CN111137801B - 无线便携式丝杆顶升***及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于连续地提升载荷的装置领域，具体为一种无线便携式丝杆顶升***及其使用方法。一种无线便携式丝杆顶升***，包括顶升机构(1)，其特征是：还包括自适应伸缩单元(2)、控制单元(3)、位移传感器(41)、测力传感器(42)和电源(5)，顶升机构(1)包括顶升丝杆(11)和顶升平台(12)；控制单元(3)包括主控模块(31)、无线传输模块(32)、数据采集模块(33)和电源开关(34)。一种无线便携式丝杆顶升***的使用方法，其特征是：按如下步骤依次实施：a.安装；b.输值；c.启动；d.顶升；e.采集；f.控制；g.停机。本发明布设方便，便捷轻巧，控制精确。
Description
技术领域
本发明涉及用于连续地提升载荷的装置领域，具体为一种无线便携式丝杆顶升***及其使用方法。
背景技术
在土木工程的新建与改建施工中，时常需要对某些结构构件进行顶升或顶推，包括在大型建筑、桥梁、地铁等领域都广泛需要实施顶升或顶推作业，因此需要选择合适的顶升装置进行施工。现有的顶升装置多采用大型液压***，可以满足大吨位顶推或顶升工作的需求。但是对于一些小吨位的应用，大型液压***结构复杂，体积大，效率低，并且需要复杂的布线***来进行供电与数据的传输，这些繁杂的线缆***在施工现场容易遭受破坏从而导致整个顶升***的失效。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，提供一种布设方便、便捷轻巧、控制精确的顶升方案，满足土木工程中小吨位顶升或顶推应用，本发明公开了一种无线便携式丝杆顶升***及其使用方法。
本发明通过如下技术方案达到发明目的：
一种无线便携式丝杆顶升***，包括顶升机构，其特征是：还包括自适应伸缩单元、控制单元、位移传感器、测力传感器和电源，
顶升机构包括顶升丝杆和顶升平台，顶升平台固定在顶升丝杆的顶端；自适应伸缩单元包括电机、固定支架和传动机构，电机固定在固定支架上，电机的输出轴通过传动机构连接顶升丝杆，传动机构将电机输出轴的转动转换成顶升丝杆在垂直方向上的平动；
控制单元包括主控模块、无线传输模块、数据采集模块和电源开关，主控模块通过信号线分别连接无线传输模块和数据采集模块，主控模块还通过串联了电源开关的信号线连接电机；
顶升平台上设有位移传感器和测力传感器，位移传感器和测力传感器都通过信号线连接数据采集模块；
电源通过导线分别连接顶升机构、自适应伸缩单元和控制单元。
所述的无线便携式丝杆顶升***，其特征是：
电机选用变频电机；
传动机构按如下①～③所述选择：
① 电机的输出轴和顶升丝杆这两者的中心轴线互相重合时，选用丝杠-螺母组件；
② 电机的输出轴和顶升丝杆这两者的中心轴线互相平行时，选用平行齿轮组；
③ 电机的输出轴和顶升丝杆这两者的中心轴线互相垂直时，选用锥齿轮组或蜗轮-蜗杆组；
电源选用蓄电池。
所述的无线便携式丝杆顶升***的使用方法，其特征是：按如下步骤依次实施：
a. 安装：在需要顶升的结构构件下安装各个所述的无线便携式丝杆顶升***，使各个顶升平台与所述的结构构件紧密连接；
b. 输值：使各个所述的无线便携式丝杆顶升***都通过各自的无线传输模块与顶升作业现场的主控电脑无线连接，在所述的主控电脑上输入顶升控制值或控制序列；
c. 启动：通过所述主控电脑向各个所述的无线便携式丝杆顶升***的主控模块发出顶升启动指令和顶升控制值，所述主控电脑此时记录各个所述的无线便携式丝杆顶升***的初始位移，主控模块接收到顶升启动指令后，将顶升控制值转换为电机的转速，并闭合电源开关，电源向电机供电，电机在主控模块控制下按顶升控制值所转换的转速运转，以控制自适应伸缩单元的工作；
d. 顶升：传动机构将电机输出轴的转动转换成顶升丝杆在垂直方向上的平动，顶升丝杆通过顶升平台顶升所述的结构构件使所述的结构构件发生升降位移；
e. 采集：主控模块控制位移传感器和测力传感器按照设定频率进行位移数据和测力数据的采样，数据采集模块将位移数据和压力数据汇总并输入主控模块，主控模块通过无线传输模块将位移数据和压力数据上传至所述主控电脑和云端；
f. 控制：主控模块实时分析位移数据和压力数据，通过嵌入式软件程序计算出所述结构构件的顶升位移变化值，并利用基于位移速率的程序算法控制变频电机的转速，从而精准控制自适应伸缩单元进行顶升工作，通过主控模块实时分析及时矫正电机的转速；
g. 停机：当所述结构构件的顶升位移接近控制值时，主控模块控制电机缓慢停机。
