CN112875513B - 一种用于桥吊的测量装置、桥吊及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于桥吊的测量装置、桥吊及测量方法，该测量装置包括距离测量装置，第一传动件，用于绕设第一吊绳，第一吊绳的一端与起升电机转轴连接，第一吊绳的另一端与吊具连接，在启动起升电机转轴后，吊具可进行升降；第二传动件，绕设有第二吊绳；其中，第一传动件和第二传动件中的任一个在受到外界驱动后可发生转动并带动另一个发生转动；圆柱形极板，与第二吊绳的自由端连接；第一圆筒极板，套设于圆柱形极板；第二圆筒极板，套设于圆柱形极板；当圆柱形极板在第一圆筒极板、第二圆筒极板内上下移动时，第一差动电容的电容值发生变化，可根据变化后的电容值计算出吊具上升或下降的距离。

Description

一种用于桥吊的测量装置、桥吊及测量方法

技术领域

本发明涉及桥吊领域，具体涉及一种用于桥吊的测量装置、桥吊及测量方法。

背景技术

由于现在各个港口码头的年吞吐量都在急剧增加，为了扩大港口集装箱的运载速度和效率，仅仅单一增加港口泊位是远远达不到输送需求的。于是，提出了一种双起升双吊具桥吊装置，与传统的单吊具桥吊相比，它可以一次可以吊起两个四十英尺或者四个二十英尺的集装箱，大幅度地提高了集装箱的装卸效率。双吊具桥吊要求在装卸载货物时双吊具同步协调运行，但由于双吊具之间的耦合作用以及外部的干扰及摩擦，使得双吊具之间产生误差，无法同步进行装卸工作，影响桥吊的安全性及装卸效率，所以需要对双吊具的同步误差进行检测。

现有的双吊具桥吊都是通过人眼判断大致误差或者码盘测得起升电机旋转的圈数，再根据与转轴的周长相乘得到吊绳下降的距离，最后将两个吊绳下降的距离相减得到同步误差。这些测量方式存在很多弊端，例如存在视觉误差，检测精度不高等问题。

同时由于双起升双吊具桥吊结构复杂，工作方式多样且存在耦合性，再加上现实环境中存在着风力再加上小车的运动会使得吊绳产生摇摆，所以需要对桥吊进行防摇控制，而桥吊防摇控制的关键问题之一就是对摆角的检测。现有摆角检测方法大部分可以分为接触式和非接触式测量，接触式摆角检测方法是通过编码器进行测量，但这种测量方法精确度不高且存在死区问题，影响测量的效果，维护不便；非接触式摆角检测方法常使用激光角度仪，此类仪器角对工作环境要求较高，价格昂贵。同时，现有的桥式吊车操作员往往通过肉眼观察吊具及负载来获得其摆动情况，准确性低且存在安全隐患，影响工作效率及工作质量。

本发明克服了上述缺点，可以更有效更精确的测量出同步误差和摆角。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于桥吊的测量装置、桥吊及测量方法，基于差动电容变面积的特性，根据电容值变化和位移变化的关系，分别计算出吊具接收指令后下降的距离和摆动的幅度，进一步获得两吊具之间的绳长误差信息以及吊具的摆角信息，此信息不仅可在桥吊操作室的屏幕上显示，供桥吊操作员参考，还可以传输到控制中心，为桥吊控制系统提供可靠参数。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于桥吊的测量装置，该测量装置包括距离测量装置，该距离测量装置用于测量吊具升降的距离，该距离测量装置包括：

传动组件，该传动组件包括：

第一传动件，用于绕设第一吊绳，所述第一吊绳的一端与起升电机转轴连接，所述第一吊绳的另一端与所述吊具连接，在启动所述起升电机转轴后，所述吊具可进行升降；

第二传动件，绕设有第二吊绳；

其中，所述第一传动件和所述第二传动件中的任一个在受到外界驱动后可发生转动并带动另一个发生转动；

圆柱形极板，与所述第二吊绳的自由端连接；

第一圆筒极板，套设于所述圆柱形极板；

第二圆筒极板，套设于所述圆柱形极板，且位于所述第一圆筒极板的下侧；

其中，所述圆柱形极板、所述第一圆筒极板和所述第二圆筒极板构成第一差动电容；当所述圆柱形极板在所述第一圆筒极板、所述第二圆筒极板内上下移动时，所述第一差动电容的电容值发生变化，可根据变化后的电容值计算出所述吊具上升或下降的距离。

