CN114873469B - Ftr脱钩无源自动检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种FTR脱钩无源自动检测系统及方法，包括FTR锁，在FTR锁的座板上设有可弹起的检测板，当放置有集装箱时，检测板被集装箱的角件压住；检测板上设有传动杆，传动杆与机械式接触开关连接；传动杆还与压电式发电元件连接，压电式发电元件和机械式接触开关与主控装置电连接，主控装置与发送装置电连接，用于发送开关信号。本发明能够在线判断FTR锁是否脱钩，而且信号可靠性高，误判的几率比较小。本发明无需在运输车体上额外布置电源，无需考虑续航维护时间。在脱钩结果不确定之前，通过PLC直接限制吊具装置的速度和行程，从而避免在未确定脱钩前，吊具装置使运输车体脱轨或破坏车体结构。

Description

FTR脱钩无源自动检测系统及方法

技术领域

本发明涉及铁路集装箱起重机吊装技术领域，特别是一种FTR脱钩无源自动检测系统及方法。

背景技术

目前国内已普遍采用正面吊运起重机进行集装箱的吊装或卸载工作，在运输车体的表面四个角设有FTR锁，在每个FTR锁上设有鹰嘴部，在下放和起吊过程中，鹰嘴部会将集装箱的角件（22）锁定。现有的作业过程中，正面吊运起重机在卸载过程多次出现FTR锁未脱钩将车厢吊离轨道的事故。为克服该问题，现有技术采用了检测措施对脱钩状态进行检测，CN 114275678 A记载了一种采用激光测距尺辅助门式起重机快速解FTR锁的方法，通过检测吊具与平板之间的距离判断是否正常脱钩。邵玉华等在《铁路集装箱F-TR锁脱钩安全监控系统设计》中，提到在吊具装置上设置F-TR 锁脱离智能检测系统的方案，例如在专用吊具上设置4个拉力传感器，或者在吊具上设置倾角传感器进行判断是否正常脱钩。但是由于吊装过程中的振动，导致拉力传感器的检测误差较大。而由于集装箱的装载不均匀，在吊装过程中，倾角传感器的检测数据也可能不准确。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种FTR脱钩无源自动检测系统及方法，能够在线判断FTR锁是否完成脱钩，而且无需额外的布置电源，可靠性高。

本发明所要解决的另一技术问题是提供一种FTR脱钩无源自动检测系统的方法，能够确保集装箱卸载工作过程中的安全性。

为解决上述的技术问题，本发明的技术方案是：一种FTR脱钩无源自动检测系统，包括FTR锁，在FTR锁的座板上设有可弹起的检测板，当放置有集装箱时，检测板被集装箱的角件压住；

检测板上设有传动杆，传动杆与机械式接触开关连接；

传动杆还与压电式发电元件连接，压电式发电元件和机械式接触开关与主控装置电连接，主控装置与发送装置电连接，用于发送开关信号。

优选的方案中，检测板与座板铰接；或者检测板通过导杆与座板滑动连接；

在检测板与座板之间设有弹簧。

优选的方案中，所述的检测板被压下后，检测板的上表面与座板的上表面之间平齐；

检测板弹起后，顶部靠近锁柱的鹰嘴部。

优选的方案中，在座板设有可滑动的楔块，楔块的斜面与传动杆接触，并由传动杆推动滑动；

机械式接触开关与楔块接触，并由楔块推动改变开关状态，机械式接触开关与主控装置的两个引脚连接，主控装置通过检测所述的两个引脚之间的通断关系判断是否脱钩。

优选的方案中，主控装置还设有独立的ID编码，ID编码与当前的FTR锁相对应；

发送装置发送的信号中，包含有ID编码。

优选的方案中，压电式发电元件的结构为：传动杆位于壳体内，传动杆的外壁设有多个压迫件阵列，压迫件阵列与为周围的压电元件阵列接触，传动杆与楔块连接；压迫件阵列往复运动压迫压电元件阵列产生电流。