本发明采用变频电机驱动自适应传动单元来进行顶升与顶推动作，并且采用基于PID理论的变频控制方法对结构物的位移进行精确控制，本发明采用电池供电，并具有无线传输数据的功能，无需在施工现场另外增设供电与信号线。具体来说，本发明具有如下有益效果：
1. 变频电机控制传动单元形成自适应伸缩***：
本发明采用基于PID理论的变频控制方法对自适应伸缩单元进行控制，从而带动丝杆完成上部结构物的顶升或者顶推动作，丝杆的伸缩值无限平滑接近控制值，不会发生过冲现象。
本发明另外还加设了位移传感器用来实时测量丝杆的伸缩量，加设测力传感器用来测量上部结构对平台的压力，作为***校核的安全冗余。
与液压***驱动的方式相比，本发明更加便捷轻巧，并能够更加精准地对结构物的位移进行控制。
2. 自带电池供电：
本发明采用自带电池供电，整套顶升装置无需另外布设供电线缆，可以提高现场施工的便捷性。
3. 数据无线传输：
本发明的数据传输通过LoRa等无线通讯技术，实现现场的无线自组网控制，并由现场主控电脑，对每个顶升***进行独立控制，大幅提升数据传输的可靠性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中顶升机构和自适应伸缩单元的结构示意图；
图3是本发明中控制单元的连接示意图；
图4是本发明使用时基于位移速率的程序算法示意图。
具体实施方式
以下通过具体实施例进一步说明本发明。
实施例1
一种无线便携式丝杆顶升***，包括顶升机构1、自适应伸缩单元2、控制单元3、位移传感器41、测力传感器42和电源5，如图1～图3所示，具体结构是：
顶升机构1包括顶升丝杆11和顶升平台12，顶升平台12固定在顶升丝杆11的顶端；自适应伸缩单元2包括电机21、固定支架22和传动机构23，电机21固定在固定支架22上，电机21的输出轴通过传动机构23连接顶升丝杆11，传动机构23将电机21输出轴的转动转换成顶升丝杆11在垂直方向上的平动；
控制单元3包括主控模块31、无线传输模块32、数据采集模块33和电源开关34，主控模块31通过信号线分别连接无线传输模块32和数据采集模块33，主控模块31还通过串联了电源开关34的信号线连接电机21；
顶升平台12上设有位移传感器41和测力传感器42，位移传感器41和测力传感器42都通过信号线连接数据采集模块33；
电源5通过导线分别连接顶升机构1、自适应伸缩单元2和控制单元3。
本实施例中：
电机21选用变频电机；
传动机构23按如下①～③所述选择：
① 电机21的输出轴和顶升丝杆11这两者的中心轴线互相重合时，选用丝杠-螺母组件；
② 电机21的输出轴和顶升丝杆11这两者的中心轴线互相平行时，选用平行齿轮组；
③ 电机21的输出轴和顶升丝杆11这两者的中心轴线互相垂直时，选用锥齿轮组或蜗轮-蜗杆组；
电源5选用蓄电池。
本实施例使用时，按如下步骤依次实施：
a. 安装：在需要顶升的结构构件下安装各个所述的无线便携式丝杆顶升***，使各个顶升平台12与所述的结构构件紧密连接；
b. 输值：使各个所述的无线便携式丝杆顶升***都通过各自的无线传输模块32与顶升作业现场的主控电脑无线连接，在所述的主控电脑上输入顶升控制值或控制序列；
c. 启动：通过所述主控电脑向各个所述的无线便携式丝杆顶升***的主控模块31发出顶升启动指令和顶升控制值，所述主控电脑此时记录各个所述的无线便携式丝杆顶升***的初始位移，主控模块31接收到顶升启动指令后，将顶升控制值转换为电机21的转速，并闭合电源开关34，电源5向电机21供电，电机21在主控模块31控制下按顶升控制值所转换的转速运转，以控制自适应伸缩单元2的工作；
d. 顶升：传动机构23将电机21输出轴的转动转换成顶升丝杆11在垂直方向上的平动，顶升丝杆11通过顶升平台12顶升所述的结构构件使所述的结构构件发生升降位移；
e. 采集：主控模块31控制位移传感器41和测力传感器42按照设定频率进行位移数据和测力数据的采样，数据采集模块33将位移数据和压力数据汇总并输入主控模块31，主控模块31通过无线传输模块32将位移数据和压力数据上传至所述主控电脑和云端；
f. 控制：主控模块31实时分析位移数据和压力数据，通过嵌入式软件程序计算出所述结构构件的顶升位移变化值，并利用基于位移速率的程序算法控制变频电机的转速，从而精准控制自适应伸缩单元2进行顶升工作，通过主控模块31实时分析及时矫正电机21的转速；
所述的基于位移速率的程序算法如下：
设：t0—起始时间，
tp—用于计算加载速率周期的开始时间，
tc—用于计算加载速率周期的结束时间，
t1—控制阶段1的结束时间，
t2—控制阶段2的结束时间，
t3—控制阶段3的结束时间，
以上t的单位sec；
D—任意时刻实际位移值，
Dt—预设的目标位移值，
D0—起始时刻位移值，
Dp—tp时刻位移值，
