CN105565163A - 一种桥式起重机吊钩钢丝绳偏摆角检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及桥吊技术领域，尤其涉及一种桥式起重机吊钩钢丝绳偏摆角检测装置，该桥式起重机吊钩钢丝绳偏摆角检测装置包括钢丝绳，小车，及设置于小车上的卷筒；还包括设置于所述卷筒与所述小车之间的摆架结构，所述摆架结构包括盒体及架体，所述钢丝绳的一端缠绕于所述卷筒上，另一端与所述架体连接，所述钢丝绳带动所述架体沿所述盒体的x轴及y轴移动，所述架体上对应于所述盒体设置有传感器。本发明提供的桥式起重机吊钩钢丝绳偏摆角检测装置中的钢丝绳摆动带动架体沿所述盒体的x轴及y轴移动，并由传感器检测出位移量，再通过位移-摆角公式换算为沿小车、大车运行方向的摆角分量，最后导入数据处理***。整个装置结构简单。

Description

一种桥式起重机吊钩钢丝绳偏摆角检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及桥吊技术领域，特别是涉及一种桥式起重机吊钩钢丝绳偏摆角检测装置及检测方法，具体的是一种测量精度高的桥式起重机吊钩钢丝绳偏摆角检测装置及检测方法。

背景技术

桥式起重机是现代工业生产和起重运输中实现生产过程机械化、自动化的重要工具和设备，广泛应用于室内外工矿企业、钢铁化工、铁路交通、港口码头以及物流周转等部门和场所。然而，起重机在装卸货物时，尤其是在炼钢车间、核电厂、垃圾处理厂等无人工作环境中，由于大车、小车的速度变化以及外节干扰因素的影响，使吊钩产生前后、左右的来回摆动，影响起重机起吊作业的效率。在落钩时，为了使吊钩与货物相固定，并避免吊钩与货物碰撞，需要等待适当的时间，以使吊钩停止摆动；在吊运货物横向移动时，为了避免货物摆动而造成碰撞，也需要吊钩和货物以较小的速度移动；在吊运的货物到达预定的位置后，为了将被吊运货物准确地放置在预定的位置，还需要等待货物停止摆动后再落钩。

虽然依靠起重机操作员的实际操作经验可以实现货物的安全运输和定位卸货，但是由于熟练起重机操作员的训练周期长和工作强度大等原因，使得工作效率的提高受到很大限制。因此迫切要求出现桥式起重机防摇控制策略来减小吊钩摆动幅度，使吊钩尽快地减小停止摆动。防摇控制策略一般是根据吊钩摆动的幅度、频率和方向等，进行反向的控制，以使吊钩在较短时间内停止摆动。

三一汽车制造有限公司设计出了名为“吊钩姿态检测装置和起重机”(专利号：CN101723239A)的发明专利。通过处理器将角度测量仪获得的夹角和加速度测量机获得的加速度处理得到吊钩的的姿态参数。

东南大学提出了一种吊车负载摆角检测方法(专利号：CN103863946A)的发明专利。通过在吊车上安装两个以上无线网络固定节点，在吊钩上安装一个无线网络摆动节点。摆动节点分别与固定节点相互通信，基于接受信号强度指标(RSSI)测距技术实现吊钩的空间位置定位。

苏州市斯马特电力科技有限公司提出一种吊车负载空间摆角检测技术及装置(专利号：CN102923572B)的发明专利。包括测量盒和信号接收处理器安装在吊钩/负载上的测量盒中传感器测得吊钩/负载相对于大地坐标的空间姿态，安装在吊车本体/吊臂上的信号接收处理器基于传感器测得吊车本体/吊臂相对于大地坐标的空间姿态，通过坐标变换得到吊车负载相对于吊车本体/吊臂的空间姿态参数，计算出来的参数通过总线控制单元传输给吊车控制箱进行自动控制。

上海海事大学开发了“一种适用于双吊具桥吊的摆角检测装置”(专利号：CN102642773A)的实用新型。包括横向转轴和纵向转轴，横向转轴和纵向转轴中段均设置有轻质摆架，横向转轴的一端与第一滑动变阻器的可调电位器固定连接，纵向转轴的一端与第二滑动变阻器的可调电位器固定连接，所属第一滑动变阻器与第二滑动变阻器的另一端均设置有接线端口，稳压检测电路通过所述端口与第一、第二滑动变阻器连接；所述稳压检测电路的信号输出端还连接有信号处理器和计算机。