可选地，所述第一传动件的半径小于所述第二传动件的半径。

可选地，所述第一传动件和所述第二传动件通过传动带进行传动。

可选地，该测量装置还包括：

金属管，所述第一圆筒极板和所述第二圆筒极板均设在所述金属管内。

可选地，该测量装置还包括摆角测量装置，该摆角测量装置包括：

第一弧形极板；

第二弧形极板；

弧形圆柱极板，其一端安装于所述第一弧形极板的内腔，其另一端安装于所述第二弧形极板的内腔；

摆架，其下端与所述圆柱弧形极板连接；

其中，所述第一弧形极板、所述第二弧形极板和所述圆柱弧形极板构成第二差动电容；当所述第一吊绳通过所述摆架带动弧形圆柱极板在所述第一弧形极板、所述第二弧形极板中进行无摩擦摆动时，所述第二差动电容的电容值发生变化，可根据变化后的电容值计算出所述吊具的摆角。

可选地，所述摆架的上端、所述第一弧形极板的圆心、所述第二弧形极板的圆心位于同一点。

另一方面，本发明还提供了一种桥吊，该桥吊包括：

第一平台，该第一平台上安装有至少一如上述的用于桥吊的测量装置。

可选地，该桥吊还包括：

第二平台，位于所述第一平台的上方；

驱动机构；

其中，所述第一平台通过所述驱动机构可滑动地安装在所述第二平台上。

可选地，所述第一平台上安装的所述用于桥吊的测量装置的数量为两个，且两个所述用于桥吊的测量装置位于同一高度。

再一方面，本发明还提供了一种双吊具桥吊的同步误差和摆角测量方法，其特征在于，应用上述的桥吊，该方法包括：

初始化设置，以使两个所述用于桥吊的测量装置所处的状态完全相同；

响应于桥吊驾驶室发出控制信号，两个所述吊具同时起升或下降，两个所述圆柱形极板也同时起升或下降，两个所述第一差动电容的电容值也发生变化；

获取两个所述第一差动电容的电容值，根据获得的两个电容值计算得到两个所述吊具的同步误差，其中，桥吊驾驶室可根据该同步误差发出同步误差控制信号，以减小两个所述吊具的同步误差；

获取两个所述第二差动电容的电容值，根据获得的两个电容值计算得到两个所述的吊具的摆角，其中，防摇控制系统可根据该摆角发出防摇控制信号，以减小所述吊具摆动的角度。

与现有技术相比，本发明至少具有以下优点之一：

本发明利用差动电容变面积的特性，电容值的变化量与动极板移动的位移成线性关系，通过检测电容值来得到双吊具的同步误差。

本发明利用差动电容灵敏度和检测精度高的特点，同时电容值的变化量与动极板移动的位移成线性关系，通过检测电容值，再根据几何原理得到吊具的实时摆角。

本发明通过设置一对半径不同的双槽滑轮传动装置，将吊具的移动转化为差动电容的动极板的位移量。

附图说明

图1为本发明一实施例中一种桥吊的结构示意图

图2为本发明一实施例中桥吊测量装置安装示意图；

图3为本发明一实施例中一传动组件的结构示意图；

图4为本发明一实施例中摆角测量装置的结构示意图；

图5为本发明一实施例中差动电容处的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图1～5和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、基于差动电容的双吊具桥吊同步误差和摆角的测量装置、物品或者现场设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、基于差动电容的双吊具桥吊同步误差和摆角的测量装置、物品或者现场设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、基于差动电容的双吊具桥吊同步误差和摆角的测量装置、物品或者现场设备中还存在另外的相同要素。

请参阅图1～5所示，本实施例提供的一种用于桥吊的测量装置，该测量装置包括距离测量装置，该距离测量装置用于测量吊具11升降的距离，该距离测量装置包括：

传动组件，该传动组件包括：

第一传动件1，用于绕设第一吊绳3，所述第一吊绳3的一端与起升电机转轴连接，所述第一吊绳3的另一端与所述吊具11连接，在启动所述起升电机转轴后，所述吊具11可进行升降；

第二传动件2，绕设有第二吊绳4；

其中，所述第一传动件1和所述第二传动件2中的任一个在受到外界驱动后可发生转动并带动另一个发生转动；

圆柱形极板5，与所述第二吊绳4的自由端连接；

第一圆筒极板6，其内径为D，套设于所述圆柱形极板5；

第二圆筒极板7，其内径为D，套设于所述圆柱形极板5，且位于所述第一圆筒极板6的下侧，第一圆筒极板6与第二圆筒极板7相距为c；

其中，所述圆柱形极板5、所述第一圆筒极板6和所述第二圆筒极板7构成第一差动电容；当所述圆柱形极板5在所述第一圆筒极板6、所述第二圆筒极板7内上下移动时，所述第一差动电容的电容值发生变化，可根据变化后的电容值计算出所述吊具11上升或下降的距离。

