CN111532991B - 一种起重机超载监控系统和监控方法 - Google Patents

Abstract

一种起重机超载监控系统和监控方法，可预先对吊运的物体称重，防止起重机超载，同时通过称重传感器信号判断物体放置位置是否合适，并对物体放置位置进行调整，在吊起物体后通过设置于钢丝绳上的应变式测力传感器检测各钢丝绳的拉力，并通过配重装置调整各个钢丝绳的拉力，使各个钢丝绳的拉力均衡，提高起重机吊运的可靠性和稳定性，为起重机正常运行提供保障。

Description

一种起重机超载监控系统和监控方法

技术领域

本发明属于起重机领域，具体应用于起重机超载监控，尤其设计一种起重机超载监控系统和监控方法。

背景技术

起重机是指在一定范围内垂直提升和水平搬运重物的多动作起重机械，又称天车，航吊，吊车。起重机在市场上的发展和使用越来越广泛，随着起重机行业的不断发展越来越多的企业加入到起重机行业中来。起重机在超载作业时，会产生过大应力，可使钢丝绳拉断、传动部件损坏、电动机烧毁，由于制动力不够，制动器抱不住闸而发生重大事故。超载作业对起重机结构危害很大，一般起重机为防止超载大多安装相应的保护装置，视起重机类型不同，监测的相关参数也不同，一般监测的参数都是起重量和起重力矩，通过各种传感器检测某些参数如钢丝绳拉力、油缸压力、臂架工作内长度等。当前起重机超载保护主要有采用起重机超载限制器和传统的称重传感器等。但是在使用多根钢丝绳进行搬运时，缺少对各个钢丝绳受力是否均衡的监控和各钢丝绳受力均衡性的有效调整，对于此方面的超载监控关注非常有限，而在起重机吊运重量分布不均的物体时，这种情况尤其严重。

本发明为了解决上述问题，提出了一种起重机超载监控系统和监控方法，可预先对吊运的物体称重，防止起重机超载，同时通过称重传感器信号判断物体放置位置是否合适，并对物体放置位置进行调整，在吊起物体后通过设置于钢丝绳上的应变式测力传感器检测各钢丝绳的拉力，并通过配重装置调整各个钢丝绳的拉力，使各个钢丝绳的拉力均衡，提高起重机吊运的可靠性和稳定性，为起重机正常运行提供保障。

发明内容

本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出起重机超载监控系统和监控方法。

一种起重机超载监控系统，包括至少两根带有吊钩的钢丝绳、称重底板、围栏、配重装置和脱钩装置；围栏可拆卸地安装在称重底板上表面，可拆卸的围栏可以方便物体的放置，在放置完带吊运物体后再安装围栏，围栏的上端设有与吊钩配合的吊环；配重装置固定安装在称重底板的下表面，配重装置重量和重心位置可调用于微调至少两根钢丝绳的拉力，至少两根钢丝绳上设置有应变式测力传感器；称重底板用于检测物体重量，若物体检测重量大于预设重量阈值，则起重机超载，停止起重机的工作；若称重底板检测有误或故障未提示超载，则起重机会继续工作，但在起重机起吊时，若应变式测力传感器检测的拉力大于钢丝绳的预设拉力阈值，则脱钩装置工作，吊钩自动脱离吊环，从而保护起重机；在起重机已经吊起物体后，脱钩装置会自动锁死，始终将吊钩与吊环与连接直至吊运结束；

围栏可以通过螺栓或铰接方式与称重底板可拆卸地连接；吊环数量与钢丝绳数量相同，吊环可以通过螺纹或焊接方式与围栏连接；称重底板的称重信号以及应变式测力传感器的拉力信号均发送至工控计算机处理。

图示出了一种配重装置的结构示意图，配重装置包括配重框，配重框为矩形、正方形形状或其它适当的几何形状，配重框的形状应与称重底板一致，配重框的每一侧边外侧中间位置分别安装有一个电机，配重框内设有四根丝杠，四根丝杠的一端分别与配重框外的四个电机的输出端相连，四根丝杠的另一端分别连接于称重底板底部向下延伸形成的凸台上；每根丝杠上均设置有一配重水箱，各配重水箱的顶面与配重底板的底面相抵；通过电机带动丝杠旋转可以带动配重水箱沿丝杠轴向移动，从而调整配重装置的重心位置。

