CN101643184B - 一种起重机及其吊绳偏摆角检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种吊绳偏摆角检测装置，用于起重机，包括至少一个角度传感器(24)，还包括同轴地套装于吊绳(23)外的套筒(22)，所述角度传感器(24)安装于所述套筒(22)的外壁；所述套筒(22)与所述起重机的臂头(21)之间具有防转装置，以限制所述套筒(22)绕其自身轴向的转动。这样，实现对吊绳偏摆角的直接测量，简化了检测装置的结构，使其占用空间较小；同时，套筒(22)与起重机的臂头(21)之间安装的防转装置限制了套筒(21)绕其竖直轴的转动，从而保持了装置检测坐标系的稳定，进而提高了装置检测的精确性。本发明还公开了一种包括上述吊绳偏摆角检测装置的起重机。

Description

一种起重机及其吊绳偏摆角检测装置

技术领域

本发明涉及工程机械领域，特别涉及一种用于起重机的吊绳偏摆角检测装置。本发明还涉及一种包括上述吊绳偏摆角检测装置的起重机。

背景技术

随着我国经济建设的快速发展，工程机械尤其是起重机越来越广泛地应用于经济建设的各个领域。

吊钩是起重机的重要部件，是起重机械中最常见的一种吊具。吊钩常借助于滑轮组等部件悬挂于起升机构的钢丝绳上。在起重机的起吊过程中，由于吊钩起吊前其重心与被吊货物的重心未能在同一竖直线上，或者货物起吊时将起重臂压弯而造成的起吊位置偏移，以及起重机转台回转速度过快等原因，会导致吊钩发生左右方向或者前后方向的摆动。吊钩的摆动会导致所吊重物的摆动，从而使得重物可能在吊装过程中碰撞其它物体而降低吊装的稳定性和安全性。

吊钩的稳定状态可以通过检测吊钩钢丝绳（以下简称吊绳）的偏摆角度得到，由此，吊绳偏摆角的检测装置便应运而生。

请参考图1，图1为现有技术中一种吊绳偏摆角的结构示意图。

一般情况下，吊钩在空间会产生三个方向的运动（图示坐标为空间直角坐标系X-Y-Z），而通常升降方向（图中Z方向）的运动不会使重物产生偏摆，因此，吊绳偏摆角的检测装置仅检测其余两个方向（图示X和Y方向）的偏摆。

该吊绳偏摆角的检测装置包括第一转轴111和第二转轴112、第一支撑轴131和第二支撑轴132，安装于上述第一转轴111上的第一角度传感器121和安装于上述第二转轴112上的第二角度传感器122，以及绕X轴转动的第一框架141和绕Y轴转动的第二框架142，上述第一框架141和第二框架142均为开口向上的U形框架，上述第一框架141的两侧分别为沿Z轴方向向上，且分别与第一转轴111和第一支撑轴131连接的第一悬臂151；上述第二框架142的两侧分别为沿Z轴方向向上，且分别与第二转轴112和第二支撑轴132连接的第二悬臂152，吊绳16穿过上述两个框架底部所构成的长方形，并与任一框架相接触。当吊绳16发生偏转时，会带动任一框架发生转动，从而使与之相连接的转轴转动，从而引起对应角度传感器的输出变化，转动的角度与角度传感器的输出值相对应，从而根据角度输出值判断吊绳偏摆角。

上述吊绳偏摆角检测装置的检测方式，涉及的物理量较多，且装置的结构复杂，占用空间较大。

因此，如何简化吊绳偏摆角检测装置的结构，缩小其占用空间，并使其较为准确的检测角度，就成为本领域技术人员亟须解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种吊绳偏摆角检测装置，稳定其结构较为简单，占用空间较小，且具有较高的测量准确性。本发明的另一目的是提供一种包括上述吊绳偏摆角检测装置的起重机。

为解决上述技术问题，本发明提供一种吊绳偏摆角检测装置，用于起重机，包括至少一个角度传感器，还包括与吊绳同轴地套装于该吊绳外的套筒，所述角度传感器安装于所述套筒的外壁；所述套筒与所述起重机的臂头之间具有防转装置，以限制所述套筒绕其自身轴向的转动。