优选的方案中，压电式发电元件与滤波电路电连接，滤波电路与第一电容电连接，第一电容与DC-DC电路电连接，DC-DC电路与第二电容电连接。

优选的方案中，在集装箱正面吊运起重机上还设有接收装置，接收装置与PLC电连接。

优选的方案中，在集装箱正面吊运起重机上还设有可升降的激光扫描仪，在FTR锁的锁柱上，鹰嘴部的位置设有反光条；

激光扫描仪用于检测各个FTR锁的反光条位置。

一种采用上述的FTR脱钩无源自动检测系统的方法，包括以下步骤:

S1、集装箱正面吊运起重机的吊具装置上电；

S2、集装箱正面吊运起重机的PLC对吊具装置进行限速控制；

S3、PLC对吊具装置行程进行控制；

S4、PLC等待机械式接触开关的开关信号；

S5、PLC在收到第一个开关信号后开始计时，若预设时间段内，收到全部4个FTR锁的开关信号，则判断初步脱钩完成，进入下一步；

若未能在预设时间段内，收到全部4个FTR锁的开关信号，则进行报警和断电停机操作；

S6、启动激光扫描仪，激光扫描仪扫描锁柱的位置，若四个锁柱均检测并得出距离，根据相对距离判断，符合预设值则判断完成脱钩，进入下一步；

若未检测出四个锁柱，或相对距离判断超出预设值，则进行报警和断电停机操作；

S7、PLC解除吊具装置的限速控制和行程控制。

本发明提供了一种FTR脱钩无源自动检测系统及方法，与现有技术相比，具有以下的有益效果：

1、本发明能够在线判断FTR锁是否脱钩，而且信号可靠性高，误判的几率比较小。

2、本发明无需在运输车体上额外布置电源，无需考虑续航维护时间。

3、设置在集装箱正面吊运起重机的激光扫描仪，通过检测FTR锁的锁柱，配合反光条，能够大幅降低运算量，并确保结果的准确性。

4、在脱钩结果不确定之前，通过PLC直接限制吊具装置的速度和行程，从而避免在未确定脱钩前，吊具装置使运输车体脱轨或破坏车体结构。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的单节运输车体的俯视图。

图2为本发明的单个FTR锁的侧视图。

图3为本发明的单个FTR锁的主视图。

图4为本发明的压电式发电元件的结构示意图。

图5为本发明的激光扫描仪工作时的局部结构示意图。

图6为本发明的电路示意图。

图7为本发明的电源模块示意图。

图8为本发明控制方法的流程示意图。

图中：FTR锁1，锁柱101，检测板102，座板103，导杆104，传动杆105，弹簧106，鹰嘴部107，运输车体2，压电式发电元件3，复位弹簧31，压迫件阵列32，压电元件阵列33，传动杆34，壳体35，机械式接触开关4，楔块5，电路板6，天线7，激光扫描仪8，电动推杆9，集装箱正面吊运起重机10，反光条11，电源模块12，主控装置13，发送装置14，接收装置15，PLC16，吊具装置17，滤波电路18，第一电容19，DC-DC电路20，第二电容21，角件22。

具体实施方式

实施例1：

一种FTR脱钩无源自动检测系统，包括FTR锁1，单个FTR锁1的结构，参见图2~3中所示，如图1中在运输车体2的四角安装有FTR锁1，其中一端的两个FTR锁1的鹰嘴部107朝向同一个方向，而另一端的两个FTR锁1的鹰嘴部107共同朝向另一个方向。在下落时，集装箱会沿着竖直轴旋转大约0.34°，然后在FTR锁1的锁柱101上斜面的引导下回正，鹰嘴部107将集装箱的角件22锁定，从而避免在运输过程中脱开，确保运输安全。但是，若在集装箱正面吊运起重机10起吊时，因为集装箱变形或起吊操作不规范，则容易导致起吊事故。为克服该技术难题，发明人经过反复研究，在FTR锁1的座板103上设有可弹起的检测板102，当放置有集装箱时，检测板102被集装箱的角件22压住；

