專利名稱：一種立井施工吊盤的自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種立井施工吊盤的自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng)，尤其適用于PLC控制和變頻調(diào)速的立井施工吊盤在井筒的運(yùn)行過程中調(diào)平吊盤姿態(tài)、均衡四根懸吊鋼絲繩張力、保證吊盤平穩(wěn)、安全、可靠運(yùn)行。
背景技術(shù)：
吊盤絞車機(jī)構(gòu)是立井施工過程中的重要設(shè)備，在建井施工作業(yè)中，需要提升和下放吊盤。由于吊盤在運(yùn)行過程中沒有導(dǎo)向裝置，吊盤質(zhì)心偏心和四臺(tái)絞車運(yùn)行速度不同步，這些因素都會(huì)導(dǎo)致吊盤在升降過程中運(yùn)行不平穩(wěn)，容易發(fā)生傾斜，也會(huì)導(dǎo)致懸吊吊盤的鋼絲繩張力分布變得不均勻。傾斜的吊盤勢(shì)必會(huì)危及作業(yè)工人的人身安全；不均勻的張力分布一方面會(huì)影響鋼絲繩的整體使用壽命，另一方面也會(huì)產(chǎn)生安全隱患。目前，吊盤絞車控制系統(tǒng)由于采用了 PLC控制和變頻調(diào)速的先進(jìn)技術(shù)，對(duì)傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，雖然提高了絞車之間運(yùn)行的同步性，但是整個(gè)控制系統(tǒng)缺少對(duì)吊盤姿態(tài)和鋼絲繩張力的信息反饋，這種開環(huán)的控制方式導(dǎo)致吊盤運(yùn)行過程中依然存在吊盤傾斜和鋼絲繩張力分布不均的問題。當(dāng)?shù)醣P運(yùn)行一段距離發(fā)生傾斜后，必須將絞車系統(tǒng)停車進(jìn)行調(diào)平，由吊盤上的信號(hào)工和地面絞車的操作工協(xié)同配合將吊盤手動(dòng)調(diào)平后再繼續(xù)運(yùn)行，這不僅降低了生產(chǎn)效率，同時(shí)也存在因人工操作失誤而產(chǎn)生的安全隱患。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種系統(tǒng)簡(jiǎn)單、操作方便、能自動(dòng)將吊盤從傾斜位姿自動(dòng)調(diào)節(jié)到水平狀態(tài)的立井施工吊盤的自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng)。本發(fā)明的立井施工吊盤的自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括吊盤、均布懸掛吊盤的四根鋼絲繩、分別控制四根鋼絲繩的四個(gè)絞車、PLC控制器，所述均布懸掛在吊盤上的四根鋼絲繩上分別安裝有張力傳感器，吊盤上安裝有姿態(tài)角傳感器和信號(hào)采集卡，張力傳感器與姿態(tài)角傳感器經(jīng)通信電纜與設(shè)置在吊盤上的信號(hào)采集卡連接，信號(hào)采集卡經(jīng)通信電纜與設(shè)置在絞車房的PLC控制器連接，PLC控制器經(jīng)通信電纜與設(shè)置在井口的絞車連接；所述安裝在吊盤上的姿態(tài)角傳感器的X、Y慣性主軸分別與由鋼絲繩和吊盤的連接點(diǎn)呈平行四邊形的矩形，姿態(tài)角傳感器的Z慣性主軸垂直于吊盤且豎直向上。