CN108975166B - 一种基于变幅钢丝绳取力的称重方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种基于变幅钢丝绳取力的称重方法，其特征在于，在变幅钢丝绳上取拉力，根据变幅绳拉力、起升绳拉力、臂杆自重、载荷重力的力矩平衡关系，经过调试现场的操作确定参数，然后根据力矩限制器中设定算法来计算载荷重力，达到对载荷的称重和力矩保护。
Description
技术领域
本发明涉及安全监控领域，尤其涉及一种基于变幅钢丝绳取力的称重方法。
背景技术
现有的履带吊、轮胎吊等起重设备的力矩限制器，大多采用直接取载荷在机械结构中产生的压力或拉力来测量载荷，以达到对吊车力矩保护的目的。直接取力一般有三种方式：在起升绳的固定端加装板环拉力传感器取拉力；把臂杆顶部定滑轮的轴更换为轴销压力传感器来取压力；在臂杆上方加装三滑轮压力传感器取压力。直接取力方式均采用线性标定的方式来计算载荷，优点是信号采集简单，计算方便。缺点也非常明显：板环传感器在需要拼装臂杆的使用要求下不方便采用，加装或拆卸臂杆时操作复杂；轴销传感器需要对吊车的部件进行更换，影响了整体结构，存在安全隐患，且安装不便；三滑轮传感器不能避免对钢丝绳的磨损，也存在安全隐患。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供了一种基于变幅钢丝绳取力的称重方法，取力传感器安装方便，节省技术人员工时。
本发明是通过以下技术方案实现：
一种基于变幅钢丝绳取力的称重方法，通过在变幅钢丝绳上取拉力，根据变幅钢丝绳拉力、起升绳拉力、臂杆自重、载荷重力的力矩平衡关系，经过调试现场的操作确定参数，然后根据力矩限制器中设定算法来计算载荷重力，达到对载荷的称重和力矩保护。
所述设定算法按如下步骤设定：
S1：根据测量值或起重机说明书，输入如下固定参数；
L1：臂杆旋转点到起升卷筒顶部的距离；
L2：臂杆旋转点到变幅滑轮组支架顶部的距离；
Lb：臂杆长度；
τ1：起升滑轮组倍率；
τ2：变幅滑轮组倍率；
Lf：变幅钢丝绳固定长度，即拉动臂杆变幅的两根钢丝绳；
ρ1：起升钢丝绳密度，每米的重量，即kg/m；
ρ2：变幅钢丝绳密度，每米的重量，即kg/m；
Hg：求固定参数和录入修正参数时，吊钩离臂杆顶端的距离；
S2：计算如下固定参数并输入；
Mb：臂架自重力矩，即臂杆自重*力臂；
η1：起升滑轮组效率；
η2：变幅滑轮组效率；
S3：设定待实时测量的参数：
Wf：变幅钢丝绳拉力；
α：臂杆角度；
β：变幅钢丝绳因变幅滑轮组的重力产生下垂的角度，简称变幅滑轮组挠度；
S4:设定待实时计算的参数：
Tg：载荷力臂；
Tf：变幅钢丝绳力臂；
Tq：起升绳力臂；
S5:设定上述待实时计算的参数的校准参数，校准方法如下：
在空载、吊起一个较小配重、吊起一个较大配重3种状态下，起升载荷到预设高度Hg，然后匀速从最大角度到最小角度起升臂杆，在每一个整数角度点根据力矩平衡关系式(1)，反推校准参数并输入系统中:
(W+ρ1*Hg)*Tg+Mb＝F4*Tq+Wf*η2*τ2*Tf*Lf/cos(β) (1)
其中
W为实时载荷，校准时为固定值；
F4＝(W+ρ1*Hg)*η1/τ1 (2)
β＝arcsin(ρ2*L1*Lb/Wf*τ2) (3)
Tg＝Lb*cos(α) (4)
Tf＝sqrt(Lb*Lb+L2*L2+Lb*L2*cos(180-α-arcsin(Lb/L2))) (5)
Tq＝sqrt(Lb*Lb+L1*L1+Lb*L1*cos(180-α-arcsin(Lb/L1))) (6)
