CN113213338B - 一种吊具摆角检测装置和吊具桥式吊车 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种吊具摆角检测装置和吊具桥式吊车，用于检测吊具的摆角状态，所述的吊具通过吊绳悬吊，包括：支撑平台，其顶角位置处分别设有一支撑件，所述支撑件底部设有压阻式压力敏感元件；滑动平台，其为矩形，所述滑动平台的两个长边上分别设有第一滑块，且所述滑动平台的两个宽边上分别设有第二滑块；第一滑块和第二滑块还通过弹性组件连接于压阻式压力敏感元件；吊绳摆动，带动第一滑块和/或第二滑块运动，并使得对应的弹性组件产生弹力，该弹力施加于压阻式压力敏感元件，使得压阻式压力敏感元件的电阻值变化。

Description

一种吊具摆角检测装置和吊具桥式吊车
技术领域
本发明涉及桥式吊车，特别涉及一种吊具摆角检测装置和吊具桥式吊车。
背景技术
桥式吊车作为港口上重要的运送工具，其作业效率的提升，对于港口的利用率的提升至关重要。双起升双吊具可以一次性抓取两个集装箱，相较于传统的单吊具，其效率提更高。
目前港口的桥吊以机械防摇为主。防摇措施主要有以下措施：1.在吊具上安装多股绳索，减少集装箱移动过程中的摆动。2.将集装箱升至较高的位置，缩短吊绳长度，从而减少移动过程中集装箱的摆动。进而提升装卸效率。以上都属于被动防摇，在实际应用过程中效果并不理想，多股绳索增大维护成本，提高机械复杂度，且效率提升不明显；缩短吊绳长度，可以在一定程度上解决集装箱的摇摆问题，但是考虑到升降时间，其输送效率依然没有得到有效提升。目前也有很多主动防摇装置，将检测到的摆角信息送入控制器，经由控制器对大小车进行控制，进而改善集装箱的摇摆问题，主动防摇的关键点在于准确，实时的检测出吊绳的摆角信息。目前有各种检测摆角的装置，但是因为环境条件限制，在桥式吊车上并不适用。例如，基于红外的波段的摆角测量装置。其可能会收到，环境光的干扰，造成误测，计算出错误的摆角信息。例如，基于电容式的摆角检测可能由于空气适度造成空气介电常数改变，从而造成真实的摆角与实际的摆角间较大误差。
压阻式压力敏感元件，它是基于压阻效应工作的。所谓压阻元件实际上就是指在半导体材料的基片上用集成电路工艺制成的扩散电阻，当它受外力作用时，其阻值由于电阻率的变化而改变。扩散电阻正常工作时需依附于弹性元件，常用的是单晶硅膜片。压阻芯片采用周边固定的硅杯结构，封装在外壳内。在一块圆形的单晶硅膜片上，布置四个扩散电阻，两片位于受压应力区，另外两片位于受拉应力区，它们组成一个全桥测量电路。硅膜片用一个圆形硅杯固定，两边有两个压力腔，一个和被测压力相连接的高压腔，另一个是低压腔，接参考压力，通常和大气压相通。当存在压差时，膜片产生变形，使两对电阻的阻值发生变化，电桥失去平衡，其输出电压反映膜片两边承受的压差大小。无活动部件，可靠性高，能工作于振动、冲击、腐蚀、强干扰等恶劣的环境。这些特性非常适用于在海边工作的桥式吊车。对于提升桥式吊车的安全性有较高的帮助。
发明内容
本发明的目的是提供一种吊具摆角检测装置和吊具桥式吊车，利用压阻式压力敏感元件对桥吊的吊绳的摆角进行检测，其测量精度高，不易收到外界的干扰，且维护方便。
为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种吊具摆角检测装置，用于检测吊具的摆角状态，所述的吊具通过吊绳悬吊，其特点是，包括：
支撑平台，所述的支撑平台顶角位置处分别设有一支撑件，所述支撑件底部设有压阻式压力敏感元件；
滑动平台，其为矩形，所述滑动平台的两个长边上分别设有第一滑块，且所述滑动平台的两个宽边上分别设有第二滑块；
所述的第一滑块之间设有第一轻型板材，所述第一轻型板材平行于滑动平台的宽边，所述的第二滑块之间设有第二轻型板材，所述第二轻型板材平行于滑动平台的长边，所述的第一轻型板材与第二轻型板材之间相互正交且不互相接触，所述吊绳穿过第一轻型板材与第二轻型板材之间形成的正交点；
所述的第一滑块和第二滑块还通过弹性组件连接于压阻式压力敏感元件；
所述的吊绳摆动，带动第一滑块和/或第二滑块运动，并使得对应的弹性组件产生弹力，该弹力施加于压阻式压力敏感元件，使得压阻式压力敏感元件的电阻值变化。
所述的第一滑块通过第一弹性组件连接于压阻式压力敏感元件；
所述第一弹性组件包括：第一细杆，所述的第一细杆平行于滑动平台的长边，且一端连接固定于所述的压阻式压力敏感元件，另一端穿过第一滑块的侧面；套设于第一细杆中的第一弹簧，所述的第一弹簧设置于第一滑块的侧面与压阻式压力敏感元件之间。
