CN108408594A - 一种双机吊装载荷智能分配式平衡系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双机吊装载荷智能分配式平衡系统，包括平衡装置和吊机；平衡装置包括平衡梁，平衡梁设有安置槽，安置槽内装有行走齿轮，安置槽底部设有齿条，行走齿轮与齿条啮合，行走齿轮装有锁止棘轮；平衡梁装有支撑架，支撑架装有电机，其输出轴穿过支撑架、锁止棘轮和行走齿轮；锁止棘轮通过锁止棘爪来锁止；支撑架通过固定座固定有吊钩；平衡梁设有吊耳，并吊接于吊机，吊机内装有数据无线传输模块；平衡梁设有控制箱，控制箱内设有主控模块、电源及水平监测报警模块，主控模块与电源、水平监测报警模块、电机、锁止棘爪及数据无线传输模块连接。本发明还提供一种双机吊装载荷智能分配式平衡系统的控制方法，可实现载荷分配动态调整。

Description

一种双机吊装载荷智能分配式平衡系统及控制方法

技术领域

本发明涉及大型设备吊装技术领域，尤其涉及一种双机吊装载荷智能分配式平衡系统及控制方法。

背景技术

目前国内使用的平衡梁多为固定载荷分配的形式，即用于吊起被吊装物的吊钩是固定于平衡梁下端，是不可左右移动进行位置调节的，由于吊钩的位置是固定的，这样平衡梁就只能用来平衡两端特定吊装能力的吊车，如：左端吊车的自身允许起重量为300t，实际载荷为150t，则其负载率(即实际载荷占自身允许起重量的比重)为50％，右端吊车的自身允许起重量也为300t，实际载荷也为150t，则其负载率(即实际载荷占自身允许起重量的比重)也为50％，由于左右两边的负载率相等，吊钩必须固定设置于平衡梁中部。

这种固定式平衡梁的主要缺点为：当两台不同吊装能力的吊车的工况发生改变时，两台吊车的负载率相应发生改变，两台吊车就会出现承载负载率不均衡情况，由于固定式平衡梁中吊钩的位置是固定不变的，就无法动态调整载荷分配，导致某台吊机出现过载，另一台吊机能力过剩的情况，存在安全隐患。针对这一缺点，提出了一种双机吊装载荷智能分配式平衡系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题之一，在于提供一种双机吊装载荷智能分配式平衡系统，可实现载荷分配动态调整，确保两台吊机承载负载率均等。

本发明的技术问题之一，是这样实现的：

一种双机吊装载荷智能分配式平衡系统，包括一平衡装置和两安装于该平衡装置两端的吊机；所述平衡装置包括一平衡梁，所述平衡梁前后两侧设有一开口向外的安置槽，每一所述安置槽内安装有一行走齿轮，每一所述安置槽底部水平设置有一齿条，且所述行走齿轮与齿条相互啮合，每一所述行走齿轮的外端安装有一锁止棘轮；所述平衡梁的底部安装有一支撑架，所述支撑架的前后两外侧均通过一电机支承座固定有一电机，所述电机的输出轴依次穿过支撑架、锁止棘轮和行走齿轮，并通过一限位件进行固定，驱动所述行走齿轮和锁止棘轮运动；两所述锁止棘轮的齿槽通过一锁止棘爪进行锁止,所述锁止棘爪的固定端固定于支撑架的内侧，所述锁止棘爪的活动端卡设于锁止棘轮的齿槽内；所述支撑架的底部固定有一固定座，所述固定座上固定有一吊钩；所述平衡梁的顶部两端均设有一吊耳，两所述吊耳分别吊接于两吊机上，每一所述吊机内安装有一数据无线传输模块；所述平衡梁顶部安放有一控制箱，所述控制箱内设有一主控模块、一电源及一水平监测报警模块，所述主控模块分别与电源、水平监测报警模块、电机、锁止棘爪及数据无线传输模块连接，所述电源还连接至电机。

