專利名稱：塔式起重機(jī)吊鉤行程監(jiān)控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于起重運(yùn)輸技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種塔式起重機(jī)吊鉤行 程監(jiān)控器，該裝置可以對塔式起重機(jī)起升高度進(jìn)行實時監(jiān)測，并針對 監(jiān)測結(jié)果對塔式起重機(jī)的起升電機(jī)進(jìn)行控制。
背景技術(shù)：
塔式起重機(jī)(簡稱塔機(jī))是建筑工地上廣泛應(yīng)用的物料運(yùn)輸機(jī)械， 由于塔高、臂長、操作不當(dāng)容易失穩(wěn)，重大事故時有發(fā)生，因此所有 塔機(jī)上都強(qiáng)制安裝安全保護(hù)裝置。主要有兩類載荷限制器和行程限 位器。其中行程限位器的作用是保證運(yùn)行機(jī)構(gòu)不會因超行程發(fā)生事 故，主要有起升高度限制器、幅度限制器和回轉(zhuǎn)角度限制器。目前廣 泛使用的起升高度限制器絕大多數(shù)是機(jī)械傳動式限位器，主要存在以 下問題
1、 目前使用的起升高度限位器一般只設(shè)定上行方向位移極限，通常 當(dāng)?shù)蹉^滑輪距離變幅小車底部l米時，限位器動作，切斷上行方向電 源；但對下行極限位置沒有限定，這就帶來一個問題，當(dāng)?shù)蹉^落地后， 如果繼續(xù)下行，必然會造成鋼絲繩完全松弛的亂繩事故，所以應(yīng)該添 加下行極限位置控制。
2、 水平臂架自升式塔機(jī)在使用過程中，隨著建筑物升高會不斷頂升 加節(jié)，每一次頂升后都要重新調(diào)節(jié)限位器的動作點。由于機(jī)械傳動式 限位器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要調(diào)試的部件很多，非常繁瑣，如果調(diào)試人員技 術(shù)不熟練，很難保證限位器能正確動作，調(diào)試過程費(fèi)工、費(fèi)時人為因 素影響大。
3、城市中空間狹小，施工場地障礙物多，操作工人有時難以看清吊 鉤具體位置，目前的起升高度限位器只有極限位置限位功能，沒有顯 示功能，不利于操作人員了解工況，容易發(fā)生誤判。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一 種塔式起重機(jī)吊鉤行程監(jiān)控裝置，該裝置能夠準(zhǔn)確測量吊鉤的位置和 起升高度，并且可以實時顯示，本實用新型便于操作人員了解起升工 況；簡化限位器的調(diào)試工作，減輕工人勞動強(qiáng)度，避免因技術(shù)原因造 成人為誤差，確保行程監(jiān)控可靠、穩(wěn)定，因此，提出了塔機(jī)吊勾行程 監(jiān)控器的研究。
為解決上述技術(shù)問題，本實用新型是這樣實現(xiàn)的它包括機(jī)械傳 動部分、傳感部分和信號調(diào)理部分，所述機(jī)械傳動部分由裝設(shè)在巻筒 (l)旁的星形輪(2)、螺桿(4)、螺母(5)和軸承支撐固定裝置(3) 構(gòu)成，巻筒(1)上設(shè)置有銷軸(9)，星形輪(2)套在螺桿(4)上， 在螺桿(4)設(shè)置有螺母(5)，螺母(5)上設(shè)有永久磁鋼(6)。
所述傳感部分包括設(shè)在螺母(5)上的永久磁鋼(6)和設(shè)在安裝支 架(8)上的變磁阻傳感器(7)。
所述信號調(diào)理部分包括多路開關(guān)(10)、差動放大器(ll)和A/D 轉(zhuǎn)換器，所述多路開關(guān)(IO)的輸入端與變磁阻傳感器(7)相連，用 于順序采集變磁阻傳感器(7)的輸出信號，差動放大器(ll)的輸入 端與多路開關(guān)(IO)的輸出端相連，用于放大變磁阻傳感器的輸出信 號，A/D轉(zhuǎn)換器(12)的輸入端與差動放大器(ll)的輸出端相連。 所述變磁阻傳感器(7)設(shè)有8個規(guī)格相同的傳感器。 本實用新型的有益效果是
