CN110510522B - 一种双吊具桥吊摆角检测和绳长测量的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种双吊具桥吊摆角检测和绳长测量的装置，包含：吊绳摆动，经由套筒、摇杆带动第一微波接收器的连接杆发生位移，使第一微波接收器以滑轮为支点进行摆动，以使微波发射器发射的微波到达第一微波接收器和第二微波接收器的时间不同，由此计算出摆角信息。吊具上表面的金属片随吊具上下移动，对微波发射器发射的微波反射到框架处的第三微波接收器，根据微波传输过程中的能量损失，计算出绳长信息。本发明结构简单、准确度高、不易受环境影响、易维护、造价低廉，测得的摆角信息和绳长信息可以为操作人员或控制器的操作提供参考，提高桥吊系统的运输效率。

Description

一种双吊具桥吊摆角检测和绳长测量的装置
技术领域
本发明涉及一种双吊具桥吊摆角检测和绳长测量的装置。
背景技术
在运输业极为重要的桥吊系统，其工作效率越来越受重视。双吊具桥吊系统设置有两个吊具，可以同时搬运两个集装箱，极大地提高效率，但是其结构复杂，工作方式多种多样，给摆角的检测带来了很大的难度。
现有的桥吊检测大部分是针对单吊具桥吊设计的，且一般会采用比较复杂的检测仪器，造价高、结构复杂、难以维护、对环境影响较为敏感等，是其主要的限制因素。而且，单吊具的摆角检测装置及方法，不适合用来对双吊具进行检测。同时，现有的桥吊系统大部分是通过操作员观察吊具和负载的摇摆情况来进行操作的，这种方法不但准确性难以保证，而且很容易造成疲劳，极大地降低了桥吊系统的效率。此外，虽然部分港口利用视觉技术，来获取摆角和绳长信息，但在有雾、光线较暗的情况下，检测效果并不能保证。
发明内容
本发明涉及一种双吊具桥吊摆角检测和绳长测量的装置，采用了微波技术，通过微波发射器与接收器之间的功率衰减和时间差，来获取吊具的摆角和绳长信息，提高了桥吊系统的运输效率。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种桥吊系统的摆角检测装置，包含：
微波发射器，向摆角检测装置的箱体内发射微波；
第一微波接收器，通过对应的连接杆与箱体内的滑轮连接；
第二微波接收器，通过对应的连接杆固定连接在箱体内，且静止状态时第一微波接收器和第二微波接收器到微波发射器的距离相同；
轻质的摇杆，其一端通过套筒套设在吊具的吊绳上，摇杆的另一端穿入到箱体内并连接至第一微波接收器的连接杆；吊绳摆动，经由套筒、摇杆带动第一微波接收器的连接杆发生位移，使第一微波接收器以滑轮为支点进行摆动，以使发射的微波到达第一微波接收器和第二微波接收器的时间不同。
可选地，所述摆角检测装置与绳长测量装置整合，进一步包含：
金属片，位于吊具上表面并随吊具上下移动，对所述微波发射器向该金属片发射的微波进行反射；
第三微波接收器，设置在桥吊系统的框架处，接收经金属片反射的微波。
可选地，第一微波接收器的连接杆连接在箱体内底面处的滑轮上；
第二微波接收器的连接杆连接在箱体内底面处；
第一、第二微波接收器到微波发射器的横向距离相同，且静止状态时第一、第二微波接收器到箱体内底面的距离相同。
可选地，所述微波发射器包含：
微波振荡器，设置在箱体内的顶部，用以产生微波；
微波分散器，设置在箱体内微波振荡器的下方，将微波分成能量均匀的多份。
可选地，所述箱体底面设有开口，箱体外的微波发射天线，通过所述开口获得微波并进一步向外发射。
可选地，所述摆角检测装置通过以下算式来计算摆角信息θ：
Figure GDA0002480353360000021
其中，微波到达第二微波接收器的时间为t1，到达第一微波接收器的时间为t2；发射的微波波长为λ；静止状态时第一、第二微波接收器与箱体内底面的距离均为d3。
可选地，所述箱体内还设置有微波振荡器和微波分散器。