进一步地，每一所述齿条的两端分别抵设有两挡板。

进一步地，所述水平监测报警模块包括一水平监测仪和一报警器，所述水平监测仪和报警器均连接至主控模块。

进一步地，所述平衡梁为工字吊梁。

进一步地，所述支撑架为U型支撑架。

进一步地，所述电机为步进电机。

进一步地，所述限位件为锁紧螺母。

本发明要解决的技术问题之二，在于提供一种双机吊装载荷智能分配式平衡系统的控制方法，可实现载荷分配动态调整，确保两台吊机承载负载率均等。

本发明的技术问题之二，是这样实现的：

一种双机吊装载荷智能分配式平衡系统的控制方法，所述控制方法需提供上述的一种双机吊装载荷智能分配式平衡系统，所述控制方法包括如下步骤：

步骤1、开启所述电源，为主控模块和电机进行供电；

步骤2、两台不同吊装能力的吊机根据路况和运行情况，实时采集自身的载荷信息，并通过吊机上加装的数据无线传输模块将自身的载荷信息发送给主控模块，所述载荷信息包括负载率；

步骤3、所述主控模块接收到两台吊机的载荷信息后，根据该载荷信息进行分析和判断，若两台吊机的当前负载率不相同，则说明需要重新分配载荷，进入步骤4，若两台吊机的当前负载率相同，则说明不需要重新分配载荷，不进行操作；

步骤4、两台不同吊装能力的吊机的工况发生改变时，其负载率相应也发生改变，两台吊机出现承载负载率不均衡情况；此时，所述主控模块发出控制指令给电机和锁止棘爪，所述主控模块控制锁止棘爪打开后，再控制电机向负载率低的吊机的方向动作，电机转动，来带动电机的输出轴转动，从而驱动行走齿轮沿着齿条进行移动，使支撑架沿着相应的方向水平移动，从而使得吊在吊钩上的被吊装物向负载率低的吊机一方偏移，使得两台吊车的承载负载率均等；

步骤5、当载荷分配完毕后，所述主控模块控制电机停止转动，再控制锁止棘爪插入锁止棘轮的齿槽中，以卡住锁止棘轮，使锁止棘轮停止转动，从而使行走齿轮停止运动，使支撑架固定在相应的位置，从而固定了吊在吊钩上的被吊装物所在的位置，最终使得两台吊车的承载负载率均等；

步骤6、当两台吊机提升不同步，导致平衡梁出现倾斜时，通过所述水平监测报警模块对平衡梁的位置进行水平监测后，将数据反馈给主控模块，由所述主控模块分析和判断后，再控制水平监测报警模块发出警报以提醒操作员作出相应的操作。

进一步地，所述水平监测报警模块包括一水平监测仪和一报警器，所述步骤6具体为：

当两台吊机提升不同步，导致平衡梁出现倾斜时，通过所述水平监测仪实时监测平衡梁的倾斜角α，然后水平监测仪将监测到的数据发送给主控模块，所述主控模块接收到该数据后，分析并判断，若监测到倾斜角α大于或等于设定的倾斜角α’，则会影响行走齿轮正常运行，所述主控模块发出控制指令给报警器，报警器接收控制指令后发出警报，提醒两台吊机的操作者调整起升速度，确保平衡梁保持水平状态，保证行走齿轮的正常运行；若监测到倾斜角α小于设定的倾斜角α’，则不影响行走齿轮正常运行，不进行操作。

进一步地，所述步骤4中在两台吊机出现承载负载率不均衡情况下，将吊在吊钩上的被吊装物向负载率低的吊机一方偏移，设定两台吊机分别为吊机1和吊机2，其偏移量x具体为：

其中，F₁表示吊机1的实际负载，F₂表示吊机2的实际负载，P₁表示吊机1的额定负载，P₂表示吊机2的额定负载，G表示被吊装物和平衡装置的总重量，L表示两吊耳的距离，x表示被吊装物距离平衡梁中心的偏移量；