配重水箱为长方体或立方体形状，配重水箱设有供丝杠穿过的螺纹通孔，螺纹通孔设在配重水箱两个面的中部；同时配重水箱在供丝杠穿过的两个面上还分别设有多个配重螺纹孔，多个配重螺纹孔均匀分布在螺纹通孔周围，通过配重螺纹孔可以使用小配重块实现配重装置重心的微调，在配重水箱的底面设有放水口，可以通过出水口放水调节各配重水箱的重量；配重水箱的另外两个侧面顶部分别设有进水口和出水口；各放水口、进水口和出水口均设置有放水阀门、进水阀门和出水阀门，可以实现水量的自动控制，配重水箱侧面可以设置重量刻度方便工作人员查看，配重水箱安装液位计实现配重水箱的自动检测，液位计的信号发送至工控计算机处理。

四个配重水箱通过管路串联连接，其中第一个配重水箱与供水箱连接，供水箱中的水通过泵、第一个配重水箱的进水阀门、第一个配重水箱的进水口进入第一个配重水箱，第一个配重水箱的出水口与第二个配重水箱的进水口相连，剩下的两个配重水箱也按此规律依次相连。

称重底板为阵列式称重底板，称重底板由多个称重底板子板构成；例如一种正方形称重底板由16个正方形称重底板子板构成。

称重底板为阵列式称重底板，称重底板由多个称重底板子板构成；例如一种三角形称重底板由3个三角形称重底板子板构成。

可以根据要吊运的物体选择合适形状的称重底板，同时相应的如围栏、配重框等的形状也要适应性改变；称重底板为阵列式称重底板的有益效果在于，根据称重结果可以准确判断物体的重量分布，避免吊运物体时出现重心偏差过大而导致的各钢丝绳之间的拉力差异过大，提高起重机的使用寿命；物体放置于称重底板后，首先计算物体重量，若物体重量小于设置的预设阈值（即不超载），然后统计物体的重量分布，若物体放置于称重底板上出现明显的重量偏差，根据检测的重量结果调整物体在称重底板上的位置，调整物体在称重底板上的位置只是粗调，最终的各钢丝绳的拉力平衡需要通过配重装置来共同实现。

以方形称重底板子板为例，详细说明称重底板子板的机构。称重底板子板包括：承重板、底座、弹性支撑件、称重传感器和保护机构；弹性支撑件由弹性支撑柱和连接于弹性支撑柱下方的弹簧组成；弹性支撑件为多个，均匀设于称重传感器周围，承重板用于承接物体，承重板的底部设有多个用于容置弹性支撑件的弹性支撑柱的空腔；底座的顶部设有多个用于容置弹性支撑件的的空腔，弹性支撑件的弹簧与底座的空腔底部固定连接；称重传感器安装于底座的上表面中心位置；保护机构安装在底座上，邻近称重传感器，用于保护称重传感器，在吊运物体过重时，使称重传感器免于遭受破坏性的损伤。

保护机构包括：保护柱、保护套、保护弹簧、保护气囊和橡胶垫；保护机构设置在底座上表面的一空腔内，保护柱、保护弹簧、保护套、保护气囊和橡胶垫依次由上至下设置在空腔内；保护柱的一部分和保护弹簧位于保护套内，保护柱的下端为倒圆锥形，且圆锥的最大直径小于保护柱上端圆柱的直径，保护柱与保护套套接配合，保护柱的圆锥段外套有保护弹簧；当承重板压保护柱向下运动时，保护柱压缩保护弹簧向下运动并刺破保护气囊，检测到保护气囊压力变化后监控系统会发出超重报警信号提示已超重；而保护柱带动保护套运动直至与橡胶垫接触后即停止运动并支撑阻止承重板继续下压，从而起到保护称重传感器的作用；橡胶垫中心具有通孔，橡胶垫主要起到缓冲减速的作用，能够更好地保护称重传感器，橡胶垫的中心通孔具有两个作用，一是将保护气囊与相应管路连接，用于走气管给气囊充气并使气囊的压力检测成为可能，二是保护保护柱的倒圆锥段顶部，避免其损伤而无法重复使用；各个称重底板子板中的保护气囊通过支管路并联连接并汇至总管路，而在总管路上设有气压计监测压力，气压计检测的压力信号发送至工控计算机处理，只要有一个保护气囊被刺破就可以检测到压力变化从而发出警报；需要更换破损的保护气囊时，只需要拆下承重板、保护柱和保护套即可更换，这样的设计可以有效避免对保护机构中机械结构的破坏，实现称重传感器的保护，有效降低成本，提高可靠性。