优选地，所述套筒防转装置至少包括第一部分和第二部分；所述第一部分的一端与所述第二部分的一端通过相互垂直的第一铰接轴和第二铰接轴铰接，所述第一部分的另一端通过第三铰接轴铰接于所述臂头的末端，所述第二部分的另一端通过第四铰接轴铰接于所述套筒的外壁。

优选地，还包括安装于所述臂头末端的支撑装置，所述支撑装置为一端开口且大体呈方形的框架结构，所述支撑装置的开口的两端分别与所述臂头的两侧固定连接；所述套筒防转装置通过所述第三铰接轴铰接于所述支撑装置的末端。

优选地，所述套筒防转装置的第二部分为开口向下的框架，且框架的开口的两端分别通过所述第四铰接轴铰接于所述套筒的两侧，第四铰接轴的轴线与所述套筒的轴线相交。

优选地，所述套筒防转装置位于所述臂头的外侧。

优选地，所述套筒防转装置包括绕过所述起重机的臂头，且两端分别固定连接于所述套筒的外壁两侧的防转拉索；所述防转拉索与所述套筒的外壁的两连接点的连线与所述套筒的轴线相交。

优选地，所述角度传感器为双倾角传感器。

优选地，所述套筒内壁的材料为耐磨材料。

本发明还提供一种起重机，包括上述任一项所述的吊绳偏摆角检测装置。

本发明所提供的吊绳偏摆角检测装置，包括套装于吊绳外的套筒以及固定安装于套筒外壁的角度传感器，在套筒与起重机的臂头之间设置有套筒防转装置。当吊绳发生偏摆时，其外部套装的套筒随之发生偏摆，且二者的偏摆角相同，套筒外壁安装的角度传感器通过传入的套筒偏摆的角度信号，即可得到吊绳偏摆的角度信号，从而实现对吊绳偏摆角的直接测量，简化了检测装置的结构，使其占用空间较小；同时，套筒与起重机的臂头之间安装的套筒防转装置限制了套筒绕其竖直轴的转动，从而保持了装置检测坐标系的稳定，进而提高了装置检测的精确性。

在一种优选的实施方式中，本发明所提供的套筒防转装置可以至少包括第一部分和第二部分，第一部分的一端与第二部分的一端通过相互垂直的第一铰接轴和第二铰接轴铰接，第一部分的另一端通过第三铰接轴铰接于臂头的末端，第二部分的另一端通过第四铰接轴铰接于套筒的外壁。这样，通过两个方向相互垂直的铰接轴的连接形式，在起重机吊绳摆动时，上述套筒防转装置的第二部分与套筒之间的自由度被限制，套筒在竖直方向上相对于吊绳发生移动时，避免了套筒绕其自身轴向的转动，从而保证了检测坐标系的稳定，提高了装置检测的准确性。

在另一种优选的实施方式中，本发明所提供的套筒防转装置可以设置于起重机臂头的外侧，这样，在起重机工作时，避免了套筒防转装置与起重机的其他部分产生干涉，提高了装置的安全性。

附图说明

图1为现有技术中一种吊绳偏摆角的结构示意图；

图2为本发明所提供吊绳偏摆角检测装置的检测角度示意图；

图3为本发明所提供吊绳偏摆角检测装置一种具体实施方式的结构示意图；

图4为图3所示吊绳偏摆角检测装置左视方向的结构示意图；

图5为图3所示吊绳偏摆角检测装置的立体图；

图6为本发明所提供吊绳偏摆角检测装置另一种具体实施方式的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种吊绳偏摆角检测装置，其结构较为简单，占用空间较小，且具有较高的测量准确性。本发明的另一核心是提供一种包括上述吊绳偏摆角检测装置的起重机。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图2和图3，图2为本发明所提供吊绳偏摆角检测装置的检测角度示意图；图3为本发明所提供吊绳偏摆角检测装置一种具体实施方式的结构示意图。