由式子(1)可得知：

由式子(2)可得知：实际调整中，根据P₁和P₂动态调整偏移量x。

水平监测仪实时监测平衡梁的倾斜角α，然后水平监测仪将监测到的数据发送给主控模块，所述主控模块接收到该数据后，分析并判断，若监测到倾斜角α大于或等于设定的倾斜角α’，则会影响行走齿轮正常运行，进入步骤7，若监测到倾斜角α小于设定的倾斜角α’，则不影响行走齿轮正常运行，不进行操作；

步骤7、所述主控模块发出控制指令给报警器，报警器接收控制指令后发出警报，提醒两台吊机的操作者调整起升速度，确保平衡梁保持水平状态，保证行走齿轮的正常运行。

本发明的优点在于：本发明的结构简单，在大型吊装作业中实现智能化自动操作，使用方便和安全，可实现载荷分配动态调整，确保两台吊机承载负载率均等，解决了固定式平衡梁存在的载荷分配无法动态调整的缺点。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1为本发明一种双机吊装载荷智能分配式平衡系统的结构示意图(被吊装物位于平衡梁中心)。

图2为本发明中平衡装置的主视图。

图3为本发明中平衡装置的侧视图。

图4为本发明中行走齿轮、锁止棘轮和锁止棘爪之间的结构示意图。

图5为本发明中主控模块与各部件的结构连接框图。

图6为本发明中两台吊机承载负载率不均衡情况下的结构示意图(被吊装物不位于平衡梁中心)。

图中标号说明：

100-平衡装置、1-平衡梁、2-安置槽、3-行走齿轮、4-齿条、5-锁止棘轮、51-齿槽、6-支撑架、7-电机、71-输出轴、72-电机支承座、73-限位件、8-锁止棘爪、9-固定座、10-吊钩、11-吊耳、12-控制箱、13-主控模块、14-电源、15-水平监测报警模块、151-水平监测仪、152-报警器、16-挡板；200-吊机、201-数据无线传输模块；300-被吊装物。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作出进一步地详细说明，但本发明的结构并不仅限于以下实施例。

请参阅图1至图3所示，本发明的一种双机吊装载荷智能分配式平衡系统，包括一平衡装置100和两安装于该平衡装置100两端的吊机200；所述平衡装置100包括一平衡梁1，所述平衡梁1为工字吊梁，工字吊梁包括两横向设置的翼板和一纵向设置的腹板，吊粱的工字形结构，使得腹板两侧具有开口向外的安置槽2，所述平衡梁1的腹板前后两侧设有一开口向外的安置槽2，每一所述安置槽2内安装有一行走齿轮3，每一所述安置槽2底部水平设置有一齿条4，且所述行走齿轮3与齿条4相互啮合，每一所述齿条4的两端分别抵设有两挡板16，用于防止行走齿轮3在沿着齿条4移动的过程中偏离齿条4；每一所述行走齿轮3的外端安装有一锁止棘轮5；所述平衡梁1的底部安装有一支撑架6，所述支撑架6为U型支撑架，所述支撑架6的前后两外侧均通过一电机支承座72固定有一电机7，所述电机7为步进电机，步进电机是采用脉冲驱动的形式(控制系统发出一个脉冲，就可以让步进电机转动一个角度),因为这个特点,步进电机可以和现代的数字控制技术相结合，步进电机具有结构简单、可靠性高和成本低的特点；所述电机7的输出轴71依次穿过支撑架6、锁止棘轮5和行走齿轮3，并通过一限位件73进行固定，所述限位件73为锁紧螺母，通过输出轴71驱动所述行走齿轮3和锁止棘轮5同轴转动；两所述锁止棘轮5的齿槽51通过一锁止棘爪8进行锁止，所述锁止棘爪8的固定端固定于支撑架6的内侧，所述锁止棘爪8的活动端卡设于锁止棘轮5的齿槽51内，如图4所示，当需要行走齿轮3停止运动时，驱动锁止棘爪8插入锁止棘轮5的齿槽51中，用以卡住锁止棘轮5，使锁止棘轮停止转动，从而使行走齿轮3停止运动；当需要行走齿轮3开始运动时，驱动锁止棘爪8打开，使锁止棘轮开始转动，从而使行走齿轮3开始运动；此时，锁止棘爪8就是控制行走齿轮3启动和停止的一个锁止开关；

