CN107902547B - 全自动水文测量吊箱 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种全自动水文测量吊箱，包括吊箱本体和行车架，吊箱本体具有底板和侧框架，底板的上方安装有吊箱升降卷筒驱动电机，吊箱升降卷筒驱动电机与吊箱升降卷筒传动连接，吊箱升降卷筒的数量为4个，每个吊箱升降卷筒上均连接有升降吊索，升降吊索通过设置在吊箱本体上四角的导向轮与行车架连接，行车架用于在悬索上运动以带动吊箱本体进行水平运动；吊箱本体上还设置有仪器自动升降装置。该全自动水文测量吊箱可以实现无需人员站在吊箱本体中即能对水文条件进行自动测量。
Description
技术领域
本发明涉及水文测量技术领域。具体涉及全自动水文测量吊箱。
背景技术
根据中华人民共和国水文测量规范行业标准，普通水文测量包括水准测量、地形测量、断面测量。水文综合测量主要用于河流和渡口的水利侦察，并用来获取地形、水深、流速、流量、河床断面等相关数据，可作为抗洪抢险，控制水闸的依据。
目前传统的水文综合测量装置要么需要操作人员站在可以悬挂在河道上方的悬索的框架中，要么需要采用船舶拖带水文测量装置来进行测量。前者，由于风雨天气，框架悬挂在和悬索上，会产生较大的晃动，人员站在框架中会产生危险。而在洪水时期，又难以在河面或江面上行船。所以在恶劣天气下，如何测量江中或河中的水文条件成为一个亟待解决的难题。
发明内容
本发明为克服现有技术中存在的技术问题而提供全自动水文测量吊箱，可以实现无需人员站在吊箱本体中即能对水文条件进行自动测量。
一种全自动水文测量吊箱，其特征在于：包括吊箱本体和行车架，吊箱本体具有底板和侧框架，底板的上方安装有吊箱升降卷筒驱动电机，吊箱升降卷筒驱动电机与吊箱升降卷筒传动连接，吊箱升降卷筒的数量为4个，每个吊箱升降卷筒上均连接有升降吊索，升降吊索通过设置在吊箱本体上四角的导向轮与行车架连接，行车架用于在悬索上运动以带动吊箱本体进行水平运动；
吊箱本体上安装有自动电动拉偏系统，自动电动拉偏系统包括自动拉偏驱动电机，自动拉偏驱动电机安装在侧框架上，自动拉偏驱动电机与自动拉偏驱动卷筒连接，自动拉偏驱动卷筒上卷绕有自动拉偏驱动吊索，自动拉偏驱动吊索的另一端与自动拉偏驱动悬索连接，自动拉偏驱动吊索与升降吊索在垂直于行车架的前进方向的平面内成倾斜布置；
吊箱本体上还安装有自动整平系统，自动整平系统包括调节轮和自动整平驱动电机，升降吊索还绕在调节轮上，自动整平驱动电机安装在吊箱本体上，自动整平驱动电机与第一变速器连接，第一变速器的输出端为升降丝杠，第一变速器能够将自动整平驱动电机的转动动力转化为升降丝杠的上下运动，调节轮安装在升降丝杠的顶端；
吊箱本体上还设置有仪器自动升降装置；仪器自动升降装置包括仪器自动升降电机，仪器自动升降电机与仪器自动升降卷筒传动连接，仪器自动升降卷筒通过仪器自动升降悬索连接悬杆，悬杆的下端能够安装流速仪或测深仪；
自动升降悬索绕过自动升降导向轮，自动升降导向轮安装在导向轮安装架上，导向轮安装架通过导向轮称重传感器与侧框架连接。
通过设置可以上下移动的吊箱本体，并且由吊箱升降卷筒驱动电机带动吊箱本体进行自动升降，并且配合仪器自动升降装置，能够实现对水文条件的自动测量，无需操作人员站在较为危险的吊箱本体中。
进一步优选的技术方案，其附加技术特征在于：自动整平系统与控制装置电连接，自动电动拉偏系统与控制装置电连接，控制装置还与倾角传感器电连接。
