CN108862036B - 集装箱超偏载检测保护系统、方法及正面吊运机 - Google Patents

Abstract

一种集装箱超偏载检测保护系统、方法及正面吊运机，涉及集装箱超偏载检测保护装置、方法领域，包括安装在主体横梁内的4个称重传感器、集成有A/D转换模块、信号放大模块、数据处理模块和传输模块的电控柜、安装在驾驶室内的显示模块、打印终端、报警装置和上位机，其中，所述主体横梁的底部设有两根平行的支撑板，所述支撑板表面设有碗状安装支座，所述安装支座上平面安装有滑块，其下平面倒扣压在所述称重传感器压头上，所述基本臂在所述滑块上左右滑动，4个所述称重传感器安装在一个水平面；本申请提供了一种快捷、准确的集装箱超偏载检测保护系统、方法及正面吊运机，能实时对集装箱超载、偏载超极限情况进行报警、显示和记录。

Description

集装箱超偏载检测保护系统、方法及正面吊运机

技术领域

本发明涉及集装箱超偏载检测保护装置、方法领域，具体涉及一种集装箱超偏载检测保护系统、方法及正面吊运机。

背景技术

集装箱运输具有简化货物包装、保障货物安全、提供装卸运输效率、便于物流运输管理等优点，因此在海运、铁路、公路运输中取得普及和推广，但由于各类原因，集装箱装货超载、偏载情况经常发生，导致火车货运脱轨、集装箱货运轮船倾翻时有发生，因此国际海运组织明确要求海洋运输的集装箱必须单独计重、记录装货重量、偏载情况备查；同时，铁路部门规定更为严格，铁道部专门出台《铁路货车超偏检测装置运用管理办法》，要求运用科技查验超载和偏载。

目前，为了应对集装箱超载偏载的检测，国内铁路货场均建设配备吊秤、地磅平台称，但这类称重设备安装需要专门的场地，每个装箱发运的集装箱都须运输到某一固定地点检测后才能装车，这样严重影响集装箱货场的作业效率，增加搬运成本，而且不能检测集装箱偏载情况。

经专利检索发现，吊具集装箱的称重系统设计主要分成两大方向：

其一，设计专用的集装箱称重装置，类似于地磅平台称，需要固定的场所，每个发运的集装箱都需要到某个固定场所过磅计重。该装置称重精度高，但使用不方便工作效率低，不能满足称重实时性要求。

其二，针对吊具的设计结构，将称重传感器嵌入安装在吊具锁头销轴内或吊具固定销轴处；通过称重靠传感器的垂直拉压力识别集装箱重量，该类专利很多；例如CN200910227467，CN201110212558均提出在集装箱门吊的四角的转锁箱里安装称重传感器，采集门吊上吊架的转速吊起集装箱吊架时，所受的拉力大小，以计算集装箱重量及偏载情况；CN201310329934提出将集装箱吊具转销上打孔，嵌入棒式拉压力传感器，用于称重；而CN201410182026直接将吊具转锁的转销设计内嵌称重应变传感器，传感器与转销一体化设计；再者，设计类似吊具结构的称重装置，提高称重装置的便利性及效率，例如CN201010133774发明一种集装箱称重装置，其称重原理也是基于锁头转锁机构拉压力称重，该装置优点改善称重传感器受力情况，即保证集装箱被垂直起吊，传感器只垂直受力。

以上基于锁头转销称重的精度不受制与传感器本身精度，而依赖于传感器的受力工况，因传感器本身计量精度都在0.1％以上，完全符合贸易称结算标准，但称重传感器只能垂直受力，才能保持较高的精度；因传感器只对垂直方向分量计重有效，若称重传感器的实际受力方向与垂直方向存在夹角，垂直方向上的受力只是实际受力的部分分量，将对称重精度大打折扣。

通常，为便于对箱锁箱作业，吊具锁头设计在纵向、横向预留很大自由活动间隙，因此吊箱作业，可能存在个别锁头不完全垂直受力，而且集装箱破损可能会存在锁孔变形。鉴于以上原因，集装箱吊具吊箱操作时并不能保证锁头一定垂直，综上所述，吊具称重检测点设计在锁头位置，并不是最佳受力点，传感器受力方向与垂直方向存在夹角，不能保证准确反应集装箱重量。