一种起重机超载监控方法方法，包括以下步骤：

（1）将带吊运的物体放置在称重底板上，若物体的重量超出预设阈值，监控系统发出超载报警信号，若物体的重量未超出预设重量阈值，进一步判断物体在称重底板上的重量分布；

（2）若物体在称重底板上的重量分布不均，通过调整物体在称重底板上的位置使物体在称重底板上的重量分布大致均匀；

（3）粗调完成后，将围栏安装在称重底板上，将吊钩安装在围栏的吊环上；

（4）起重机工作，在起重机起吊时，若应变式测力传感器检测的拉力大于钢丝绳的预设拉力阈值，则脱钩装置工作，吊钩自动脱离吊环，从而保护起重机；若应变式测力传感器检测的拉力不大于钢丝绳的预设拉力阈值，起重机开始起吊，在已经吊起物体后脱钩装置会自动锁死，始终保持吊钩与吊环与连接直到结束吊运；

（5）通过各个钢丝绳上设置的应变式测力传感器检测各个钢丝绳的拉力，并通过工控计算机控制电机、泵、放水阀门、进水阀门和出水阀门来调整配重水箱的位置和重量来调整各个钢丝绳的拉力，人工在配重水箱的配重螺纹孔中安装小配重块，使各个钢丝绳的拉力基本一致；

（6）完成待吊运物体的吊运。

本发明的有益效果：

1.本发明除了采用称重底板检测物体的重量是否超载外，还使用了设置于钢丝绳上的应变式测力传感器检测拉力是否超载，实现了双保险；

2.称重底板采用了阵列的形式，可以判断物体在称重底板上的重量分布，并对吊运的物体位置进行调整，避免吊运过程中物体倾倒等危险发生，提高起重机的使用寿命；

3.通过在称重底板上设置配重装置，来实现各个钢丝绳拉力不均匀的微调，进一步调高监控系统的可靠性和稳定性。

本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。

附图说明

图1是本发明起重机超载监控系统的结构示意图；

图2是本发明配重装置的结构示意图；

图3是本发明配重水箱的结构示意图；

图4是本发明4个配重水箱连接工作的结构示意图；

图5是本发明称重底板的示意图；

图6是本发明另一种称重底板的示意图；

图7是本发明称重底板子板的结构示意图；

图8是本发明称重底板子板保护机构的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅图1本发明的一种起重机超载监控系统，包括至少两根带有吊钩的钢丝绳2、称重底板4、围栏1、配重装置3和脱钩装置（图中未示出）；围栏1可拆卸地安装在称重底板4上表面，可拆卸的围栏1可以方便物体的放置，在放置完带吊运物体后再安装围栏1，围栏1的上端设有与吊钩配合的吊环；配重装置3固定安装在称重底板4的下表面，配重装置3重量和重心位置可调用于微调至少两根钢丝绳2的拉力，至少两根钢丝绳2上设置有应变式测力传感器；称重底板4用于检测物体重量，若物体检测重量大于预设重量阈值，则起重机超载，停止起重机的工作；若称重底板4检测有误或故障未提示超载，则起重机会继续工作，但在起重机起吊时，若应变式测力传感器检测的拉力大于钢丝绳2的预设拉力阈值，则脱钩装置工作，吊钩自动脱离吊环，从而保护起重机；在起重机已经吊起物体后，脱钩装置会自动锁死，始终将吊钩与吊环与连接直至吊运结束；