再进一步优选的技术方案，其附加技术特征在于：导向轮上安装有光电旋转编码器，光电旋转编码器与控制装置电连接，控制装置用于根据光电旋转编码器的信息计算吊箱本体的升降高度。
优选的技术方案，其附加技术特征在于：侧框架上还安装有手动驱动轮，手动驱动轮通过链传动或皮带传动与吊箱升降卷筒驱动电机连接，吊箱升降卷筒驱动电机的输出轴为空心轴，空心轴内以周向转动的方式穿有传动轴，传动轴的一端设有与手动驱动轮传动连接的传动轮，传动轴的另一端与吊箱升降卷筒传动连接。
优选的技术方案，其附加技术特征在于：底板上设有应急制动装置，应急制动装置包括鼓式刹车器，鼓式刹车器与吊箱升降卷筒连接，鼓式刹车器包括刹车器本体和刹车皮带，刹车皮带套在刹车器本体外，刹车皮带与脚踏板连接，脚踏板转动安装在底板上。
优选的技术方案，其附加技术特征在于：还包括吊箱上限位装置，吊箱上限位装置包括吊箱上限位磁铁和吊箱上限位霍尔接近开关，吊箱上限位磁铁和吊箱上限位霍尔接近开关中的一者安装在行车架上，另一者安装在吊箱本体顶部；
优选的技术方案，其附加技术特征在于：还包括测量仪器上限位装置，测量仪器上限位装置包括测量仪器上限位磁铁和测量仪器上限位霍尔接近开关，测量仪器上限位磁铁和测量仪器上限位霍尔接近开关中的一者安装在吊箱本体底部上，另一者安装在测量仪器顶部。
优选的技术方案，其附加技术特征在于：吊箱本体底部还安装有下限位装置、下限位装置为红外光保护器、霍尔接近开关的至少一种。
优选的技术方案，其附加技术特征在于：还包括第一控制箱和第二控制箱，第一控制箱安装在侧框架上，第一控制箱上设有触摸屏和/或按钮；第二控制箱安装在底板上，第二控制箱用于控制吊箱升降卷筒驱动电机、自动拉偏驱动电机、仪器自动升降电机，并接收各个传感器的输入信号。
优选的技术方案，其附加技术特征在于：还包括第一摄像头和第二摄像头，第一摄像头安装在底板上并朝向吊箱升降卷筒，第二摄像头安装在底板上并朝向悬杆的下端。
附图说明
图1是本发明实施例1的全自动水文测量吊箱的立体结构示意图；
图2是本发明实施例1的吊箱本体部分的结构示意图；
图3是图2的右视图
图4是图全自动水文测量吊箱处于悬索端部的示意图；
图5是本发明实施例2中的吊箱本体部分的俯视图；
图6是图5的右视图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并详细说明如下：
实施例1：
图1是本发明实施例1的全自动水文测量吊箱的立体结构示意图；图2是本发明实施例1的吊箱本体部分的结构示意图；图3是图2的右视图；图4是图全自动水文测量吊箱处于悬索端部的示意图。图中，各个附图标记表示的含义如下；101、底板；102、侧框架；103、吊箱升降卷筒；104、吊箱升降卷筒驱动电机；105、升降吊索；106、导向轮；107、自动拉偏驱动电机；108、自动拉偏驱动卷筒；109、自动拉偏驱动吊索；110、自动整平驱动电机；111、调节轮；112、第一变速器；113、升降丝杠；114、吊箱上限位霍尔接近开关；121、仪器自动升降电机；122、仪器自动升降卷筒；123、仪器自动升降悬索；124、导向轮称重传感器；125、导向轮安装架；126、自动升降导向轮；127、悬杆；128、流速仪；131、第一控制箱；132、第二控制箱；133、无线网桥；134、第一摄像头；135、第二摄像头。
201、行车架。
