CN106744390A - 一种塔吊自动平衡控制装置 - Google Patents

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李志荣
胥云
陶跃珍
侯书增
林椿松
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    • B66C23/72—Counterweights or supports for balancing lifting couples
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Abstract

本发明公开了一种塔吊自动平衡控制装置，包括电气控制***、配重平衡机构、光电检测装置和安装在塔身上的铅锤机构；塔身上设有与塔吊支撑同转轴的铅锤机构，铅锤机构自由端侧边设有光电检测装置，光电检测装置与电气控制***连接；所述配重平衡机构滑动安装在塔吊吊臂上，通过步进电机控制其运动，步进电机与电气控制***连接；所述光电检测装置检测塔身中心参考线和铅锤机构重力参考线之间的偏转角度。本发明可根据塔身中心参考线与铅垂机构重力参考线的角度变化，由电气控制***驱动平衡配重沿齿条导轨水平运动，来自动、安全、有效的保持塔吊在工作中的动态平衡，保证塔吊使用中的安全性。

Description

一种塔吊自动平衡控制装置
技术领域
本发明涉及建筑工程技术领域，尤其是涉及一种塔吊自动平衡控制装置。
背景技术
随着现代建筑高度的不断攀升，在施工现场使用塔吊来起吊建材、货物的频率越来越高。随之而来的问题就是塔吊因超重、斜拉斜吊、起吊速度过快、误操作等原因造成的塔吊倒塌事故越来越多。一般塔吊在工作过程中，由于超重、斜拉斜吊、起吊速度过快、误操作等各种原因造成塔身严重倾斜是最终导致塔吊倒塌的根本原因。尽管这些违规操作在塔吊的操作规范中都是禁止的，但是在实践中却因为没有对应的强制限制违规操作的措施而屡禁不止。因此，对塔吊工作状态的进行检测，通过塔吊自动平衡控制***对塔吊进行自动调整，从操作控制方面限制违规操作，是保证塔吊的塔身在工作过程中始终保持竖直状态（平衡状态），提高塔吊安全性能的有效方法。通过***改进可以大大提高塔吊正常工作的安全系数，也可预防和减少塔吊安全事故的发生。
发明内容
为了克服上述所存在的技术缺陷，本发明的目的在于提供一种检测塔身中心参考线与铅垂机构重力参考线的角度关系，通过电气控制***自动控制塔吊配重在塔吊吊臂上的位置，从而使吊臂时刻保持平衡的塔吊控制装置。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
本技术方案为一种塔吊自动平衡控制装置，包括电气控制***、配重平衡机构、光电检测装置和安装在塔身上的铅锤机构；塔身上设有与塔吊支撑同转轴的铅锤机构，铅锤机构自由端侧边设有光电检测装置，光电检测装置与电气控制***连接；所述配重平衡机构滑动安装在塔吊吊臂上，通过步进电机控制其运动，步进电机与电气控制***连接；所述光电检测装置检测塔身中心参考线和铅锤机构重力参考线之间的偏转角度。
在塔身上安装铅垂机构，通过检测塔身中心参考线与铅垂机构重力参考线的角度关系来自动控制塔吊配重在塔吊吊臂上的位置，从而时刻保持吊臂平衡；解决塔吊在工作过程中，由于超重、斜拉斜吊、起吊速度过快、误操作等原因造成塔身倾斜甚至严重倾斜最终导致塔吊倒塌的问题；同时通过自动平衡控制装置限制塔吊司机的一些危险操作来避免安全事故的发生。在自动平衡控制装置中光电检测装置，将塔身中心参考线与铅垂机构重力参考线的角度变化关系转换为光电信号的变化，以便利用此变化的光电信号通过电气控制***进行逻辑自动控制。
作为优化，塔吊配重上安装自锁步进电机，吊臂配重端安装齿条导轨，塔吊配重在控制***的控制下,沿齿条导轨调整位置使吊臂始终保持平衡状态。
作为优化，所述光电检测装置为红外光传感器，红外光电传感器设有三点，分别为效验点和左右监测点。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明可根据塔身中心参考线与铅垂机构重力参考线的角度变化，由电气控制***驱动平衡配重在一定的范围内沿齿条导轨水平运动，来自动、安全、有效的保持塔吊在工作中的动态平衡，并且可通过杠杆原理来自动调节塔吊的吊重范围而无需减少或增多平衡配重，既能保障设备的安全，一定程度上还能提高塔吊的安全起升能力。本发明采用红外光电检测电路并使用机器实时监测代替人工偶尔的间歇监测，避免塔吊周围的强电磁场干扰和人工监测中的误判或错判导致***故障或安全事故，从而大大提高塔吊工作的稳定性和安全可靠性，降低安全事故的发生率。既能提高塔吊制造企业的竞争能力，也能降低塔吊使用单位的维护成本。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明中铅锤机构和光电检测装置组成的塔吊安全监控***结构示意图。
图2是本发明中光电检测装置的结构示意图。
图3是本发明中微角位移方法转化方法示意图。
图4是本发明中红外光电检测电路中监测点红外检测电路和校验点红外检测电路电气示意图。