可选地，金属片随吊具上下移动时，根据第三微波接收器接收到的微波能量变化，来计算对应的绳长信息l，所述绳长信息l对应于第三微波接收器与吊具的纵向距离；
Figure GDA0002480353360000031
P2-P1＝K+201gf+201gd2
l2＝d2 cosα
l1+l2＝l
其中，G0、G1分别为微波发射器与第三微波接收器的增益，α为已知的入射角，微波发射器发射波长为λ，能量为P0，频率为f的微波，经过金属片反射，第三微波接收器接收到的微波的能量为P2；K是对应于频率f的常数；P1是第三微波接收器理论接收的能量，l1是微波发射天线与吊具之间的纵向距离；d是金属片上反射点到微波发射天线之间的横向距离；d2是反射线上与微波发射天线同一高度的点到第三微波接收器之间的距离；l2是微波发射天线所在高度到第三微波接收器之间的纵向距离。
可选地，设置有计算机，根据第一、第二微波接收器接收微波时的数据计算得到摆角信息，以及根据第三微波接收器接收微波时的数据计算得到绳长信息，并将计算结果传送到吊车驾驶室内的显示屏，或反馈到桥吊系统的防摇控制器上。
可选地，所述桥吊系统是双起升桥吊系统。
本发明涉及的摆角检测和绳长测量的装置，采用了微波技术，在进行摆角检测时，负载摆动引起套筒、轻质摇杆及可摆动接收器的连接杆的移动，使微波到达检测单元内的两个接收器之间的时间发生变化，由于微波在相同介质中传播速度相同，根据时间差，就可以获得相应的摆角信息。
在进行绳长测量时，利用了微波的反射技术，所发射的微波遇到随吊具上下移动的金属片产生反射，在微波传输过程中造成能量损失，负载距离微波发射器越远，能量损失越大，因而根据放置在框架或大车两侧的微波接收器的能量与微波发射器能量的差值，即可得到绳长信息。
与现有的一些摆角及绳长的检测装置相比，本发明有以下优势：
(1)本发明的检测装置实现了对摆角和绳长的同时检测；
(2)本发明不需要额外的传感器或检测装置，只需利用微波的发射器和接收器即可获得摆角信息和绳长信息；
(3)相比于其他摆角测量技术，本发明的摆角检测更加实用、抗干扰性更强、精度更高、结构更加简单、成本较低；
(4)相比于其他绳长测量方法，本发明的测量装置不与吊绳直接接触，避免了测量装置与吊绳之间的磨损，提高了测量的精度，延长使用寿命；
(5)本发明检测速度快、灵敏度高，对动态的物体可以进行实时监测和处理，便于实现自动控制。
附图说明
图1是双起升桥吊系统的结构原理图；
图2是双起升桥吊摆角检测和绳长测量的装置结构图；
图3是摆角和绳长测量的原理示意图；
图4是信号处理流程图。
具体实施方式
本发明涉及一种摆角检测和绳长测量的装置，下文以其在双起升桥吊系统中的应用为例进行说明。
参见图1、图2，表示了基于微波检测技术的双起升桥吊摆角检测装置的整体结构。其中框架1，大车2，大车驱动机构3，小车4，小车驱动机构5、6，小车4处分别设置起升电机通过吊绳7、8与相应的吊具11、12连接。
本发明的检测装置13包含：轻质的摇杆14、15，其一端通过套筒18、19相应地套设在吊绳7、8上，既不影响吊绳7、8的上下移动，又能够在吊绳7、8发生横向的摆动时带动摇杆14、15横向移动；摇杆14、15的另一端分别穿入检测装置的箱体26、27，并与箱体26、27内可摆动的微波接收器28、31连接；可摆动的微波接收器28、31通过连接杆与箱体26、27内底部的光滑滑轮20、21连接，则可摆动的微波接收器28、31在摇杆14、15横向移动的带动下可以以光滑滑轮20、21为支点进行摆动；箱体26、27内还分别另设有固定不动的微波接收器29、30，其相应地通过连接杆固定在箱体26、27底部，例如在与可摆动的微波接收器28、31相对的另一侧；箱体26、27内设置有微波发射器，包含位于顶部的微波振荡器22、23及其下方的微波分散器24、25，微波