CN111924715B - 港口起重机械气囊缓冲装置与气囊触发控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种港口起重机械气囊缓冲装置与气囊触发控制系统，包括装置壳体，气囊触发控制器、电机单元、气囊单元、液压顶升装置以及报警单元；其结构特点是还包括用于检测起重机械结构是否水平的陀螺仪、用于检测起重机械结构是否倾斜的角度仪与用于测量离地间距的雷达模块；陀螺仪、角度仪与雷达模块与气囊触发控制器信号电连接。控制系统主要包括通过采集结构是否发生水平、垂直与离地高度变化来判断结构是否倾覆。本发明原理简单、安装简便、使用方便，能够大幅提高港口作业人员的安全以及降低港口结构维修成本。

Description

港口起重机械气囊缓冲装置与气囊触发控制系统

技术领域

本发明涉及港口起重机械安全装置，具体涉及一种港口起重机械气囊缓冲装置与气囊触发控制系统。

背景技术

随着经济全球化的进程不断前进，全球贸易往来愈加频繁，其中商品运输是全球贸易中的重要一环。相比航空运输与铁路运输，海运因为成本低、污染低和容量大等优点，成为了全球贸易的首选运输方式，连接了全球的各个角落，航运业得到了前所未有的发展。随着全球贸易量的增加，港口也朝着大型化发展。作为港口作业中最重要的工具之一的港口起重机，为了提高效率与大型化船只和快速增长的贸易量相匹配，港口起重机也随之增大增高。但是随之而来的是加大加高所引起的安全隐患。由于港口地理位置位于海边，因此受到的风荷载远远大于陆地区域，而风压对结构的影响随离地高度的增加呈非线性增长，譬如2018年6月，青岛遭遇12级暴风雨天气袭击，现场多台岸边集装箱起重机与轮胎吊起重机发生倒塌，造成无法修复的损伤；同时随着船只的大型化，船只与码头前沿的岸边集装箱起重机发生碰撞的几率也增大。又譬如2020年6月，韩国釜山港发生的大型集装箱船在靠岸过程中与岸边集装箱起重机碰撞，造成码头前沿作业人员伤亡。

针对这一现象，当前港口主要是通过对起重机械设置钢丝制成的防风系揽来防止起重机械发生倾覆，但是防风系揽的工作局限在于起重机械在大风天气并处于非工作状态下，使用钢丝绳将起重机械固定在锚点位置，防止起重机械在风力的作用下沿行进方向上的移动或倾覆。但是对于处于工作状态下，港口起重机械由于碰撞等意外或者极端地质灾害如地震或海啸导致的整体结构倾覆，防风系揽无法起到起重机械倾覆时对作业人员以及结构的保护作用。

发明内容

本发明的目的是：弥补港口起重机械气囊缓冲装置的空缺，提供了一种保障在极端情况下港口起重机械的气囊缓冲装置与气囊触发控制系统，当港口起重机械发生倾覆时，最大限度地保护港口起重机械操作人员安全以及结构的完好。

本发明的技术方案是：本发明的港口起重机械气囊缓冲装置，包括装置壳体、气囊触发控制器、电机单元、气囊单元、液压顶升装置、电机单元以及报警单元；上述的气囊单元包括气囊囊体、气囊充气电机、高压进气泵、进气管道、泄压安全孔、单向止回阀、以及气囊底座；上述的报警单元包括声音报警器与灯光报警器；上述的电机单元、气囊单元、液压顶升装置与报警单元均通过CAN总线与气囊触发控制器电相连；其特征在于：还包括用于检测结构是否水平的陀螺仪、用于检测结构是否倾斜的角度仪与用于测量离地间距的雷达模块；

