CN110171773A - 塔式起重机自动平衡控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种塔式起重机自动平衡控制装置，包括前臂平衡传感器、塔身平衡传感器、后臂平衡传感器、单片机、驱动装置、配重和电源电路；前臂平衡传感器、塔身平衡传感器和后臂平衡传感器的输出端均匀单片机连接，驱动装置驱动配重在塔身后臂上前后移动，驱动装置的输入端连接单片机，驱动装置的反馈端连接单片机，电源电路为各部件供电。本发明通过平衡传感器感应吊臂平衡状态变化量，根据吊臂平衡状态变化量控制配重的移动，使吊臂达到平衡，消除了传统起重机偏衡隐患，有效提高了起重机安全性能。

Description

塔式起重机自动平衡控制装置
技术领域
本发明涉及一种塔式起重机自动平衡控制装置，属于起重机领域。
背景技术
塔式起重机(tower crane)简称塔机，亦称塔吊，动臂装在高耸塔身上部的旋转起重机，作业空间大，主要用于房屋建筑施工中物料的垂直和水平输送及建筑构件的安装。传统塔式起重机采用固定式水泥块或金属块作为配重块，这些配重块的位置是不变的，在空载时平衡点偏向塔身的后侧，即：前吊臂重量小于后吊臂重量，而起吊最大重物时，平衡点偏向塔身的前侧，即：前吊臂重量大于后吊臂重量，但这种隐形的偏衡现象是塔式起重机的一大安全隐患。
发明内容
本发明提供了一种塔式起重机自动平衡控制装置，解决了传统塔式起重机存在偏衡问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
塔式起重机自动平衡控制装置，包括前臂平衡传感器、塔身平衡传感器、后臂平衡传感器、单片机、驱动装置、配重和电源电路；
前臂平衡传感器、塔身平衡传感器和后臂平衡传感器的输出端均匀单片机连接，驱动装置驱动配重在塔身后臂上前后移动，驱动装置的输入端连接单片机，驱动装置的反馈端连接单片机，电源电路为各部件供电。
前臂平衡传感器、塔身平衡传感器和后臂平衡传感器分别设置在前臂、塔身和后臂上。
还包括与单片机连接的手动调节模块，手动调节模块包括向前调整按钮和向后调整按钮，向前调整按钮的两端分别连接单片机和地，向后调整按钮的两端分别连接单片机和地。
驱动装置包括两个电机、两个电机驱动电路和反馈电路，两个电机驱动电路分别驱动两个电机，并且输入端连接单片机，反馈电路的输入端连接两个电机驱动电路的输出端，反馈电路的输出端连接单片机。
两个电机分别设置在配重的两端，电机的转轴端部连接有轨道轮，轨道轮滚动设置在后臂上的轨道上。
两个电机驱动电路结构一致，均包括电阻R1、电阻R2、电阻R3和继电器SSR1；
电阻R1、电阻R2和电阻R3的一端均连接单片机，电阻R1、电阻R2和电阻R3的另一端均连接继电器SSR1线圈的一端，继电器SSR1线圈的另一端连接电源电路；
继电器SSR1触点组三相输入端连接市电，继电器SSR1触点组三相输出端分别接电机的U相端、V相端和W相端。
反馈电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、光电耦合器N1、光电耦合器N2和光电耦合器N3；
光电耦合器N1、光电耦合器N2和光电耦合器N3的第4引脚均连接单片机，光电耦合器N1、光电耦合器N2和光电耦合器N3的第3引脚均接地，光电耦合器N1、光电耦合器N2和光电耦合器N3的第2引脚均接电机星形接法中心端，光电耦合器N1的第1引脚分别通过电阻R4和电阻R5连接两个电机的U相端，光电耦合器N2的第1脚分别通过电阻R6和电阻R7连接两个电机的V相相端，光电耦合器N3的第1脚分别通过电阻R8和电阻R9连接两个电机的W相端。
还包括指示偏移方向的指示电路，指示电路包括若干串联电路，串联电路包括发光二极管VD1和电阻R10，发光二极管VD1的正极连接电源电路，发光二极管VD1的负极连接电阻R10的一端，电阻R10的另一端连接单片机。
还包括与单片机连接的报警电路。
本发明所达到的有益效果：本发明通过平衡传感器感应吊臂平衡状态变化量，根据吊臂平衡状态变化量控制配重的移动，使吊臂达到平衡，消除了传统起重机偏衡隐患，有效提高了起重机安全性能。
附图说明
图1为本发明的结构框图；
图2为本发明的电路图；
图3为部件安装位置结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1~3所示，塔式起重机自动平衡控制装置，包括前臂平衡传感器2、塔身平衡传感器3、后臂平衡传感器4、手动调节模块5、单片机1、驱动装置、配重8、电源电路10、指示电路9和报警电路11。