所述支撑架6的底部固定有一固定座9，所述固定座9上固定有一吊钩10，吊钩10用于吊起被吊装物300；所述平衡梁1的顶部两端均设有一吊耳11，两所述吊耳11分别吊接于两吊机200上，每一所述吊机200内安装有一数据无线传输模块201；

如图5所示，所述平衡梁1顶部安放有一控制箱12，所述控制箱12内设有一主控模块13、一电源14及一水平监测报警模块15，所述主控模块13分别与电源14、水平监测报警模块15、电机7、锁止棘爪8及数据无线传输模块201连接，所述电源14还连接至电机7，所述电源14为主控模块13和电机7供电；所述水平监测报警模块15包括一水平监测仪151和一报警器152，所述水平监测仪151和报警器152均连接至主控模块13，其中，所述主控模块13所采用的软件程序均为现有技术。

本发明的一种双机吊装载荷智能分配式平衡系统的控制方法，所述控制方法需提供上述的一种双机吊装载荷智能分配式平衡系统，所述控制方法包括如下步骤：

步骤1、开启所述电源14，为主控模块13和电机7进行供电；

步骤2、两台不同吊装能力的吊机200根据路况和运行情况，实时采集自身的载荷信息，并通过吊机200上加装的数据无线传输模块201将自身的载荷信息通过无线方式发送给主控模块13，所述载荷信息包括负载率；

步骤3、所述主控模块13接收到两台吊机200的载荷信息后，根据该载荷信息进行分析和判断，若两台吊机200的当前负载率不相同，则说明需要重新分配载荷，进入步骤4，若两台吊机200的当前负载率相同，则说明不需要重新分配载荷，不进行操作；

步骤4、两台不同吊装能力的吊机200的工况发生改变时，其负载率(即实际载荷占自身允许起重量的比重)相应也发生改变，两台吊机200出现承载负载率不均衡情况；此时，所述主控模块13发出控制指令给电机7和锁止棘爪8，所述主控模块13控制锁止棘爪8打开后，再控制电机7向负载率低的吊机200的方向动作，电机7转动，带电机7的输出轴71转动，从而驱动行走齿轮3沿着齿条4进行移动，使支撑架6沿着相应的方向水平移动，从而使得吊在吊钩10上的被吊装物300向负载率低的吊机一方偏移，使得两台吊车200的承载负载率均等；

步骤5、当载荷分配完毕后，所述主控模块13控制电机7停止转动，再控制锁止棘爪8插入锁止棘轮5的齿槽51中，以卡住锁止棘轮5，使锁止棘轮停止转动，从而使行走齿轮3停止运动，使支撑架6固定在相应的位置，从而固定了吊在吊钩10上的被吊装物300所在的位置，最终使得两台吊车200的承载负载率均等；通过载荷重新进行分配，最终达到两台吊机200承载负载率均等，防止单机超载作业，保障吊装安全；

步骤6、当两台吊机200提升不同步，导致平衡梁1出现倾斜时，通过所述水平监测报警模块15对平衡梁1的位置进行水平监测后，将数据反馈给主控模块13，由所述主控模块13分析和判断后，再控制水平监测报警模块15发出警报以提醒操作员作出相应的操作；具体为：所述水平监测报警模块15包括水平监测仪151和报警器152，所述水平监测仪151实时监测平衡梁1的倾斜角α，然后水平监测仪151将监测到的数据发送给主控模块13，所述主控模块13接收到该数据后，分析并判断，若监测到倾斜角α大于或等于设定的倾斜角α’(如：倾斜角为5度)，则会影响行走齿轮3正常运行，所述主控模块13发出控制指令给报警器152，报警器152接收控制指令后发出警报，提醒两台吊机200的操作者调整起升速度，确保平衡梁1保持水平状态，保证行走齿轮3的正常运行；若监测到倾斜角α小于设定的倾斜角α’，则不影响行走齿轮3正常运行，不进行操作。

