CN101244793B - 单臂双吊钩起重船起重用超载超差测定报警装置及其测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种单臂双吊钩起重船起重用超载测定报警装置。该装置，包括一超载测定报警装置，其包括起重载荷测定报警机构和起重力矩测定报警机构；和一超差测定和报警信号处理电路，其包括载荷差测定和报警信号处理电路及力矩差测定和报警信号处理电路。本发明可以实时输出起重载荷(差)和起重力矩(差)，并对起重载荷(差)和力矩(差)的进行实时监控，并及时输出报警信号，以确保安全。

Description

单臂双吊钩起重船起重用超载超差测定报警装置及其测定方法

技术领域

本发明一般地涉及起重船起重测定领域，特别地涉及一种单臂双吊钩起重船起重用超载超差测定报警装置及其测定方法。

背景技术

起重船的主要用途是为水上作业配套服务，主要功能是起吊大件重物。为了满足水上起重作业的不同要求，起重船的起重系统一般为单臂单吊钩系统、单臂双吊钩系统或双臂双吊钩系统。必须要求对吊钩起重载荷及其起重力矩的检测、报警和保护，以满足起重安全生产要求。GB12602-90《起重机械超载保护装置安全技术规范》规定当实际起重载荷(或起重力矩)达到额定起重量的90％左右时，应发出音响或灯光预警信号；当起重载荷(起重力矩)量超过额定起重量时，应能停止起重机向不安全方向继续动作，并发出声光报警信号，同时应能允许起重机向安全方向动作。

对单臂双吊钩系统，除要求实时监测起重载荷以及起重力矩外，还应监测双吊钩的起重差(载荷差)及其力矩差，当出现载荷差或力矩差时，应给出超差信号，使起重系统及时调整双吊钩的负重，当载荷差或力矩差超过一个给定阈值时，应及时发出报警信号或切断控制系统。

中国专利申请CN 89219959.8公开了一种智能起重监侧仪，包括拉式传感其、信号放大电路、A/D数转换电路、微机处理系统、显示电路，其特征在于将拉式传感器连接在吊装设备上一根静止的吊装绳上；传感器输出端与由运算放大器MC 7650组成的放大电路的输入端相连接.其输出经与其相连的A/D数模转换电路送至单片机8031组成的微机处理系统进行采样、剔跳点、取平均值等处理后再由与其相连的显示电路显示出重量。但其不能对起重设备载荷的重载和超载进行报警，存在很大的安全隐患。

中国专利申请200410004306.0提供了一种起重类设备的力矩显示装置，含有电子数字式显示标尺、信号放大器、数字显示仪，其特征在于以电子数显标 尺尺精确测量力矩钢板的距离变化并反映在操作室中的数字显示仪上。其也同样不具备对起重力矩重载和超载进行报警的功能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题第一方面是提供一种单臂双吊钩起重船起重用超载超差测定报警装置，实时监测起重载荷以及起重力矩，当起重载荷(差)或力矩(差)接近额定值时(如90％)及时发出报警信号，当起重载荷(差)或力矩(差)超过额定值的一个阈值时(如110％)及时切断控制系统，以防止起重系统过载而引起起重船倾覆事故的发生。