围栏1可以通过螺栓或铰接方式与称重底板4可拆卸地连接；吊环数量与钢丝绳2数量相同，吊环可以通过螺纹或焊接方式与围栏1连接；称重底板4的称重信号以及应变式测力传感器的拉力信号均发送至工控计算机处理。

图2示出了一种配重装置3的结构示意图，配重装置3包括配重框，配重框为矩形、正方形形状或其它适当的几何形状，配重框的形状应与称重底板4一致，配重框的每一侧边外侧中间位置分别安装有一个电机31、32、33、34，配重框内设有四根丝杠36，四根丝杠36的一端分别与配重框外的四个电机31、32、33、34的输出端相连，四根丝杠36的另一端分别连接于称重底板4底部向下延伸形成的凸台上；每根丝杠36上均设置有一配重水箱35，各配重水箱35的顶面与配重底板4的底面相抵；通过电机带动丝杠旋转可以带动配重水箱沿丝杠轴向移动，从而调整配重装置3的重心位置。

配重水箱35为长方体或立方体形状，配重水箱35设有供丝杠36穿过的螺纹通孔，螺纹通孔设在配重水箱35两个面的中部；同时配重水箱35在供丝杠36穿过的两个面上还分别设有多个配重螺纹孔352，多个配重螺纹孔352均匀分布在螺纹通孔周围，通过配重螺纹孔352可以使用小配重块实现配重装置重心的微调，在配重水箱35的底面设有放水口355，可以通过出水口355放水调节各配重水箱35的重量；配重水箱35的另外两个侧面顶部分别设有进水口353和出水口354；放水口355、进水口353和出水口354均设置有放水阀门、进水阀门和出水阀门，可以实现水量的自动控制，配重水箱35侧面可以设置重量刻度方便工作人员查看，配重水箱35安装液位计实现配重水箱35的自动检测，液位计的信号发送至工控计算机处理。

四个配重水箱35通过管路串联连接，其中第一个配重水箱35与供水箱5连接，供水箱5中的水通过泵（图4未示出）、第一个配重水箱35的进水阀门、第一个配重水箱35的进水口353进入第一个配重水箱35，第一个配重水箱35的出水口354与第二个配重水箱35的进水口353相连，剩下的两个配重水箱也按此规律依次相连。

参阅图4，称重底板4为阵列式称重底板，称重底板4由多个称重底板子板41构成；例如图4示出了一种正方形称重底板4由16个正方形称重底板子板41构成。

参阅图5，称重底板4为阵列式称重底板，称重底板4由多个称重底板子板41构成；例如图5示出了一种三角形称重底板4由3个三角形称重底板子板41构成。

可以根据要吊运的物体选择合适形状的称重底板4，同时相应的如围栏1、配重框等的形状也要适应性改变；称重底板4为阵列式称重底板的有益效果在于，根据称重结果可以准确判断物体的重量分布，避免吊运物体时出现重心偏差过大而导致的各钢丝绳2之间的拉力差异过大，提高起重机的使用寿命；物体放置于称重底板4后，首先计算物体重量，若物体重量小于设置的预设阈值（即不超载），然后统计物体的重量分布，若物体放置于称重底板4上出现明显的重量偏差，根据检测的重量结果调整物体在称重底板4上的位置，调整物体在称重底板4上的位置只是粗调，最终的各钢丝绳的拉力平衡需要通过配重装置3来共同实现。

图7以方形称重底板子板41为例，详细说明称重底板子板41的机构。称重底板子板41包括：承重板411、底座412、弹性支撑件413、称重传感器414和保护机构415；弹性支撑件413由弹性支撑柱和连接于弹性支撑柱下方的弹簧组成；弹性支撑件413为多个，均匀设于称重传感器414周围，承重板411用于承接物体，承重板411的底部设有多个用于容置弹性支撑件的弹性支撑柱的空腔；底座412的顶部设有多个用于容置弹性支撑件的的空腔，弹性支撑件413的弹簧与底座412的空腔底部固定连接；称重传感器414安装于底座412的上表面中心位置；保护机构415安装在底座412上，邻近称重传感器414，用于保护称重传感器414，在吊运物体过重时，使称重传感器414免于遭受破坏性的损伤。