发明内容

为了解决现有技术中在集装箱的超偏载称重时存在不方便、不精准的缺陷，本申请首先提供一种快捷、准确的集装箱超偏载检测保护系统，并能实时对集装箱超载、偏载超极限情况进行报警、显示和记录，大大提高了正面吊运机作业时的安全性，并提供了一种基于上述集装箱超偏载检测保护系统的检测保护方法，同时也提供了一种包括上述集装箱超偏载检测保护系统的正面吊运机。

为了实现上述技术效果，本发明的具体技术方案如下：

一种集装箱超偏载检测保护系统，包括吊具，该吊具包括主体横梁、基本臂和伸缩臂，所述基本臂套入主体横梁内并可通过油缸左右移动，所述伸缩臂套在基本臂内并可左右伸缩进行集装箱抓取，还包括4个安装在主体横梁内的用于采集所述基本臂、伸缩臂和集装箱总的重量信号的称重传感器、集成有A/D转换模块、信号放大模块、数据处理模块和传输模块的电控柜、安装在驾驶室内的显示模块、打印终端、报警装置和上位机，其中，所述主体横梁的底部设有两根平行的支撑板，所述支撑板表面设有碗状安装支座，所述安装支座上平面安装有滑块，其下平面倒扣压在所述称重传感器压头上，所述基本臂在所述滑块上左右滑动。这样的设计保证了吊具上的基本臂、伸缩臂及集装箱重量全部压在四个称重传感器压头上，因此称重传感器可以实时感应重量变化；4个所述称重传感器安装在一个水平面；所述称重传感器采集的重量信号发送给电控柜，所述电控柜处理后的结果数据通过传输模块发给显示模块进行显示，并发给打印终端打印、报警装置进行预警和上位机进行共享。

作为优选地，4个所述称重传感器中任意两个相邻的称重传感器均以对应一侧的吊具轴线对称分布。

作为优选地，所述称重传感器与A/D转换模块连接，该A/D转换模块与信号放大模块连接，所述信号放大模块与数据处理模块连接，所述数据处理模块通过传输模块分别与显示模块、打印终端、报警装置和上位机连接。

作为优选地，所述显示模块显示的结果数据包括集装箱重量、各称重传感器采集的重量信号经电控柜处理生成的分重量以及偏载百分比。

作为优选地，所述称重传感器的信号线通过穿线管分别接入电控柜中A/D转换模块的相应通道。

作为优选地，还包括故障自诊断模块，所述故障自诊断模块与所述称重传感器和信号线信号连接，该故障自诊断模块与报警装置通讯连接。

作为优选地，所述报警装置为闪烁灯、蜂鸣器或喇叭。

本发明也提供了一种集装箱超偏载检测保护系统的检测保护方法，包括以下步骤：

S1、吊具吊起集装箱时4个称重传感器分别采集并输出4个重量信号，经A/D转换模块、信号放大模块处理后标定生成4个分重量，定义为W₁、W₂、W₃、W₄，数据处理模块得出集装箱重量W＝(W₁+W₂+W₃+W₄)-W₀，其中W₀为基本臂和伸缩臂的总重量，对某一正面吊运机其为一可知常量；