本发明所要解决的技术问题第二方面是提供一种单臂双吊钩起重船起重用超载超差测定的方法。

作为本发明第一方面的一种单臂双吊钩起重船起重用超载测定报警装置，其特征在于，包括：

一超载测定报警装置，其包括起重载荷测定报警机构和起重力矩测定报警机构，其中，所述起重载荷测定报警机构，包括：

一设置在承载钢丝绳滚轮下的起重载荷测定传感器，

将起重载荷测定传感器测定的物理量转变成起重载荷信号的起重载荷信号转换电路，

与起重载荷信号转换电路输出端连接的起重载荷超载测定和报警信号处理电路，

所述起重力矩测定报警机构，包括：

一设置在吊臂上产生力臂信号的吊臂变幅角度传感器，

与所述起重载荷信号转换电路输出端和吊臂变幅角度传感器连接的起重力矩超载测定和报警处理电路；和

一超差测定和报警信号处理电路，其包括载荷差测定和报警信号处理电路及力矩差测定和报警信号处理电路，其中，所述载荷差测定和报警信号处理电路，包括：

与起重载荷信号转换电路输出端连接并输出载荷差的减法电路，

与减法电路输出端连接的整流电路，

与整流电路输出端连接的起重载荷差报警信号处理电路，

所述力矩差测定和报警信号处理电路，包括：

输出力矩差的减法电路，

与减法电路输出端连接的整流电路，

与整流电路输出端连接的起重力矩差报警信号处理电路。

本发明中，所述起重载荷测定传感器，包括：

一底座；

设置在底座上的导向槽；

底座上导向槽内，紧贴底座设有一压力应变片，压力应变片上方设有一压力弹簧，压力弹簧上方设有一顶杆，顶杆上方设有一可在导向槽中滑动的承载滑块，承载钢丝绳滚轮轴设置在承载滑块上。

所述起重载荷信号转换电路包括由压力应变片和三个精密电阻构成的直流平衡电桥，与电桥连接的信号调理电路，通过信号调理电路滤除背景噪声并将起重载荷信号放大后输出。

所述起重载荷超载测定和报警信号处理电路，包括：正输入端与起重载荷信号转换电路输出端连接的射极跟随器，其输出端一路输出测定的起重载荷，另两路分别连接载荷重载报警比较器和载荷超载切断比较器的负输入端，两比较器的正输入端连接分压电阻，构成分压电路，两比较器的输出端分别输出载荷重载报警开关量信号和载荷超载切断开关量信号，其中分压电阻阻值可变，以设定不同的限值，为了起重载荷信号输入限幅，所述射极跟随器的正输入端还连接有稳压器。

所述起重力矩超载测定和报警处理电路，包括：正输入端分别与起重载荷信号转换电路和吊臂变幅角度传感器输出端连接的两射极跟随器，两射极跟随器的输出端分别连接一乘法运算器的输入端，乘法运算器的输出端一路输出测定的起重力矩，另两路分别连接力矩重载报警比较器和力矩超载切断比较器的负输入端，两比较器的正输入端连接分压电阻，构成分压电路，两比较器的输出端分别输出力矩重载报警开关量信号和力矩超载切断开关量信号，其中分压电阻阻值可变，以设定不同的限值，为了起重载荷信号和力臂信号输入限幅，所述两射极跟随器的正输入端还连接有稳压器。

所述起重载荷差报警信号处理电路，包括两比较器，两比较器的负输入端连接整流电路的输出端，两比较器的正输入端连接分压电阻，构成分压电路，两比较器的输出端分别输出载荷差报警开关量信号和载荷差切断开关量信号，其中分压电阻阻值可变，以设定不同的限值。

所述起重力矩差报警信号处理电路，包括两比较器，两比较器的负输入端连接整流电路的输出端，两比较器的正输入端连接分压电阻，构成分压电路，两比较器的输出端分别输出力矩差报警开关量信号和力矩差切断开关量信号，其中分压电阻阻值可变，以设定不同的限值。

作为本发明第二方面的一种起重船起重用超载超差测定的方法，其包括如下步骤：

1.起重载荷测定传感器测定载荷的物理量，并通过信号转换电路将物理量转换为载荷信号；

2.将转换的载荷信号输入起重载荷超载测定和报警信号处理电路，得到实时起重载荷值，并通过比较器的比较输出起重载荷重载报警开关量信号和超载切断开关量信号；

3.吊臂变幅角度传感器产生力臂信号，并将产生的力臂信号和载荷信号一起输入乘法运算器；

4.乘法运算器运算后输出实时起重力矩值，并通过比较器的比较输出起重力矩重载报警开关量信号和超载切断开关量信号。

5.通过减法电路运算实时载荷差和力矩差，整流电路和比较器输出载荷差、力矩差的报警开关量信号和切断开关量信号。

本发明只需测定起重载荷一个物理量就可以通过电路实时输出起重载荷(差)和起重力矩(差)，并对起重载荷(差)和力矩(差)的进行实时监控，并及时输出报警信号，以确保安全。