S6:实时使用时，将测量到的实时数据通过校准参数校准后，通过上述力矩平衡关系式(1)，计算出实时载荷W，并判断是否超载并发出警示。
作为优选，在变幅钢丝绳的固定端或变幅滑轮组的支架上安装板环传感器用于测量变幅钢丝绳拉力；臂杆的顶端侧面设置臂杆角度仪用于测量臂杆角度；还包括用于测量变幅滑轮组的挠度的滑轮角度仪。
作为优选，臂杆角度为30°-80°，步骤S5中每种载荷状态对应了1组50个校准参数。
本发明的相对于现有技术的好处在于：
1、取力传感器安装方便，节省技术人员工时；
2、传感器的安装不影响吊车的机械结构，不会造成安全隐患。
附图说明
图1为本发明的一个实施例中一种基于变幅钢丝绳取力的称重方法的吊车的的整体受力示意图。
图2为本发明的一个实施例中一种基于变幅钢丝绳取力的称重方法的吊车的的考虑变幅钢丝绳因重力而下垂的受力简化示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
变幅取力指的是在变幅钢丝绳上取拉力，采用普通板环传感器，安装在变幅钢丝绳的固定端或变幅滑轮组的支架上，参见附图1。根据变幅钢丝绳拉力、起升绳拉力、臂杆自重、载荷重力的力矩平衡关系，经过调试现场的操作确定多个参数，然后根据一套算法来计算载荷重力，从而达到对载荷的称重和力矩保护。
吊车的的整体受力示意图如图1，在吊起重物静止或匀速运动状态，对臂杆顶A，相对臂杆旋转点O做受力平衡分析。考虑变幅钢丝绳因重力而下垂，简化示意图如图2。
基本原理为力矩的平衡，但是需要考虑机械摩擦、结构件挠度、结构件运动的速度及产生的冲击力这几个方面的影响。因为不同的起重机有不同的机械参数和状态，所以本方法需分步进行上述一系列影响参数的求解。
需要的硬件设备有：一个板环拉力传感器测量变幅钢丝绳拉力；一个角度仪测量臂杆角度；一个无线传输的角度仪测量变幅滑轮组的挠度。本方法的软件算法为嵌入式软件，固化在力矩限制器内。
输入固定参数如下，参见简化示意图：
L1：臂杆旋转点到起升卷筒顶部的距离，图中OC；
L2：臂杆旋转点到变幅滑轮组支架顶部的距离，图中OH；
Lb：臂杆长度，图中OA；
τ1：起升滑轮组倍率；
τ2：变幅滑轮组倍率；
Lf：变幅钢丝绳固定长度，即拉动臂杆变幅的两根钢丝绳，参见实体图；
ρ1：起升钢丝绳密度，每米的重量，即kg/m；
ρ2：变幅钢丝绳密度，每米的重量，即kg/m；
Hg：求固定参数和录入修正参数时，吊钩离臂杆顶端A点的距离；
待计算固定参数如下：
Mb：臂架自重力矩，即臂杆自重*力臂，图中F2*OI；
η1：起升滑轮组效率；
η2：变幅滑轮组效率；
待实时测量的参数如下，参见简化示意图：
Wf：变幅钢丝绳拉力；
α：臂杆角度，图中∠AOJ；
β：变幅钢丝绳因变幅滑轮组的重力产生下垂的角度，简称变幅滑轮组挠度；
待实时计算的参数如下，参见简化示意图：
Tg：载荷力臂，图中OJ；
Tf：变幅钢丝绳力臂，图中OF；
Tq：起升绳力臂，图中OG；
待全幅校准的参数：
根据力矩平衡公式计算出的实际载荷，和实际载荷还是有一定误差，因此在3种状态下在整个幅度范围内，在臂杆每一个整数角度点录入1组校准参数。在空载、吊起一个较小配重、吊起一个较大配重这3种状态下，起升载荷到预设高度(Hg)，然后匀速从最大幅度到最小角度起升臂杆，从而在每一个整数角度点反推校准参数。每种载荷状态对应了1组约50个(30°～80°)校准参数。
调试步骤和方法：
1)根据测量值或起重机说明书，输入上述固定参数；
2)空载移动臂杆到达较大的3个不同角度，根据力矩平衡关系式，可列出3个等式，从而求解3个待求固定参数：Mb，η1，η2。
3)在上述3种状态下，根据力矩平衡关系式，反推3组校准参数。
软件算法：