现有的技术大多采用无线通信技术进行吊钩姿态测量，除了检测装置复杂、成本造价高以外，其测量精度也较低，且容易受环境因素影响，鲁棒性较差。因此，这类传感检测方法并没有得到广泛应用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是现有的技术大多采用无线通信技术进行吊钩姿态测量，除了检测装置复杂、成本造价高以外，其测量精度也较低，且容易受环境因素影响，鲁棒性较差。因此，这类传感检测方法并没有得到广泛应用的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种桥式起重机吊钩钢丝绳偏摆角检测装置，该桥式起重机吊钩钢丝绳偏摆角检测装置包括钢丝绳，小车，及设置于小车上的卷筒；还包括设置于所述卷筒与所述小车之间的摆架结构，所述摆架结构包括盒体及架体，所述钢丝绳的一端缠绕于所述卷筒上，另一端与所述架体连接，所述钢丝绳带动所述架体沿所述盒体的x轴及y轴移动，所述架体上对应于所述盒体设置有传感器。

优选地，所述架体包括导向机构及导向杆，所述导向机构呈十字形，所述导向杆的一端与所述导向机构的端部连接，另一端与所述盒体滑动连接。

优选地，所述架体还包括边缘滑块，所述盒体上对应于所述边缘滑块设置有滑槽，所述导向杆通过所述边缘滑块与所述滑槽滑动连接，所述传感器设置于所述边缘滑块上。

优选地，所述边缘滑块包括沿x轴设置的副边缘滑块，及沿y轴设置的主边缘滑块。

优选地，所述副边缘滑块包括沿x轴正向分别设置的第二副边缘滑块及第一副边缘滑块，所述主边缘滑块包括沿y轴正向分别设置的第一主边缘滑块及第二主边缘滑块。

优选地，所述传感器包括设置于所述副边缘滑块的第二传感器及设置于所述主边缘滑块的第一传感器。

优选地，所述导向机构包括主滑块、副滑块及连杆，所述主滑块通过所述连杆与所述副滑块连接，所述钢丝绳与所述主滑块连接。

优选地，所述钢丝绳通过球形铰与所述主滑块连接。

优选地，所述导向机构上设置有导向槽，所述连杆穿过所述导向槽分别与所述主滑块及副滑块连接。

本发明还提供一种桥式起重机吊钩钢丝绳偏摆角检测方法，应用如上所述的桥式起重机吊钩钢丝绳偏摆角检测装置，其中，具体步骤为：

S1、当钢丝绳没有摆角时，第一传感器测得一对沿x轴方向主边缘滑块的位置设定为零位；当钢丝绳没有摆角时，第二传感器测得一对沿y轴方向副主边缘滑块的位置设定为零位。

S2、当钢丝绳沿x轴方向产生摆角时，第一传感器测得主边缘滑块的位移；当钢丝绳沿y轴方向产生摆角时，第二传感器测得副边缘滑块的位移。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供的桥式起重机吊钩钢丝绳偏摆角检测装置中的钢丝绳摆动带动架体沿所述盒体的x轴及y轴移动，并由传感器检测出位移量，再通过位移-摆角公式换算为沿小车、大车运行方向的摆角分量，最后导入数据处理***。整个装置结构简单，方便易行，解决了工程上难以测量桥式起重机吊钩钢丝绳摆角的问题。

进一步的，为了避免会产生的有误摆动测量，采用了连杆和滑块的结构。

附图说明

图1为本发明实施例桥式起重机吊钩钢丝绳偏摆角检测装置中摆架的结构示意图；

图2为本发明实施例桥式起重机吊钩钢丝绳偏摆角检测装置的结构示意图；

图3为本发明实施例桥式起重机吊钩钢丝绳偏摆角检测装置中摆架的俯视图；

图4为本发明实施例桥式起重机吊钩钢丝绳偏摆角检测装置中摆架随着钢丝绳沿x轴方向产生位移的示意图；

图5为本发明实施例桥式起重机吊钩钢丝绳偏摆角检测装置中摆架随着钢丝绳沿y轴方向产生位移的示意图；

图6为本发明实施例桥式起重机吊钩钢丝绳偏摆角检测装置中摆架分别沿x轴、y轴方向产生的分量θ_x、θ_y的实际摆角θ合成图；

图7为本发明实施例桥式起重机吊钩钢丝绳偏摆角检测装置的流程图。

图中：1：第一副滑块；2：第一球形铰；3：第二球形铰；4：第一副边缘滑块；5：第一主滑块；6：第二主滑块；7：第二副滑块；8：第一主边缘滑块；9：第二副边缘滑块；10：第二主边缘滑块；11：小车；12：摆架结构；13：钢丝绳；14：卷筒。

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的一部分实施例，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做出创造性劳动的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1至图7所示，本发明实施例提供了一种桥式起重机吊钩钢丝绳偏摆角检测装置，该桥式起重机吊钩钢丝绳偏摆角检测装置包括钢丝绳13，小车11，及设置于小车11上的卷筒14；还包括设置于所述卷筒14与所述小车11之间的摆架结构12，所述摆架结构12包括盒体及架体，所述钢丝绳13的一端缠绕于所述卷筒14上，另一端与所述架体连接，所述钢丝绳13带动所述架体沿所述盒体的x轴及y轴移动，所述架体上对应于所述盒体设置有传感器。

