CN110873602A - 晃动状态下的重物秤量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

一种晃动状态下的重物秤量装置及其测量方法，包括重量传感器，加速度传感器，信号处理器和显示器，重量传感安装在起重钢丝绳、臂架或主梁上，加速度传感器安装在重物上方或相应位置上，重量传感器和加速度传感器的测量信号传输到信号处理器，信号处理器换算出真实的重物重量值后，在显示器上显示出来。采用本发明能够在重物晃动的情况下，测量出重物真实重量，在起重机或类似设备上使用可解决因吊臂或载体的挠性加上重物升降和水平摆动，重物对重量传感器施加的力波动的情况下，滤除波动干扰量而秤量出重物真实重量值。

Description

晃动状态下的重物秤量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及一种重物秤量装置，具体是一种晃动状态下的重物秤量装置及其测量方法，利用重量传感器来测量重物重量，通过引入加速传感信号，通过除法运算滤除重物晃动产生的干扰值，使秤量误差得以控制在有效范围。

背景技术

目前在起重机起吊重物或类似应用场合，需要安装一套重量限制器，如桥、门式起重机，或力矩限制器，如塔式起机、门从式起重机等臂架型起重机来秤量被吊重物的重量，当重量或力矩接近、达到或超过额定值时，装置分别给予提醒、报警或切断危险方向的动作。由于起重机的受力金属结构具有一定的弹性，特别是臂架型起重机，工作时重物的升降，起吊重物后大车行走、小车行走和回转机构的起停造成重物的上下或/和水平晃动，原有的秤量装置只是使用重量传感器实时地测量重物传递过来的力，使得的重物被吊起后，一旦重物晃动秤量值就上下波动，例如DMQ540高架型门座式起重机在最大幅度41米时可起吊10吨，由于重物晃动，力矩限制器的显示值在9至11吨范围内波动，该波动频率在1Hz左右，该工况下起重机在9.5吨提醒阈值、10吨报警阈值、10.5吨切断危险方向动作阈值到来时频繁地作出相应的保护动作，严重地干扰了本来属于正常的作业，如果采用滤波电路或延时电路去除波动干扰，不但滤除效果有限而且秤量响应迟钝而无实用价值。实际上，现场一般采取切除保护动作执行电路、切断报警蜂鸣器、人为调低重量比例值使显示的重量不达到阈值等方式来恢复正常作业，致使限制器形同虚设，起不到应有的保护作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种晃动状态下的重物秤量装置及其测量方法，能够滤除重物晃动的状态下秤量出重物真实重量值。

本发明的技术方案是：一种晃动状态下的重物秤量装置，组成元件包括重量传感器，加速度传感器，信号处理器以及显示器，所述组成元件具体结构和连接关系为：重量传感器安装在起重钢丝绳、臂架或主梁上，加速度传感器安装在重物上方或相应位置上，重量传感器和加速度传感器与信号处理器电连接，信号处理器与显示器电连接，重量传感器和加速度传感器的测量信号传输到信号处理器，信号处理器换算出真实的重物重量值后，在显示器上显示出来。

所述的晃动状态下的重物秤量装置的测量方法，包括如下步骤：

S1、重量传感器测量重物的重量，加速度传感器测量重物的加速度，

由于是在重物晃动时测量重物的重量，造成秤量值波动是由于重物存在加速度，设重量传感器测量力F的正方向朝上，重物晃动加速度a的正方向朝上，重量mg的正方向朝下，根据牛顿第二定律，有：F-mg＝ma即

