CN103145043B - 一种双起升双吊具桥吊摆角测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双起升双吊具桥吊摆角检测装置，能够基于霍尔效应原理，由吊具的吊绳摆动带动轻质旋转摆架及磁盘的转动，通过检测霍尔传感器产生的电压脉冲信号进行计算得到相应的摆角值。此摆角信息不仅可以显示在操作员驾驶室的显示屏上，提供给操作人员进行参考，而且可以传输到控制中心，为桥吊的自动控制系统提供可靠参数。本发明还适用于单起升单吊具桥吊摆角的检测。本发明涉及的摆角测量装置成本低廉，结构简单，使用方便，能够给现场操作员提供可靠参数，减轻操作员工作负担，提高了工作的安全和效率，而且为桥式吊车的自动控制研究提供了可靠参数。
Description
技术领域
本发明涉及桥式吊车领域，特别涉及一种双起升双吊具桥吊摆角测量装置。
背景技术
随着集装箱运输的发展和港口建设规模的扩大，为了提高集装箱的船舶装卸速度，集装箱桥吊双箱吊具的使用越来越广泛。双起升双吊具桥式吊车是一种具有两个吊具的桥式吊车，它们可以同时工作，从而提升了吊车的装卸效率。但是它同时也会引起双负载的摆动，若和周围其它物体发生碰撞，会产生非常严重的后果，因此如何更好地控制桥吊下双吊具及负载的摆动以使得卡车能够准确对位成为制约提高集装箱装卸效率的关键。
现在使用中的桥吊大部分都是单起升桥吊系统，以手工操作为主，没有使用摆角测量装置，也没有将吊具及负载的摆动情况直观地显示给集装箱操作员。只是在一些大型集装箱桥吊系统中为了提高装卸效率，安装了一些机械防摇装置和电子防摇装置，但都没有从根本上实现桥吊操作的自动控制。
例如，在新近的一些报道中，一些机构开展了针对单起升桥吊负载防摇和负载定位控制的研究和应用，在这些桥吊控制系统中普遍采用了比较复杂的激光角度仪、角度传感器等检测装置实现负载摆角的检测。这些检测装置价格昂贵，结构复杂，抗干扰能力差，使用和维护也不方便，或者不能检测到微小的角度变化，准确性低，这些都限制了角度检测装置的应用。并且，这些装置大多不适合针对双吊具桥式吊车摆角的检测。
因此，现场的集装箱起重机操作人员往往只能根据目测吊具和负载的运动来判断摆角的大小。这样不但测量不准确，还将使工作人员更加疲惫，带来工作安全隐患，降低工作质量和工作效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种双起升双吊具桥吊摆角测量装置，采用了磁盘和霍尔传感器，根据霍尔效应原理实现对双起升双吊具桥式吊车的摆动角度的检测，摆角信息处理和显示，结构简单，成本低廉，稳定可靠，高精确度，同时对工作环境要求不高，克服了上述的现有问题。
为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供一种摆角测量装置，在单起升单吊具桥吊中用来对一个吊具的吊绳摆角进行检测。本发明的另一个技术方案是通过设置两个所述的摆角测量装置，分别对于双起升双吊具桥式吊车中两个吊具的吊绳摆角进行检测。
其中，任意一个所述的摆角测量装置中包含有以下器件：
轻质旋转摆架，其能够随着对应一个吊具的吊绳摆动而摆动，并能够将吊具的摆角转化为在该轻质旋转摆架轴向的转动；
磁盘，其与所述轻质旋转摆架之间通过输入轴连接，从而随着所述轻质旋转摆架的摆动能够使所述磁盘旋转；所述磁盘上还等间距地设置有多个磁钢；
霍尔传感器，其设置在与所述磁盘靠近的位置；所述靠近的位置应该满足，当所述磁盘上的每一个磁钢在转动过程中通过所述霍尔传感器时，能够基于霍尔效应原理，引起该霍尔传感器的磁场强度变化进而产生一个相对应的脉冲信号；所述脉冲信号被发送至信号处理装置处理得到相应的摆角值。
优选的实施例中，所述轻质旋转摆架设有一个小半圆轻质摆架和一个大半圆轻质摆架，两者分别对应水平的X方向和Y方向呈十字交叉分布；对应检测的吊绳从交叉位置分别穿过所述小半圆轻质摆架和大半圆轻质摆架；所述小半圆轻质摆架和大半圆轻质摆架还分别设置有转轴与所述输入轴连接；