所述的第二滑块通过第二弹性组件连接于压阻式压力敏感元件；
所述第二弹性组件包括：第二细杆，所述的第二细杆平行于滑动平台的宽边，且一端连接固定于所述的压阻式压力敏感元件，另一端穿过第二滑块的侧面；套设于第二细杆中的第二弹簧，所述的第二弹簧设置于第二滑块的侧面与压阻式压力敏感元件之间。
还包括处理模块，所述的处理模块输入端连接于压阻式压力敏感元件的输出端，用于接收压阻式压力敏感元件发出的电信号。
所述的支撑平台包括4根钢性连接杆，所述的钢性连接杆相连形成一矩形的支撑平台，所述支撑平台的顶角处分别设有一支撑件。
所述的支撑件底部设有基底，所述的压阻式压力敏感元件固定于基底底面。
一种吊具桥式吊车，其特点是，包括至少两个上述的吊具摆角检测装置。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
发明利用压阻式压力敏感元件对桥吊的摆角进行检测由于压阻式的结构及较高的灵敏度，所以其不易受到腐蚀和震动的干扰，确保了稳定性、准确性、实时性。
附图说明
图1为本发明一种吊具摆角检测装置的结构示意图；
图2为本发明弹性组件的结构示意图；
图3为支撑平台的结构示意图；
图4为吊具摆角检测装置的测量原理示意图；
图5为本发明吊具桥式吊车的结构示意图；
图6为本发明吊具桥式吊车的检测流程图。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
如图1-4所示，一种吊具摆角检测装置，用于检测吊具的摆角状态，所述的吊具通过吊绳悬吊，包括：支撑平台，所述的支撑平台顶角位置处分别设有一支撑件15，所述支撑件15底部设有压阻式压力敏感元件23；滑动平台，其为矩形，所述滑动平台的两个长边上分别设有第一滑块18a，且所述滑动平台的两个宽边上分别设有第二滑块18b；所述的第一滑块之间设有第一轻型板材19a，所述第一轻型板材平行于滑动平台的宽边，所述的第二滑块之间设有第二轻型板材19b，所述第二轻型板材19b平行于滑动平台的长边，所述的第一轻型板材19a与第二轻型板材19b之间相互正交且不互相接触，所述吊绳6穿过第一轻型板材19a与第二轻型板材19b之间形成的正交点；所述的第一滑块18a和第二滑块18b还通过弹性组件连接于压阻式压力敏感元件；所述的吊绳摆动，带动第一滑块18a和/或第二滑块18b运动，并使得对应的弹性组件产生弹力，该弹力施加于压阻式压力敏感元件，使得压阻式压力敏感元件的电阻值变化，并根据电阻值的变化得出吊绳6的位置信息。
进一步地，上述的滑动平台由4根滑杆17组成，滑杆17和滑块为紧密接触的滑动连接，在吊绳处于静止状态时，吊绳6穿过正交点20与地面垂直。
上述的弹性组件包括：细杆22和套设于细杆中的弹簧24，与弹簧24另一端相连接的尾部通过粘合连接了能够均匀承载压力的滑块侧面25，在滑块滑块侧面25中设有圆形孔26，该圆形孔26用于通过所述的细杆22。
所述的第一滑块18a通过第一弹性组件连接于压阻式压力敏感元件；所述第一弹性组件包括：第一细杆，所述的第一细杆平行于滑动平台的长边，且一端连接固定于所述的压阻式压力敏感元件，另一端穿过第一滑块的侧面；套设于第一细杆中的第一弹簧，所述的第一弹簧设置于第一滑块的侧面与压阻式压力敏感元件之间。
所述的第二滑块18b通过第二弹性组件连接于压阻式压力敏感元件；所述第二弹性组件包括：第二细杆，所述的第二细杆平行于滑动平台的宽边，且一端连接固定于所述的压阻式压力敏感元件，另一端穿过第二滑块的侧面；套设于第二细杆中的第二弹簧，所述的第二弹簧设置于第二滑块的侧面与压阻式压力敏感元件之间。
在具体实施例中，该检测装置还包括处理模块14，所述的处理模块14输入端连接于压阻式压力敏感元件的输出端，用于接收压阻式压力敏感元件发出的电信号，对电信号进行检测、放大、滤波、计算等处理，间接得到吊绳的摆角大小。
所述的支撑平台包括4根钢性连接杆16，所述的钢性连接杆16相连形成一矩形的支撑平台，所述支撑平台的顶角处分别设有一支撑件15。
所述的支撑件15底部设有基底，所述的压阻式压力敏感元件固定于基底底面。
如图5、6所示，本实施例还提供了一种吊具桥式吊车，其包含：两个上述的吊具摆角检测装置11，桥式吊车框架5，支撑整个桥式吊车的重量；大车1以及安装在大车1上的小车2，卷扬电机3安装在小车2上。大小车的移动以及卷扬电机3的升降都可以通过桥式吊车驾驶员在驾驶室10进行操控。驾驶员对大车进行操作时，大车1根据驾驶员运动命令进行移动，大车1的移动会带动小车2进行相应的运动。当驾驶员仅对小车2进行移动操作时，仅有小车2移动。卷扬电机3安装在小车2上会随着小车的移动而移动。吊具8与卷扬电机3通过吊绳6进行连接。卷扬电机3通过连接杆9与小车2进行固定。位置12为卷扬电机3的转轴与吊绳6相切的位置，为吊绳摆动的固定悬点。位置13为吊绳穿过摆角检测装置的水平位置。位置13与位置12间的垂直距离为L。