所述的陀螺仪、角度仪与雷达模块分别与气囊触发控制器信号电连接。

进一步的方案是：上述的装置壳体包括箱体、上盖板、装置安装孔、气囊触发控制器底座以及气囊充气电机支架。

上述的箱体内部为中空；箱体左右两个侧面分别设有3个安装进气管道的开孔；箱体左右两个侧面分别预留有安装灯光报警器的螺栓孔；箱体下侧面留有安装雷达模块的螺栓孔；上盖板为塑料盖板；上盖板上预留有安装角度仪的螺栓孔；装置安装孔位于箱体的四个侧面；气囊触发控制器底座安装于箱体底部；气囊充气电机支架数量为2个；气囊充气电机支架安装于箱体底部。

进一步的方案是：上述的气囊单元包括气囊囊体、气囊充气电机、高压进气泵、进气管道、泄压安全孔、单向进气阀、以及气囊底座。

上述的气囊囊体安装在气囊底座上；气囊囊体充气时开始膨胀；气囊充气电机的数量为2个；气囊充气电机安装于气囊充气电机支架上；高压进气泵安装于气囊充气电机支架上；进气管道通过气囊底座侧面上的开孔与气囊囊体相连；进气管道数量为6根；进气管道上安装有单向止回阀；泄压安全孔分布在气囊囊体表面，泄压安全孔用于在救援或者维修时卸载气囊囊体内部产生的巨大压力；单向止回阀连接气囊囊体与进气管道；单向止回阀可以防止在充气过程中，因为气压差使得气体从其他进气管道溢出；气囊底座安装于箱体底部。

上述的气囊触发控制系统，主要包括以下步骤：

第一步：气囊触发控制器初始化之后开始采集数据：包括陀螺仪信号、角度仪信号与雷达模块的离地高度信号；

第二步：气囊触发控制器根据接收的信号来判断起重机械是否处于倾覆状态，判断标准如下：

①根据雷达模块发出的离地高度信息判断结构的离地高度变化量是否超过10mm；

②若离地高度变化量超过10mm，则认为起重机械结构有倾覆的可能性，再根据陀螺仪与角度仪接收的数据是否有水平度变化或者与地面的夹角变化，进而判断起重机械是否发生前后或左右倾覆；

③若水平度发生变化，则认为在沿行进方向上有前后倾覆的可能性；若与水平地面的角度变化量超过10°，则认为在垂直于行进方向上有左右倾覆的可能性。在满足离地高度变化量超过10mm的前提下，再满足前后倾覆或者左右倾覆中的任意一个条件，则认为起重机械发生了倾覆，此时激活气囊单元，液压顶升装置与报警单元，液压顶升装置将塑料上盖板提高，气囊开始充气，同时发出声音报警与灯光报警；

④若只满足高度变化，而不满足水平度或角度变化，或者仅满足水平度或角度变化，不满足高度变化，则上报异常情况；

第三步：若激活了气囊装置，则上报更换起重机械气囊缓冲装置；若未激活气囊装置，则回到第一步循环。

本发明具有的积极效果：(1)本发明的港口起重机械气囊缓冲装置与气囊触发控制系统，其可以有效弥补现阶段港口起重机械气囊缓冲装置与气囊触发系统的空缺；(2)本发明港口起重机械气囊缓冲装置与气囊触发控制系统，其气囊缓冲装置采用双气囊布置，同时采用两台电机独自为两个气囊充气，可以有效缩短气囊的充气时间；(3)本发明的港口起重机械气囊缓冲装置与气囊触发控制系统，其气囊充气电机与高压进气泵采用双侧布置，可以有效地避免装置壳体两侧受力不均匀现象；(4)本发明的港口起重机械气囊缓冲装置与气囊触发控制系统的传感器包括角度仪，陀螺仪与雷达模块，在不同位置安装两个角度仪与陀螺仪，避免了传感器因为故障或者装置安装位置发生松动而引起的错误信号；(5)本发明的港口起重机械气囊缓冲装置与气囊触发系统，其气囊触发系统由三个数据作为判断依据，当离地高度变化量超过10mm时，并不直接判断起重机械发生倾覆，而是与陀螺仪、角度仪接收的数据共同判断起重机械结构是否发生倾覆；(6)本发明的港口起重机械气囊缓冲装置与气囊触发控制系统，在其触发气囊工作的同时，位于箱体上表面四个角的液压顶升装置同时工作，将塑料上盖板撑起，避免箱体内部产生气压差，影响气囊的膨胀；(7)本发明的港口起重机械气囊缓冲装置与气囊触发控制系统，其上盖板采用塑料材质，可以有效降低在气囊膨胀阶段，上盖板脱落而造成的风险；