附图说明

图1为本发明起重载荷测定传感器的结构示意图。

图2为图1的A-A剖视图。

图3为本发明起重载荷信号转换电路的电路原理图。

图4为本发明起重载荷超载测定和报警信号处理电路原理图。

图5为本发明起重力矩超载测定和报警信号处理电路原理图。

图6为本发明载荷差测定和报警信号处理电路原理图。

图7为本发明力矩差测定和报警信号处理电路原理图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

一种单臂双吊钩起重船起重用超载超差测定报警装置，如图1、图2所示，起重载荷测定报警机构的载荷测定传感器设置在承载钢丝绳的滚轮下，其包括一底座11，其上设有导向槽12，底座11上导向槽12内，紧贴底座11设有一压力应变片13，压力应变片13上方设有一压力弹簧14，压力弹簧14上方设有一顶杆15，顶杆15上方设有一可在导向槽12中滑动的承载滑块16，承载钢丝绳17的滚轮18的转轴19设置在承载滑块16上。

承载钢丝绳17张力作用于滚轮18，使承载滑块16在限定的导向槽12中压向顶杆15。通过压力弹簧14产生的压力作用于压力应变片13，使应变片电阻值Rx发生变化，其变化量Rx与承载钢丝绳17的张力F成正比：

ΔR_x＝k₁F

而承载钢丝绳17张力F又与起重载荷G成正比：

F＝k₂G

因此：

ΔR_x＝k₁k₂G

如图3所示，将压力应变片13与精密电阻R20、R30、R40构成直流平衡电桥可得到此毫伏级(mV)信号，

$V=-\frac{V_s}{4}\mathrm{\Δ}{R}_x=k_1{k}_2{k}_{3}G$

式中Vs为电桥电源，输出信号V与起重载荷G成正比，通过与电桥连接的信号调理电路21可滤除背景噪声并将信号放大后输出1-5V的起重载荷信号，其中信号调理电路21是现有技术，且被广泛采用，在此就不累述了。

参见图4，产生的起重载荷信号输入起重载荷超载测定和报警信号处理电路，可得到实时的起重载荷，并对起重载荷和力矩的重载和超载进行实时监控，在出现重载或超载状况时及时输出报警开关量信号。来自于载荷传感器的载荷信号输入射极跟随器U1的正输入端，为了对起重载荷信号进行输入限幅，射极跟随器U1的的正输入端还可连接稳压器D1，经隔离后射极跟随器U1一路输出测定的起重载荷；一路通过电阻R3连接比较器U6的负输入端，比较器U6的正输入端串联电阻R4、R2和R1，其中电阻R2为可变电阻，其一端接地，比较器U6的输出端接有一电阻R6，其通过比较载荷信号和设定的限值，在超载时可输出载荷重载报警的开关量信号；一路通过电阻R9连接比较器U7的负输入端，比较器U7的正输入端串联电阻R10、R8和R7，其中电阻R8为可变电阻，其一端接地，比较器U6的输出端接有一电阻R12，其通过比较载荷信号和设定的限值，在超载时可输出载荷超载切断的开关量信号，由于电阻R2和R8可调节，因此可方便的设置不同的限值。