本實用新型可以實現(xiàn)對塔機(jī)起升高度的連續(xù)監(jiān)測和顯示，并可對 上、下行程進(jìn)行預(yù)設(shè)，具備接近行程限位點時的報警功能以及達(dá)到限 位點時切斷電源的控制功能。該裝置的起升高度傳感器可以測定絕對 行程，具有自記憶功能，頂升加節(jié)后不需調(diào)整，可繼續(xù)檢測，簡化了 調(diào)節(jié)程序。體現(xiàn)在以下幾方面
1. 本實用新型應(yīng)該可以測量吊鉤絕對高度；并且本實用新型具 有記憶功能，通電后可以直接顯示吊鉤位置；
2. 設(shè)計相應(yīng)的信號調(diào)理和數(shù)據(jù)采集電路，并將現(xiàn)場抗干擾技術(shù) 應(yīng)用于這些電路設(shè)計之中，使之適合塔機(jī)工作環(huán)境；
3. 開發(fā)系統(tǒng)監(jiān)控軟件，該軟件應(yīng)具備數(shù)據(jù)采集控制、數(shù)據(jù)處理、 數(shù)據(jù)顯示、極限行程預(yù)警和對起升電機(jī)進(jìn)行實時控制的功能。
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明-


圖1是起升機(jī)構(gòu)繞繩系統(tǒng)示意圖2是吊鉤行程監(jiān)控器系統(tǒng)組成示意圖3是起升高度傳感器結(jié)構(gòu)示意圖4是星形輪與銷軸安裝結(jié)構(gòu)示意圖5是信號調(diào)理單元功能原理圖。
具體實施方式
本實用新型包括以下部分 1、 起升高度傳感器
本發(fā)明系統(tǒng)研究了塔機(jī)起升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，自行設(shè)計了起升高度傳 感器，該傳感器包括機(jī)械傳動和傳感兩部分。傳動部分包括星形輪、 螺桿、螺母和定位安裝附件；傳感部分包括永久磁鋼、8個變磁阻位置傳感器和固定支架。變磁阻位置傳感器可以準(zhǔn)確測出O.lmm的位 移，線性度可達(dá)0. 03%FS。通過循環(huán)檢測8個變磁阻位置傳感器輸出， 調(diào)用數(shù)據(jù)處理軟件可以計算吊鉤距離變幅小車下平面的絕對距離，因 此，當(dāng)頂升加節(jié)后不需要另行調(diào)整限位點即可使用。
2、 調(diào)理電路設(shè)計和系統(tǒng)監(jiān)控軟件
本發(fā)明選用的傳感器，其內(nèi)核是4片鐵磁合金構(gòu)成惠斯頓電橋結(jié) 構(gòu)，既有助于改善非線性同時可以有效地抑制溫度漂移；信號調(diào)理電 路設(shè)計上采用差動放大器抑制噪聲，采用光耦器件避免雜散信號的竄 入；同時在軟件上設(shè)計了數(shù)字濾波有效解決了現(xiàn)場干擾問題。
本監(jiān)控器監(jiān)控軟件開發(fā)了循環(huán)檢測、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理、顯示 記錄、報警與控制軟件包，功能齊備，運(yùn)行穩(wěn)定，界面友好。
塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)由起升電動機(jī)驅(qū)動，起升電動機(jī)經(jīng)減速裝置 與起升鋼絲繩巻筒轉(zhuǎn)動軸相連接，通過控制起升電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)，實 現(xiàn)提升重物或下放重物的動作。起升機(jī)構(gòu)的鋼絲繩纏繞方式如圖1所 示，起升鋼絲繩一端固結(jié)于起升巻筒(1)，另一端從巻筒(l)導(dǎo)出， 經(jīng)過塔頂導(dǎo)向滑輪(14)、吊臂根部的導(dǎo)向滑輪(15)、繞過變幅小車 (16)和吊鉤滑輪組(17)后，固定于吊臂臂尖端部。因此，當(dāng)巻筒正 向旋轉(zhuǎn)時，放出鋼絲繩，則吊鉤下降；反向旋轉(zhuǎn)收入鋼絲繩，則吊鉤 上升。設(shè)計好的塔機(jī)起升鋼絲繩長度與塔機(jī)高度有關(guān)，通過測量放出 的鋼絲繩長度即可計算出起升高度和吊鉤位置，這就是起升高度測量 的原理，據(jù)此設(shè)計了吊鉤行程實時監(jiān)控器，其組成如圖2所示。