或

因此，测量出F和a，就可以求得重物的真实质量值m，求解要进行除法运算，可使用模拟除法器或数字化后相除来实现，

式中，F为测量力，a为重物晃动加速度，m为重物的真实质量值，g为重量加速度，mg为重物的重量；

S2、重量传感器和加速度传感器的测量信号传送给信号处理器；

S3、信号处理器将重量测量信号和加速度测量信号进行放大、转换处理；

S4信号处理器通过运算，用加速值修正重量值；

S5修正后重量值在显示器显示，同时传送给其他控制装置。

当承重钢丝绳为多股时，F乘以钢丝绳股数n，即

或

式中，F为测量力，a为重物晃动加速度，m为重物的真实质量值，g为重量加速度，mg为重物的重量。

在起重机的应用场合，秤量值波动主要是由重物在竖直方向上的加速度造成，可只测量竖直方向上的加速度值，重量传感器和加速度传感器安装在起重钢丝绳末端或其他合适位置，重物的拉力和晃动加速度通过吊钩传递到起重钢丝绳，重量传感器和加速度传感器测量到的拉力信号和加速度信号输送到信号处理器，两个信号经放大和运算后，输送到显示器实时显示重量值。

所述信号处理器带有除法处理能力，它可单独使用，也可嵌入起重机力矩限制器作为其中一个功能模块使用。

本发明的突出优点在于：

1、有效滤除晃动造成的秤量值波动成份，还原重物真正重量。

2、重物秤量值提供给限制器后，当吊起接近额定重量的重物时，限制器能发挥应有的安全保护功能。

3、重量显示值相对稳定和准确，有利操作人员读取数据和掌握起重工况。

附图说明

图1为本发明所述的晃动状态下的重物秤量装置的结构示意图

图2为本发明所述的晃动状态下的重物秤量装置的力学性能分析图。

图3为本发明所述的晃动状态下的重物秤量装置的工作原理图。

图4为本发明所述的晃动状态下的重物秤量装置的实时测量重物重量的流程示意图。

图中标记为：起重钢丝绳1、臂架或主梁2、重量传感器3、加速度传感器4、吊钩5、信号处理器7、显示器8。

具体实施方式

以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步描述。

首先需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连。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。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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装置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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

如图1至图3所示，本发明所述的晃动状态下的重物秤量装置。包括重量传感器3，加速度传感器4，信号处理器7以及显示器8，重量传感器3安装在在承受重物重力部位，如安装在起重钢丝绳1、臂架或主梁2上，加速度传感器4安装在重物6上方或相应位置，重量传感器3和加速度传感器4与信号处理器7电连接，信号处理器7与显示器8电连接。重量传感器3和加速度传感器4的测量信号输入到信号处理器7，换算出真实的重物重量值后，输出显示和/或输出到限制器进行安全保护控制。信号处理和换算，可以采用数字方式，也可采用模拟电路的方式实现。信号处理器7带有除法处理能力，它可单独使用，也可作为重量限制器、力矩限制器或类似装置的一部分，改善原有这些装置的秤量质量。

实施例2

如图4所示，本实施例为本发明所述的晃动状态下的重物秤量装置的测量方法，包括如下步骤：

S1、重量传感器3测量重物的重量，加速度传感器4测量重物的加速度，

由于是在重物晃动时测量重物的重量，造成秤量值波动是由于重物存在加速度，设重量传感器测量力F的正方向朝上，重物晃动加速度a的正方向朝上，重量mg的正方向朝下，根据牛顿第二定律，有：F-mg＝ma即

或

因此，测量出F和a，就可以求得重物的真实质量值m，求解要进行除法运算，可使用模拟除法器或数字化后相除来实现，

式中，F为测量力，a为重物晃动加速度，m为重物的真实质量值，g为重量加速度，mg为重物的重量；

S2、重量传感器3和加速度传感器4的测量信号传送给信号处理器7；

S3、信号处理器7将重量测量信号和加速度测量信号进行放大、转换处理；

S4信号处理器7通过运算，用加速值修正重量值；

S5修正后重量值在显示器8显示，同时传送给其他控制装置。

工作原理及过程：

当重物晃动时，造成秤量波动的原因是重物存在加速度。如附图2所示，重量传感器3测量力F，重物晃动加速度为a，晃动使用F值围绕重物实际重量mg波动。如果直接将F当作mg，则出现了误差，当晃动较大即a值较大时，F明显偏离mg而无实际使用价值。按图2所示的F、a和mg的正方向，根据牛顿第二定律，有：F-mg＝ma即