附图说明

图1为气囊触发控制系统原理框图

图2为整个气囊缓冲装置示意图

图3为气囊缓冲装置壳体内部示意图

图4为气囊单元示意图

图5为起重机械气囊缓冲装置在轮胎吊上安装示意图

图6为图5中起重机械气囊缓冲装置在轮胎吊上局部放大的安装示意图

图7为气囊触发控制系统流程示意图

图8为气囊触发控制系统与传感器数据电连接逻辑示意图

上述附图中的附图标记如下：

装置壳体1、箱体1a，箱体上盖板1b，装置安装孔1c，气囊触发控制器支架1d，气囊充气电机支架1e，角度仪2，灯光报警器3，陀螺仪4，气囊触发控制器电机5a，气囊触发控制器5b，扬声器6，气囊囊体7，气囊充气电机7a，高压进气泵7b，进气管7c，泄压安全孔7d，单向止回阀7e，气囊底座7f，雷达模块8，顶升装置9，安装螺栓10。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例作进一步详细的说明。

(实施例1)

见图1，本实施例的港口起重机械气囊触发控制系统，主要是由雷达模块、陀螺仪、角度仪、气囊触发控制器、液压顶升装置、气囊单元、电机单元以及报警单元组成。气囊单元包括气囊充气电机与高压进气泵；报警单元包括灯光报警器与声音报警器。

气囊单元、电机单元、液压顶升装置与报警单元通过CAN总线与气囊触发控制器电连接；陀螺仪、角度仪与雷达模块与气囊触发控制器信号电连接。

雷达模块安装在装置壳体下表面，用于探测气囊整体的离地高度，作为判断结构离地高度是否发生变化的依据，当离地高度变化量超过10mm，则认为起重机械有倾覆的可能性，并将信号传递给气囊触发控制器。

陀螺仪安装于装置壳体内部的箱体底部，用于探测气囊缓冲装置的水平度是否发生变化，用于判断起重机械结构是否发生沿行进方向的前后倾覆的依据，当水平度发生变化时，则认为起重机械有前后倾覆的可能性，并将信号传递给气囊触发控制器。

角度仪安装于装置壳体的塑料上盖板处，用于测量起重机械结构与水平地面的角度是否发生变化，作为判断起重机械结构是否发生垂直于行进方向的左右倾覆，当与水平地面的角度变化量大于10°时，则认为起重机械有左右倾覆的可能性，并将信号传递给气囊触发控制器。

液压顶升装置安装于箱体上表面的四个角上，用于将塑料上盖板顶起，防止在气囊充气过程中箱体内部出现压力差，阻碍气囊的膨胀。

报警单元包括声音报警器与灯光报警器；声音报警器安装于箱体内部，主要为扬声器，灯光报警器安装于箱体左右两侧，主要为红黄相间的LED灯泡，当港口起重机械发生倾覆时，扬声器蜂鸣报警，同时LED灯泡交替闪烁，起警示周围人员与告知事故位置方便救援的作用。

气囊单元的安囊安装在气囊支架上，气囊充气电机与高压进气泵安装于气囊充气电机支架上，气囊进气管道装有单向止回阀，防止三根进气管在进气过程中，由于各自气压不同，空气从其余管道溢出。