(W+ρ1*Hg)*Tg+Mb＝F4*Tq+Wf*η2*τ2*Tf*Lf/cos(β) (1)
其中
W为实时载荷，校准时为固定值；
F4＝(W+ρ1*Hg)*η1/τ1 (2)
β＝arcsin(ρ2*L1*Lb/Wf*τ2) (3)
Tg＝Lb*cos(α) (4)
Tf＝sqrt(Lb*Lb+L2*L2+Lb*L2*cos(180-α-arcsin(Lb/L2))) (5)
Tq＝sqrt(Lb*Lb+L1*L1+Lb*L1*cos(180-α-arcsin(Lb/L1))) (6)
在上述3种状态下，根据力矩平衡关系式，反推3组校准参数。
实时使用时，将测量到的实时数据通过校准参数校准后，通过上述力矩平衡关系式(1)，计算出实时载荷W，并判断是否超载并发出警示。
所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种基于变幅钢丝绳取力的称重方法，其特征在于：在变幅钢丝绳上取拉力，根据变幅钢丝绳拉力、起升绳拉力、臂杆自重、载荷重力的力矩平衡关系，同时将动态因素结合所述力矩平衡关系得到动态过程下实时的力矩平衡关系，所述动态因素为机械摩擦、结构件挠度、结构件运动的速度及产生的冲击力，经过调试现场的操作确定参数，然后根据力矩限制器中设定算法来计算载荷重力，达到对载荷的称重和力矩保护；
其中，所述设定算法按如下步骤设定：
S1、根据测量值或起重机说明书，输入如下固定参数；
L1-臂杆旋转点到起升卷筒顶部的距离；
L2-臂杆旋转点到变幅滑轮组支架顶部的距离；
Lb-臂杆长度；
τ1-起升滑轮组倍率；
τ2-变幅滑轮组倍率；
Lf-变幅钢丝绳固定长度；
ρ1-起升钢丝绳密度；
ρ2-变幅钢丝绳密度；
Hg-求固定参数和录入修正参数时，吊钩离臂杆顶端的距离；
S2、计算如下固定参数并输入：
Mb-臂架自重力矩；η1-起升滑轮组效率；η2-变幅滑轮组效率；
S3、设定待实时测量的参数：Wf-变幅钢丝绳拉力；α-臂杆角度；β-变幅滑轮组挠度；
S4、设定待实时计算的参数：Tg-载荷力臂；Tf-变幅钢丝绳力臂；Tq-起升绳力臂；
S5、设定上述待实时计算的参数的校准参数，校准方法如下：
在空载、吊起一个较小配重、吊起一个较大配重3种状态下，起升载荷到预设高度Hg，然后匀速从最大角度到最小角度起升臂杆，在每一个整数角度点根据力矩平衡关系式(1)，
反推校准参数并输入系统中:
(W+ρ1*Hg)*Tg+Mb＝F4*Tq+Wf*η2*τ2*Tf*Lf/cos(β) (1)
其中，
W为实时载荷，校准时为固定值；
F4＝(W+ρ1*Hg)*η1/τ1 (2)
β＝arcsin(ρ2*L1*Lb/Wf*τ2) (3)
Tg＝Lb*cos(α) (4)
Tf＝sqrt(Lb*Lb+L2*L2+Lb*L2*cos(180-α-arcsin(Lb/L2))) (5)
Tq＝sqrt(Lb*Lb+L1*L1+Lb*L1*cos(180-α-arcsin(Lb/L1))) (6)
S6、实时使用时，将测量到的实时数据通过校准参数校准后，通过上述力矩平衡关系式(1)，计算出实时载荷W，并判断是否超载并发出警示；
其中，在所述变幅钢丝绳的固定端或变幅滑轮组的支架上安装板环传感器用于测量变幅钢丝绳拉力；臂杆的顶端侧面设置臂杆角度仪用于测量臂杆角度；还包括用于测量变幅滑轮组的挠度的滑轮角度仪。
2.如权利要求1所述的一种基于变幅钢丝绳取力的称重方法，其特征在于：臂杆角度为30°-80°，步骤S5每种载荷状态对应了1组50个校准参数。
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