一种全自动水文测量吊箱，包括吊箱本体和行车架201，吊箱本体具有底板101和侧框架102，底板101的上方安装有吊箱升降卷筒驱动电机104，吊箱升降卷筒驱动电机104与吊箱升降卷筒103传动连接，吊箱升降卷筒103的数量为4个，每个吊箱升降卷筒103上均连接有升降吊索105，升降吊索105通过设置在吊箱本体上四角的导向轮106与行车架201连接，行车架201用于在悬索上运动以带动吊箱本体进行水平运动；吊箱本体上还设置有仪器自动升降装置。
通过设置可以上下移动的吊箱本体，并且由吊箱升降卷筒驱动电机104带动吊箱本体进行自动升降，并且配合仪器自动升降装置，能够实现对水文条件的自动测量，无需操作人员站在较为危险的吊箱本体中。
优选的，吊箱本体上安装有自动电动拉偏系统，自动电动拉偏系统包括自动拉偏驱动电机，自动拉偏驱动电机107安装在侧框架102上，自动拉偏驱动电机107与自动拉偏驱动卷筒108连接，自动拉偏驱动卷筒108上卷绕有自动拉偏驱动吊索109，自动拉偏驱动吊索109的另一端与自动拉偏驱动悬索连接，自动拉偏驱动吊索109与升降吊索105在垂直于行车架201的前进方向的平面内成倾斜布置。
通过设置自动拉偏驱动卷筒108，可以改变自动拉偏驱动吊索的自由长度，从而改变吊箱本体的相对角度。例如，由于流速仪128浸没到水中，水流对其必然有作用力，而由于悬杆的长度较长，则会对吊箱本体产生明显的旋转力矩，所以，需要调节自动拉偏驱动吊索109的长度，从而对抗该力矩，从而使得吊箱本体保持稳定。
优选的，吊箱本体上还安装有自动整平系统，自动整平系统包括调节轮111和自动整平驱动电机110，升降吊索105还绕在调节轮111上，自动整平驱动电机110安装在吊箱本体上，自动整平驱动电机110与第一变速器112连接，第一变速器112的输出端为升降丝杠113，第一变速器112能够将自动整平驱动电机110的转动动力转化为升降丝杠113的上下运动，调节轮111安装在升降丝杠113的顶端。当行车架201行驶至较为靠近悬索两端的区域时，由于悬索的悬垂线的形状，导致此处的悬索的倾斜角度较大，所以行车架201无法保持水平，进而将会影响到吊箱本体保持水平。所以设置了自动整平系统，通过升降丝杠113的上下运动，带动调节轮111进行上下移动，从而改变升降吊索105在导向轮106与行车架201之间的长度，从而改变吊箱本体的角度。
例如，当吊箱本体运动到图4所示的位置时，图中的吊箱本体的右侧偏低，所以升降丝杠113带动调节轮111下降，则调节轮111与导向轮106之间的升降吊索105的长度会增加，导向轮106与行车架201之间的升降吊索105的长度会缩短，所以会带动吊箱本体的右半部提升，从而保证吊箱本体保持水平。
吊箱本体上还设置有仪器自动升降装置；仪器自动升降装置包括仪器自动升降电机121，仪器自动升降电机121与仪器自动升降卷筒122传动连接，仪器自动升降卷筒122通过仪器自动升降悬索123连接悬杆127，悬杆127的下端能够安装流速仪128或测深仪；
自动升降悬索绕过自动升降导向轮126，自动升降导向轮126安装在导向轮安装架125上，导向轮安装架125通过导向轮称重传感器124与侧框架连接。如果当经过导向轮的自动升降悬索释放悬杆127时，释放的位置较低，那么测深仪或流速仪128会接触到河床，所以导致悬杆127的重量将会由河床承担，则自动升降悬索上的张力将会减少，所以导向轮所对悬索的支撑力将会下降，所以导向轮称重传感器124上所能感受到的重量将会下降，导向轮称重传感器124将会感受到这一变化，并反馈给控制装置，做出相应调整动作。