本实施例中，饶绳装置包括起升电机13和转轴14，该起升电机13的动力输出端与该转轴14固定连接，该转轴14用于缠绕第一吊绳3。

本实施例中，所述第一传动件1和所述第二传动件2分别为半径为r和R的滑轮，所述第一传动件1的半径r大于所述第二传动件2的半径R；该滑轮优选地为双槽滑轮；所述第一传动件1和所述第二传动件2通过传动带8进行传动，该传动带8优选地为皮带。

本实施例设置两个半径不同的双槽滑轮的目的是能够尽量减小测量装置的大小，减少成本，同时提高检测精度，降低系统冗余度。

本实施例中，该测量装置还包括：

金属管，金属管安装在第一平台12上，所述第一圆筒极板6和所述第二圆筒极板7均设在所述金属管内。

本实施例中，该测量装置还包括位于吊具11上方的摆角测量装置，该摆角测量装置包括：

第一弧形极板9，其半径为B；

第二弧形极板10，其半径为B；

弧形圆柱极板18，其一端安装于所述第一弧形极板9的内腔，其另一端安装于所述第二弧形极板10的内腔；

摆架17，其下端与所述圆柱弧形极板连接，该摆架17由轻质材料制成，减小其自重对摆角测量带来的误差；

其中，所述第一弧形极板9、所述第二弧形极板10和所述圆柱弧形极板构成第二差动电容；当所述第一吊绳3通过所述摆架17带动弧形圆柱极板18在所述第一弧形极板9、所述第二弧形极板10中进行无摩擦摆动时，所述第二差动电容的电容值发生变化，可根据变化后的电容值计算出所述吊具11的摆角。

本实施例中，所述摆架17的上端、所述第一弧形极板9的圆心、所述第二弧形极板10的圆心位于同一点。

本实施例中，吊具11能上升的最高点和最低点之间的高度差为H，内半径为D的第一圆筒极板6和第一圆筒极板6的距离均为h，第一圆筒极板6和第一圆筒极板6之间的间隔为c，中间圆柱形极板5距离为1，两个双槽滑轮的半径为r和R，因此

l≥h+c。该处距离限定的作用是为了吊具11在最高点和最低点来回运动的过程中，同步误差测量装置能够满足吊具11运动最大位移的需求，使差动电容在吊具11运动的过程中有电容值变化，从而检测到吊具11运动的位移，得出同步误差。

基于同一发明构思，本实施例还提供了一种桥吊，该桥吊包括：

第一平台12，该第一平台12上安装有至少一如上述的用于桥吊的测量装置。

本实施例中，该桥吊还包括：

第二平台15，位于所述第一平台12的上方，第二平台15可在地面上移动；

驱动机构16，用于驱动第一平台12在第二平台15上移动；

其中，所述第一平台12通过所述驱动机构16可滑动地安装在所述第二平台15上。

本实施例中，所述第一平台12上安装的所述用于桥吊的测量装置的数量为两个，且两个所述用于桥吊的测量装置位于同一高度。

本实施例中的桥吊还包括信号测量整合模块，包括电压放大器、整流滤波器、A/D转换器，电压放大器的输入端与电容测量电路相连，电压放大器的输出端依次连接整流滤波器、A/D转换器，之后输出给计算机。计算机16，其输入端连接信号测量整合模块，通过电容变化与移动的位移之间的关系，分别计算出摆角测量模块吊绳左右摆动的位移和同步误差模块吊具11上升下降的高度，再利用关系式计算出摆角和同步误差，输出到控制系统和显示屏上，供操作人员参考。电容测量电路是能测量电容值的变化，原理是将电容值的变化转化为电压值的变化进行测量，从而间接测量电容值的变化，此处电容测量电路作用是测量上述差动电容的电容值变化。电容测量电路输入端连接差动电容的接口，输出端连接电压放大器；电压放大器输出端依次连接整流滤波器、A/D转换器，之后是计算机。