在实际工作中，起重机的吊钩系统通常包括三个方向的运动，即起重方向（Z轴方向）的运动，该方向的运动在理想状态下为竖直方向的运动，沿起重机吊臂所做的X轴方向的运动，以及垂直于上述吊臂的Y轴方向的运动。在通常情况下，Z轴方向的运动不会导致吊绳的偏摆，因此，只需考虑X轴和Y轴两个方向的运动对吊绳偏摆角的影响。

图2所示的坐标系X-Y-Z为以吊绳的顶点为坐标原点的空间直角坐标系。在吊装过程中，吊绳23会在空间坐标系中发生偏摆，吊绳23的空间偏摆角C可以任意分解为两个空间平面上的摆角，考虑到测量的方便性以及参照位置的同一性，本文将空间偏摆角C分解为X-Z平面上的摆角A以及Y-Z平面上的摆角B，这样测量装置仅需测量摆角A和摆角B，即可以实现对吊绳23摆角C的测量。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的吊绳偏摆角测量装置包括套装于吊绳23外的套筒22，该套筒22的纵向中轴线与上述吊绳23的纵向中轴线重合，也即二者为同轴套装；上述套筒22的外壁连接有角度传感器24，用于检测偏摆角的角度值，并将该检测到的数值传输至控制装置，从而对起重机的工作状态进行调节。

从测量精确性的角度考虑，上述套筒22与被测吊绳23之间的间隙越小则测量越准确，因此，上述套筒22与吊绳23之间可以直接接触；但是，在实际工作中，套筒22需要能够沿吊绳23的竖直方向滑动，则二者之间需要具有适当间隙；显然地，上述套筒22的直径应等于或者略大于吊绳23的直径，以便其能够随吊绳23的摆动而摆动，套筒22与吊绳23之间的配合应为间隙配合或者过渡配合；也即，套筒22与吊绳23之间可以具有对测量精度影响不大的适当的间隙。

显然地，上述套筒与吊绳之间应尽量保持平行，以使检测精度得到提高。

上述套筒22的材料可以为常规的金属材料，例如铸铁等；当然，也可以为成本较低的橡胶等材料。

上述套筒22的内壁材料可以为耐磨材料，例如含油尼龙等。由于套筒22的内壁与吊绳23之间直接接触，在工作过程中，其内壁不断地与吊绳23发生摩擦，易于磨损，使用耐磨材料能够提高装置的使用寿命，从而降低了装置的维护成本。

上述角度传感器24可以为双倾角传感器，该双倾角传感器能够实现两路检测信号的同步检测和两路信号的输出。当吊绳23在空间发生偏摆时，双倾角传感器将检测到的X-Z平面上的摆角A以及Y-Z平面上的摆角B输出至吊钩运动控制系统，从而根据输入的摆角A和摆角B的角度值以及预定策略对吊钩的工作情况进行控制，较为方便的实现了角度信号的测量，进一步提高了起重机的安全性能；同时，双倾角传感器发出两路大体相互垂直的角度信号，并通过总线将检测到的角度信号传输到控制系统，无需占用控制器的输入、输出路径，简化了测控结构。

上述角度传感器24也不局限于双倾角传感器，也可以为其他可以实现角度检测和信号输出的模拟量传感器或者其他类型的角度传感器。

上述套筒防转装置可以设置于臂头21的外侧，这样在吊钩工作时，避免了上述套筒防转装置与起重机的其他部分发生干涉和碰撞，提高了装置的安全性能和使用寿命。

当然，上述套筒防转装置的设置位置也不局限于臂头21的外侧，也可以设置于臂头21内侧的适当位置。

上述臂头的外侧具体是指，在吊绳的摆幅平面内，远离臂头的一侧；相应地，臂头的内侧是指，在吊绳的摆幅平面内，靠近臂头的一侧。

本发明所提供的吊绳偏摆角检测装置，当吊绳发生偏摆时，其外部套装的套筒随之发生偏摆，且二者的偏摆角相同，套筒外壁安装的角度传感器通过传入的套筒偏摆的角度信号，即可得到吊绳偏摆的角度信号，从而实现对吊绳偏摆角的直接测量，简化了检测装置的结构，使其占用空间较小；同时，套筒与起重机的臂头之间安装的套筒防转装置限制了套筒绕其竖直轴的转动，从而保持了装置检测坐标系的稳定，进而提高了装置检测的精确性。