下面說明監(jiān)控器的組成
1、起升高度傳感器a
起升高度傳感器用于起升高度和吊鉤位置的實時測量；包括機(jī)械傳動部分和傳感部分，如圖3所示。機(jī)械傳動部分由裝設(shè)在巻筒(1) 旁的星形輪(2)、螺桿(4)、螺母(5)和軸承支撐固定裝置(3)構(gòu)成。 傳動原理見圖4，當(dāng)巻筒轉(zhuǎn)動時，巻筒上的銷軸(9)撥動星形輪(2)， 星形輪(2)套在螺桿(4)上，帶動螺桿(4)同步轉(zhuǎn)動；螺桿(4)旋轉(zhuǎn) 后使得套裝其上的螺母(5)順著螺桿移動。設(shè)計合適的螺距，使其與 鋼絲繩長度相對應(yīng)，則鋼絲繩長度測量就轉(zhuǎn)化為螺母沿螺桿直線位移 的測量。
傳感部分包括永久磁鋼(6)、變磁阻位置傳感器(7)和安裝支架 (8)。選用8個相同規(guī)格型號的變磁阻位置傳感器(7)S1 S8，本設(shè) 計選用HMC1501，該傳感器為8針表面貼裝，典型阻值為5kQ; 8個 變磁阻位置傳感器等間距安裝在支架(8)上，選擇一塊尺寸合適的陶 瓷型永久磁鋼(6)，其磁感應(yīng)強(qiáng)度Bz80Gs，粘貼在螺母上。磁鋼(6) 與傳感器(7)安裝平面的間距為12.5mm。當(dāng)磁鋼隨螺母移動時，傳 感器(7)由于感受磁場的變化輸出一系列相位互差一定角度的正弦 波。通過數(shù)據(jù)處理軟件可以算出起升高度和吊鉤位置。
由于螺母和磁鋼的位移與鋼絲繩總長度相對應(yīng)，也就是說是與吊 鉤的絕對高度對應(yīng)，所以當(dāng)頂升加節(jié)時，無需調(diào)整起升高度傳感器。 并且上電后顯示的就是吊鉤的當(dāng)前實際高度，不必記錄上次工作結(jié)束 時吊鉤的位置，具備記憶功能。
2、 信號調(diào)理單元b
信號調(diào)理單元用于對傳感器輸出的微弱信號進(jìn)行處理。信號調(diào)理 單元b包括1)多路開關(guān)(10)，用于順序采集變磁阻傳感器Sl S8的輸出信號，采用AD7501八選一多路開關(guān)，由微處理器控制選通 順序；2)差動放大器(ll)用于放大變磁阻傳感器的輸出信號，采用
0P459。由于當(dāng)變磁阻傳感器的供電電壓為5V時，最大輸出約為60raV，
必須加以放大使其適合A/D轉(zhuǎn)換器要求；3)由于要求測量的綜合精
度要達(dá)到O.lmm， A/D轉(zhuǎn)換器(12)應(yīng)選用12位精度。然后通過光隔
電路送入微處理器。
3、微處理器c和軟件系統(tǒng)
微處理器采用單片機(jī)，包括l)數(shù)據(jù)采集控制單元由其控制多 路開關(guān)的選通和S1 S8測量數(shù)據(jù)的順序采集；2)數(shù)據(jù)處理單元根 據(jù)采集的數(shù)據(jù)，找尋過零點，首先判斷磁鋼相對螺桿一端的位置；再 通過預(yù)先輸入的鋼絲繩長度以及起升系統(tǒng)的倍率關(guān)系，計算出吊鉤的 絕對位置和起升高度，并送顯示器顯示；3)報警控制單元根據(jù)工 況預(yù)設(shè)最大高度和最小高度，當(dāng)?shù)蹉^運(yùn)行到設(shè)定行程的90%時，啟動 聲光報警；達(dá)到預(yù)定點時，切斷原運(yùn)行方向電源，只能向相反方向運(yùn) 動。