气囊触发控制器若检测到港口起重机械发生了前后或者左右倾覆，则启动液压顶升装置顶起上盖板、气囊单元充气、报警单元报警。

见图2至图4，前述的装置壳体由箱体1a、上盖板1b、装置安装孔1c、气囊触发控制器底座1d以及气囊充气电机支架1e组成。

箱体1a内部为中空；箱体1a左右两个侧面分别设有3个安装进气管道的开孔；箱体1a左右两个侧面分别预留有安装灯光报警器的螺栓孔；箱体1a下侧面留有安装雷达模块的螺栓孔；上盖板1b为塑料盖板；上盖板1b上预留有安装角度仪2的螺栓孔；装置安装孔1c位于箱体1a的四个侧面；气囊触发控制器底座1d安装于箱体1a底部；气囊充气电机支架1e数量为2个；气囊充气电机支架1e安装于箱体1a底部。

角度仪2安装于装置壳体1的塑料上盖板1b处，用于测量起重机械结构与水平地面的角度是否发生变化，作为判断起重机械结构是否发生垂直于行进方向的左右倾覆，当与水平地面的角度变化量大于10°时，则认为起重机械有左右倾覆的可能性，并将信号传递给气囊触发控制器5b。

灯光报警器3安装在装置壳体1的箱体1a的左右两侧，主要为红黄相间的LED灯泡，当港口起重机械发生倾覆时，灯光报警器3闪烁报警，警示周围人员同时标记事故位置方便救援。

陀螺仪4安装于装置壳体1内部的箱体1a底部，用于探测气囊缓冲装置的水平度是否发生变化，用于判断起重机械结构是否发生沿行进方向的前后倾覆的依据，当水平度发生变化时，则认为起重机械有前后倾覆的可能性，并将信号传递给气囊触发控制器5b。

气囊触发控制器5b安装于气囊触发控制器支架1d上，与气囊单元、电机单元、液压顶升装置9以及报警单元通过CAN总线电连接，与角度仪2、陀螺仪4以及雷达模块8通过信号电连接。

声音报警器6安装于箱体1a底部，主要为扬声器。当港口起重机械发生倾覆时，声音报警器6发出蜂鸣报警，警示周围人员。

前述的气囊单元包括气囊囊体7、气囊充气电机7a，高压进气泵7b、进气管道7c、泄压安全孔7d、单向止回阀7e与气囊底座7f。

气囊囊体7安装在气囊底座7f上，当高压进气泵7b开始充气时，气囊囊体7开始膨胀。

气囊充气电机7a与高压进气泵7b安装于气囊充气电机支架1e。

进气管道7c通过气囊底座7f侧面上的开孔与气囊囊体7相连，并配有单向止回阀7e。防止在充气过程中，由于气压差造成气体从其他进气管道7c溢出。

泄压安全孔7d分布在气囊囊体7表面，用于在救援或者维修时卸载气囊囊体7内部产生的巨大压力。

单向止回阀7e连接气囊囊体7与进气管道7c，防止在充气过程中，由于气压差造成气体从其他进气管道7c溢出。

气囊底座7f安装于箱体1a底部。

雷达模块8安装在装置壳体1下表面，用于探测气囊整体的离地高度，作为判断结构离地高度是否发生变化的依据，当离地高度变化量超过10mm，则认为起重机械有倾覆的可能性，并将信号传递给气囊触发控制器5b。

液压顶升装置9安装于箱体1a上表面的四个角上，在港口起重机械发生倾覆时，用于将塑料上盖板1b顶起，防止在气囊充气过程中箱体1a内部出现压力差，阻碍气囊囊体7的膨胀。