图8详细介绍了保护机构415的具体结构，保护机构415包括：保护柱4151、保护套4155、保护弹簧4153、保护气囊4152和橡胶垫4154；保护机构415设置在底座412上表面的一空腔内，保护柱4151、保护弹簧4153、保护套4155、保护气囊4152和橡胶垫4154依次由上至下设置在空腔内；保护柱4151的一部分和保护弹簧4153位于保护套4155内，保护柱4151的下端为倒圆锥形，且圆锥的最大直径小于保护柱4151上端圆柱的直径，保护柱4151与保护套4155套接配合，保护柱4151的圆锥段外套有保护弹簧4153；当承重板411压保护柱4151向下运动时，保护柱4151压缩保护弹簧4153向下运动并刺破保护气囊4152，检测到保护气囊4152压力变化后监控系统会发出超重报警信号提示已超重；而保护柱4151带动保护套4155运动直至与橡胶垫4154接触后即停止运动并支撑阻止承重板411继续下压，从而起到保护称重传感器414的作用；橡胶垫4154中心具有通孔，橡胶垫4154主要起到缓冲减速的作用，能够更好地保护称重传感器414，橡胶垫4154的中心通孔具有两个作用，一是将保护气囊4152与相应管路连接，用于走气管给气囊充气并使气囊的压力检测成为可能，二是保护保护柱4151的倒圆锥段顶部，避免其损伤而无法重复使用；各个称重底板子板41中的保护气囊4152通过支管路并联连接并汇至总管路，而在总管路上设有气压计监测压力，气压计检测的压力信号发送至工控计算机处理，只要有一个保护气囊4152被刺破就可以检测到压力变化从而发出警报；需要更换破损的保护气囊4152时，只需要拆下承重板411、保护柱4151和保护套4155即可更换，这样的设计可以有效避免对保护机构中机械结构的破坏，实现称重传感器414的保护，有效降低成本，提高可靠性。

一种起重机超载监控方法方法，包括以下步骤：

（1）将带吊运的物体放置在称重底板4上，若物体的重量超出预设阈值，监控系统发出超载报警信号，若物体的重量未超出预设重量阈值，进一步判断物体在称重底板4上的重量分布；

（2）若物体在称重底板4上的重量分布不均，通过调整物体在称重底板4上的位置使物体在称重底板4上的重量分布大致均匀；

（3）粗调完成后，将围栏1安装在称重底板4上，将吊钩安装在围栏1的吊环上；

（4）起重机工作，在起重机起吊时，若应变式测力传感器检测的拉力大于钢丝绳2的预设拉力阈值，则脱钩装置工作，吊钩自动脱离吊环，从而保护起重机；若应变式测力传感器检测的拉力不大于钢丝绳2的预设拉力阈值，起重机开始起吊，在已经吊起物体后脱钩装置会自动锁死，始终保持吊钩与吊环与连接直到结束吊运；

（5）通过各个钢丝绳2上设置的应变式测力传感器检测各个钢丝绳的拉力，并通过工控计算机控制电机、泵、放水阀门、进水阀门和出水阀门来调整配重水箱35的位置和重量来调整各个钢丝绳的拉力，人工在配重水箱35的配重螺纹孔中安装小配重块，使各个钢丝绳的拉力基本一致；

（6）完成待吊运物体的吊运。

以上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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种起重机超载监控系统，其特征在于，包括：至少两根带有吊钩的钢丝绳、称重底板、围栏和脱钩装置，围栏可拆卸地安装在称重底板上表面，围栏的上端设有与吊钩配合的吊环，称重底板用于检测待吊运物体的重量，至少两根钢丝绳上设置有应变式测力传感器，称重底板的称重信号以及应变式测力传感器的拉力信号均发送至工控计算机处理；应变式测力传感器检测的拉力大于钢丝绳的预设拉力阈值，则脱钩装置工作，吊钩自动脱离吊环；