当所述吊绳在X方向和Y方向摆动时，将分别带动所述小半圆轻质摆架和大半圆轻质摆架转动，进而带动所述输入轴转动。
所述小半圆轻质摆架和大半圆轻质摆架的圆弧厚度一致，且小半圆轻质摆架的外径等于大半圆轻质摆架的内径。
优选的实施例中，所述信号处理装置中进一步设置有以下的器件：前置放大器、整形滤波器和方波输出模块，分别对由所述摆角测量装置送来的两路电压脉冲信号进行放大、整形滤波处理，并得到相应的两条矩形波；两路所述电压脉冲信号与吊具在水平的X方向和Y方向的摆动相对应；辨向电路，接收方波输出模块发送的两条所述矩形波进行辨向处理，以判断摆角的方向；即，所述辨向电路分别用两个相差周期的所述矩形波，与其各自微分后的波形进行对比得到Uo1和Uo2，当Uo1有4细分脉冲输出，Uo2始终为高电平时，判断为正向摆动；当Uo1始终为高电平，Uo2有4细分脉冲输出时判断为反向摆动。
可逆计数器，也接收方波输出模块发送的两条所述矩形波，并根据所述辨向电路判断出的摆角方向，对计数值执行递增或递减操作后，将计数值输送至计算机处理得到吊具的摆角值。
所述计算机中根据所述可逆计数器发送的带有正负标识的计数值N，利用公式分别计算每个吊具在X方向和Y方向的摆角θx和θy，再根据公式分别计算得出每个吊具的摆角值。
所述计算机可以将计算得到的每个吊具的摆角值作为反馈信号，发送至与该计算机信号连接的自动控制系统，从而在单起升单吊具桥式吊车中，或者在双起升双吊具桥式吊车中各个吊具互锁工作模式或独立工作模式下，利用吊具的摆角值分别进行相应的防摇控制。
所述计算机还可以将计算得到的每个吊具的摆角值，发送至单起升单吊具桥式吊车或双起升双吊具桥式吊车中与该计算机信号连接的驾驶室显示屏上。
综上所述，本发明涉及的摆角检测装置基于霍尔效应原理，由吊具的吊绳摆动带动磁盘的转动，通过检测霍尔传感器产生的电压脉冲信号进行计算得到相应的摆角值。此摆角信息不仅可以显示在操作员驾驶室的显示屏上，提供给操作人员进行参考，而且可以传输到控制中心，为桥吊的自动控制系统提供可靠参数。这样一来，不仅能够给现场操作员提供可靠参数，减轻操作员工作负担，提高了工作的安全和效率，而且为桥式吊车的自动控制研究提供了可靠参数。本发明不仅适用于双起升双吊具桥吊摆角的检测，还适用于单起升单吊具桥吊摆角的检测。现有技术中对于双起升双吊具桥式吊车的摆角测量装置的文献较少。而相比传统的单吊具桥式吊车，本发明涉及的摆角测量装置成本低廉，结构简单，使用方便。
附图说明
图1是双起升双吊具桥式吊车的结构示意图；
图2是本发明中一个摆角测量装置的结构放大图；
图3是本发明所述摆角测量装置中磁盘和霍尔传感器的结构侧视图；
图4是本发明所述摆角测量装置中轻质旋转摆架的结构俯视图；
图5是图4所示轻质旋转摆架中大小两个半圆轻质摆架的圆环半径比较图；
图6是本发明中进行摆角测量的流程图；
图7是本发明中摆角为正向时辨向电路的波形图；
图8是本发明中摆角为负向时辨向电路的波形图。
具体实施方式
以下结合附图说明本发明的具体实施方式。
如图1所示的一种双起升双吊具桥式吊车中，设有小车机构1，小车驱动机构9，大车2，大车驱动机构12，和起重机驾驶室13；在小车机构1上搭载有两个信号处理装置3和4，及两个起升电机5和6，并通过相应的吊绳10连接了能够独立工作或同时工作的两个吊具11。两个本发明所述的摆角测量装置7和8，亦搭载在小车机构1上，用以分别检测相应吊具11的摆动情况。
如图2所示，以其中一个摆角测量装置8的结构放大图为例进行说明，另一个摆角测量装置7的结构组成及其与吊车其他部件的连接关系等与之基本一致。即，所述摆角测量装置8中设有轻质旋转摆架15，吊绳10一端连接起升电机6的转轴14，另一端穿过该轻质旋转摆架15后连接至吊具11，通过电机6驱动实现吊具11及负载的升降。