起重载荷G与起重机吊臂在水平轴线上的投影长度(力臂)L的乘积为起重力矩：

T＝k₄GL

式中k4为比例系数。由于吊臂绕固定点作变幅运动，因此L是变量，它与吊臂的变幅角度的余弦成正比。因此当吊重未超载，但变幅角度过大时，可能引起起重力矩的超载。

参见图5，来自于载荷传感器的载荷信号和吊臂变幅角度传感器的力臂信号分别输入射极跟随器U1和U2的正输入端，为了对起重载荷信号和力矩信号进行输入限幅，射极跟随器U1和U2的正输入端分别连接有稳压器D1和D2，经射极跟随器U1和U2隔离后载荷信号和力臂信号输入到乘法器U4的输入端，乘法器U4的输出一路输出测定的起重力矩；一路通过电阻R13连接比较器U8的负输入端，比较器U8的正输入端串联电阻R18、R17和R16，其中电阻R17为可变电阻，其一端接地，比较器U8的输出端接有一电阻R15，其通过比较经过运算的力矩信号和设定的限值，在超载时可输出力矩重载报警的开关量信号；一路通过电阻R19连接比较器U9的负输入端，比较器U8的正输入端串联电阻R24、R23和R22，其中电阻R23为可变电阻，其一端接地， 比较器U9的输出端接有一电阻R21，其通过比较经过运算的力矩信号和设定的限值，在超载时可输出力矩超载切断的开关量信号，由于电阻R17和R23可调节，因此可方便的设置不同的限值。

参加图6，单臂系统的双吊钩测定的载荷值分别通过电阻R44和R45连接减法电路的减法器U15的正负输入端，减法器U15正输入端通过电阻R51接地，其负输入端和输出端跨接电阻R43，减法器U15输出端通过反相器U16输出具备正负之分的载荷差测定指示值，由于载荷差信号有正负之分，因此通过由减法器U17和减法器U18组成的整流电路，其中减法器U17、二极管D4、二极管D5和电阻R48组成了基本整流器，可以将负值信号转换为正值信号，减法器U18、电阻R50构成反相比例器，用于信号调理和隔离。整流电路输出端一路通过电阻R74连接比较器U23的负输入端，比较器U23的正输入端串联电阻R75、R77和R78，其中电阻R77为可变电阻，其一端接地，比较器U23的输出端接有一电阻R72，其通过比较载荷差信号和设定的限值，输出载荷差报警的开关量信号；一路通过电阻R78连接比较器U24的负输入端，比较器U24的正输入端串联电阻R81、R80和R79，其中电阻R80为可变电阻，其一端接地，比较器U24的输出端接有一电阻R73，其通过比较载荷差信号和设定的限值，输出载荷差切断的开关量信号，由于电阻R77和R80可调节，因此可方便的设置不同的限值。

参见图7，单臂系统的双吊钩测定的力矩值分别通过电阻R54和R55连接减法电路的减法器U25的正负输入端，减法器U25正输入端通过电阻R61接地，其负输入端和输出端跨接电阻R53，减法器U25输出端通过反相器U26输出具备正负之分的力矩差测定指示值，由于力矩差信号有正负之分，因此通过由减法器U27和减法U28组成的整流电路，其中减法器U27、二极管D6、二极管D7和电阻R58组成了基本整流器，可以将负值信号转换为正值信号，减法器U28、电阻R60构成反相比例器，用于信号调理和隔离。整流电路输出端一路通过电阻R84连接比较器U33的负输入端，比较器U33的正输入端串联电阻R85、R87和R88，其中电阻R87为可变电阻，其一端接地，比较器U33的输出端接有一电阻R82，其通过比较力矩差信号和设定的限值，输出力矩差报警的开关量信号；一路通过电阻R88连接比较器U34的负输入端，比 较器U34的正输入端串联电阻R91、R90和R89，其中电阻R90为可变电阻，其一端接地，比较器U34的输出端接有一电阻R83，其通过比较力矩差信号和设定的限值，输出力矩差切断的开关量信号，由于电阻R87和R90可调节，因此可方便的设置不同的限值。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种单臂双吊钩起重船起重用超载测定报警装置，其特征在于，包括：