请参考图4和图5，图4为图3所示吊绳偏摆角检测装置左视方向的结构示意图；图5为图3所示吊绳偏摆角检测装置的立体图。

在上述具体实施方式的基础上，本发明所提供的套筒防转装置可以至少包括第一部分和第二部分；第一部分的一端与第二部分的一端通过相互垂直的第一铰接轴和第二铰接轴铰接，上述第一部分的另一端通过第三铰接轴铰接于所述臂头的末端，上述第二部分的另一端通过第四铰接轴铰接于所述套筒的外壁。

上述第二铰接轴、第三铰接轴以及第四铰接轴可以均平行于所述套筒的径向，且第一铰接轴可以垂直于第二铰接轴、第三铰接轴和第四铰接轴。

这样，在起重机吊绳摆动时，装置限制了连接轴与套筒22的自由度，套筒22在竖直方向上相对于吊绳23发生移动时，避免了套筒22绕其自身竖直轴的转动，从而保证了检测坐标系的恒定，提高了装置检测的准确性。这样，在起重机的吊绳23摆动时，上述套筒防转装置限制了连杆27与套筒22的自由度，套筒22在竖直方向上相对于吊绳23发生移动时，避免了套筒22绕其自身竖直轴的转动，从而保证了检测坐标系的恒定，提高了装置检测的准确性。

在上述具体实施方式中，本发明所提供的套筒防转装置可以具体为十字轴式万向联轴器26，该十字轴式万向联轴器26一端与所述臂头21铰接，其另一端与铰接于22上的连杆27固定连接。万向联轴器26结构简单，使用方便，且为标准件，便于维护和更换，从而降低了装置的维护成本。

上述套筒防转装置的第二部分可以具体为开口向下的框架，且其开口的两端分别通过所述第四铰接轴铰接于所述套筒的两侧，第四铰接轴的轴线与所述套筒的轴线相交。这样，使得上述第二部分与套筒之间的连接更为牢固，进一步提高了装置的安全性能。

显然地，上述向下的方向是指吊绳末端的方向。

上述第四铰接轴也不局限于与套筒的轴线相交，也可以为套筒两侧的满足使用要求的其他位置。

在上述具体实施方式的基础上，本发明所提供的吊绳偏摆角测量装置还可以包括支撑装置25，该支撑装置25可以为一端开口且大体呈方形的框架结构，其开口的两端分别与所述臂头的两侧固定连接，上述套筒防转装置的一端铰接于上述支撑装置25，也即上述套筒防转装置通过支撑装置25与臂头21连接。这样，通过支撑装置25进一步提高了套筒防转装置在臂头21上连接的可靠性。

上述支撑装置25的结构不局限于方形框架结构，也可以为满足使用要求的其他适合的结构和形状。

上述支撑装置25、套筒防转装置以及套筒之间可以形成活动的三角形结构，以使检测装置具有较好的灵活性。在另一种具体实施方式中，本发明所提供的套筒防转装置还可以具体为绕过起重机的臂头21，且两端分别固定连接于所述套筒22外壁两侧的防转拉索，且防转拉索与套筒22外壁的两连接点的连线与所述套筒的轴线相交。这样，在吊绳23摆动过程中，当套筒22绕其轴线发生转动时，位于另一方向的防转拉索对套筒22产生反向拉力，从而限制了套筒22的转动，保证了测量坐标系的稳定。该种套筒防转装置结构简单，安装方便，且成本较低。

上述防转拉索的两端点的连线也可以不与上述套筒的轴线相交，也可以为满足使用要求的其他位置。

上述防转拉索可以具体为具有适当弹性以及较好韧性的材料。

还可以对本发明所提供的吊绳偏摆角检测装置进行进一步的改进。

请参考图6，图6为本发明所提供吊绳偏摆角检测装置另一种具体实施方式的结构示意图。

在另一种具体实施方式中，上述套筒22和角度传感器24通过水平设置的连接板29连接，且角度传感器24设置于起重机的高度限位开关28的上方，角度传感器24与起重机的高度限位开关28同轴设置。上述高度限位开关28为起重机固有的结构，将角度传感器24设置于其上方有效地利用了起重机的现有结构，使得检测装置与起重机的结构更好地融合，简化和紧凑了整机的结构。