大车或是小车的启动，加速，减速以及外界干扰(风吹)等因素都会使得负载(集装箱)产生摆动，同时也使得吊绳随同负载一起摆动。而当吊绳10发生摆动时，将会带动轻质旋转摆架15一起摆动；所述轻质旋转摆架15将吊具11和负载的摆角转化为轴向的转动后，通过一端连接至该轻质旋转摆架15的输入轴16，来带动与该输入轴16另一端连接的磁盘17转动。
配合参见图2、图3所示，所述磁盘17上等间距地粘贴有多个磁钢20(例如有60块小磁钢)，霍尔传感器18固定设置在与该磁盘17靠近的位置。根据霍尔效应原理，当磁盘17通过输入轴16随着轻质旋转摆架15转动时，每一个小磁钢通过时，都会引起霍尔传感器18的磁场强度变化，而产生一个相对应的电压脉冲信号，通过导线19将霍尔传感器18产生的脉冲数传给相应的信号处理装置3计算得到相应的摆角大小。
配合参见图2、图4所示，所述轻质旋转摆架15设有一个小半圆轻质摆架22和一个大半圆轻质摆架23，两者呈十字交叉分布，使得吊绳10从其交叉的位置穿过。小半圆轻质摆架22和大半圆轻质摆架23分别设置有圆形转轴24、25与所述输入轴16连接。吊绳10在X方向和Y方向的摆动，将分别带动小半圆轻质摆架22和大半圆轻质摆架23转动，进而通过圆形转轴24、25带动输入轴16转动。在如图5所示的优选实施例中，小半圆轻质摆架22和大半圆轻质摆架23的圆弧厚度一致，而小半圆轻质摆架22的外径等于大半圆轻质摆架23的内径，因而两者在分别转动时不会互相碰擦。
如图6所示，信号处理装置3中依次设置有以下的器件：前置放大器、整形滤波器、方波输出模块、可逆计数器及辩向电路等。在不同的实施例中，对应检测两个吊绳10摆角的信号处理装置3和4，可以是各自设置上述若干器件的两套独立装置，也可以是设置在同一个信号处理中心内，通过共用其中一些模块或共用所有模块实现。
以其中一个信号处理装置3为例，具有同时处理X方向和Y方向的这两路电压脉冲信号的能力，即，通过对摆角测量装置8送来的两路电压脉冲信号，分别进行放大、整形和滤波后得到相应的方波信号，再将两条方波信号同时输入给可逆计数器和辩向电路，通过辩向电路来判断对应吊绳10的偏转方向，进而控制可逆计数器中对计数值执行递增或递减。之后，将可逆计数器的计数值N发送给计算机进行进一步的分析处理，得到吊绳10的摆角值θ。
根据圆中弦和半径的关系可以得到如下公式：
其中，θ为吊绳的摆角，N为可逆计数器的计数。
本发明涉及的基于霍尔效应的摆角测量装置，应用于双起升双吊具桥式吊车时的具体工作过程如下：
(1)桥吊小车接受运行命令后，桥吊开始运行，此时吊绳10有摆动，以其中一条吊绳为例：吊绳带动轻质旋转摆架15产生X、Y两个方向上轴向的转动，进而通过输入轴16带动磁盘17转动。磁盘17转动后，霍尔传感器18产生相应的两路电压脉冲信号，信号处理装置3接收到这两路脉冲电压信号的模拟量后，对其进行放大、滤波、整形得到相应的两条矩形波。这两条矩形波被送入辨向电路进行辨向，即分别用两个相差周期的矩形波，与其各自微分后的波形进行对比得到Uo1和Uo2，参见图7、图8，判断摆角的方向：如图7所示，当为正向时Uo1有4细分脉冲输出，Uo2始终为高电平；如图8所示，当为反向时，Uo1始终为高电平，Uo2有4细分脉冲输出。辨向电路将方向信息发送给可逆计数器，并决定该可逆计数器具体是执行递增还是递减操作。
(2)可逆计数器将带正负标识的计数值N送入计算机处理，根据公式分别计算出每个吊具在X和Y两个轴方向的摆角θx和θy，再根据公式分别计算得出每个吊具的摆角值。一方面将得到的摆角值作为反馈信号送入桥式吊车的自动控制系统中，自动控制系统可以利用此反馈信号进行吊具的自动防摇控制。另一方面还将此摆角值送入集装箱操作员驾驶室的显示屏上，起重机操作员可以根据此显示画面直观地判断出当前时刻两个吊具的摆动情况，进而做出相应的调节操作。