S2、以吊具中心为坐标原点建立XY轴坐标系，设定4个称重传感器的坐标分别为(X₁，Y₁)、(X₂，Y₂)、(X₃，Y₃)、(X₄，Y₄)，在吊具侧移居中情况下，

数据处理模块得出载荷的质心坐标(Xc，Yc)，其中

，Xc反映集装箱货物偏载的横坐标位置，即集装箱货物左右偏载，Yc则表示货物在Y轴方向的偏载轨迹，即集装箱货物前后偏载；

S3、根据步骤S2数据处理模块计算出偏载百分比，

，偏载百分比P越大，质心坐标离坐标原点越远，说明偏载越大；

S4、根据步骤S1、S3，数据处理模块根据集装箱重量W与偏载百分比P，判定是否超载与偏载超限，并将结果数据发给显示模块、打印终端、报警装置和上位机；

若W＞＝Wmax，则判定超载；若W＜Wmax，则判定未超载；其中Wmax为当前工况下正面吊运机许用的安全起重重量，为一可知量；

若P＞＝Pmax，则判定偏载超限；若P＜Pmax，则判定未偏载超限；其中Pmax为偏载允许的极限值，大部分货物允许偏载5％，即Pmax取值5％。

本发明还提供了一种正面吊运机，包括上述任一技术方案中所述的集装箱超偏载检测保护系统。

依据上述技术方案，本发明的技术效果是：4个称重传感器内嵌在吊具的主体横梁内，在该位置处安装称重传感器可以保证称重传感器垂直受力，保证了称重传感器的称重精度，不受吊具扰动干扰，对集装箱重量变化具有较高的足够敏感度。通过安装支座将4个称重传感器安装在同一个水平面，其共同支持整个吊具的基本臂、伸缩臂及吊载集装箱重量，并根据称重传感器的特定安装位置建立相应的模型，通过设计配套的计算方法对集装箱超载、偏载超极限实时检测，同时与报警装置连接，主动安全保护，避免安全事故发生。

附图说明

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明中的集装箱超偏载检测保护系统的示意图；

图2为本发明中的主体横梁的示意图；

图3为图2中A局部的另一角度放大图；

图4为本发明中的集装箱超偏载检测保护方法的方法流程图；

图5为本发明中的称重传感器在吊具上的位置坐标关系示意图；

其中，1、主体横梁；2、基本臂；3、伸缩臂；4、称重传感器；5、安装支座；6、滑块；7、A/D转换模块；8、信号放大模块；9、数据处理模块；10、传输模块；11、显示模块；12、打印终端；13、报警装置；14、上位机；15、油缸；16、支撑板。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上平面”、“下平面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

如图1所示，一种集装箱超偏载检测保护系统，包括吊具，该吊具包括主体横梁1、基本臂2和伸缩臂3，其中基本臂2套在主体横梁1内，通过油缸15推动可以左右移动，伸缩臂3则套入基本臂2中，可以伸缩活动来实现抓取集装箱，该结构为正面吊吊具的公知内容，其更详细的结构及工作原理为本领域技术人员所熟知，且也不是本发明的发明点，在此不再详述；本集装箱超偏载检测保护系统还包括安装在主体横梁1内的4个用于采集所述基本臂、伸缩臂3和集装箱总的重量信号的称重传感器4、集成有A/D转换模块7、信号放大模块8、数据处理模块9和传输模块10的电控柜、安装在驾驶室内的显示模块11、打印终端12、报警装置13和上位机14，所述称重传感器4采集的重量信号发送给电控柜，所述电控柜处理后的结果数据通过传输模块10发给显示模块11进行显示，并发给打印终端12打印、报警装置13进行预警和上位机14进行共享。

所述称重传感器4与A/D转换模块7连接，该A/D转换模块7与信号放大模块8连接，所述信号放大模块8与数据处理模块9连接，所述数据处理模块9通过传输模块10分别与显示模块11、打印终端12、报警装置13和上位机14连接。

本发明一个重要的技术特征为称重传感器4的安装位置，4个称重传感器4安装在主体横梁1内，可以始终保持称重传感器4垂直受力，其不受吊具锁头变形扰度影响，对基本臂2、伸缩臂3及集装箱重量变化具有较高的灵敏度，保证了称重传感器4的称重精度，受力工况明显优于锁头部位称重。

因此，为了精确识别集装箱偏载超载情况，安装时需要保证4个称重传感器4安装在一个水平面，如图2、图3所示，所述主体横梁1的底部设有两根平行的支撑板16，所述支撑板16表面设有碗状安装支座5，所述安装支座5上平面安装有滑块6，其下平面倒扣压在所述称重传感器4压头上，所述基本臂2在所述滑块6上左右滑动，4个所述称重传感器4安装在一个水平面且其中任意两个相邻的称重传感器4均以对应一侧的吊具轴线对称分布，4个称重传感器4的受力压头支撑基本臂2、伸缩臂3重量W₀与集装箱重量W。