见图5至图6，气囊缓冲装置通过安装螺栓10安装于港口起重机械的支腿上，采用双侧安装，每只支腿上安装2个气囊，共计8个气囊。

见图7，本实施例的港口起重机械气囊缓冲装置控制系统和工作过程如下述：

第一步：气囊触发控制器初始化之后开始采集数据：包括陀螺仪信号、角度仪信号与雷达模块的离地高度信号；

第二步：气囊触发控制器根据接收的信号来判断起重机械是否处于倾覆状态，判断标准如下：

①根据雷达模块发出的离地高度信息判断结构的离地高度变化量是否超过10mm；

②若离地高度变化量超过10mm，则认为起重机械结构有倾覆的可能性，再根据陀螺仪与角度仪接收的数据是否有水平度变化或者与地面的夹角变化，进而判断起重机械是否发生前后或左右倾覆；

③若水平度发生变化，则认为在沿行进方向上有前后倾覆的可能性；若与水平地面的角度变化量超过10°，则认为在垂直于行进方向上有左右倾覆的可能性。在满足离地高度变化量超过10mm的前提下，再满足前后倾覆或者左右倾覆中的任意一个条件，则认为起重机械发生了倾覆，此时激活气囊单元，液压顶升装置与报警单元，液压顶升装置将塑料上盖板提高，气囊开始充气，同时发出声音报警与灯光报警；

④若只满足高度变化，而不满足水平度或角度变化，或者仅满足水平度或角度变化，不满足高度变化，则上报异常情况；

第三步：若激活了气囊装置，则上报更换起重机械气囊缓冲装置；若未激活气囊装置，则回到第一步循环。

见图8，陀螺仪，角度仪和雷达模块与气囊触发控制器采用电信号相连，具体表现为：当雷达模块探测到离地高度的变化量超过10mm，则电信号闭合；陀螺仪探测到水平度发生变化时，则电信号闭合；角度仪探测到与水平地面角度变化量超过10°时，则电信号闭合。陀螺仪与角度仪的电信号构成或门逻辑，并与雷达模块电信号构成与门逻辑，当与门信号接通时，方才激活气囊缓冲装置、液压顶升装置与报警单元。

综上所述，本实施例的港口起重机械气囊缓冲装置与气囊触发控制系统可以弥补当前港口起重机械气囊缓冲装置的空缺。当发生如特大台风，地震或者海啸等自然灾害时，港口起重机械缓冲装置对结构的缓冲保护可以降低灾后重建的成本；当发生船只碰撞等意外时，可以有效地保护起重机作业人员以周围作业人员的安全。本实施例的港口起重机械气囊缓冲装置工作原理简单，以三个数据作为激活气囊缓冲装置的依据，通过雷达模块收集的数据发现离地高度发生变化量超过10mm并不直接作为判断起重机械发生倾覆的唯一条件，引起离地高度发生变化量超过10mm的可能原因是气囊缓冲装置或者雷达模块发生脱落引起，但是倾覆一定会带来高度的变化，故将离地高度变化量超过10mm作为判断起重机械倾覆的第一条件，将陀螺仪收集的数据发现水平度发生变化作为第二条件，将角度仪收集的数据发现与地面的夹角变化量超过10°作为第三条件，满足第一条件前提下满足第二条件或第三条件中的一条，此时方可判断起重机械发生倾覆，激活气囊单元、液压顶升装置与报警单元；若只单独满足一个条件或者同时满足第二与第三条件，则报告异常，需派人查看气囊缓冲装置并检查安装是否松动或者传感器元件是否发生故障。

以上实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换和变化而得到相对应的等同技术方案，因此所有等同的技术方案均应该归入本发明专利的保护范围。

Claims (4)

1.一种港口起重机械气囊缓冲装置与气囊触发控制系统，包括装置壳体、气囊触发控制器、电机单元、气囊单元、液压顶升装置、电机单元以及报警单元；所述的气囊单元包括气囊囊体、气囊充气电机、高压进气泵、进气管道、泄压安全孔、单向止回阀、以及气囊底座；所述的报警单元包括声音报警器与灯光报警器；所述的电机单元、气囊单元、液压顶升装置与报警单元均通过CAN总线与气囊触发控制器电连接；其特征在于：还包括用于检测起重机械结构是否水平的陀螺仪、用于检测起重机械结构是否倾斜的角度仪与用于测量离地间距的雷达模块；