有益效果由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型可以在吊盤絞車機(jī)構(gòu)的運(yùn)行過程中將吊盤從傾斜位姿自動(dòng)調(diào)節(jié)到水平狀態(tài)，將鋼絲繩張力從分布不均勻的狀態(tài)自動(dòng)調(diào)節(jié)到均衡狀態(tài)，最適用于采用了 PLC控制和變頻調(diào)速的絞車控制系統(tǒng)，保證吊盤的平穩(wěn)、安全、可靠運(yùn)行，具體優(yōu)點(diǎn)主要為I、通過吊盤姿態(tài)角的信息反饋來調(diào)節(jié)絞車的轉(zhuǎn)速，使得吊盤在運(yùn)行過程中保持水平狀態(tài)，解決了吊盤運(yùn)行一段距離后就發(fā)生傾斜的問題；2、通過鋼絲繩張力信息反饋來調(diào)節(jié)絞車的轉(zhuǎn)速，一方面使得鋼絲繩張力分布變得均勻，另一方面可以避免單獨(dú)采用姿態(tài)角反饋進(jìn)行吊盤姿態(tài)調(diào)平而產(chǎn)生的鋼絲繩松繩的問題；3、采用自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)方式代替了現(xiàn)場(chǎng)工作人員手動(dòng)調(diào)節(jié)的方式，提高了吊盤的調(diào)平效率，避免了人工調(diào)節(jié)的操作失誤，提高了絞車運(yùn)行的安全性和可靠性。

圖I是本發(fā)明的系統(tǒng)示意圖。圖2是本發(fā)明的吊盤傾斜時(shí)根據(jù)姿態(tài)角計(jì)算鋼絲繩長(zhǎng)度差原理示意圖。圖中姿態(tài)角傳感器-1，張力傳感器-2 ;吊盤-3，鋼絲繩-4，絞車-5，PLC控制器-6，信號(hào)采集卡_7。
具體實(shí)施方式
圖I所示，本發(fā)明的立井施工吊盤的自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主要由姿態(tài)角傳感器I、張力傳感器2、均布懸掛吊盤3的四根鋼絲繩4、分別控制四根鋼絲繩4的四個(gè)絞車5、PLC控制器6、信號(hào)采集卡7構(gòu)成。均布懸掛在吊盤3上的四根鋼絲繩4上分別安裝有張力傳感器2，吊盤3上安裝有姿態(tài)角傳感器I和信號(hào)采集卡7，張力傳感器2與姿態(tài)角傳感器I經(jīng)通信電纜與設(shè)置在吊盤3上的信號(hào)采集卡7連接，信號(hào)采集卡7經(jīng)通信電纜與設(shè)置在絞車房的PLC控制器6連接，PLC控制器6經(jīng)通信電纜與設(shè)置在井口的絞車5連接；安裝在吊盤3上的姿態(tài)角傳感器I的X、Y慣性主軸分別與由鋼絲繩4和吊盤3的連接點(diǎn)呈平行四邊形的矩形，即鋼絲繩4與吊盤3形成的連接點(diǎn)為A、B、C和D的矩形，姿態(tài)角傳感器I的X慣性主軸與邊AB或邊CD平行，姿態(tài)角傳感器I的Y慣性主軸與邊AD或邊BC平行，姿態(tài)角傳感器I的z慣性主軸垂直于吊盤3且豎直向上；吊盤3分別繞x、Y和z in性主軸轉(zhuǎn)過的三個(gè)姿態(tài)角橫滾角俯仰角1^和偏轉(zhuǎn)角#，通過姿態(tài)角傳感器I測(cè)出；張力傳感器2安裝在鋼絲繩4距離吊盤3 —米的位置處，由張力傳感器2測(cè)量出鋼絲繩4的張力分別定義為$ = 1,2,3,4)。圖2所示，吊盤3傾斜時(shí)根據(jù)姿態(tài)角計(jì)算四根鋼絲繩4長(zhǎng)度與其平均長(zhǎng)度之間的長(zhǎng)度差值過吊盤3的中心0點(diǎn)構(gòu)建水平基準(zhǔn)面；過連接點(diǎn)A、B、C和D向水平基準(zhǔn)面作垂線，垂足分別為和Df;根據(jù)姿態(tài)角傳感器I測(cè)出的吊盤3姿態(tài)角化,戍計(jì)算四個(gè)連接點(diǎn)A、B、C、D和水平基準(zhǔn)面的高度差分別為
Ait = a (-COSa1Sin ^ffcos + sin<2sin 2+b- (cos ^sin psin ￠+sinacos ￠) / 2
