CN110182707A - 一种使用压差传感器的气动平衡吊及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种使用压差传感器的气动平衡吊及控制方法，其装置中，气缸连接有压差传感器，所述压差传感器两个气压输入接口均联通气缸，其中一个气压输入接口与气缸之间还设置有封闭电磁阀。本发明通过设置压差传感器测量气缸内压力在搬动重物过程中的变化值，通过微型处理器实现自动进气和排气，促使气缸内压力与重物平衡，相比于传统的气动平衡吊，可以实现长距离重物搬动的功能。

Description

一种使用压差传感器的气动平衡吊及控制方法
技术领域
本发明涉及气动机械技术领域，具体涉及一种使用压差传感器的气动平衡吊及控制方法。
背景技术
气动平衡吊是利用重物的重力和气缸内压力达到平衡来实现将重物提升或下降的气动搬运设备。在平衡状态下，所挂重物会处于静止状态，这时只需一个很小的外力就能实现提升或下降重物。利用气动平衡吊的这个原理，可以提高工作效率，降低工人劳动强度。并且气动平衡吊结构简单，组成部分少，造价成本低，能适合在恶劣工况环境中使用。但是，目前常见的气动平衡吊大多只使用一个气压传感器，在测量气缸内的气压的同时测量气压的变化。然而，气缸内气压大小要比气压的变化大得多，从而导致气动平衡吊对压力变化的测量误差较大，大大减小了气动平衡吊的使用性能及可靠性。传统的气动平衡吊必须需要使用控制器控制吊钩上升下落实现搬运，在吊起状态下，虽然可以徒手搬运重物一定距离，但由于徒手移动重物过程中，会导致气缸内压力不可控制的减小或者增大，具有一定危险性，同时移动距离较长后，会导致气缸内压力与重物重力极度不平衡，严重威胁设备稳定性和操作人员的安全。
发明内容
本发明针对上述缺陷，提供一种使用压差传感器的气动平衡吊及控制方法，其具体技术方案如下：
一种使用压差传感器的气动平衡吊，包括吊挂设备、控制设备，进气设备和控制盒；进气设备、控制设备和吊挂设备之间通过气路连接，所述吊挂设备包括气缸以及与气缸连接可伸缩的挂钩，挂钩上还设置有操作手柄，用于抓握；吊挂设备通过控制设备与进气设备连接，所述控制设备包括进气电磁阀和排气电磁阀控制气缸进气和排气，所述控制盒包括含有微型处理器的控制电路及连接于控制电路的按键，控制设备与控制盒连接，进气电磁阀和排气电磁阀可由控制盒控制，气缸上还连接有压差传感器，所述压差传感器两个气压输入接口均联通气缸，其中一个气压输入接口与气缸之间还设置有封闭电磁阀，所述封闭电磁阀连接控制盒控制电路。
作为本方案的一种改进，所述进气设备包括气源和通过手动截止阀与气源连接的储气罐，储气罐连接控制设备，储气罐与控制设备之间设置有带有气压表的减压阀。
作为本方案的一种改进，所述进气电磁阀与气缸之间气路还设置有单向节流阀；所述排气电磁阀与气缸之间气路还设置有单向节流阀。
作为本方案的一种改进，所述控制盒上还设置有与控制电路连接的显示屏和声光报警器，所述显示屏用于显示字符、气压、重量及当前工作状态，所述声光报警器用于当气缸内的气压值大于某个阈值时报警。
作为本方案的一种改进，所述排气电磁阀后排气口连接有消音器。
一种使用压差传感器的气动平衡吊的控制方法，包括以下操作步骤：
步骤1，连接完成气动平衡吊，并接通电源，控制盒接通电源；
步骤2，平衡模式：打开气源供气，打开手动截止阀，封闭电磁阀开启，通过控制盒按键控制进气电磁阀和排气电磁阀打开和关闭，实现气缸内气体数量增减，实现挂钩的上升和下落，当挂钩吊起重物到达所需高度，关闭进气电磁阀和排气电磁阀，实现重物悬挂；