本发明提供的桥式起重机吊钩钢丝绳偏摆角检测装置中的钢丝绳13摆动带动架体沿所述盒体的x轴及y轴移动，并由传感器检测出位移量，再通过位移-摆角公式换算为沿小车、大车运行方向的摆角分量，最后导入数据处理***。整个装置结构简单，方便易行，解决了工程上难以测量桥式起重机吊钩钢丝绳摆角的问题。

h为摆架结构12中心到钢丝绳13悬点之间的距离。整个轻质的摆架结构12封装成一个扁平的长方体盒子，根据卷筒直径、卷筒14与小车的行走台面之间的空间高度不同，可将轻质摆架做成一系列与之对应的盒子，以适应于不同型号的桥式起重机。

优选地，所述架体包括导向机构及导向杆，所述导向机构呈十字形，所述导向杆的一端与所述导向机构的端部连接，另一端与所述盒体滑动连接。

优选地，所述架体还包括边缘滑块，所述盒体上对应于所述边缘滑块设置有滑槽，所述导向杆通过所述边缘滑块与所述滑槽滑动连接，所述传感器设置于所述边缘滑块上。所述边缘滑块包括沿x轴设置的副边缘滑块，及沿y轴设置的主边缘滑块。

优选地，所述副边缘滑块包括沿x轴正向分别设置的第二副边缘滑块9及第一副边缘滑块4，所述主边缘滑块包括沿y轴正向分别设置的第一主边缘滑块8及第二主边缘滑块10。所述传感器包括设置于所述副边缘滑块的第二传感器及设置于所述主边缘滑块的第一传感器。

为了避免会产生的有误摆动测量，本发明中所述导向机构包括主滑块、副滑块及连杆，所述主滑块通过所述连杆与所述副滑块连接，所述钢丝绳13与所述主滑块连接。所述钢丝绳13通过球形铰与所述主滑块连接。所述导向机构上设置有导向槽，所述连杆穿过所述导向槽分别与所述主滑块及副滑块连接。

两根钢丝绳分别穿过第一球形铰2及第二球形铰3，两个球形铰分别安装在第二主滑块6及第一主滑块5上使其可以任意方向转动。当吊重起升时，两根钢丝绳之间角度减小，第二主滑块6及第一主滑块5同时向摆架结构12中心点移动；当吊重下降时，两根钢丝绳之间角度增大，第二主滑块6及第一主滑块5同时向相反方向移动，这样保证吊重在起升、下降过程中，第一主边缘滑块8及第二主边缘滑块10不会发生位移，始终保证位于零位，如图4。当吊重沿x轴正方向摆动时，第二主滑块6及第一主滑块5同时随着钢丝绳向x轴正方向滑动，如图5所示，第一主边缘滑块8及第二主边缘滑块10随着第二主滑块6及第一主滑块5沿x轴正方向移动。使用第一传感器测量第一主边缘滑块8及第二主边缘滑块10的位移，并根据位移-转角变换公式便可计算出钢丝绳向x轴正方向的摆角。同理，当吊重沿x轴负方向摆动时，亦可计算出钢丝绳向x轴负方向的摆角。当吊重沿y轴方向发生位移时，副滑块第一副滑块1及第二副滑块7同样会带动第一副边缘滑块4及第二副边缘滑块9产生沿y轴方向的位移。使用第二传感器测量第一副边缘滑块4及第二副边缘滑块9的位移，并根据位移-转角变换公式便可计算出钢丝绳向y轴方向的摆角。

在摆架摆动方向安装两个直线位移传感器，分别测量边缘滑块第一副边缘滑块4、第一主边缘滑块8、第二副边缘滑块9及第二主边缘滑块10沿x轴、y轴的位移。设摆架结构12同时向x轴正方向和y轴正方向移动，传感器分别测得轻质摆架边缘滑块相对于零位的位移为Δx、Δy，如图4、5所示，如图2所示，则沿x轴、y轴方向钢丝绳摆角分别为:

${\mathrm{\θ}}_x=arctan\frac{\mathrm{\Δ}x}{h},{\mathrm{\θ}}_y=arctan\frac{\mathrm{\Δ}y}{h}$

上式即为位移-摆角公式，其中，θ_x、θ_y是钢丝绳实际摆角分别在x、y两个方向的分量，如图6所示。

桥式起重机在实际运行过程中，由于定位不精确，在起升重物时会出现钢丝绳斜拉，此时钢丝绳最大偏摆角<20°，若取最大偏摆角20°可得轻质摆架在大小车运行方向上最大位移为：s＝h*tan20°。其中，s是轻质摆架最大位移，