前臂平衡传感器2、塔身平衡传感器3、后臂平衡传感器4、手动调节模块5、指示电路9和报警电路11的输出端均匀单片机1连接，驱动装置驱动配重8在塔身后臂上前后移动，驱动装置的输入端连接单片机1，驱动装置的反馈端连接单片机1，电源电路10外接市电，电源电路10为各部件供电。
前臂平衡传感器2、塔身平衡传感器3和后臂平衡传感器4为现在市场上常见的平衡传感器，具体的结构这里不详细描述了。
前臂平衡传感器2、塔身平衡传感器3和后臂平衡传感器4分别设置在前臂、塔身和后臂上，更具体的，前臂平衡传感器2一般固定在前臂的顶端，后臂平衡传感器4一般固定在后臂的后端，塔身平衡传感器3一般固定在塔身的中部，前臂平衡传感器2、塔身平衡传感器3和后臂平衡传感器4一般设置在同一平面上。
手动调节模块5包括向前调整按钮和向后调整按钮，向前调整按钮的两端分别连接单片机1和地，向后调整按钮的两端分别连接单片机1和地。
向前调整按钮和向后调整按钮安装在驾驶室的控制板上，通过手动调节模块5可手动控制配置的前移和后移。
电源电路10可设置在驾驶室的控制板上，电源电路10包括IC芯片、电容C1和电容C2，IC芯片的输入端接市电，输出端接单片机1，电容C1和电容C2均并接在IC芯片的输出端，IC芯片用以实现AC/DC转换，将输入的220V交流电转换为5V的直流电，经电容C1、电容C2滤波后，提供给单片机1及其他电路使用。
指示电路9可设置在驾驶室的控制板上，用以指示偏移方向，指示电路9包括若干串联电路，一般为七个，串联电路包括发光二极管VD1和电阻R10，发光二极管VD1的正极连接电源电路10，发光二极管VD1的负极连接电阻R10的一端，电阻R10的另一端连接单片机1。
指示偏移方向如下：七个发光二极管VD1排列成一列，当中间一个发光二极管VD1亮起表示吊臂达到平衡，当左侧的三个亮起，表示吊臂前偏，即前臂重，当右侧的三个亮起，表示吊臂后偏，即后臂重；发光二极管VD1的亮起与吊臂的重心状态同步，以吊臂前偏为例，若重心偏离小于阈值A1时，最接近中间的二极管VD1亮起，其余两个不亮，若重心偏离小于阈值A2大于等于A1时，距离中间最远的二极管VD1不亮，其余两个不亮，若重心偏离大于等于阈值A2时，三个二极管VD1亮起，其中阈值A1、A2和A3根据情况人为而定。
报警电路11设置在驾驶室的控制板上，当发生偏移时发出报警，以提示驾驶员，具体包括三极管VT1、电阻R11和蜂鸣器，三极管VT1的发射极连接电源电路10，三极管VT1的基极通过电阻R11连接单片机1，三极管VT1的集电极连接蜂鸣器。
驱动装置包括两个电机7、两个电机驱动电路6和反馈电路14，两个电机驱动电路6分别驱动两个电机7，并且输入端连接单片机1，反馈电路14的输入端连接两个电机驱动电路6的输出端，反馈电路14的输出端连接单片机1。
两个电机7分别设置在配重8的两端，电机7的转轴端部通过减速器连接有轨道轮，轨道轮滚动设置在后臂上的轨道上。
可移动配重8采用金属圆柱体，轨道为齿轮轨道12，轨道轮为与齿轮轨道12匹配的齿轮盘13，电机7运转时，驱动减速器输出力矩使齿轮盘13转动，同步带动金属圆柱体在后臂轨道上位移。
两个电机驱动电路6结构一致，均包括电阻R1、电阻R2、电阻R3和继电器SSR1（固态继电器）；电阻R1、电阻R2和电阻R3的一端均连接单片机1，电阻R1、电阻R2和电阻R3的另一端均连接继电器SSR1线圈的一端，继电器SSR1线圈的另一端连接电源电路10；继电器SSR1触点组三相输入端连接市电，继电器SSR1触点组三相输出端分别接电机7的U相端、V相端和W相端。
两个电机7的正转或反转，受单片机1的控制，单片机1的控制又受前臂平衡传感器2、塔身平衡传感器3、后臂平衡传感器4的动态信息变化而变化。
电机驱动电路6安装控制电路板上，控制电路板安装在驾驶室中。
反馈电路14包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、光电耦合器N1、光电耦合器N2和光电耦合器N3。
光电耦合器N1、光电耦合器N2和光电耦合器N3的第4引脚均连接单片机1，光电耦合器N1、光电耦合器N2和光电耦合器N3的第3引脚均接地，光电耦合器N1、光电耦合器N2和光电耦合器N3的第2引脚均接电机7星形接法中心端，光电耦合器N1的第1引脚分别通过电阻R4和电阻R5连接两个电机7的U相端，拾取两个电机7 U相的电压变化量，光电耦合器N2的第1脚分别通过电阻R6和电阻R7连接两个电机7的V相相端，拾取两个电机7V相的电压变化量，光电耦合器N3的第1脚分别通过电阻R8和电阻R9连接两个电机的W相端，拾取两个电机7W相的电压变化量。
反馈电路14安装控制电路板上，控制电路板安装在驾驶室中。
当两个继电器SSR1出现故障使路输出出现断相时，反馈信息送给单片机1，使单片机1及时控制两个继电器SSR1停止工作、使电机7停止误动作、报警电路11发出报警声。