另外本发明中的称重传感器4的信号线通过穿线管分别接入电控柜中A/D转换模块7的相应通道，本检测保护系统中还设置有故障自诊断模块，故障自诊断模块与所述称重传感器4和信号线信号连接，故障自诊断模块对称重传感器4、信号线实时诊断，其具体诊断技术为：实时监测4个称重传感器4的重量信号，对于重量信号超量程的情况视定信号异常，低于重量信号最低值视为线路断线故障，高于最高值视为称重传感器4内部故障或供电故障，一旦判定故障，则发送报警信号至报警装置13；实时进行通信握手校验信号监测，在设定时间(例如500ms)内未收到握手校验信号，视为通信中断，进行指示信号报警；一旦故障主动报警提示及限制吊箱操作，避免超偏载检测保护系统误报警；该故障自诊断模块与报警装置13通讯连接，所述报警装置13为闪烁灯、蜂鸣器、喇叭中的任一或多种组合。

如图4所示，一种集装箱超偏载检测保护方法，其各步骤具体内容如下：

1、4个称重传感器4分别输出4个重量信号，重量信号进入电控柜内，经A/D转换模块7、信号放大模块8转换、标定后生成4个分重量W₁，W₂，W₃，W₄，因此集装箱重量W＝(W₁+W₂+W₃+W₄)-W₀，其中W₀为基本臂2和伸缩臂3的总重量；

2、为了检测集装箱货物超载偏载情况，还需分析四个分重量的坐标位置关系。以吊具中心为坐标原点，建立坐标系，即可得4个称重传感器4的坐标信息为(X₁，Y₁)、(X₂，Y₂)、(X₃，Y₃)、(X₄，Y₄)，见图5；

在吊具侧移居中情况下，求载荷的质心分布：

(Xc，Yc)为质心坐标，Xc反映集装箱货物偏载的横坐标位置，即集装箱货物左右偏载，Yc则表示货物在Y轴方向的偏载轨迹，即集装箱货物前后偏载。

鉴于吊具设计为对称结构，因此4个称重传感器4的安装位置成对称分布，任一相邻两个称重传感器4关于相应轴线对称。

若集装箱装载货物均匀分布，则四个分重量相等，即W₁＝W₂＝W₃＝W₄；

由以上质心公式可得质心坐标Xc＝0，Yc＝0；

说明整个吊具及集装箱货物为均匀分布，质心在坐标原点。

若货物装载出现偏载，则质心坐标(Xc，Yc)非坐标原点，离坐标轴线的越远，货物偏载越大。

3、经数据处理模块9计算处理后，总线或串口通讯传输至正面吊驾驶室的显示模块11(一般选为显示屏)显示，显示模块上分别显示集装箱总重量W，分重量W₁，W₂，W₃，W₄，质心坐标(Xc，Yc)及偏载百分比P，其中

偏载百分比P越大，质心坐标离坐标原点越远，说明偏载越大。

4、正面吊额定起重量非固定值，随外伸距变长，起重能力变小。当集装箱被完全悬空吊起时，正面吊电控柜实时接收吊载集装箱总重量W与偏载百分比P，判定是否超载与偏载超限。

若W＞＝Wmax，则判定超载；

若W＜Wmax，则判定未超载；

其中Wmax为当前工况下许用的安全起重重量；

若P＞＝Pmax，则判定偏载超限；

若P＜Pmax，则判定未偏载超限；

其中Pmax为偏载允许的极限值，一般货物允许偏载5％，即Pmax取值5％。

若出现超载或偏载超限，将触发报警装置13，正面吊电控柜将禁止吊箱作业，从而可以有效避免安全事故发生。

正面吊电控柜完成超载、偏载判定后，将集装箱总重量W，分重量W₁，W₂，W₃，W₄，质心坐标(Xc，Yc)及偏载百分比P生成数据表，并自动输出至打印终端12(多半为打印机)打印出来，完成打印吊箱总重量、分重量及坐标信息、质心、偏载百分比参数，便于数据备份，安全备查；或传输至上位机14，进行数据共享，以及二次数据统计分析。

本发明还提供一种包括上述描述的集装箱超偏载检测保护系统的正面吊运机。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (9)