图中标记：塔吊支撑1、铅锤机构2、支撑轴3、效验点红外传感器4、左红外传感器5、右红外传感器6和轴承7。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1，如图1和图2中所示，本发明为一种塔吊自动平衡控制装置，包括控制***、配重平衡机构、光电检测装置和安装在塔身上的铅锤机构；塔身上设有与塔吊支撑1同转轴的铅锤机构2，铅锤机构2自由端侧边设有光电检测装置，光电检测装置与电气控制***连接；所述配重平衡机构滑动安装在塔吊吊臂上，通过步进电机控制其运动，步进电机与电气控制***连接；所述光电检测装置检测塔身中心参考线和铅锤机构2重力参考线之间的偏转角度。
本发明的原理：如图3中所示，本来自动平衡控制***需要的是倾斜后的塔臂（CD）和水平方向（AB）的水平夹角∠AOC（θ1）大小来自动控制配重在配重端的水平位置，但是该水平夹角难于检测，因此本发明利用图示原理把水平方向微角位移检测转换为对竖直方向微角位移∠EOF（θ2）检测。在图3所示方法中，只要保证塔身（OE）和塔臂（AB）始终垂直，就能保证水平倾角∠AOC和竖直倾角∠EOF相等。这样就解决了水平倾角和竖直倾角变化的一致性问题。
如图1和图3中所示，铅垂机构2的中心线亦即重力参考线和塔吊支撑1的塔身中心参考线，配合左红外传感器5或右红外传感器6到支撑轴3的中心线之间的距离R即构成了微角位移机械放大机构。利用角度和弧长之间的换算关系θ=L/R（式中L为待检测的弧长变化量），即可达到通过检测弧长L的明显变化来间接检测角度θ微小变化的目的。为了避免电气控制***由于小的扰动而频繁发出控制指令，实际不需要精确检测转角变化。
在安装塔吊支撑1之前，先调整塔吊到空载平衡，利用水平尺校正塔吊支撑的底面位置，使其保持水平，这样即可保证安装在塔吊支撑上的可自由转动铅垂机构2在重力作用下处于竖直状态，也就能保证铅垂机构的重力参考线和塔吊支撑的塔身中心参考线重合（即达到电气控制***的平衡检测初始条件）。
图2和图4中所示，每个红外传感器一直发出红外光，一旦有红外光反射回来则会被检测部分检测到，此时红外传感器的最终输出经两级放大后的电平Rx即由高电平1变为低电平0。只要塔吊的塔身的平衡状态不发生太大的变化，三组红外对管的输出状态就不会发生变化。三个红外检测传感器检测输出电平状态变化，反应塔身平衡变化。就转变成了对3个红外检测元件输出电平状态变化的检测了。结合图3，可以得到不同的电平值组合代表的塔身工作状态。如图2中所示，电气控制逻辑判断表：
通过判断左监测点5、右监测点6和效验点4红外检测元件是否改变检测信号，电气控制***可根据电气控制逻辑判断表来判断塔身是否发生倾斜以及倾斜的危险程度，进而做出限制危险进一步恶化的操作或者是强制自动控制操作来减轻危险程度。如果塔身中心线和机械铅垂机构中心线一致或者一致程度较高（在允许夹角范围内），电气控制***保持待机状态不输出控制信号，塔吊司机将感受不到任何自动平衡控制***的干预存在；如果一旦检测到塔身中心线和机械铅垂机构中心线超出安全夹角范围，控制***则会根据检测到的光电信号改变来控制***的输出，电气控制***控制步进电机，配重平衡机构运动，配重平衡机构运动使塔臂重新达到平衡状态；如果检测到塔身中心线和机械铅垂机构中心线夹角已经严重超过安全范围，则电气控制***会给起重端电机发出返回塔身的指令，并强制终止起吊过程中的危险操作，避免安全事故的发生。
实施例2，在实施例1的基础上对配重平衡机构做进一步优化设计，塔吊配重上安装自锁步进电机，吊臂配重端安装齿条导轨，塔吊配重在控制***的控制下,沿齿条导轨调整位置使吊臂始终保持平衡状态，塔吊配重在吊臂上滑动，使吊臂始终处于平衡状态，提高塔吊整体安全性。
实施例3，在实施例1的基础上对光电检测装置的布置和选择进行优化设计，所述光电检测装置为红外光传感器，红外光电传感器设有三点，分别为效验点4、左监测点5和右监测点6。三点检测，提高检测对比度，提升电气控制***输出信号控制的精准度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种塔吊自动平衡控制装置，其特征在于：包括电气控制***、配重平衡机构、光电检测装置和安装在塔身上的铅锤机构；塔身上设有与塔吊支撑（1）同转轴的铅锤机构（2），铅锤机构（2）自由端侧边设有光电检测装置，光电检测装置与电气控制***连接；所述配重平衡机构滑动安装在塔吊吊臂上，通过步进电机控制其运动，步进电机与电气控制***连接；所述光电检测装置检测塔身中心参考线和铅锤机构（2）重力参考线之间的偏转角度。
2.根据权利要求1所述的一种塔吊自动平衡控制装置，其特征在于：塔吊配重上安装自锁步进电机，吊臂配重端安装齿条导轨，塔吊配重在控制***的控制下,沿齿条导轨调整位置使吊臂始终保持平衡状态。
3.根据权利要求1所述的一种塔吊自动平衡控制装置，其特征在于：所述光电检测装置为红外光传感器，红外光电传感器设有三点，分别为效验点和左右监测点。
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