振荡器22、23产生的微波通过微波分散器24、25的处理，得到均匀能量的3份信号；一方面由箱体26、27内的相应微波接收器28～31分别接收；另一方面，箱体26、27处(本例在底部)设有开口，开口附近的微波发射天线32、33获得箱体26、27内经分散的微波进一步向外发射；吊具11、12表面(本例为上表面)对应设置有金属片9、10，在框架1(横梁或立柱)的合适位置另外设置有微波接收器16、17(其在图中的位置是示意性的，可根据需要调整)，经微波发射天线32、33发射的微波还可以通过金属片9、10反射并由相应的微波接收器16、17接收。
图3示出了吊具摆角和绳长的测量原理。大车和小车的运动以及外部干扰等都可能使得吊具11、12及与其连接的吊绳7、8摆动，吊绳7、8分别带动套筒18、19，套筒18、19带动摇杆14、15，摇杆14、15带动可摆动的微波接收器28、31的连接杆，进而使得所述可摆动的微波接收器28、31产生相应位移，而箱体26、27内另外的微波接收器29、30均保持静止。
以其中一个吊具11的检测装置为例，由于箱体26内可摆动的微波接收器28和固定的微波接收器29到相应微波发射天线32之间的距离发生变化，导致接收时间产生差距。根据以下关系，可得摆角信息θ。
Figure GDA0002480353360000051
其中，微波到达固定的微波接收器29的时间为t1，到达可摆动的微波接收器28的时间为t2；发射的微波波长为λ，静止状态时两接收器与检测装置箱体26内底面的距离均为d3；两接收器到微波发射器的横向距离d1是相同的。通过上式来实时获取摆角θ的值，并将结果反馈到控制台上。
同时，仍以箱体26为例，吊具11跟随吊绳7向上移动时，带动金属片9向上移动，使得吊具11与微波接收器16之间的距离变小，从而导致位于桥吊框架1上的微波接收器16接收到的微波能量P2获得相应增量，从而可以得到对应的绳长信息，所述绳长信息对应于微波接收器16与吊具11(金属片9的厚度忽略不计)的纵向距离。吊具11、金属片9跟随吊绳7向下移动时的情况可以类推得到，在此不做赘述。
微波发射器发射波长为λ，能量为P0，频率为f的微波，经过吊具上方金属片9的反射，框架1上的微波接收器16接收到能量为P2的微波，则由以下公式可得到绳长信息l。
Figure GDA0002480353360000061
P2-P1＝K+201gf+201gd2
l2＝d2 cosα
l1+l2＝l
其中P1是接收器理论接收的能量，l1是微波发射天线与吊具之间的纵向距离，d是金属片上反射点到微波发射天线之间的横向距离；d2是反射线上与微波发射天线同一高度的点到第三微波接收器之间的距离；l2是微波发射天线所在高度到第三微波接收器之间的纵向距离，G0和G1分别为发射器与接收器的增益，K是与所用频率f等相关的常数，α为已知的入射角，将得到的绳长信息l发送到控制台，为防摇控制提供参考。当然，同时可以为两负载的同步控制提供参考。
图4为信号处理的流程图，微波振荡器产生的微波经过分功器(微波分散器)处理后，获得均匀能量的3份信号，一方面由箱体内的两个微波接收器接收，另一方面通过微波反射天线发射并经金属片反射后由框架上的一个微波接收器接收。这些微波接收器接收到数据之后，经过数模转换，将数字信号发送到计算机进行处理，根据处理后的信号可以由上文描述的公式得到摆角信息和绳长信息，发送给驾驶室的显示屏上，为操作员提供参考，或者，直接发送给防摇控制器，由控制器再做出响应操作，进而提高了桥吊系统的运输效率。