一超载测定报警装置，其包括起重载荷测定报警机构和起重力矩测定报警机构，其中，所述起重载荷测定报警机构，包括：

一设置在承载钢丝绳滚轮下的起重载荷测定传感器，

将起重载荷测定传感器测定的物理量转变成起重载荷信号的起重载荷信号转换电路，

与起重载荷信号转换电路输出端连接的起重载荷超载测定和报警信号处理电路，

所述起重力矩测定报警机构，包括：

一设置在吊臂上产生力臂信号的吊臂变幅角度传感器，

与所述起重载荷信号转换电路输出端和吊臂变幅角度传感器连接的起重力矩超载测定和报警处理电路；和

一超差测定和报警信号处理电路，其包括载荷差测定和报警信号处理电路及力矩差测定和报警信号处理电路，其中，所述载荷差测定和报警信号处理电路，包括：

与起重载荷信号转换电路输出端连接并输出载荷差的减法电路，

与与起重载荷信号转换电路输出端连接并输出载荷差的减法电路输出端连接的整流电路，

与整流电路输出端连接的起重载荷差报警信号处理电路，

所述力矩差测定和报警信号处理电路，包括：

输出力矩差的减法电路，

与输出力矩差的减法电路输出端连接的整流电路，

与整流电路输出端连接的起重力矩差报警信号处理电路。

2.如权利要求1所示的装置，其特征在于：所述起重载荷测定传感器，包括：

一底座；

设置在底座上的导向槽；

底座上导向槽内，紧贴底座设有一压力应变片，压力应变片上方设有一压 力弹簧，压力弹簧，压力弹簧上方设有一顶杆，顶杆上方设有一可在导向槽中滑动的承载滑块，承载钢丝绳滚轮轴设置在承载滑块上。

3.如权利要求1所示的装置，其特征在于：所述起重载荷信号转换电路包括由压力应变片和三个精密电阻构成的直流平衡电桥，与电桥连接的信号调理电路。

4.如权利要求1所示的装置，其特征在于：所述起重载荷超载测定和报警信号处理电路，包括：正输入端与起重载荷信号转换电路输出端连接的射极跟随器，其输出端一路输出测定的起重载荷，另两路分别连接载荷重载报警比较器和载荷超载切断比较器的负输入端，两比较器的正输入端连接分压电阻，构成分压电路，两比较器的输出端分别输出载荷重载报警开关量信号和载荷超载切断开关量信号。

5.如权利要求4所示的装置，其特征在于：所述分压电阻阻值可调节。

6.如权利要求4所示的装置，其特征在于：所述射极跟随器的正输入端连接有稳压器。

7.如权利要求1所示的装置，其特征在于：所述起重力矩超载测定和报警处理电路，包括：两射极跟随器，所述两射极跟随器的正输入端分别与起重载荷信号转换电路和吊臂变幅角度传感器输出端连接，两射极跟随器的输出端分别连接同一乘法运算器的输入端，所述乘法运算器的输出端一路输出测定的起重力矩，另两路分别连接力矩重载报警比较器和力矩超载切断比较器的负输入端，两比较器的正输入端连接分压电阻，构成分压电路，两比较器的输出端分别输出力矩重载报警开关量信号和力矩超载切断开关量信号。

8.如权利要求7所示的装置，其特征在于：所述分压电阻阻值可调节。

9.如权利要求7所示的装置，其特征在于：所述射极跟随器的正输入端连接有稳压器。

10.一种起重船起重用超载测定的方法，其包括如下步骤：

1].起重载荷测定传感器测定载荷的物理量，并通过信号转换电路将物理量转换为载荷信号；

2].将转换的载荷信号输入起重载荷超载测定和报警信号处理电路，得到实时起重载荷值，并通过比较器的比较输出起重载荷重载报警开关量信号和超载切断开关量信号；

3].吊臂变幅角度传感器产生力臂信号，并将产生的力臂信号和载荷信号一起输入乘法运算器；

4].乘法运算器运算后输出实时起重力矩值，并通过比较器的比较输出起重力矩重载报警开关量信号和超载切断开关量信号；

5].通过减法电路运算实时载荷差和力矩差，整流电路和比较器输出载荷差、力矩差的报警开关量信号和切断开关量信号。 

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