CN105352644A - 滑斗载荷监测方法和系统及云梯消防车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及消防设备领域，公开了一种滑斗载荷监测方法和系统及云梯消防车，所述滑斗载荷监测方法包括：参数测量步骤和滑斗载荷计算步骤。在所述参数测量步骤，测量牵引索(4)作用于滑轮(3)上的合力F、牵引索(4)的相对倾角以及梯架(1)的对地倾角β；在滑斗载荷计算步骤，根据测得的所述合力F、所述相对倾角、所述对地倾角β计算得到所述滑斗(2)所承受的实际载荷G_实。本发明的能够滑斗载荷监测方法和系统及云梯消防车监测滑斗所承受的实际载荷G_实，从而便于在其达到预定值时作出适当的反应，如预警、及时减小滑斗负荷等，避免发生超载导致的安全事故，有效提升了云梯消防车的安全性能。

Description

滑斗载荷监测方法和系统及云梯消防车

技术领域

本发明涉及消防设备，具体地，涉及一种滑斗载荷监测方法。此外，本发明还涉及一种滑斗载荷监测系统及具有其的云梯消防车。

背景技术

消防车，俗称救火车，主要用于执行灭火、救灾等任务的特殊车辆。依主要执行任务及应用场合的不同，消防车通常可以分为灭火消防车、举高消防车、机场消防车、后援消防车等。其中，随着高层建筑的不断增多，作为一种典型的举高消防车，云梯消防车在现代救援中的作用越来越受到社会的重视。

如图1所示，云梯消防车通常设有伸缩式梯架1(或称“云梯”)，其上安装有滑斗2及灭火装置，用于消防人员登高灭火和营救被困人员。靠近梯架1上端的位置设置有滑轮3，牵引索4(如钢丝绳)跨设在该滑轮3上，并在一端连接至滑斗2，另一端连接至卷扬机构5，从而，滑斗2可以在该卷扬机构5作用下由牵引索4的牵引而沿梯架1上升或下降。除了伸缩运动外，梯架1还可以在变幅油缸作用下变幅运动，以通过改变对地倾角而改变滑斗2所能达到的最大高度。

然而，牵引索4的极限拉力限定了滑斗2在各类工况中(如梯架1处于不同对地倾角时)所能承受的极限载荷，若滑斗2上承受了过高的载荷，则有可能导致牵引索4断裂等问题，进而造成安全事故。

为此，有必要提供一种能够监测滑斗载荷的方法或系统，以提升云梯消防车的安全性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种滑斗载荷监测方法，通过该滑斗载荷监测方法能够监测滑斗承受的实际载荷G_实，以便于在该实际载荷G_实达到预定值时作出适当的反应，避免发生牵引索断裂等导致的安全事故。

为了解决上述技术问题，本发明的一个方面提供一种滑斗载荷监测方法，所述滑斗安装于梯架上并能够在牵引索的牵引下沿所述梯架上升或下降，所述梯架上设置有滑轮，所述牵引索跨设在所述滑轮上并在所述梯架的上侧连接至所述滑斗、在所述梯架的下侧连接至卷扬机构，其中，该滑斗载荷监测方法包括参数测量步骤和滑斗载荷计算步骤，在参数测量步骤中测量所述牵引索作用于所述滑轮上的合力F、所述牵引索的相对倾角、所述梯架的对地倾角β；在滑斗载荷计算步骤中，根据测得的所述合力F、所述相对倾角、所述对地倾角β计算得到所述滑斗所承受的实际载荷G_实。

本发明的另一个方面提供一种滑斗载荷监测系统，所述滑斗安装于梯架上并能够在牵引索的牵引下沿所述梯架上升或下降，所述梯架上设置有滑轮，所述牵引索跨设在所述滑轮上并在所述梯架的上侧连接至所述滑斗、在所述梯架的下侧连接至卷扬机构，其中，该滑斗载荷监测系统包括：用于测量所述牵引索作用于所述滑轮上的合力F的轴销式传感器、用于测量所述牵引索的相对倾角的角度传感器和用于测量所述梯架的对地倾角β的倾角传感器；以及，利用测得的所述合力F、所述相对倾角、所述对地倾角β计算所述滑斗所承受的实际载荷G_实的计算单元。