进一步优选的，自动整平系统与控制装置电连接，自动电动拉偏系统与控制装置电连接，控制装置还与倾角传感器电连接。除了采用倾角传感器来采集吊箱本体的角度信号并传送给控制系统外，还可以由人工在岸上或船上观察吊箱本体的相应角度，通过无线的方式控制控制系统来使得自动整平驱动电机和自动拉偏驱动电机动作来控制吊箱本体的角度，使其保持水平。
再进一步优选的，导向轮106上安装有光电旋转编码器，光电旋转编码器与控制装置电连接，控制装置用于根据光电旋转编码器的信息计算吊箱本体的升降高度。通过在导向轮106上设置光电旋转编码器，可以利用导向轮106的旋转圈数和导向轮106的周长来测量升降吊索105的位置改变量，进而得到吊箱本体的升降高度。
优选的，还包括吊箱上限位装置，吊箱上限位装置包括吊箱上限位磁铁和吊箱上限位霍尔接近开关114，吊箱上限位磁铁安装在行车架201上，吊箱上限位霍尔接近开关114中安装在吊箱本体顶部；通过设置吊箱本体上限位装置，可以方式吊箱本体上升的高度过高，与行车架201发生碰撞，造成危险或损坏相应的器件。
优选的，还包括测量仪器上限位装置，测量仪器上限位装置包括测量仪器上限位磁铁和测量仪器上限位霍尔接近开关，测量仪器上限位磁铁安装在测量仪器顶部，测量仪器上限位霍尔接近开关安装在吊箱本体底部上。通过设置测量仪器上限位装置，可以防止测量仪器上升的高度过高，与行车架201发生碰撞，造成测量仪器的损坏。
优选的，吊箱本体底部还安装有下限位装置，下限位装置为超声波测距传感器。通过设置下限位装置，可以防止吊箱本体下降得过大，从而导致吊箱本体下落至水面上，引起电机等进水的事故。
优选的，还包括第一控制箱131和第二控制箱132，第一控制箱131安装在侧框架上，第一控制箱上设有触摸屏和/或按钮，第一控制箱用于接收操作者的控制动作并向操作者显示吊箱本体的运行状况；第二控制箱132安装在底板上，第二控制箱132用于控制吊箱升降卷筒驱动电机、自动拉偏驱动电机、仪器自动升降电机，并接收各个传感器的输入信号。其中，吊箱升降卷筒驱动电机、自动拉偏驱动电机、仪器自动升降电机可以由直流调速器控制器运行速度，而吊箱本体可以采用自动控制模式，由PLC根据程序进行自动调整和运行，也可以由吊箱本体中的操作人员手动触动触摸屏来控制吊箱本体的运行。其中，流速仪的相关参数可以在PLC中保存，PLC中可以保存5部流速仪的参数。安装上流速仪之后，可以选择相对应的流速仪的参数，由PLC根据该参数对流速仪的测验信号进行换算，自动计算得到测点流速。其中测点流速，可以在PLC中储存2000条以实现本地保存，和/或发送至岸上的控制室的控制台中，控制台与计算机连接，实现数据的汇总导出、报表打印。
其中，各个传感器与第二控制箱132都采用无线信号传输，第二控制箱132与第一控制箱131之间，也采用无线信号传输。第二控制箱132、第一控制箱131还可以通过无线网桥133与岸上的操作室无线通讯。岸上的操作室中，可以由操作人员进行控制相应的动作机构进行动作，也可以完全有自动控制装置根据设定好的程序，控制相应的整平、纠偏、测量装置升降和吊箱本体的升降。
优选的，还包括第一摄像头134和第二摄像头135，第一摄像头134和第二摄像头135与第一控制箱131无线信号连接，第一摄像头134安装在底板101上并朝向吊箱升降卷筒103，可以用于观察升降吊索105在吊箱升降卷筒103上的卷绕情况，避免卷绕是发生乱线，第二摄像头135安装在底板101上并朝向悬杆127的下端，便于观察悬杆127下方的流速仪128的水草缠绕情况。