(3)另外一个吊具上同样进行(1)(2)的工作，从而得到一个相应的摆角值。则，当两个吊具工作在互锁模式时，得到的两个摆角值理论上应该是相同的；如果不同，那么将互相作为对照进行摆角的修订，此工作可以在计算机中进行，并配合自动控制系统来具体实现。当两个吊具工作在独立模式下时，两个吊具的摆角互不影响，分别得到两个角度。
另外，虽然上文描述了如何将本发明所述的装置应用于双起升双吊具桥吊摆角检测的具体实施例。但是应当可以理解，本发明中并不限制将上述检测装置中的任意一套包括轻质旋转摆架、输入轴、磁盘、霍尔传感器，及信号处理装置的器件组合，应用于单起升单吊具桥吊中针对一个吊绳的摆角进行检测。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种双起升双吊具桥吊摆角测量装置，其特征在于，对于双起升双吊具桥式吊车中两个吊具(11)的吊绳(10)摆角，设置有两个摆角测量装置(7、8)分别进行检测；
其中，任意一个所述的摆角测量装置中包含有以下器件：
轻质旋转摆架(15)，其能够随着对应一个吊具(11)的吊绳(10)摆动而摆动，并能够将吊具(11)的摆角转化为在该轻质旋转摆架(15)轴向的转动；
磁盘(17)，其与所述轻质旋转摆架(15)之间通过输入轴(16)连接，从而随着所述轻质旋转摆架(15)的摆动能够使所述磁盘(17)旋转；所述磁盘(17)上还等间距地设置有多个磁钢(20)；
霍尔传感器(18)，其设置在与所述磁盘(17)靠近的位置；所述靠近的位置应该满足，当所述磁盘(17)上的每一个磁钢(20)在转动过程中通过所述霍尔传感器(18)时，能够基于霍尔效应原理，引起该霍尔传感器(18)的磁场强度变化进而产生一个相对应的脉冲信号；所述脉冲信号被发送至信号处理装置(3)处理得到相应的摆角值。
2.如权利要求1所述的双起升双吊具桥吊摆角测量装置，其特征在于，
所述轻质旋转摆架(15)设有一个小半圆轻质摆架(22)和一个大半圆轻质摆架(23)，两者分别对应水平的X方向和Y方向呈十字交叉分布；对应检测的吊绳(10)从交叉位置分别穿过所述小半圆轻质摆架(22)和大半圆轻质摆架(23)；所述小半圆轻质摆架(22)和大半圆轻质摆架(23)还分别设置有转轴(24、25)与所述输入轴(16)连接；
当所述吊绳(10)在X方向和Y方向摆动时，将分别带动所述小半圆轻质摆架(22)和大半圆轻质摆架(23)转动，进而带动所述输入轴(16)转动。
3.如权利要求2所述的双起升双吊具桥吊摆角测量装置，其特征在于，
所述小半圆轻质摆架(22)和大半圆轻质摆架(23)的圆弧厚度一致， 且小半圆轻质摆架(22)的外径等于大半圆轻质摆架(23)的内径。
4.如权利要求1或2所述的双起升双吊具桥吊摆角测量装置，其特征在于，所述信号处理装置(3)中进一步设置有以下的器件：
前置放大器、整形滤波器和方波输出模块，分别对由所述摆角测量装置送来的两路电压脉冲信号进行放大、整形滤波处理，并得到相应的两条矩形波；两路所述电压脉冲信号与吊具(11)在水平的X方向和Y方向的摆动相对应；
辨向电路，接收方波输出模块发送的两条所述矩形波进行辨向处理，以判断摆角的方向；即，所述辨向电路分别用两个相差周期的所述矩形波，与其各自微分后的波形进行对比得到Uo1和Uo2，当Uo1有4细分脉冲输出，Uo2始终为高电平时，判断为正向摆动；当Uo1始终为高电平，Uo2有4细分脉冲输出时判断为反向摆动；
可逆计数器，也接收方波输出模块发送的两条所述矩形波，并根据所述辨向电路判断出的摆角方向，对计数值执行递增或递减操作后，将计数值输送至计算机处理得到吊具(11)的摆角值。
5.如权利要求4所述的双起升双吊具桥吊摆角测量装置，其特征在于，
所述计算机中根据所述可逆计数器发送的带有正负标识的计数值N，利用公式分别计算每个吊具在X方向和Y方向的摆角θx和θy，再根据公式分别计算得出每个吊具的摆角值。