位移传感器得到的数据输入计算机中的数据处理***。经过信号处理器得到当前摆角，同时可以分析出摆角在x、y两方向的相关参数，包括当前的摆角、幅值、阻尼、周期等，测得比较综合的摆动参数，减少控制器的数据处理，最后分别将这些信息传递给驾驶室显示窗口和防摇卡上，实现最终防摇控制。

本发明还提供一种桥式起重机吊钩钢丝绳偏摆角检测方法，应用如上所述的桥式起重机吊钩钢丝绳偏摆角检测装置，其中，具体步骤为：

S1、当钢丝绳13没有摆角时，第一传感器测得一对沿x轴方向主边缘滑块的位置设定为零位；当钢丝绳13没有摆角时，第二传感器测得一对沿y轴方向副主边缘滑块的位置设定为零位。

S2、当钢丝绳13沿x轴方向产生摆角时，第一传感器测得主边缘滑块的位移；当钢丝绳13沿y轴方向产生摆角时，第二传感器测得副边缘滑块的位移。

综上所述，本发明提供的桥式起重机吊钩钢丝绳偏摆角检测装置中的钢丝绳摆动带动架体沿所述盒体的x轴及y轴移动，并由传感器检测出位移量，再通过位移-摆角公式换算为沿小车、大车运行方向的摆角分量，最后导入数据处理***。整个装置结构简单，方便易行，解决了工程上难以测量桥式起重机吊钩钢丝绳摆角的问题。

进一步的，为了避免会产生的有误摆动测量，采用了连杆和滑块的结构。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种桥式起重机吊钩钢丝绳偏摆角检测装置，其特征在于，包括：钢丝绳(13)，小车(11)，及设置于小车(11)上的卷筒(14)；还包括设置于所述卷筒(14)与所述小车(11)之间的摆架结构(12)，所述摆架结构(12)包括盒体及架体，所述钢丝绳(13)的一端缠绕于所述卷筒(14)上，另一端与所述架体连接，所述钢丝绳(13)带动所述架体沿所述盒体的x轴及y轴移动，所述架体上对应于所述盒体设置有传感器。

2.根据权利要求1所述的桥式起重机吊钩钢丝绳偏摆角检测装置，其特征在于：所述架体包括导向机构及导向杆，所述导向机构呈十字形，所述导向杆的一端与所述导向机构的端部连接，另一端与所述盒体滑动连接。

3.根据权利要求2所述的桥式起重机吊钩钢丝绳偏摆角检测装置，其特征在于：所述架体还包括边缘滑块，所述盒体上对应于所述边缘滑块设置有滑槽，所述导向杆通过所述边缘滑块与所述滑槽滑动连接，所述传感器设置于所述边缘滑块上。

4.根据权利要求3所述的桥式起重机吊钩钢丝绳偏摆角检测装置，其特征在于：所述边缘滑块包括沿x轴设置的副边缘滑块，及沿y轴设置的主边缘滑块。

5.根据权利要求4所述的桥式起重机吊钩钢丝绳偏摆角检测装置，其特征在于：所述副边缘滑块包括沿x轴正向分别设置的第二副边缘滑块(9)及第一副边缘滑块(4)，所述主边缘滑块包括沿y轴正向分别设置的第一主边缘滑块(8)及第二主边缘滑块(10)。

6.根据权利要求4所述的桥式起重机吊钩钢丝绳偏摆角检测装置，其特征在于：所述传感器包括设置于所述副边缘滑块的第二传感器及设置于所述主边缘滑块的第一传感器。

7.根据权利要求2所述的桥式起重机吊钩钢丝绳偏摆角检测装置，其特征在于：所述导向机构包括主滑块、副滑块及连杆，所述主滑块通过所述连杆与所述副滑块连接，所述钢丝绳(13)与所述主滑块连接。

8.根据权利要求7所述的桥式起重机吊钩钢丝绳偏摆角检测装置，其特征在于：所述钢丝绳(13)通过球形铰与所述主滑块连接。

9.根据权利要求7所述的桥式起重机吊钩钢丝绳偏摆角检测装置，其特征在于：所述导向机构上设置有导向槽，所述连杆穿过所述导向槽分别与所述主滑块及副滑块连接。

10.一种桥式起重机吊钩钢丝绳偏摆角检测方法，应用如权利要求1-9任意一项所述的桥式起重机吊钩钢丝绳偏摆角检测装置，其特征在于，具体步骤为：

S1、当钢丝绳(13)没有摆角时，第一传感器测得一对沿x轴方向主边缘滑块的位置设定为零位；当钢丝绳(13)没有摆角时，第二传感器测得一对沿y轴方向副主边缘滑块的位置设定为零位。

S2、当钢丝绳(13)沿x轴方向产生摆角时，第一传感器测得主边缘滑块的位移；当钢丝绳(13)沿y轴方向产生摆角时，第二传感器测得副边缘滑块的位移。