综上所述，本发明利用固定的吊绳套筒结构，将吊绳的摇摆转化为检测装置箱体内摇杆的晃动，并通过两个微波接收器之间接收微波的时间差获取摆角信息。同时，本发明利用微波在金属片上产生反射现象，以传输过程的能量损耗与路径之间的关系，通过框架或大车端的微波接收器接收的微波能量，来计算得到吊绳的绳长信息。本发明具有结构简单、准确度高、不易受环境影响、易维护、造价低廉等优点，测得的摆角信息和绳长信息可以为操作人员或控制器的操作提供参考，提高桥吊系统的运输效率。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种桥吊系统的摆角检测装置，其特征在于，包含：
微波发射器，向摆角检测装置的箱体内发射微波；
第一微波接收器，通过对应的连接杆与箱体内的滑轮连接；
第二微波接收器，通过对应的连接杆固定连接在箱体内，且静止状态时第一微波接收器和第二微波接收器到微波发射器的距离相同；
轻质的摇杆，其一端通过套筒套设在吊具的吊绳上，摇杆的另一端穿入到箱体内并连接至第一微波接收器的连接杆；吊绳摆动，经由套筒、摇杆带动第一微波接收器的连接杆发生位移，使第一微波接收器以滑轮为支点进行摆动，以使发射的微波到达第一微波接收器和第二微波接收器的时间不同。
2.如权利要求1所述桥吊系统的摆角检测装置，其特征在于，
所述摆角检测装置与绳长测量装置整合，进一步包含：
金属片，位于吊具上表面并随吊具上下移动，对所述微波发射器向该金属片发射的微波进行反射；
第三微波接收器，设置在桥吊系统的框架处，接收经金属片反射的微波。
3.如权利要求1或2所述桥吊系统的摆角检测装置，其特征在于，
第一微波接收器的连接杆连接在箱体内底面处的滑轮上；
第二微波接收器的连接杆连接在箱体内底面处；
第一、第二微波接收器到微波发射器的横向距离相同，且静止状态时第一、第二微波接收器到箱体内底面的距离相同。
4.如权利要求3所述桥吊系统的摆角检测装置，其特征在于，
所述微波发射器包含：
微波振荡器，设置在箱体内的顶部，用以产生微波；
微波分散器，设置在箱体内微波振荡器的下方，将微波分成能量均匀的多份。
5.如权利要求4所述桥吊系统的摆角检测装置，其特征在于，
所述箱体底面设有开口，箱体外的微波发射天线，通过所述开口获得微波并进一步向外发射。
6.如权利要求5所述桥吊系统的摆角检测装置，其特征在于，
所述摆角检测装置通过以下算式来计算摆角信息θ：
Figure FDA0002480353350000021
其中，微波到达第二微波接收器的时间为t1，到达第一微波接收器的时间为t2；发射的微波波长为λ；静止状态时第一、第二微波接收器与箱体内底面的距离均为d3。
7.如权利要求6所述桥吊系统的摆角检测装置，其特征在于，
金属片随吊具上下移动时，根据第三微波接收器接收到的微波能量变化，来计算对应的绳长信息l，所述绳长信息l对应于第三微波接收器与吊具的纵向距离；
Figure FDA0002480353350000022
P2-P1＝K+20lgf+20lgd2
l2＝d2cosα
ll+l2＝l
其中G0、G1分别为微波发射器与第三微波接收器的增益，α为已知的入射角，微波发射器发射波长为λ，能量为P0，频率为f的微波，经过金属片反射，第三微波接收器接收到的微波的能量为P2；K是对应于频率f的常数；P1是第三微波接收器理论接收的能量，l1是微波发射天线与吊具之间的纵向距离；d是金属片上反射点到微波发射天线之间的横向距离；d2是反射线上与微波发射天线同一高度的点到第三微波接收器之间的距离；l2是微波发射天线所在高度到第三微波接收器之间的纵向距离。
8.如权利要求7所述桥吊系统的摆角检测装置，其特征在于，
设置有计算机，根据第一、第二微波接收器接收微波时的数据计算得到摆角信息，以及根据第三微波接收器接收微波时的数据计算得到绳长信息，并将计算结果传送到吊车驾驶室内的显示屏，或反馈到桥吊系统的防摇控制器上。
9.如权利要求1或2所述桥吊系统的摆角检测装置，其特征在于，所述桥吊系统是双起升桥吊系统。
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