吊鉤行程監(jiān)控器的工作流程是，開機(jī)后微處理器首先系統(tǒng)自檢和 初始化，使傳感器S1 S8復(fù)位，然后巡檢各個變磁阻位置傳感器輸 出端口檢測其輸出電壓信號；將上述測量數(shù)據(jù)相加后，找出數(shù)據(jù)過零 點，即可判斷磁鋼在螺桿上的準(zhǔn)確位置；調(diào)用數(shù)據(jù)處理軟件包，計算 磁鋼的絕對位移；根據(jù)螺母、螺桿、和巻筒轉(zhuǎn)動周數(shù)以及吊鉤滑輪組 倍率關(guān)系，可以計算出吊鉤的絕對位置，并送顯示器顯示。
本實用新型可以實現(xiàn)對塔機(jī)起升高度的連續(xù)監(jiān)測、顯示和控制。 可以對上、下行程進(jìn)行預(yù)設(shè)，具備接近行程限位點時的報警功能以及 達(dá)到限位點時切斷電源的控制功能。該裝置的起升高度傳感器可以測 定絕對行程，具有自記憶功能，頂升加節(jié)后不需調(diào)整，可繼續(xù)檢測， 簡化了調(diào)節(jié)程序，適合各類水平臂小車變幅塔機(jī)使用。
權(quán)利要求1、一種塔式起重機(jī)吊鉤行程監(jiān)控裝置，包括機(jī)械傳動部分、傳感部分和信號調(diào)理部分，其特征是所述機(jī)械傳動部分由裝設(shè)在卷筒(1)旁的星形輪(2)、螺桿(4)、螺母(5)和軸承支撐固定裝置(3)構(gòu)成，卷筒(1)上設(shè)置有銷軸(9)，星形輪(2)套在螺桿(4)上，在螺桿(4)設(shè)置有螺母(5)，螺母(5)上設(shè)有永久磁鋼(6)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔式起重機(jī)吊鉤行程監(jiān)控裝置，其特征是: 所述傳感部分包括設(shè)在螺母(5)上的永久磁鋼(6)和設(shè)在安裝支架(8) 上的變磁阻傳感器(7)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的塔式起重機(jī)吊鉤行程監(jiān)控裝置，其特征是: 所述信號調(diào)理部分包括多路開關(guān)(10)、差動放大器(11)和A/D轉(zhuǎn)換 器，所述多路開關(guān)(IO)的輸入端與變磁阻傳感器(7)相連，用于順 序采集變磁阻傳感器(7)的輸出信號，差動放大器(ll)的輸入端與 多路開關(guān)(IO)的輸出端相連，用于放大變磁阻傳感器的輸出信號， A/D轉(zhuǎn)換器(12)的輸入端與差動放大器(ll)的輸出端相連。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的塔式起重機(jī)吊鉤行程監(jiān)控裝置，其特 征是所述變磁阻傳感器(7)設(shè)有8個規(guī)格相同的傳感器。
專利摘要本實用新型公開了一種塔式起重機(jī)吊鉤行程監(jiān)控裝置，它包括機(jī)械傳動部分、傳感部分和信號調(diào)理部分，所述機(jī)械傳動部分由裝設(shè)在卷筒(1)旁的星形輪(2)、螺桿(4)、螺母(5)和軸承支撐固定裝置(3)構(gòu)成，卷筒(1)上設(shè)置有銷軸(9)，星形輪(2)套在螺桿(4)上，在螺桿(4)設(shè)置有螺母(5)，螺母(5)上設(shè)有永久磁鋼(6)。本實用新型能夠準(zhǔn)確測量吊鉤的位置和起升高度，并且可以實時顯示，本實用新型便于操作人員了解起升工況；簡化限位器的調(diào)試工作，減輕工人勞動強(qiáng)度，避免因技術(shù)原因造成人為誤差，確保行程監(jiān)控可靠、穩(wěn)定，因此，提出了塔機(jī)吊鉤行程監(jiān)控器的研究。
文檔編號B66C13/16GK201071256SQ20072003214
公開日2008年6月11日 申請日期2007年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月27日
發(fā)明者谷立臣, 馬松齡 申請人:西安建筑科技大學(xué)