该全自动水文测量吊箱，通过采用48V100A的大容量锂电池对控制系统和电机的直流调速器进行供电，以控制相应的电机动作，控制系统的PLC来进行控制对各个动作元件进行操作，并且采用工业级触摸屏/手动按钮双备份操作以实现动作输入的双保险，同时，采用无线电台和无线网桥双备份方式与控制室控制台交互数据，从而保证了数据传输的可靠性。
实施例2：
图5是本发明实施例2中的吊箱本体部分的俯视图；图6是图5的右视图。图中，与上述实施例所使用附图相同的附图标记，仍然沿用上述实施例对于该附图标记的定义。本实施例中新出现的附图标记表示的含义如下：115、手动驱动轮；116、传动轮；117、脚踏板；118、刹车皮带。
本实施例与实施例1的区别在于，为了给系统的运行增加双保险，还可以设置手动驱动装置和应急制动装置，具体的，侧框架102上还安装有手动驱动轮115，手动驱动轮115通过皮带传动与吊箱升降卷筒驱动电机104连接，吊箱升降卷筒驱动电机104的输出轴为空心轴，空心轴内以周向转动的方式穿有传动轴，传动轴的一端设有与手动驱动轮115传动连接的传动轮116，传动轴的另一端与吊箱升降卷筒103传动连接。
当吊箱升降卷筒驱动电机104失效时，可以通过手动驱动轮115带动传动轴进行传动，从而能够控制吊箱本体进行升降，避免发生危险。
优选的，底板101上设有应急制动装置，应急制动装置包括鼓式刹车器，鼓式刹车器与吊箱升降卷筒103连接，鼓式刹车器包括刹车器本体和刹车皮带118，刹车皮带118套在刹车器本体外，刹车皮带118与脚踏板117连接，脚踏板117转动安装在底板101上。
当吊箱电动驱动装置失灵时，砸应急情况下，可以踩下踏板将吊箱升降卷筒103制动，避免吊箱升降卷筒103上的升降吊索105自动释放而造成危险。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，例如：①上述实施例中，是将吊箱上限位磁铁设置在行车架上，将吊箱上限位霍尔接近开关设置在吊箱本体的顶部，这样布置，便于吊箱上限位霍尔接近开关与控制装置实现电连接，如果可以实现无线通信连接，也可以将吊箱上限位磁铁与吊箱上限位霍尔接近开关的位置互换，同理，也可以将将测量仪器上限位磁铁与测量仪器上限位霍尔接近开关的位置互换；②下限位装置除了实施例中所列举的超声波测距装置以外，还可以采用红外保护装置或接触式测量装置。这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种全自动水文测量吊箱，其特征在于：包括吊箱本体和行车架，所述吊箱本体具有底板和侧框架，所述底板的上方安装有吊箱升降卷筒驱动电机，所述吊箱升降卷筒驱动电机与吊箱升降卷筒传动连接，所述吊箱升降卷筒的数量为4个，每个所述吊箱升降卷筒上均连接有升降吊索，所述升降吊索通过设置在所述吊箱本体上四角的导向轮与行车架连接，所述行车架用于在悬索上运动以带动所述吊箱本体进行水平运动；
所述吊箱本体上安装有自动电动拉偏系统，所述自动电动拉偏系统包括自动拉偏驱动电机，所述自动拉偏驱动电机安装在所述侧框架上，所述自动拉偏驱动电机与自动拉偏驱动卷筒连接，所述自动拉偏驱动卷筒上卷绕有自动拉偏驱动吊索，所述自动拉偏驱动吊索的另一端与自动拉偏驱动悬索连接，所述自动拉偏驱动吊索与所述升降吊索在垂直于所述行车架的前进方向的平面内成倾斜布置；
