种力矩限制器。 

背景技术

臂架式起重机需要根据现场情况而经常改变工况进行起重作业，如改变吊载角度等，而不同工况下起吊的工作变幅及最大额定载荷是不同的，因此需要一套安全装置对以上参数进行综合监测判断，实时显示起重机正常工作、满载、超载、变幅超上限、变幅超下限等工作状态，并进行相应报警、提示、控制，以保证起重机安全工作。 

为此，臂架式起重机上都配有力矩限制器作为安全保护装置，根据起重机实际的工作状态，按照特定的载荷曲线，自动对起重机进行力矩限制，防止起重机的危险动作。因此，力矩限制器产品是起重机械设备上的一种重要的安全保护装置，自国家技术监督局颁布了《起重机力矩限制器安全技术规范》以来，力矩限制器在近几年里发展速度较快。我国自行设计、生产力矩限制器的历史并不长，市场上的力矩限制器多为国外产品，这些国外产品虽然性能比较先进，但是存在成本太高，采购周期较长，产品调试服务不方便等缺陷，而且这些产品很多核心技术是保密的，不利于针对不同起重机产品的特点进行功能扩展。 

现有的力矩限制器多采用单片机***实现，即以高性能的八位或十六位单片机为监控核心，通过数码管或LCD液晶显示器向操作者提供文本、图形状态提示。该方案的主要缺点在于：可扩展性较差、开发周期长、调试复杂。鉴于力矩限制器的重要安全作用，对于一些大型设备通常需要根据现场实验结果进行相应的调整，以验证其工作可靠性。虽然可以使用仿 真器或用实验板进行开发，但是使用仿真器或实验板只是验证了硬件与软件的可行性，并不代表能够可靠应用于工业控制***，因为工业控制***对抗干扰的要求非常高。 

发明内容

本发明所要解决的是传统的力矩限制器可扩展性较差，开发周期长，调试复杂的技术问题。 

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种力矩限制器，包括数据处理模块、称重模块、角度测量模块、参数设定模块、显示模块和报警模块，所述参数设定模块对***的额定参数进行设定，并将所述额定参数传递给所述显示模块和所述数据处理模块，所述数据处理模块对所述称重模块的重量信号和所述角度测量模块的角度信号进行处理，将处理得到的数据所述额定载荷进行比较，判断该***是否正常工作，并将当前的工作载荷实时传递给所述显示模块显示，所述报警模块实时监听所述数据处理模块的判断信号。 

在上述技术方案中，还包括数据存储模块，所述数据存储模块用于存储所述数据处理模块传递来的所述重量信号和所述角度信号，以及所述数据处理模块的处理数据。 

在上述技术方案中，所述报警模块在起重机非正常状态时会出发视觉和声音双重警报，并在显示模块上以报警列表和滚动报警两种模式出现。 

本发明提供的力矩限制器是针对起重机行业安全保护装置进行的设计，较市面上现有的力矩限制产品具有高性能、低成本、安全保护功能齐全、调试和操作灵活简单等优点，并且能应用于海洋环境。 

附图说明

图1为本发明提供的力矩限制器的原理图； 

图2为本发明提供的参数设定的原理图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明做出详细的说明。 

如图1所示，本发明提供的力矩限制器包括主、副钩拉力传感器，臂架角度传感器以及控制单元和显示单元。 

主、副钩拉力传感器分别设置在主、副钩上，臂架角度传感器安装在臂架上，控制单元和显示单元安装在驾驶室内。 

如图1所示，控制单元上设有起重机性能参数表、参数设定模块、称重模块、比较模块、控制模块和报警模块。 

起重机性能参数表中保存的是起重机在不同工况下的额定载荷数据，该额定载荷数据根据起重机的设计参数满足国家技术监督局颁布的《起重机力矩限制器安全技术规范》的要求。 

参数设定模块用于设定起重设备安全运行的额定参数，设置参数设定模块的目的在于根据对起重机的现场情况进行调整。 

称重模块根据主、副钩拉力传感器实时采集到的主、副钩拉力以及臂架角度传感器实时采集到的臂架角度计算得到当前工况下的实时载荷(力矩)。 

比较模块将实时载荷与起重机性能参数表中保存的当前工况下的额定载荷进行比较，得到起重机当前工况是否安全的判断结果。 

控制模块根据上述判断结果发出相应的控制信号，起重机上的安全装置根据相应的控制信号产生相应的动作。例如：当判断结果表明当前工况处于安全状态时，安全装置不动作；当判断结果表明当前工况处于不安全状态时，安全装置动作，控制主、副卷扬制动或卸荷处理。 