6.如权利要求5所述的双起升双吊具桥吊摆角测量装置，其特征在于，
所述计算机将计算得到的每个吊具的摆角值作为反馈信号，发送至双起升双吊具桥式吊车中与该计算机信号连接的自动控制系统，用来在两个吊具的互锁工作模式下或各自独立工作模式下实现相应的防摇控制。
7.如权利要求5所述的双起升双吊具桥吊摆角测量装置，其特征在于，
所述计算机还将计算得到的每个吊具的摆角值，发送至双起升双吊具 桥式吊车中与该计算机信号连接的驾驶室显示屏上。
8.一种摆角测量装置，在单起升单吊具桥吊中用来对吊具(11)的吊绳(10)摆角进行检测，其特征在于，所述的摆角测量装置中包含有以下器件：
轻质旋转摆架(15)，其能够随着吊具(11)的吊绳(10)摆动而摆动，并能够将吊具(11)的摆角转化为在该轻质旋转摆架(15)轴向的转动；
磁盘(17)，其与所述轻质旋转摆架(15)之间通过输入轴(16)连接，从而随着所述轻质旋转摆架(15)的摆动能够使所述磁盘(17)旋转；所述磁盘(17)上还等间距地设置有多个磁钢(20)；
霍尔传感器(18)，其设置在与所述磁盘(17)靠近的位置；所述靠近的位置应该满足，当所述磁盘(17)上的每一个磁钢(20)在转动过程中通过所述霍尔传感器(18)时，能够基于霍尔效应原理，引起该霍尔传感器(18)的磁场强度变化进而产生一个相对应的脉冲信号；所述脉冲信号被发送至信号处理装置(3)处理得到相应的摆角值。
9.如权利要求8所述的摆角测量装置，其特征在于，
所述轻质旋转摆架(15)设有一个小半圆轻质摆架(22)和一个大半圆轻质摆架(23)，两者分别对应水平的X方向和Y方向呈十字交叉分布；对应检测的吊绳(10)从交叉位置分别穿过所述小半圆轻质摆架(22)和大半圆轻质摆架(23)；所述小半圆轻质摆架(22)和大半圆轻质摆架(23)还分别设置有转轴(24、25)与所述输入轴(16)连接；
当所述吊绳(10)在X方向和Y方向摆动时，将分别带动所述小半圆轻质摆架(22)和大半圆轻质摆架(23)转动，进而带动所述输入轴(16)转动。
10.如权利要求9所述的摆角测量装置，其特征在于，
所述信号处理装置(3)中进一步设置有以下的器件：
前置放大器、整形滤波器和方波输出模块，分别对由所述摆角测量装置送来的两路电压脉冲信号进行放大、整形滤波处理，并得到相应的两条 矩形波；两路所述电压脉冲信号与吊具(11)在水平的X方向和Y方向的摆动相对应；
辨向电路，接收方波输出模块发送的两条所述矩形波进行辨向处理，以判断摆角的方向；即，所述辨向电路分别用两个相差周期的所述矩形波，与其各自微分后的波形进行对比得到Uo1和Uo2，当Uo1有4细分脉冲输出，Uo2始终为高电平时，判断为正向摆动；当Uo1始终为高电平，Uo2有4细分脉冲输出时判断为反向摆动；
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计算机，根据所述可逆计数器发送的带有正负标识的计数值N，利用公式分别计算每个吊具在X方向和Y方向的摆角θx和θy，再根据公式分别计算得出每个吊具的摆角值。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Xu Yue Inventor after: Xu Weimin Inventor after: Li Zhuozheng Inventor before: Xu Yue Inventor before: Xu Weimin |
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| COR | Change of bibliographic data | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150701 Termination date: 20180319 |