所述吊箱本体上还安装有自动整平系统，所述自动整平系统包括调节轮和自动整平驱动电机，所述升降吊索还绕在调节轮上，所述自动整平驱动电机安装在所述吊箱本体上，所述自动整平驱动电机与第一变速器连接，所述第一变速器的输出端为升降丝杠，所述第一变速器能够将所述自动整平驱动电机的转动动力转化为所述升降丝杠的上下运动，所述调节轮安装在所述升降丝杠的顶端；
所述吊箱本体上还设置有仪器自动升降装置；所述仪器自动升降装置包括仪器自动升降电机，所述仪器自动升降电机与仪器自动升降卷筒传动连接，所述仪器自动升降卷筒通过仪器自动升降悬索连接悬杆，所述悬杆的下端能够安装流速仪或测深仪；
所述自动升降悬索绕过自动升降导向轮，所述自动升降导向轮安装在导向轮安装架上，所述导向轮安装架通过导向轮称重传感器与所述侧框架连接。
2.根据权利要求1所述的全自动水文测量吊箱，其特征在于：所述自动整平系统与控制装置电连接，所述自动电动拉偏系统与所述控制装置电连接，所述控制装置还与倾角传感器电连接。
3.根据权利要求2所述的全自动水文测量吊箱，其特征在于：所述导向轮上安装有光电旋转编码器，所述光电旋转编码器与所述控制装置电连接，所述控制装置用于根据所述光电旋转编码器的信息计算所述吊箱本体的升降高度。
4.根据权利要求1所述的全自动水文测量吊箱，其特征在于：所述侧框架上还安装有手动驱动轮，所述手动驱动轮通过链传动或皮带传动与吊箱升降卷筒驱动电机连接，所述吊箱升降卷筒驱动电机的输出轴为空心轴，所述空心轴内以周向转动的方式穿有传动轴，传动轴的一端设有与手动驱动轮传动连接的传动轮，传动轴的另一端与吊箱升降卷筒传动连接。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的全自动水文测量吊箱，其特征在于：所述底板上设有应急制动装置，所述应急制动装置包括鼓式刹车器，所述鼓式刹车器与所述吊箱升降卷筒连接，所述鼓式刹车器包括刹车器本体和刹车皮带，所述刹车皮带套在所述刹车器本体外，所述刹车皮带与脚踏板连接，所述脚踏板转动安装在所述底板上。
6.根据权利要求1所述的全自动水文测量吊箱，其特征在于：还包括吊箱上限位装置，所述吊箱上限位装置包括吊箱上限位磁铁和所述吊箱上限位霍尔接近开关，所述吊箱上限位磁铁和所述吊箱上限位霍尔接近开关中的一者安装在行车架上，另一者安装在吊箱本体顶部。
7.根据权利要求1所述的全自动水文测量吊箱，其特征在于：还包括测量仪器上限位装置，所述测量仪器上限位装置包括测量仪器上限位磁铁和所述测量仪器上限位霍尔接近开关，所述测量仪器上限位磁铁和所述测量仪器上限位霍尔接近开关中的一者安装在吊箱本体底部上，另一者安装在测量仪器顶部。
8.根据权利要求1所述的全自动水文测量吊箱，其特征在于：所述吊箱本体底部还安装有下限位装置，所述下限位装置为红外光保护器、霍尔接近开关、接触式测量装置的至少一种。
9.根据权利要求1所述的全自动水文测量吊箱，其特征在于：还包括第一控制箱和第二控制箱，所述第一控制箱安装在所述侧框架上，所述第一控制箱上设有触摸屏和/或按钮；所述第二控制箱安装在所述底板上，所述第二控制箱用于控制所述吊箱升降卷筒驱动电机、所述自动拉偏驱动电机、所述仪器自动升降电机，并接收各个传感器的输入信号。
10.根据权利要求1所述的全自动水文测量吊箱，其特征在于：还包括第一摄像头和第二摄像头，所述第一摄像头安装在底板上并朝向所述吊箱升降卷筒，所述第二摄像头安装在底板上并朝向所述悬杆的下端。
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