(-cos a sin ^cos 夢(mèng)+sin a'sin 參)/ 2 + b- (cos a sin ^sm ￠+smacos￠)^ 2
CCi = -a ￠- cos <x sin ^cos ^+ sin a sin ￠)1 2-h- (cos a, sin Psin 多+ sin 邙 cos 夕)/ 2
DDf= a (-cos asm pcos ￠+ sin ^sin ￠) f2~h- (cos asm ^sin 多+sm a1 cos ￠)/2式中，JPi分別為邊AB和AD的邊長(zhǎng)；四根鋼絲繩4長(zhǎng)度與其平均長(zhǎng)度之間的長(zhǎng)度差可用四個(gè)連接點(diǎn)A、B、C、D和水平基準(zhǔn)面的高度差也\5及、CfCrf和DiJ近似表示，即Al1 m AA1, M2 BBt1Al3 CC11Ai4 m DD10
權(quán)利要求1.一種立井施工吊盤的自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括吊盤(3)、均布懸掛吊盤(3)的四根鋼絲繩(4)、分別控制四根鋼絲繩(4)的四個(gè)絞車(5)、PLC控制器(6)，其特征在于所述均布懸掛在吊盤(3)上的四根鋼絲繩(4)上分別安裝有張力傳感器(2)，吊盤(3)上安裝有姿態(tài)角傳感器(I)和信號(hào)采集卡(7 )，張力傳感器(2 )與姿態(tài)角傳感器(I)經(jīng)通信電纜與設(shè)置在吊盤(3 )上的信號(hào)采集卡(7 )連接，信號(hào)采集卡(7 )經(jīng)通信電纜與設(shè)置在絞車房的PLC控制器(6 )連接，PLC控制器(6 )經(jīng)通信電纜與設(shè)置在井口的絞車(5 )連接；所述安裝在吊盤(3 )上的姿態(tài)角傳感器(I)的X、Y慣性主軸分別與由鋼絲繩(4)和吊盤(3)的連接點(diǎn)呈平行四邊形的矩形，姿態(tài)角傳感器(I)的Z慣性主軸垂直于吊盤(3)且豎直向上。
專利摘要一種立井施工吊盤的自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng)，尤其適用于由PLC控制和變頻調(diào)速的絞車控制系統(tǒng)。系統(tǒng)包括設(shè)置在懸吊鋼絲繩上的張力傳感器、安裝在吊盤上的姿態(tài)角傳感器、信號(hào)采集卡和設(shè)置在絞車房的PLC控制器；由PLC控制器通過姿態(tài)角傳感器和張力傳感器實(shí)時(shí)采集吊盤姿態(tài)角和鋼絲繩張力信號(hào)，計(jì)算四根鋼絲繩長(zhǎng)度與其平均長(zhǎng)度之間的長(zhǎng)度差、張力與其平均張力之間的張力差，然后以四根鋼絲繩長(zhǎng)度同時(shí)向平均長(zhǎng)度靠攏、鋼絲繩張力同時(shí)向平均張力靠攏的原則計(jì)算四臺(tái)絞車的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)量，并驅(qū)動(dòng)絞車進(jìn)行調(diào)節(jié)。本實(shí)用新型可以在吊盤絞車機(jī)構(gòu)的運(yùn)行過程中將吊盤從傾斜位姿自動(dòng)調(diào)節(jié)到水平狀態(tài)，將鋼絲繩張力從分布不均勻的狀態(tài)自動(dòng)調(diào)節(jié)到均衡狀態(tài)。
文檔編號(hào)B66D1/48GK202499676SQ20122006777
公開日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月28日
發(fā)明者吳榮華, 周公博, 張磊, 彭玉興, 曹國(guó)華, 朱真才, 李偉, 王進(jìn)杰, 王重秋, 邵杏國(guó) 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)