报警模块根据相应的控制信号，发出报警信号，触发报警指示灯或声音报警器，报警信息在显示单元上以报警列表和滚动报警两种模式显示。 

显示单元采用的是高分辨率触摸屏，可以实时显示当前起重机的工作状态参数以及额定载荷参数。 

其中，负载传感器和角度传感器都采用了高精度传感器，负载传感器综合精度为0.1％，称重模块的精度为0.05％，角度传感器的精度为0.01度，经实验测试，力矩限制器的整体综合精度可以高达正负1％，远远高于同类产品和行业标准中正负5％的综合精度要求。 

本发明中，起重机性能参数表中保存的是起重机在不同工况下的额定载荷数据通过数学建模和现场校正法获得，达到理论和实践的相结合，从而提高了数据的准确性。 

由于力矩限制器具有大量的设计数据和现场检测数据需要处理，载荷计算算法复杂且实时性要求高，因此，本发明采用了快速存储查询算法来简化数据处理量，通过非线性拟合方式把起重机性能参数表中臂架角度和载荷等参数按照对应关系转换为离散量数据存储在一个数据块中，由此PLC通过设计程序直接对相关数据块进行存取，然后通过简单的代数计算求取不同工况下的额定载荷，从而避免了繁杂的曲线几何公式计算，大大缩减了***处理时间。 

以此为基础，本发明可以快速精准的感应起重机吊载产生的瞬时变化力，最短响应时间为50ms，此指标远远高于其他同类产品。由此可见，本发明对起重机的超载保护更加及时、安全。 

本发明，在控制单元和显示单元分别设有数据存储模块：需要存储的数据主要有传感器检测的实时数据、臂架式起重机的起重性能表、调试校准以及计算所得数据结果，同时具有黑匣子功能。显示单元具有USB口和CF卡插槽便于数据的下载与传输。 

参数设定通过显示单元实现，即使用工业触摸屏向操作者提供数据监控并完成称重、角度等传感器的标定、校准功能，如图2所示，触摸屏设备集成组态软件，可以实现按键、指示灯等多种功能，而且触摸屏可以和 PLC进行通讯，相关数据能够实时发送到PLC控制端，通过PLC程序完成称重、角度等传感器的标定、校准功能。 

通过显示单元上的触摸按键进行参数设定、单位切换，同时设置了权限分级和密码保护功能，而且可以实时显示吊机的负载、工作半径、主臂角度、主臂高度、吊钩等信息。例如： 

负载百分比：当前工作负载占当前角度下的安全工作载荷的百分比； 

吊钩负载：当前吊机的主/副钩所提升的负载； 

安全工作负载：依据当前机械结构参数设置，吊机当前角度下所能提升的最大载荷； 

主臂角度：主臂当前的提升角度； 

工作半径：依据当前吊机配置及工况选择下的工作半径； 

主臂高度：当前主臂提升的高度； 

实际工作吊钩：实际正在操作的吊钩(主/副钩)； 

工况：当前工作模式(Personnel/Onboard/Offboard)； 

风速：测量工作环境周围的风速； 

风向：测量工作环境周围的风向； 

百分比柱形图：负载百分比的条栅显示，显示直观。 

本发明提供的力矩限制器是针对起重机行业安全保护装置进行的设计，较市面上现有的力矩限制产品具有高性能、低成本、安全保护功能齐全、调试和操作灵活简单等优点，并且能应用于海洋环境。 

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。 

Claims (3)

1.力矩限制器，其特征在于，包括数据处理模块、称重模块、角度测量模块、参数设定模块、显示模块和报警模块，所述参数设定模块对***的额定参数进行设定，并将所述额定参数传递给所述显示模块和所述数据处理模块，所述数据处理模块对所述称重模块的重量信号和所述角度测量模块的角度信号进行处理，将处理得到的数据所述额定载荷进行比较，判断该***是否正常工作，并将当前的工作载荷实时传递给所述显示模块显示，所述报警模块实时监听所述数据处理模块的判断信号。

2.如权利要求1所述的力矩限制器，其特征在于，还包括数据存储模块，所述数据存储模块用于存储所述数据处理模块传递来的所述重量信号和所述角度信号，以及所述数据处理模块的处理数据。

3.如权利要求1所述的力矩限制器，其特征在于，所述报警模块在起重机非正常状态时会出发视觉和声音双重警报，并在显示模块上以报警列表和滚动报警两种模式出现。