Dc—tc时刻位移值，
D1—控制阶段1即t0～t1阶段结束时的位移值，
D2—控制阶段2即t1～t2阶段结束时的位移值，
D3—控制阶段3即t2～t3阶段结束时的位移值，
以上D的单位mm；
加载速率周期—T=tc-tp，单位sec，
加载速率—Vp=Dc-Dp，单位mm，
△P=(Dt-D)，为目标值与当前值差值，
△P1=(Dt-D1)，
△P2=(Dt-D2)，
△P3 =(Dt-D3)，
以上△P的单位mm；
如图4所示，根据控制目标值与实际值的差值的大小选用不同，加载速率。即实际值与目标值相差较大时，以较大的加载速率加载，以获得较高的效率；当实际值与目标位移值相差较小时，以较小的加载速率加载，让实际值缓慢趋近与目标值，以获得较高的控制精度；当实际值与目标值相等时，停机，加载速率为零，加载过程结束，表1为一种控制参数实例：
表1：
基于位移速率的控制方法在保证控制精度的条件下，又具有较高的效率，完美兼容了两者的特点，是一种理想的智能加载方法；
g. 停机：当所述结构构件的顶升位移接近控制值时，主控模块31控制电机21缓慢停机。
Claims (1)
1.一种无线便携式丝杆顶升***的使用方法，所述的无线便携式丝杆顶升***包括顶升机构(1)、自适应伸缩单元(2)、控制单元(3)、位移传感器(41)、测力传感器(42)和电源(5)，
顶升机构(1)包括顶升丝杆(11)和顶升平台(12)，顶升平台(12)固定在顶升丝杆(11)的顶端；自适应伸缩单元(2)包括电机(21)、固定支架(22)和传动机构(23)，电机(21)固定在固定支架(22)上，电机(21)的输出轴通过传动机构(23)连接顶升丝杆(11)，传动机构(23)将电机(21)输出轴的转动转换成顶升丝杆(11)在垂直方向上的平动；
控制单元(3)包括主控模块(31)、无线传输模块(32)、数据采集模块(33)和电源开关(34)，主控模块(31)通过信号线分别连接无线传输模块(32)和数据采集模块(33)，主控模块(31)还通过串联了电源开关(34)的信号线连接电机(21)；
顶升平台(12)上设有位移传感器(41)和测力传感器(42)，位移传感器(41)和测力传感器(42)都通过信号线连接数据采集模块(33)；
电源(5)通过导线分别连接顶升机构(1)、自适应伸缩单元(2)和控制单元(3)；
电机(21)选用变频电机；
传动机构(23)选用如下①～③中任意一项：
① 电机(21)的输出轴和顶升丝杆(11)这两者的中心轴线互相重合时，选用丝杠-螺母组件；
② 电机(21)的输出轴和顶升丝杆(11)这两者的中心轴线互相平行时，选用平行齿轮组；
③ 电机(21)的输出轴和顶升丝杆(11)这两者的中心轴线互相垂直时，选用锥齿轮组或蜗轮-蜗杆组；
电源(5)选用蓄电池；
其特征是：按如下步骤依次实施：
a. 安装：在需要顶升的结构构件下安装各个所述的无线便携式丝杆顶升***，使各个顶升平台(12)与所述的结构构件紧密连接；
b. 输值：使各个所述的无线便携式丝杆顶升***都通过各自的无线传输模块(32)与顶升作业现场的主控电脑无线连接，在所述的主控电脑上输入顶升控制值或控制序列；
c. 启动：通过所述主控电脑向各个所述的无线便携式丝杆顶升***的主控模块(31)发出顶升启动指令和顶升控制值，所述主控电脑此时记录各个所述的无线便携式丝杆顶升***的初始位移，主控模块(31)接收到顶升启动指令后，将顶升控制值转换为电机(21)的转速，并闭合电源开关(34)，电源(5)向电机(21)供电，电机(21)在主控模块(31)控制下按顶升控制值所转换的转速运转，以控制自适应伸缩单元(2)的工作；
d. 顶升：传动机构(23)将电机(21)输出轴的转动转换成顶升丝杆(11)在垂直方向上的平动，顶升丝杆(11)通过顶升平台(12)顶升所述的结构构件使所述的结构构件发生升降位移；
e. 采集：主控模块(31)控制位移传感器(41)和测力传感器(42)按照设定频率进行位移数据和测力数据的采样，数据采集模块(33)将位移数据和压力数据汇总并输入主控模块(31)，主控模块(31)通过无线传输模块(32)将位移数据和压力数据上传至所述主控电脑和云端；
f. 控制：主控模块(31)实时分析位移数据和压力数据，通过嵌入式软件程序计算出所述结构构件的顶升位移变化值，并利用基于位移速率的程序算法控制变频电机的转速，从而精准控制自适应伸缩单元(2)进行顶升工作，通过主控模块(31)实时分析及时矫正电机(21)的转速；
g. 停机：当所述结构构件的顶升位移接近控制值时，主控模块(31)控制电机(21)缓慢停机。
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