本发明的另一个方面提供一种云梯消防车，该云梯消防车包括梯架、安装于该梯架上的滑斗以及本发明提供的所述滑斗载荷监测系统，所述滑斗能够在牵引索的牵引下沿所述梯架上升或下降，所述梯架上设置有滑轮，所述牵引索跨设在所述滑轮上并在所述梯架的上侧连接至所述滑斗、在所述梯架的下侧连接至卷扬机构。

通过上述技术方案，本发明通过测量牵引索作用于滑轮的合力F、牵引索的相对倾角和梯架的对地倾角β等关键参数，计算得到滑斗所承受的实际载荷G_实，从而便于在其达到预定值时作出适当的反应(如预警、及时减小滑斗负荷等)，避免发生超载导致的安全事故，有效提升了云梯消防车的安全性能。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是一种典型的云梯消防车的部分装置的连接示意图；

图2是用于表示根据本发明一种优选实施方式的滑斗载荷监测方法中的关键参数的受力分析图；

图3是根据本发明一种优选实施方式的滑斗载荷监测方法的流程图。

附图标记说明

1梯架2滑斗

3滑轮4牵引索

5卷扬机构

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

结合图2和图3所示，本发明的一个方面提供一种滑斗载荷监测方法，其中，滑斗2安装于梯架1上并能够在牵引索4的牵引下沿梯架1上升或下降，所述牵引索4优选为钢丝绳。梯架1上设置有滑轮3，例如，该滑轮3可以设置在靠近梯架1上端的位置。牵引索4跨设在滑轮3上并在梯架1的上侧连接至滑斗2，且在梯架1的下侧连接至卷扬机构5，通过该卷扬机构5缠绕或释放牵引索4，可以使得滑斗2沿梯架1上升或下降。

为了便于描述本发明提供的滑斗载荷监测方法，首先需要结合图2分析与滑斗2相关的各部分的相对位置关系及受力情况。

在工作状态下，梯架1通常倾斜向上地延伸，该延伸方向与地面之间的夹角称为梯架1的对地倾角β。以滑轮3为界，牵引索4分为位于梯架1上侧的部分和位于梯架1下侧的部分，并且，位于梯架1下侧的牵引索4具有与梯架1平行的延伸方向；位于梯架1上侧的牵引索4与梯架1(即与梯架1下侧的牵引索4)之间具有夹角α，并与梯架1的延伸方向的法平面之间具有夹角γ。在图2中，可以由滑斗2的端面所在的平面作为所述梯架1的延伸方向的法平面。上述夹角α和夹角γ统称为牵引索4的相对倾角，并满足如下关系式：

$\mathrm{\α}+\mathrm{\γ}=\frac{\mathrm{\π}}{2}$ (式1)

作为一种定滑轮系统，牵引索4在各处具有一致的张力T(即位于梯架1上侧和下侧的牵引索4的张力均为T)。牵引索4作用于滑轮3上的合力F(该合力F沿牵引索4的夹角平分线方向)与该张力T满足如下关系式：

$F=2Tcos\frac{\mathrm{\α}}{2}$ (式2)

假定滑斗2受力平衡(即静止或匀速运动)，该滑斗2除了受牵引索4的牵引力(该牵引力大小等于牵引索4的张力T)外，还受到梯架1的摩擦阻力f和法向力作用，这些力应在梯架1的延伸方向及其法向上与滑斗2承受的实际载荷G_实达到平衡。其中，滑斗2承受的实际载荷G_实可以分解为沿梯架1延伸方向的切向分力F_f和与该切向分力F_f垂直的法向分力N，该法向分力N与梯架1对滑斗2的所述法向力的关系为作用力与反作用力(大小相等、方向相反)。基于此，可以得到如下关系式：

F_f＝G_实·sinβ(式3)

f＝μ·N＝μ·G_实·cosβ(式4)

其中，μ为滑斗2与梯架1之间的摩擦系数，并由二者的材料属性确定。

梯架1对滑斗2的摩擦阻力f与滑斗2的相对运动方向相反，即当滑斗2沿梯架1上升时，摩擦阻力f沿梯架1向下；当滑斗2沿梯架1下降时，摩擦阻力f沿梯架1向上(如图2所示)。由此，滑斗2上升和下降过程中分别可以得到如下关系式：

F_f+f＝T·sinγ(式5-1)

F_f＝T·sinγ+f(式5-2)