单片机1是本装置的核心，设置在驾驶室的控制板上，单片机1有14个输入端口和10个输出端口。14个输入信号口分别是：P1.0~P1.7、P2.7为平衡传感器输入口，P2.0和P2.1为手动调节模块5输入口，P2.2~P2.4为反馈信号输入口；10个输出端口为：P3.0~P3.5为电机驱动输出口，P0.0~P0.6为指示灯输出口，P2.5为提示音输出口。
上述装置的工作过程为：在使用时，前臂平衡传感器2、塔身平衡传感器3、后臂平衡传感器4感应吊臂平衡状态变化量，单片机1根据吊臂平衡状态变化量发出相应的控制信号，控制配重8移动，直至前臂与后臂之间恢复平衡，前臂平衡传感器2、塔身平衡传感器3、后臂平衡传感器4感应吊臂平衡状态变化量为0。
当吊臂平衡时，中间一个发光二极管VD1亮起，电机无动作；当起重机起吊物体时，前臂发生比后臂重而使重心向前臂偏移，于是前臂平衡传感器2、塔身平衡传感器3和后臂平衡传感器4依次向单片机1传送平衡状态变化量，经单片机1处理后：向两个电机7分别输入正转信号和反转信号，在固态继电器的驱动下，两个电机带动可移动配重8向后臂后部方向作位移，直至吊臂平衡状态变化量为0时电机停止位移。
上述装置通过平衡传感器感应吊臂平衡状态变化量，根据吊臂平衡状态变化量控制配重8的移动，使吊臂达到平衡，消除了传统起重机偏衡隐患，有效提高了起重机安全性能，还可以在吊臂机械强度允许条件下，有效地增加起重机的最大起吊重量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.塔式起重机自动平衡控制装置，其特征在于：包括前臂平衡传感器、塔身平衡传感器、后臂平衡传感器、单片机、驱动装置、配重和电源电路；
前臂平衡传感器、塔身平衡传感器和后臂平衡传感器的输出端均匀单片机连接，驱动装置驱动配重在塔身后臂上前后移动，驱动装置的输入端连接单片机，驱动装置的反馈端连接单片机，电源电路为各部件供电。
2.根据权利要求1所述的塔式起重机自动平衡控制装置，其特征在于：前臂平衡传感器、塔身平衡传感器和后臂平衡传感器分别设置在前臂、塔身和后臂上。
3.根据权利要求1所述的塔式起重机自动平衡控制装置，其特征在于：还包括与单片机连接的手动调节模块，手动调节模块包括向前调整按钮和向后调整按钮，向前调整按钮的两端分别连接单片机和地，向后调整按钮的两端分别连接单片机和地。
4.根据权利要求1所述的塔式起重机自动平衡控制装置，其特征在于：驱动装置包括两个电机、两个电机驱动电路和反馈电路，两个电机驱动电路分别驱动两个电机，并且输入端连接单片机，反馈电路的输入端连接两个电机驱动电路的输出端，反馈电路的输出端连接单片机。
5.根据权利要求4所述的塔式起重机自动平衡控制装置，其特征在于：两个电机分别设置在配重的两端，电机的转轴端部连接有轨道轮，轨道轮滚动设置在后臂上的轨道上。
6.根据权利要求4所述的塔式起重机自动平衡控制装置，其特征在于：两个电机驱动电路结构一致，均包括电阻R1、电阻R2、电阻R3和继电器SSR1；
电阻R1、电阻R2和电阻R3的一端均连接单片机，电阻R1、电阻R2和电阻R3的另一端均连接继电器SSR1线圈的一端，继电器SSR1线圈的另一端连接电源电路；
继电器SSR1触点组三相输入端连接市电，继电器SSR1触点组三相输出端分别接电机的U相端、V相端和W相端。
7.根据权利要求4所述的塔式起重机自动平衡控制装置，其特征在于：反馈电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、光电耦合器N1、光电耦合器N2和光电耦合器N3；
光电耦合器N1、光电耦合器N2和光电耦合器N3的第4引脚均连接单片机，光电耦合器N1、光电耦合器N2和光电耦合器N3的第3引脚均接地，光电耦合器N1、光电耦合器N2和光电耦合器N3的第2引脚均接电机星形接法中心端，光电耦合器N1的第1引脚分别通过电阻R4和电阻R5连接两个电机的U相端，光电耦合器N2的第1脚分别通过电阻R6和电阻R7连接两个电机的V相相端，光电耦合器N3的第1脚分别通过电阻R8和电阻R9连接两个电机的W相端。
8.根据权利要求1所述的塔式起重机自动平衡控制装置，其特征在于：还包括指示偏移方向的指示电路，指示电路包括若干串联电路，串联电路包括发光二极管VD1和电阻R10，发光二极管VD1的正极连接电源电路，发光二极管VD1的负极连接电阻R10的一端，电阻R10的另一端连接单片机。
9.根据权利要求1所述的塔式起重机自动平衡控制装置，其特征在于：还包括与单片机连接的报警电路。
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