还包括配重装置，配重装置固定安装在称重底板的下表面，配重装置的重量和重心位置可调，用于微调至少两根钢丝绳的拉力；

所述配重装置包括配重框，配重框为矩形，配重框的每一侧边外侧中间位置分别安装有一个电机，配重框内设有四根丝杠，四根丝杠的一端分别与配重框外的四个电机的输出端相连，四根丝杠的另一端分别连接于称重底板底部向下延伸形成的凸台上；每根丝杠上均设置有一配重水箱，各配重水箱的顶面与配重底板的底面相抵；通过电机带动丝杠旋转可以带动配重水箱沿丝杠轴向移动；

所述配重水箱为长方体形状，配重水箱设有供丝杠穿过的螺纹通孔，螺纹通孔设在配重水箱两个相对面的中部；同时配重水箱在供丝杠穿过的两个面上还分别设有多个配重螺纹孔，多个配重螺纹孔均匀分布在螺纹通孔周围，通过配重螺纹孔可以使用小配重块实现配重装置的微调，在配重水箱的底面设有放水口；配重水箱的另外两个侧面顶部分别设有进水口和出水口；放水口、进水口和出水口设置有放水阀门、进水阀门和出水阀门，配重水箱的侧面设置重量刻度，配重水箱内安装有液位计。

2.根据权利要求1所述的一种起重机超载监控系统，其特征在于，称重底板为阵列式称重底板，称重底板由多个称重底板子板构成。

3.根据权利要求2所述的一种起重机超载监控系统，其特征在于，所述称重底板子板包括：承重板、底座、弹性支撑件、称重传感器和保护机构；弹性支撑件由弹性支撑柱和连接于弹性支撑柱下方的弹簧组成；弹性支撑件为多个，均匀设于称重传感器周围，承重板用于承接物体，承重板的底部设有多个用于容置弹性支撑件的弹性支撑柱的空腔；底座的顶部设有多个用于容置弹性支撑件的空腔，弹性支撑件的弹簧与底座的空腔底部固定连接；称重传感器安装于底座的上表面中心位置；保护机构邻近称重传感器安装在底座上。

4.根据权利要求3所述的一种起重机超载监控系统，其特征在于，所述保护机构包括：保护柱、保护套、保护弹簧、保护气囊和橡胶垫；保护机构设置在底座上表面的一空腔内，保护柱、保护弹簧、保护套、保护气囊和橡胶垫依次由上至下设置在空腔内；保护柱的一部分和保护弹簧位于保护套内，保护柱的下端为倒圆锥形，且圆锥的最大直径小于保护柱上端圆柱的直径，保护柱与保护套套接配合，保护柱的圆锥段外套有保护弹簧，橡胶垫中心具有通孔。

5.根据权利要求1所述的一种起重机超载监控系统，其特征在于，四个配重水箱通过管路串联连接，其中一个配重水箱与供水箱连接。

6.根据权利要求2所述的一种起重机超载监控系统，其特征在于，所述称重底板子板为三角形或四边形。

7.一种采用权利要求3所述起重机超载监控系统的起重机超载监控方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将待吊运的物体放置在称重底板上，若物体的重量超出预设阈值，监控系统发出超载报警信号，若物体的重量未超出预设重量阈值，进一步判断物体在称重底板上的重量分布；

（2）若物体在称重底板上的重量分布不均，通过调整物体在称重底板上的位置使物体在称重底板上的重量分布大致均匀；

（3）粗调完成后，将围栏安装在称重底板上，将吊钩安装在围栏的吊环上；

（4）起重机工作，在起重机起吊时，若应变式测力传感器检测的拉力大于钢丝绳的预设拉力阈值，则脱钩装置工作，吊钩自动脱离吊环，从而保护起重机；若应变式测力传感器检测的拉力不大于钢丝绳的预设拉力阈值，则起重机开始起吊，在已经吊起物体后脱钩装置会自动锁死，始终保持吊钩与吊环连接直到结束吊运；

（5）通过各个钢丝绳上设置的应变式测力传感器检测各个钢丝绳的拉力，并通过工控计算机控制电机、泵、放水阀门、进水阀门和出水阀门来调整配重水箱的重量和重心，进而调整各个钢丝绳的拉力，人工在配重水箱的配重螺纹孔中安装小配重块，使各个钢丝绳的拉力基本一致；

（6）完成待吊运物体的吊运。

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