基于上述分析，可以通过测量适当的参数而计算得到滑斗承受的实际载荷G_实，以对滑斗载荷进行监测。具体地，本发明的滑斗载荷监测方法包括参数测量步骤和滑斗载荷计算步骤。其中，在参数测量步骤中，需要测量牵引索4作用于滑轮3上的合力F、牵引索4的相对倾角以及梯架1的对地倾角β；在滑斗载荷计算步骤中，可以根据测得的这些参数计算得到滑斗2所承受的实际载荷G_实。在该滑斗载荷计算步骤中，可以利用上述(式1)至(式5-1)或(式5-2)，但本发明并不限于此。根据分析方法和列式习惯，可以得到多种不同但等效的式子，同样可以用于计算滑斗载荷。例如，对于上述(式2)，可以等效地列为：

$F/sin(\mathrm{\π}-\mathrm{\α})=T/sin\frac{\mathrm{\α}}{2}$ (式2.1)

此外，可以通过多种方式测得所需的参数。优选地，可以利用安装于滑轮3的中心孔内的轴销式传感器测量牵引索4作用于该滑轮3上的合力F。关于轴销式传感器的结构和使用对于本领域技术人员而言是公知的，因此不再详细说明。

另外，正如以上所述，牵引索4的相对倾角可以为位于梯架1上侧的牵引索4与梯架1之间的夹角α，或者与梯架1的延伸方向的法平面之间的夹角γ。其中，可以由滑斗2的端面所在的平面作为所述梯架1的延伸方向的法平面，因此，相对而言，夹角γ更容易测得，优选作为所述牵引索4的相对倾角。

进一步地，在测得合力F、夹角γ以及对地倾角β并已知滑斗2与梯架1之间的摩擦系数μ后，可以求解滑斗2所承受的实际载荷G_实。例如，在滑斗2上升过程中，可以利用由(式1)至(式5-1)组成的如下方程组求得该实际载荷G_实：

进一步优选地，该方程组可以推得的如下式子也可以用于计算所述实际载荷G_实：

(式6)

同理地，在滑斗2下降过程中，可以利用由(式1)至(式5-1)组成的如下方程组求得该实际载荷G_实：

进一步优选地，该方程组可以推得的如下式子也可以用于计算所述实际载荷G_实：

(式7)

本发明的另一个方面提供一种能够实施上述滑斗载荷监测方法的滑斗载荷监测系统，其中，滑斗2安装于梯架1上并能够在牵引索4的牵引下沿梯架1上升或下降，所述牵引索4优选为钢丝绳。梯架1上设置有滑轮3，例如，该滑轮3可以设置在靠近梯架1上端的位置。牵引索4跨设在滑轮3上并在梯架1的上侧连接至滑斗2，且在梯架1的下侧连接至卷扬机构5，通过该卷扬机构5缠绕或释放牵引索4，可以使得滑斗2沿梯架1上升或下降。

所述滑斗载荷监测系统包括用于测量牵引索4作用于滑轮3上的合力F的轴销式传感器、用于测量牵引索4的相对倾角的角度传感器、用于测量梯架1的对地倾角β的倾角传感器以及利用这些参数计算滑斗2所承受的实际载荷G_实的计算单元。

优选地，用于测量牵引索4的相对倾角的角度传感器可以设置于梯架1上侧的牵引索4与滑斗2之间，以能够方便地测得该牵引索4与梯架1的延伸方向的法平面之间的夹角γ作为所述牵引索4的相对倾角。在此情形下，可以利用上述(式6)和(式7)分别计算滑斗2所承受的实际载荷G_实。但本发明并不限于此，也可以在上述滑斗载荷监测方法的基础上设置其他形式的滑斗载荷监测系统或者利用其他方法计算所述实际载荷G_实，这些变形实施方式均属于本发明的构思范围，且在上述内容的基础上能够容易地设置，因此不再详述。

本发明的另一个方面提供一种包括上述滑斗载荷监测系统的云梯消防车，该云梯消防车包括梯架1和安装于该梯架1上的滑斗2，该滑斗2能够在牵引索4的牵引下沿所述梯架1上升或下降。所述梯架1上设置有滑轮3，所述牵引索4跨设在滑轮3上并在梯架1的上侧连接至滑斗2、在梯架1的下侧连接至卷扬机构5。