当大小车根据驾驶员或者来自控制器的命令进行运动时，吊绳下的负载重物会随着大小车的移动而摆动，从而带动吊绳的摆动，吊绳的摆动带动部件19及滑块18进行X或Y方向的位移，这些位移对相应的弹簧的进行压缩，在承压部件25上施加压力，承压部件25上的压力再均匀释放在固定在基底23上的压阻式压力敏感元件上。此时由半导体材料及附加电路构成的惠斯通电桥不再平衡，4组信号线上中的其中两组有电压信号输出，这些信号送入信号处理装置14中，进行一系列的放大滤波矫正转换等处理，即可送入防摇控制器进行防摇处理或者送入驾驶室10中共桥式吊车驾驶员进行判断处理。整个测量电路为恒流源供电，可以减少温度漂移所带来的影响。
如附图4所示，为装置俯视原理图。假使吊绳在摆角检测装置的位置27，即吊绳穿过正交点20的位置，此时X正方向Y正方向上的压阻式压力敏感元件上有相应的电信号输出，经过一些列的信号处理及转换后对应其相应半导体上所承受的压力为Fx，Fy。再由胡克定理：
F＝K*X
K为弹簧的弹性系数。
可知：
Figure GDA0003142760090000061
此时即可得到X以及Y方向上的位移分别为：A，B。此时吊绳与垂直方向上的摆角为θ，则X方向上的摆角为
Figure GDA0003142760090000062
Y方向上的摆角为
Figure GDA0003142760090000063
其中L为已知且固定。
当吊绳的位置位于其他象限时其处理方式与此相同。
综上所述，本发明一种一种吊具摆角检测装置和吊具桥式吊车，利用压阻式压力敏感元件对桥吊的吊绳的摆角进行检测，其测量精度高，不易收到外界的干扰，且维护方便。
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 (5)

1.一种吊具摆角检测装置，用于检测吊具的摆角状态，所述的吊具通过吊绳悬吊，其特征在于，包括：
支撑平台，所述的支撑平台顶角位置处分别设有一支撑件，所述支撑件底部设有压阻式压力敏感元件；
滑动平台，其为矩形，所述滑动平台的两个长边上分别设有第一滑块，且所述滑动平台的两个宽边上分别设有第二滑块；
所述的第一滑块之间设有第一轻型板材，所述第一轻型板材平行于滑动平台的宽边，所述的第二滑块之间设有第二轻型板材，所述第二轻型板材平行于滑动平台的长边，所述的第一轻型板材与第二轻型板材之间相互正交且不互相接触，所述吊绳穿过第一轻型板材与第二轻型板材之间形成的正交点；
所述的第一滑块和第二滑块还通过弹性组件连接于压阻式压力敏感元件；
所述的吊绳摆动，带动第一滑块和/或第二滑块运动，并使得对应的弹性组件产生弹力，该弹力施加于压阻式压力敏感元件，使得压阻式压力敏感元件的电阻值变化；
所述的第一滑块通过第一弹性组件连接于压阻式压力敏感元件；
所述第一弹性组件包括：第一细杆，所述的第一细杆平行于滑动平台的长边，且一端连接固定于所述的压阻式压力敏感元件，另一端穿过第一滑块的侧面；套设于第一细杆中的第一弹簧，所述的第一弹簧设置于第一滑块的侧面与压阻式压力敏感元件之间；
所述的第二滑块通过第二弹性组件连接于压阻式压力敏感元件；
所述第二弹性组件包括：第二细杆，所述的第二细杆平行于滑动平台的宽边，且一端连接固定于所述的压阻式压力敏感元件，另一端穿过第二滑块的侧面；套设于第二细杆中的第二弹簧，所述的第二弹簧设置于第二滑块的侧面与压阻式压力敏感元件之间。
2.如权利要求1所述的吊具摆角检测装置，其特征在于，还包括处理模块，所述的处理模块输入端连接于压阻式压力敏感元件的输出端，用于接收压阻式压力敏感元件发出的电信号。
3.如权利要求1所述的吊具摆角检测装置，其特征在于，所述的支撑平台包括4根钢性连接杆，所述的钢性连接杆相连形成一矩形的支撑平台，所述支撑平台的顶角处分别设有一支撑件。
4.如权利要求3所述的吊具摆角检测装置，其特征在于，所述的支撑件底部设有基底，所述的压阻式压力敏感元件固定于基底底面。
5.一种吊具桥式吊车，其特征在于，包括至少两个如权利要求1-4任一项所述的吊具摆角检测装置。
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