所述的陀螺仪、角度仪与雷达模块分别与气囊触发控制器信号电连接。

2.根据权利要求1所述的港口起重机械气囊缓冲装置与气囊触发控制系统，其特征在于：所述的装置壳体(1)包括箱体(1a)、上盖板(1b)、装置安装孔(1c)、气囊触发控制器底座(1d)以及气囊充气电机支架(1e)；

所述的箱体(1a)内部为中空；箱体(1a)左右两个侧面分别设有3个安装进气管道的开孔；箱体(1a)左右两个侧面分别预留有安装灯光报警器的螺栓孔；箱体(1a)下侧面预留有安装雷达模块的螺栓孔；上盖板(1b)为塑料盖板；上盖板(1b)上预留有安装角度仪(2)的螺栓孔；装置安装孔(1c)位于箱体(1a)的四个侧面；气囊触发控制器底座(1d)安装于箱体(1a)底部；气囊充气电机支架(1e)数量为2个；气囊充气电机支架(1e)安装于箱体(1a)底部。

3.根据权利要求1所述的港口起重机械气囊缓冲装置与气囊触发控制系统，其特征在于：所述的气囊单元包括气囊囊体(7)、气囊充气电机(7a)、高压进气泵(7b)、进气管道(7c)、泄压安全孔(7d)、单向止回阀(7e)、以及气囊底座(7f)；

所述的气囊囊体(7)安装在气囊底座(7f)上；气囊囊体(7)充气时开始膨胀；气囊充气电机(7a)的数量为2个；气囊充气电机(7a)安装于气囊充气电机支架(1e)上；高压进气泵(7b)安装于气囊充气电机支架(1e)上；进气管道(7c)通过气囊底座(7f)侧面上的开孔与气囊囊体(7)相连；进气管道(7c)数量为6根；进气管道(7c)与单向止回阀(7e)相连接；泄压安全孔(7d)分布在气囊囊体(7)表面；泄压安全孔(7d)用于在救援或者维修时卸载气囊囊体(7)内部产生的巨大压力；单向止回阀(7e)连接气囊囊体(7)与进气管道(7c)；单向止回阀(7e)可以防止在充气过程中，因为气压差使得气体从其他进气管道(7c)溢出；气囊底座(7f)安装于箱体(1a)底部。

4.根据权利要求2所述的港口起重机械气囊缓冲装置与气囊触发控制系统，其特征在于：主要包括以下步骤：

第一步：气囊触发控制器初始化之后开始采集数据：包括陀螺仪信号、角度仪信号与雷达模块的离地高度信号；

第二步：气囊触发控制器根据接收的信号来判断起重机械是否处于倾覆状态，判断标准如下：

①根据雷达模块发出的离地高度信息判断结构的离地高度变化量是否超过10mm；

②若离地高度变化超过10mm，则认为起重机械结构有倾覆的可能性，再根据陀螺仪与角度仪接收的数据是否有水平度变化或者与地面的夹角变化，进而判断起重机械是否发生前后或左右倾覆；

③若水平度发生变化，则认为在沿行进方向上有前后倾覆的可能性；若与水平地面的角度变化量超过10°，则认为在垂直于行进方向上有左右倾覆的可能性；在满足离地高度变化量超过10mm的前提下，再满足前后倾覆或者左右倾覆中的任意一个条件，则认为起重机械发生了倾覆，此时激活气囊单元，液压顶升装置与报警单元，液压顶升装置将塑料上盖板提高，气囊开始充气，同时发出声音报警与灯光报警；

④若只满足高度变化，而不满足水平或角度变化，或者仅满足水平或角度变化，不满足高度变化，则上报异常情况；

第三步：若激活了气囊装置，则上报更换起重机械气囊缓冲装置；若未激活气囊装置，则回到第一步循环。

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