本发明的滑斗载荷监测方法、滑斗载荷监测系统及云梯消防车能够通过测量牵引索4作用于滑轮2的合力F、牵引索4的相对倾角和梯架1的对地倾角β等关键参数，计算得到滑斗2所承受的实际载荷G_实，从而便于在其达到预定值时作出适当的反应(如预警、及时减小滑斗负荷等)，避免发生超载导致的安全事故，有效提升了云梯消防车的安全性能。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种滑斗载荷监测方法，所述滑斗(2)安装于梯架(1)上并能够在牵引索(4)的牵引下沿所述梯架(1)上升或下降，所述梯架(1)上设置有滑轮(3)，所述牵引索(4)跨设在所述滑轮(3)上并在所述梯架(1)的上侧连接至所述滑斗(2)、在所述梯架(1)的下侧连接至卷扬机构(5)，其特征在于，该滑斗载荷监测方法包括：

参数测量步骤：测量所述牵引索(4)作用于所述滑轮(3)上的合力F、所述牵引索(4)的相对倾角、所述梯架(1)的对地倾角β；

滑斗载荷计算步骤：根据测得的所述合力F、所述相对倾角、所述对地倾角β计算得到所述滑斗(2)所承受的实际载荷G_实。

2.根据权利要求1所述的滑斗载荷监测方法，其特征在于，利用安装于所述滑轮(3)的中心孔内的轴销式传感器测量所述牵引索(4)作用于该滑轮(3)上的合力F。

3.根据权利要求1所述的滑斗载荷监测方法，其特征在于，在所述参数测量步骤中，测量位于所述梯架(1)上侧的所述牵引索(4)与所述梯架(1)的延伸方向的法平面之间的夹角γ作为所述牵引索(4)的相对倾角。

4.根据权利要求3所述的滑斗载荷监测方法，其特征在于，在所述滑斗(2)上升过程中，利用以下方程组计算所述实际载荷G_实：

其中，μ为所述滑斗(2)与所述梯架(1)之间的摩擦系数。

5.根据权利要求4所述的滑斗载荷监测方法，其特征在于，在所述滑斗(2)上升过程中，利用以下式子计算所述实际载荷G_实：

6.根据权利要求3所述的滑斗载荷监测方法，其特征在于，在所述滑斗(2)下降过程中，利用以下方程组计算所述实际载荷G_实：

其中，μ为所述滑斗(2)与所述梯架(1)之间的摩擦系数。

7.根据权利要求6所述的滑斗载荷监测方法，其特征在于，在所述滑斗(2)下降过程中，利用以下式子计算所述实际载荷G_实：

8.一种滑斗载荷监测系统，所述滑斗(2)安装于梯架(1)上并能够在牵引索(4)的牵引下沿所述梯架(1)上升或下降，所述梯架(1)上设置有滑轮(3)，所述牵引索(4)跨设在所述滑轮(3)上并在所述梯架(1)的上侧连接至所述滑斗(2)、在所述梯架(1)的下侧连接至卷扬机构(5)，其特征在于，该滑斗载荷监测系统包括：

用于测量所述牵引索(4)作用于所述滑轮(3)上的合力F的轴销式传感器、用于测量所述牵引索(4)的相对倾角的角度传感器和用于测量所述梯架(1)的对地倾角β的倾角传感器；以及，

利用测得的所述合力F、所述相对倾角、所述对地倾角β计算所述滑斗(2)所承受的实际载荷G_实的计算单元。

9.根据权利要求8所述的滑斗载荷监测系统，其特征在于，测量位于所述梯架(1)上侧的所述牵引索(4)与所述梯架(1)的延伸方向的法平面之间的夹角γ作为所述牵引索(4)的相对倾角，并且，

在所述滑斗(2)上升过程中，利用以下式子计算所述实际载荷G_实：

在所述滑斗(2)下降过程中，利用以下式子计算所述实际载荷G_实：

其中，μ为所述滑斗(2)与所述梯架(1)之间的摩擦系数。

10.一种云梯消防车，该云梯消防车包括梯架(1)和安装于该梯架(1)上的滑斗(2)，该滑斗(2)能够在牵引索(4)的牵引下沿所述梯架(1)上升或下降，所述梯架(1)上设置有滑轮(3)，所述牵引索(4)跨设在所述滑轮(3)上并在所述梯架(1)的上侧连接至所述滑斗(2)、在所述梯架(1)的下侧连接至卷扬机构(5)，其特征在于，所述云梯消防车还包括根据权利要求8或9所述的滑斗载荷监测系统。