如图6所示，所述步骤4中在两台吊机200出现承载负载率不均衡情况下，将吊在吊钩10上的被吊装物300向负载率低的吊机200一方偏移，设定两台吊机200分别为吊机1和吊机2，其偏移量x具体为：

其中，F₁表示吊机1的实际负载，F₂表示吊机2的实际负载，P₁表示吊机1的额定负载，P₂表示吊机2的额定负载，G表示被吊装物300和平衡装置100(包括平衡梁1、行走齿轮3、齿条4、锁止棘轮5、支撑架6、电机7、输出轴71、电机支承座72、限位件73、锁止棘爪8、固定座9、吊钩10、吊耳11、控制箱12、主控模块13、电源14、水平监测报警模块15(水平监测仪151、报警器152)、挡板16)的总重量，L表示两吊耳11的距离(两吊耳的孔间距)(两吊耳11沿着平衡梁1中心O左右对称，即左吊耳到中心O的距离和右吊耳到中心O的距离都为L/2)，x表示被吊装物300的距离平衡梁1中心O的偏移量；

由式子(1)可得知：

由式子(2)可得知：实际调整中，根据P₁和P₂动态调整偏移量x。

其中，本发明中两台吊车200和平衡装置100的运行机构之间建立联锁保护，即当吊车200和平衡装置100中某一机构动作时，另一机构为锁定停止运行状态。即当吊车200提升或行走时，平衡装置100由锁止棘轮5和锁止棘爪8组成的齿轮式机械锁止机构来卡住行走齿轮3，行走齿轮3保持固定静止状态；当平衡装置100动作时，则吊车200停止提升和行走，保持静止状态。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种双机吊装载荷智能分配式平衡系统，包括一平衡装置和两安装于该平衡装置两端的吊机；其特征在于：所述平衡装置包括一平衡梁，所述平衡梁前后两侧设有一开口向外的安置槽，每一所述安置槽内安装有一行走齿轮，每一所述安置槽底部水平设置有一齿条，且所述行走齿轮与齿条相互啮合，每一所述行走齿轮的外端安装有一锁止棘轮；所述平衡梁的底部安装有一支撑架，所述支撑架的前后两外侧均通过一电机支承座固定有一电机，所述电机的输出轴依次穿过支撑架、锁止棘轮和行走齿轮，并通过一限位件进行固定，驱动所述行走齿轮和锁止棘轮运动；两所述锁止棘轮的齿槽通过一锁止棘爪进行锁止,所述锁止棘爪的固定端固定于支撑架的内侧，所述锁止棘爪的活动端卡设于锁止棘轮的齿槽内；所述支撑架的底部固定有一固定座，所述固定座上固定有一吊钩；所述平衡梁的顶部两端均设有一吊耳，两所述吊耳分别吊接于两吊机上，每一所述吊机内安装有一数据无线传输模块；所述平衡梁顶部安放有一控制箱，所述控制箱内设有一主控模块、一电源及一水平监测报警模块，所述主控模块分别与电源、水平监测报警模块、电机、锁止棘爪及数据无线传输模块连接，所述电源还连接至电机。