上述水平设置的连接板29沿套筒22径向的长度可以调整。在不同型号的起重机中，高度限位开关28与吊绳23之间的水平距离可能会存在一定的差异，通过调整水平连接板的长度，能够使得该检测装置适应不同的起重机，从而提高了检测装置的适用性。

上述连接板29可以为本领域中常规使用的拉板，其上还可以设置有定位装置，以便连接板29处于不同的长度状态时，能够固定连接板的长度。

显然地，上述连接板29也不局限于拉板，也可以为其他能够实现长度变化的结构。

需要指出的是，本发明所提供的套筒防转装置可以为任何满足使用要求的限制一轴转动的柔性连接部件，其具体形式不应受说明书中具体实施方式的限制。

除了上述吊绳偏摆角检测装置，本发明还提供一种包括上述吊绳偏摆角测量装置的起重机，该起重机其他部分的结构请参考现有技术，在此不再赘述。

以上对本发明所提供的一种起重机及其吊绳偏摆角检测装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (11)

1.一种吊绳偏摆角检测装置，用于起重机，包括至少一个角度传感器（24），其特征在于，还包括与吊绳（23）同轴地套装于该吊绳（23）外的套筒（22），所述角度传感器（24）与所述套筒（22）固定连接；所述套筒（22）与所述起重机的臂头（21）之间具有防转装置，以限制所述套筒（22）绕其自身轴向的转动。

2.根据权利要求1所述的吊绳偏摆角检测装置，其特征在于，所述防转装置至少包括第一部分和第二部分；所述第一部分的一端与所述第二部分的一端通过相互垂直的第一铰接轴和第二铰接轴铰接，所述第一部分的另一端通过第三铰接轴铰接于所述臂头（21）的末端，所述第二部分的另一端通过第四铰接轴铰接于所述套筒（22）的外壁。

3.根据权利要求2所述的吊绳偏摆角检测装置，其特征在于，还包括安装于所述臂头（21）末端的支撑装置（25），所述支撑装置（25）为一端开口且大体呈方形的框架结构，所述支撑装置（25）的开口的两端分别与所述臂头（21）的两侧固定连接；所述防转装置通过所述第三铰接轴铰接于所述支撑装置（25）的末端。

4.根据权利要求2所述的吊绳偏摆角检测装置，其特征在于，所述防转装置的第二部分为开口向下的框架，且该框架的开口的两端分别通过所述第四铰接轴铰接于所述套筒（22）的两侧，第四铰接轴的轴线与所述套筒（22）的轴线相交。

5.根据权利要求4所述的吊绳偏摆角检测装置，其特征在于，所述防转装置位于所述臂头（21）的外侧。

6.根据权利要求1所述的吊绳偏摆角测量装置，其特征在于，所述防转装置包括绕过所述起重机的臂头（21），且两端分别固定连接于所述套筒（22）的外壁两侧的防转拉索；所述防转拉索与所述套筒（22）的外壁的两连接点的连线与所述套筒（22）的轴线相交。

7.根据权利要求1所述的吊绳偏摆角检测装置，其特征在于，所述套筒（22）与所述角度传感器（24）通过水平设置的连接板（29）连接，所述角度传感器（24）位于所述起重机的高度限位开关（28）的上方，并与所述高度限位开关（28）同轴设置。

8.根据权利要求7所述的吊绳偏摆角检测装置，其特征在于，所述连接板（29）沿所述套筒（22）径向方向的长度可变。

9.根据权利要求1至8任一项所述的吊绳偏摆角检测装置，其特征在于，所述角度传感器（24）为双倾角传感器。

10.根据权利要求1至8任一项所述的吊绳偏摆角检测装置，其特征在于，所述套筒（22）的内壁的材料为耐磨材料。

11.一种起重机，其特征在于，包括权利要求1至10任一项所述的吊绳偏摆角检测装置。

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