步骤3，搬运模式：在平衡模式下，重物到达所需高度后，重物停止瞬间，封闭电磁阀立即关闭，压差传感器此时数值为0，操作人员抓握操作手柄可上下移动重物，移动过程中，压差传感器实时将数值传递给控制电路中微型处理器，当压差传感器数值超过设置的阈值时，微型处理器发出信号，控制进气电磁阀或者排气电磁阀开启，使压差传感器所测压差值在阈值范围内。
作为本方案的一种改进，步骤2和步骤3中，同一时刻，进气电磁阀和排气电磁阀最多只有一个开启。
作为本方案的一种改进，步骤3中，拉动重物下降，气缸内压力升高时，压差传感器输出为正值，当输出值大于设置的正阈值时，排气电磁阀开启，进行排气；拉动重物上升时，气缸内压力降低，压差传感器输出为负值，当输出压值低于设置的负阈值时，进气电磁阀开启，进行进气。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有的技术效果是：
1、本发明在传统的气动平衡吊的基础上额外安装了压差传感器，并使其单独用于测量气缸内气压的变化，大大提高了气动平衡吊的控制精度及工作可靠性；
2、本发明在传统的气动平衡吊的基础上将数码管更换为LCD显示屏，大大提高了气动平衡吊的人机交互性能从而提高操作者的工作效率；
3、本发明通过设置压差传感器测量气缸内压力在搬动重物过程中的变化值，通过微型处理器实现自动进气和排气，促使气缸内压力与重物平衡，相比于传统的气动平衡吊，可以实现长距离重物搬动的功能。
附图说明
图1、所述使用压差传感器的启动平衡吊结构示意图。
图2、所述控制盒结构示意图。
图3、所述使用压差传感器的启动平衡吊控制电路原理图。
附图标记：1、气源；2、手动截止阀；3、储气罐；4、减压阀；5、气压表；6、消音器；7、排气电磁阀；8、进气电磁阀；9、进气单向节流阀；10、气压传感器；11、气缸；12、封闭电磁阀；13、压差传感器；14、操作手柄；15、挂钩；16、排气单向节流阀；17、控制盒；18、按键；19、LCD显示屏；20、声光报警器。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式,所述实施方式的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
如图1所示是一种使用压差传感器13的气动平衡吊，包括气源1和通过手动截止阀2与气源1相连的储气罐3，储气罐3连接有带有气压表5的减压阀4、减压阀4后气路依次连接进气电磁阀8、进气单向节流阀9、出气单向节流阀和排气电磁阀7，排气电磁阀7后出气口连接有消音器6。进气单向节流阀9和出气单向节流阀之间位置管路连接气压传感器10后与气缸11连接。气缸11活塞杆端部连接挂钩15，挂钩15上方还设置有操作手柄14供操作人员抓握。气缸11上还连接有压差传感器13，压差传感器13两个气压输入接口均联通气缸11，其中一个气压输入接口与气缸11之间还设置有封闭电磁阀。
如图2所示，控制盒17包括含有微型处理器的控制电路及连接于控制电路的按键18，控制盒17上还设置有与控制电路连接的显示屏和声光报警器20，显示屏用于显示字符、气压、重量及当前工作状态，声光报警器20用于当气缸11内的气压值大于某个阈值时报警。显示屏为3.5寸LCD彩色屏幕。控制盒17内微型处理器型号为STM32F103ZET6。