1.一种集装箱超偏载检测保护系统，包括吊具，该吊具包括主体横梁(1)、基本臂(2)和伸缩臂(3)，所述基本臂(2)套入主体横梁(1)内并可通过油缸(15)左右移动，所述伸缩臂(3)套在基本臂(2)内并可左右伸缩进行集装箱抓取，其特征在于，还包括4个安装在主体横梁(1)内的用于采集所述基本臂(2)、伸缩臂(3)和集装箱总的重量信号的称重传感器(4)、集成有A/D转换模块(7)、信号放大模块(8)、数据处理模块(9)和传输模块(10)的电控柜、安装在驾驶室内的显示模块(11)、打印终端(12)、报警装置(13)和上位机(14)，其中，所述主体横梁(1)的底部设有两根平行的支撑板(16)，所述支撑板(16)表面设有碗状安装支座(5)，所述安装支座(5)上平面安装有滑块(6)，其下平面倒扣压在所述称重传感器(4)压头上，所述基本臂(2)在所述滑块(6)上左右滑动，4个所述称重传感器(4)安装在一个水平面；所述称重传感器(4)采集的重量信号发送给电控柜，所述电控柜处理后的结果数据通过传输模块(10)发给显示模块(11)进行显示，并发给打印终端(12)打印、报警装置(13)进行预警和上位机(14)进行共享。

2.如权利要求1所述的集装箱超偏载检测保护系统，其特征在于，4个所述称重传感器(4)中任意两个相邻的称重传感器(4)均以对应一侧的吊具轴线对称分布。

3.如权利要求1所述的集装箱超偏载检测保护系统，其特征在于，所述称重传感器(4)与A/D转换模块(7)连接，该A/D转换模块(7)与信号放大模块(8)连接，所述信号放大模块(8)与数据处理模块(9)连接，所述数据处理模块(9)通过传输模块(10)分别与显示模块(11)、打印终端(12)、报警装置(13)和上位机(14)连接。

4.如权利要求3所述的集装箱超偏载检测保护系统，其特征在于，所述显示模块(11)显示的结果数据包括集装箱重量、各称重传感器(4)采集的重量信号经电控柜处理生成的分重量以及偏载百分比。

5.如权利要求1或4所述的集装箱超偏载检测保护系统，其特征在于，所述称重传感器(4)的信号线通过穿线管分别接入电控柜中A/D转换模块(7)的相应通道。

6.如权利要求5所述的集装箱超偏载检测保护系统，其特征在于，还包括故障自诊断模块，所述故障自诊断模块与所述称重传感器和信号线信号连接，该故障自诊断模块与报警装置(13)通讯连接。

7.如权利要求1或4或6所述的集装箱超偏载检测保护系统，其特征在于，所述报警装置(13)为闪烁灯、蜂鸣器或喇叭。

8.一种基于权利要求1至7中任一项所述的集装箱超偏载检测保护系统的检测保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、吊具吊起集装箱时4个称重传感器(4)分别采集并输出4个重量信号，经A/D转换模块(7)、信号放大模块(8)处理后标定生成4个分重量，定义为W₁、W₂、W₃、W₄，数据处理模块(9)得出集装箱重量W＝(W₁+W₂+W₃+W₄)-W₀，其中W₀为基本臂(2)和伸缩臂(3)的总重量，对某一正面吊运机其为一可知常量；

S2、以吊具中心为坐标原点建立XY轴坐标系，设定4个称重传感器(4)的坐标分别为(X₁，Y₁)、(X₂，Y₂)、(X₃，Y₃)、(X₄，Y₄)，在吊具侧移居中情况下，数据处理模块(9)得出载荷的质心坐标(Xc，Yc)，其中

Xc反映集装箱货物偏载的横坐标位置，即集装箱货物左右偏载，Yc则表示货物在Y轴方向的偏载轨迹，即集装箱货物前后偏载；

S3、根据步骤S2数据处理模块(9)计算出偏载百分比，

其中偏载百分比P越大，质心坐标离坐标原点越远，说明偏载越大；

S4、根据步骤S1、S3，数据处理模块(9)根据集装箱重量W与偏载百分比P，判定是否超载与偏载超限，并将结果数据发给显示模块(11)、打印终端(12)、报警装置(13)和上位机(14)；

若W＞＝Wmax，则判定超载；若W＜Wmax，则判定未超载；其中Wmax为当前工况下正面吊运机许用的安全起重重量，为一可知量；

若P＞＝Pmax，则判定偏载超限；若P＜Pmax，则判定未偏载超限；其中Pmax为偏载允许的极限值，货物允许偏载5％，即Pmax取值5％。

9.一种正面吊运机，其特征在于，包括权利要求1至7中任一项所述的集装箱超偏载检测保护系统。

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