2.如权利要求1所述的一种双机吊装载荷智能分配式平衡系统，其特征在于：每一所述齿条的两端分别抵设有两挡板。

3.如权利要求1所述的一种双机吊装载荷智能分配式平衡系统，其特征在于：所述水平监测报警模块包括一水平监测仪和一报警器，所述水平监测仪和报警器均连接至主控模块。

4.如权利要求1所述的一种双机吊装载荷智能分配式平衡系统，其特征在于：所述平衡梁为工字吊梁。

5.如权利要求1所述的一种双机吊装载荷智能分配式平衡系统，其特征在于：所述支撑架为U型支撑架。

6.如权利要求1所述的一种双机吊装载荷智能分配式平衡系统，其特征在于：所述电机为步进电机。

7.如权利要求1所述的一种双机吊装载荷智能分配式平衡系统，其特征在于：所述限位件为锁紧螺母。

8.一种双机吊装载荷智能分配式平衡系统的控制方法，其特征在于：所述控制方法需提供如权利要求1所述的一种双机吊装载荷智能分配式平衡系统，所述控制方法包括如下步骤：

步骤1、开启所述电源，为主控模块和电机进行供电；

步骤2、两台不同吊装能力的吊机根据路况和运行情况，实时采集自身的载荷信息，并通过吊机上加装的数据无线传输模块将自身的载荷信息发送给主控模块，所述载荷信息包括负载率；

步骤3、所述主控模块接收到两台吊机的载荷信息后，根据该载荷信息进行分析和判断，若两台吊机的当前负载率不相同，则说明需要重新分配载荷，进入步骤4，若两台吊机的当前负载率相同，则说明不需要重新分配载荷，不进行操作；

步骤4、两台不同吊装能力的吊机的工况发生改变时，其负载率相应也发生改变，两台吊机出现承载负载率不均衡情况；此时，所述主控模块发出控制指令给电机和锁止棘爪，所述主控模块控制锁止棘爪打开后，再控制电机向负载率低的吊机的方向动作，电机转动，来带动电机的输出轴转动，从而驱动行走齿轮沿着齿条进行移动，使支撑架沿着相应的方向水平移动，从而使得吊在吊钩上的被吊装物向负载率低的吊机一方偏移，使得两台吊车的承载负载率均等；

步骤5、当载荷分配完毕后，所述主控模块控制电机停止转动，再控制锁止棘爪插入锁止棘轮的齿槽中，以卡住锁止棘轮，使锁止棘轮停止转动，从而使行走齿轮停止运动，使支撑架固定在相应的位置，从而固定了吊在吊钩上的被吊装物所在的位置，最终使得两台吊车的承载负载率均等；

步骤6、当两台吊机提升不同步，导致平衡梁出现倾斜时，通过所述水平监测报警模块对平衡梁的位置进行水平监测后，将数据反馈给主控模块，由所述主控模块分析和判断后，再控制水平监测报警模块发出警报以提醒操作员作出相应的操作。

9.如权利要求8所述的一种双机吊装载荷智能分配式平衡系统的控制方法，其特征在于：所述水平监测报警模块包括一水平监测仪和一报警器，所述步骤6具体为：

当两台吊机提升不同步，导致平衡梁出现倾斜时，通过所述水平监测仪实时监测平衡梁的倾斜角α，然后水平监测仪将监测到的数据发送给主控模块，所述主控模块接收到该数据后，分析并判断，若监测到倾斜角α大于或等于设定的倾斜角α’，则会影响行走齿轮正常运行，所述主控模块发出控制指令给报警器，报警器接收控制指令后发出警报，提醒两台吊机的操作者调整起升速度，确保平衡梁保持水平状态，保证行走齿轮的正常运行；若监测到倾斜角α小于设定的倾斜角α’，则不影响行走齿轮正常运行，不进行操作。

10.如权利要求8所述的一种双机吊装载荷智能分配式平衡系统的控制方法，其特征在于：所述步骤4中在两台吊机出现承载负载率不均衡情况下，将吊在吊钩上的被吊装物向负载率低的吊机一方偏移，设定两台吊机分别为吊机1和吊机2，其偏移量x具体为：

其中，F₁表示吊机1的实际负载，F₂表示吊机2的实际负载，P₁表示吊机1的额定负载，P₂表示吊机2的额定负载，G表示被吊装物和平衡装置的总重量，L表示两吊耳的距离，x表示被吊装物距离平衡梁中心的偏移量；

由式子(1)可得知：

由式子(2)可得知：实际调整中，根据P₁和P₂动态调整偏移量x。