如图3所示是控制盒17内控制电路原理图，由图可知，整个控制盒17的工作电源为24V，经DC/DC电源模块降压为5V。低压线性稳压器AMS1117将5V转换为3.3V，给STM32F103ZET6微型处理器供电。高精度参考电压芯片LT1790将5V转换为高精度的3.3V给STM32F103ZET6内部的ADC提供高精度参考电压以提高ADC的转换精度。气压传感器10和压差传感器13的输出端分别连接于微型处理器STM32F103ZET6的ADC1和ADC2。由于STM32F103ZET6的I/O口驱动能力有限，因此需要外接反向驱动器MC1413以驱动继电器进而控制进气电磁阀8、排气电磁阀7、封闭电磁阀和24V声光报警器20的接通和断开。按键18连接于微型处理器STM32F103ZET6的I/O口，LCD显示屏19连接于微型处理器STM32F103ZET6的FSMC接口。为提高整个控制系统的电磁兼容性，在STM32F103ZET6的I/O口和反向驱动器MC1413之间采用了光耦。
一种使用压差传感器13的气动平衡吊的控制方法，包括以下操作步骤：
步骤1，连接完成气动平衡吊，并接通电源，控制盒17接通电源；
步骤2，平衡模式：打开气源1供气，打开手动截止阀2，封闭电磁阀开启，通过控制盒17按键18控制进气电磁阀8和排气电磁阀7打开和关闭，实现气缸11内气体数量增减，实现挂钩15的上升和下落，当挂钩15吊起重物到达所需高度，关闭进气电磁阀8和排气电磁阀7，实现重物悬挂；
步骤3，搬运模式：在平衡模式下，重物到达所需高度后，重物停止瞬间，封闭电磁阀立即关闭，压差传感器13此时数值为0，操作人员抓握操作手柄14可上下移动重物，移动过程中，压差传感器13实时将数值传递给控制电路中微型处理器，当压差传感器13数值超过设置的阈值时，微型处理器发出信号，控制进气电磁阀8或者排气电磁阀7开启，使压差传感器13所测压差值在阈值范围内。
步骤2和步骤3中，同一时刻，进气电磁阀8和排气电磁阀7最多只有一个开启。
步骤3中，拉动重物下降，气缸11内压力升高时，压差传感器13输出为正值，当输出值大于设置的正阈值时，排气电磁阀7开启，进行排气；拉动重物上升时，气缸11内压力降低，压差传感器13输出为负值，当输出压值低于设置的负阈值时，进气电磁阀8开启，进行进气。
在实际具体应用中，操作过程如下：
给气动平衡吊和控制盒17接通电源后，控制盒17上的LCD显示屏19显示开机界面，随后切换到参数设置界面，通过控制盒17上的按键18，可以设置各个参数值，参数设置完毕后按确认键即进入到工作模式选择界面，本发明公开的气动平衡吊具备平衡模式和搬运模式，选择所需工作模式后按确认键即进入对应的工作模式。在平衡模式工作状态下，通过操作手柄14控制挂钩15勾住待操作重物，然后通过按键18控制进气电磁阀8和排气电磁阀7的通断，同一时刻有且仅有一路电磁阀处于接通状态。当进气电磁阀8处于接通状态时，排气电磁阀7处于关闭状态，此时进气气路接通，出气气路封闭，气体经单向节流阀进入气缸11，气缸11内充入气体后活塞上升，从而将重物上升。重物上升到所需高度后停止。此时被吊重物处于静止状态，即气缸11内的压力与重物的重力达到平衡，通过气压传感器10测得的气压值进行标度变换后即得所挂重物的重力。在通过按键18操作重物上升或下降时，与压差传感器13相连的封闭电磁阀处于接通状态，当按键18松开，重物停止瞬间，与压差传感器13相连的封闭电磁阀立即关闭，此状态下压差传感器13有电磁阀一侧的气体被锁死，即压差传感器13的对应侧气压值不随气缸11内气压的变化而变化，而压差传感器13的另一侧与气缸11直接相连，从而压差传感器13该侧的气压值等于气缸11内的气压值，即压差传感器13的输出为零。