或

因此，测量出F和a，就可以求得重物的真实质量值m，求解要进行除法运算，可使用模拟除法器或数字化后相除来实现。若将重量传感器装在单根钢丝绳上来测量F，当承重钢丝绳为多股时，F应乘以钢丝绳的股数n，即

或

在起重机的应用场合，秤量值波动主要是由重物在竖直方向上的加速度造成，可只测量该方向的加速度值。由图1和图3可见，重量传感器3和加速度传感器4安装在起重钢丝绳末端或其他合适位置，信号处理器7和显示器8安装在操作室或其他合适位置，重物6的拉力和晃动加速度通过吊钩5传递到起重钢丝绳1，重量传感器3和加速度传感器4测量到的拉力信号和加速度信号通过屏蔽电缆输送到信号处理器7，两个信号经过信号处理器7放大、转换和运算后，得到修正后的重物重量，输送到显示器8实时显示重量值，也可同时输送到起重机的其他控制装置，如重量限制器或力矩限制器9，提高其秤量准确度和控制的准确性。

Claims (5)

1.一种晃动状态下的重物秤量装置，组成元件包括重量传感器，加速度传感器，信号处理器以及显示器，其特征在于，所述组成元件具体结构和连接关系为：重量传感器安装在起重钢丝绳、臂架或主梁上，加速度传感器安装在重物上方或相应位置上，重量传感器和加速度传感器与信号处理器电连接，信号处理器与显示器电连接，重物的拉力和晃动加速度通过吊钩传递到起重钢丝绳，重量传感器和加速度传感器测量到的拉力信号和加速度信号通过屏蔽电缆输送到信号处理器，拉力信号和加速度信号经过信号处理器放大、转换和运算后，得到修正后的重物重量，输送到显示器实时显示重量值。

2.根据权利要求1所述的晃动状态下的重物秤量装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、重量传感器测量重物的重量，加速度传感器测量重物的加速度，

由于是在重物晃动时测量重物的重量，造成秤量值波动是由于重物存在加速度，设重量传感器测量力F的正方向朝上，重物晃动加速度a的正方向朝上，重量mg的正方向朝下，根据牛顿第二定律，有：F-mg＝ma即

或

因此，测量出F和a，就可以求得重物的真实质量值m，求解要进行除法运算，可使用模拟除法器或数字化后相除来实现，

式中，F为测量力，a为重物晃动加速度，m为重物的真实质量值，g为重量加速度，mg为重物的重量；

S2、重量传感器和加速度传感器的测量信号传送给信号处理器7；

S3、信号处理器将重量测量信号和加速度测量信号进行放大、转换处理；

S4信号处理器通过运算，用加速值修正重量值；

S5修正后重量值在显示器显示，同时传送给其他控制装置。

3.根据权利要求2所述的晃动状态下的重物秤量装置的测量方法，其特征在于，当承重钢丝绳为多股时，F乘以钢丝绳股数n，即

或

式中，F为测量力，a为重物晃动加速度，m为重物的真实质量值，g为重量加速度，mg为重物的重量。

4.根据权利要求2所述的晃动状态下的重物秤量装置的测量方法，其特征在于，在起重机的应用场合，秤量值波动主要是由重物在竖直方向上的加速度造成，可只测量竖直方向上的加速度值，重量传感器和加速度传感器安装在起重钢丝绳末端或其他合适位置，重物的拉力和晃动加速度通过吊钩传递到起重钢丝绳，重量传感器和加速度传感器测量到的拉力信号和加速度信号输送到信号处理器，两个信号经放大和运算后，输送到显示器实时显示重量值。

5.根据权利要求1所述的晃动状态下的重物秤量装置，其特征在于，所述信号处理器带有除法处理能力，它可单独使用，也可嵌入起重机力矩限制器作为其中一个功能模块使用。

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