本实施例中的同步误差和摆角的计算可参考如下：

电容的变化量计算公式为：Δc＝c₁-c₀，c₁为变化后的电容值，c₀为初始电容值，由圆柱形电容计算公式

ε为介电常数，x为重合部分距离，A和a分别为圆筒内径和圆柱半径，得/>

式中y为移动后重合部分距离，Δx为移动的位移，可得电容的变化量与位移成线性关系。同步误差计算公式为/>

吊具11移动的位移和圆柱极板移动位移的关系式为/>

摆角计算公式为

再根据几何原理/>

Δy为吊绳左右摆动的位移，L为滑轮到摆角测量装置圆弧中间的高度。

基于同一发明构思，本实施例还提供了一种双吊具桥吊的同步误差和摆角测量方法，其特征在于，应用上述的桥吊，该方法包括：

初始化设置，以使两个所述用于桥吊的测量装置所处的状态完全相同；

响应于桥吊驾驶室发出控制信号，两个所述吊具11同时起升或下降，两个所述圆柱形极板5也同时起升或下降，两个所述第一差动电容的电容值也发生变化；

获取两个所述第一差动电容的电容值，根据获得的两个电容值计算得到两个所述吊具11的同步误差，其中，桥吊驾驶室可根据该同步误差发出同步误差控制信号，以减小两个所述吊具11的同步误差；

获取两个所述第二差动电容的电容值，根据获得的两个电容值计算得到两个所述的吊具11的摆角，其中，防摇控制系统可根据该摆角发出防摇控制信号，以减小所述吊具11摆动的角度。

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 (2)

1.一种桥吊，其特征在于，该桥吊包括：

第一平台，该第一平台上安装有至少一个用于桥吊的测量装置；

第二平台，位于所述第一平台的上方；

驱动机构；

其中，所述第一平台通过所述驱动机构可滑动地安装在所述第二平台上；

所述第一平台上安装的所述用于桥吊的测量装置的数量为两个，且两个所述用于桥吊的测量装置位于同一高度；所述用于桥吊的测量装置包括距离测量装置，所述距离测量装置用于测量吊具升降的距离；

该距离测量装置包括：

传动组件，该传动组件包括：第一传动件，用于绕设第一吊绳，所述第一吊绳的一端与起升电机转轴连接，所述第一吊绳的另一端与所述吊具连接，在启动所述起升电机转轴后，所述吊具可进行升降；第二传动件，绕设有第二吊绳；其中，所述第一传动件和所述第二传动件中的任一个在受到外界驱动后可发生转动并带动另一个发生转动；圆柱形极板，与所述第二吊绳的自由端连接；第一圆筒极板，套设于所述圆柱形极板；第二圆筒极板，套设于所述圆柱形极板，且位于所述第一圆筒极板的下侧；其中，所述圆柱形极板、所述第一圆筒极板和所述第二圆筒极板构成第一差动电容；当所述圆柱形极板在所述第一圆筒极板、所述第二圆筒极板内上下移动时，所述第一差动电容的电容值发生变化，变化后的电容值用于计算得到所述吊具上升或下降的距离；

所述第一传动件的半径小于所述第二传动件的半径；

所述第一传动件和所述第二传动件通过传动带进行传动；

所述测量装置还包括：

金属管，所述第一圆筒极板和所述第二圆筒极板均设在所述金属管内；

该测量装置还包括摆角测量装置，该摆角测量装置包括：

第一弧形极板；

第二弧形极板；

弧形圆柱极板，其一端安装于所述第一弧形极板的内腔，其另一端安装于所述第二弧形极板的内腔；

摆架，其下端与所述弧形圆柱极板连接；

其中，所述第一弧形极板、所述第二弧形极板和所述弧形圆柱极板构成第二差动电容；当所述第一吊绳通过所述摆架带动弧形圆柱极板在所述第一弧形极板、所述第二弧形极板中进行无摩擦摆动时，所述第二差动电容的电容值发生变化，可根据变化后的电容值计算出所述吊具的摆角；获取两个所述第二差动电容的电容值，根据获得的两个电容值计算得到两个所述吊具的摆角，其中，防摇控制系统可根据该摆角发出防摇控制信号，以减小所述吊具摆动的角度；

所述摆架的上端、所述第一弧形极板的圆心、所述第二弧形极板的圆心位于同一点。

2.一种双吊具桥吊的同步误差和摆角测量方法，其特征在于，应用权利要求1所述的桥吊，该方法包括：

响应于桥吊驾驶室发出控制信号，两个所述吊具同时起升或下降，两个所述圆柱形极板也同时起升或下降，两个所述第一差动电容的电容值也发生变化；

获取两个所述第一差动电容的电容值，根据获得的两个电容值计算得到两个所述吊具的同步误差，其中，桥吊驾驶室可根据该同步误差发出同步误差控制信号，以减小两个所述吊具的同步误差；

获取两个所述第二差动电容的电容值，根据获得的两个电容值计算得到两个所述的吊具的摆角，其中，防摇控制系统可根据该摆角发出防摇控制信号，以减小所述吊具摆动的角度。

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