在上述的平衡状态下，只需一个很小的外力打破这个平衡，就能实现轻松地上升或下降重物。当在平衡模式下需要进行搬运重物时，即进入搬运状态。以往下拉重物为例，当使用外力往下拉时，气缸11内活塞向下移动，这时气缸11内压力升高，压差传感器13的输出为压力的升高值，当压力的升高值超过了设定正压差阈值，控制盒17就会控制排气电磁阀7接通，气体从气缸11内排出，活塞下降一定距离后再次静止，气缸11内压力恢复到之前的平衡压力，从而实现轻松地下降重物。反之，向上抬重物，气缸11内气压减小，当气压减小值超过设定负压差阈值，控制盒17就会控制进气电磁阀8接通，气体进入气缸11，活塞上升一定距离后再次静止。在搬运模式工作状态下，重物每上升或者下降一段距离，气缸11可实现自动进气或排气，包装气缸11内压力与重物重力平衡，进而使，重物能上升或下降较大距离，实现轻松地搬运重物。控制盒17内的声光报警器20在气缸11内的气压大于安全值时会报警，从而提高安全性能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种使用压差传感器的气动平衡吊，包括吊挂设备、控制设备，进气设备和控制盒；进气设备、控制设备和吊挂设备之间通过气路连接，所述吊挂设备包括气缸以及与气缸连接可伸缩的挂钩，挂钩上还设置有操作手柄，用于抓握；吊挂设备通过控制设备与进气设备连接，所述控制设备包括进气电磁阀和排气电磁阀控制气缸进气和排气，所述控制盒包括含有微型处理器的控制电路及连接于控制电路的按键，控制设备与控制盒连接，进气电磁阀和排气电磁阀可由控制盒控制，其特征在于，还设置有压差传感器，所述压差传感器两个气压输入接口均联通气缸，其中一个气压输入接口与气缸之间还设置有封闭电磁阀，所述封闭电磁阀连接控制盒控制电路。
2.根据权利要求1所述的一种使用压差传感器的气动平衡吊，其特征在于，所述进气设备包括气源和通过手动截止阀与气源连接的储气罐，储气罐连接控制设备，储气罐与控制设备之间设置有带有气压表的减压阀。
3.根据权利要求1或2所述的一种使用压差传感器的气动平衡吊，其特征在于，所述进气电磁阀与气缸之间气路还设置有单向节流阀；所述排气电磁阀与气缸之间气路还设置有单向节流阀。
4.根据权利要求3所述的一种使用压差传感器的气动平衡吊，其特征在于，所述控制盒上还设置有与控制电路连接的显示屏和声光报警器，所述显示屏用于显示字符、气压、重量及当前工作状态，所述声光报警器用于当气缸内的气压值大于某个阈值时报警。
5.根据权利要求4所述的一种使用压差传感器的气动平衡吊，其特征在于，所述排气电磁阀后排气口连接有消音器。
6.一种使用压差传感器的气动平衡吊的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，连接完成气动平衡吊，并接通电源，控制盒接通电源；
步骤2，平衡模式：打开气源供气，打开手动截止阀，封闭电磁阀开启，通过控制盒按键控制进气电磁阀和排气电磁阀打开和关闭，实现气缸内气体数量增减，实现挂钩的上升和下落，当挂钩吊起重物到达所需高度，关闭进气电磁阀和排气电磁阀，实现重物悬挂；
步骤3，搬运模式：在平衡模式下，重物到达所需高度后，重物停止瞬间，封闭电磁阀立即关闭，压差传感器此时数值为0，操作人员抓握操作手柄可上下移动重物，移动过程中，压差传感器实时将数值传递给控制电路中微型处理器，当压差传感器数值超过设置的阈值时，微型处理器发出信号，控制进气电磁阀或者排气电磁阀开启，使压差传感器所测压差值在阈值范围内。
7.根据权利要求6所述的一种使用压差传感器的气动平衡吊的控制方法，其特征在于，步骤2和步骤3中，同一时刻，进气电磁阀和排气电磁阀最多只有一个开启。
8.根据权利要求7所述的一种使用压差传感器的气动平衡吊的控制方法，其特征在于，步骤3中，拉动重物下降，气缸内压力升高时，压差传感器输出为正值，当输出值大于设置的正阈值时，排气电磁阀开启，进行排气；拉动重物上升时，气缸内压力降低，压差传感器输出为负值，当输出压值低于设置的负阈值时，进气电磁阀开启，进行进气。
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