检测板102弹起后的上表面位于鹰嘴部107的位置，即当检测板102弹起到鹰嘴部107的位置后，集装箱的起吊基本实现可靠的脱钩。

检测板102上设有传动杆105，传动杆105与机械式接触开关4连接；

传动杆105还与压电式发电元件3连接，压电式发电元件3和机械式接触开关4与主控装置电连接，主控装置13与发送装置14电连接，用于发送开关信号。由此结构，实现当检测板102弹起后，机械式接触开关4即动作，从而在主控装置13即可接收到一个开关信号，然后主控装置13即可将该开关信号转换成一个ID信号经过发送装置14发出，即代表该位置的FTR锁1完成脱钩操作。

优选的方案如图2、3中，检测板102与座板103铰接，检测板102的弹起是旋转运动；或者检测板102通过导杆104与座板103滑动连接，检测板的弹起是直线运动；在检测板102与座板103之间设有弹簧106。由此结构，使检测板102被压下和松开后，都能够触发机械式接触开关4。

优选的方案如图2中，所述的检测板102被压下后，检测板102的上表面与座板103的上表面之间平齐；

检测板102弹起后，顶部靠近锁柱101的鹰嘴部107。通常集装箱的角件22容易在鹰嘴部107的位置被卡住，但是角件22只要通过鹰嘴部107，即可完成脱钩，而且角件22本身具有一定高度，当检测板102的顶部靠近鹰嘴部107的位置，角件22已经能够通过鹰嘴部107。

优选的方案如图3中，在座板103设有可沿着水平方向滑动的楔块5，楔块5的斜面与传动杆105接触，并由传动杆105推动滑动；

机械式接触开关4与楔块5接触，并由楔块5推动改变开关状态，机械式接触开关4与主控装置13的两个引脚连接，主控装置13通过检测所述的两个引脚之间的通断关系判断是否脱钩。优选的，机械式接触开关4采用常闭开关，当楔块5推动机械式接触开关4的触杆后，机械式接触开关4处于断开状态，而当集装箱的角件22吊起，楔块5离开机械式接触开关4的触杆后，机械式接触开关4给出一个接通开关信号，即主控装置13的主芯片的两个引脚接通，主芯片获得一个开关信号，从而触发将ID码发送出去的程序。优选的，本例中的主控装置13采用低功耗的CMT2380F16或者CMT2156A芯片，自带晶振、存储器和收发器，工作频率在127~1020 MHz，数据传输率为0.5~300 kbps，工作温度：-40~85摄氏度，与位于集装箱正面吊运起重机10上的CMT2210LH芯片组合成无线通讯模式。即如图6中所示，发送装置14和主控装置13均为CMT2380F16芯片，而接收装置15采用CMT2210LH芯片。

优选的方案中，主控装置13还设有独立的ID编码，ID编码与当前的FTR锁1相对应；独立的ID编码写在CMT2380F16芯片中，发送装置14发送的信号中，包含有ID编码，通常采用16进制8位编码其中，除文件头外，其中一位表示开关状态，其余表示ID编码。由此，当接收装置15接收到ID编码后，即可获知具体是哪个FTR锁1位于何种状态。

优选的方案如图4中，压电式发电元件3的结构为：传动杆34位于壳体35内，传动杆34的外壁设有多个压迫件阵列32，压迫件阵列32与为周围的压电元件阵列33接触，传动杆34与楔块5连接；压迫件阵列32往复运动压迫压电元件阵列33产生电流。由此结构，实现在较小的运动范围内，产生较大的功率。通过采用压电元件阵列33的方案，能够获得足够驱动低功耗电路的电流。本例中的主控芯片一次工作仅需3.3V,8.5mA的电流，而一次集装箱的压下和反弹能够转换出相当于3.3V下约20~30mA的电流，足以满足主控芯片的工作需求。

优选的方案如图7中，压电式发电元件3与滤波电路18电连接，滤波电路18与第一电容19电连接，第一电容19与DC-DC电路20电连接，DC-DC电路20与第二电容21电连接。本发明的方案采用微能量收集结构，利用滤波电路18将压电元件阵列33转换的电流转换成直流电，并存储在第一电容19，而DC-DC电路20则将第一电容19转换成适合主控装置13使用的电流，然后存储在第二电容21。由于本发明的主控装置13所需的能耗极低，而每次生成了电流具有足够的冗余量，因此本发明的方案可靠性和可持续性较高，后继维护便利。

优选的方案中，在集装箱正面吊运起重机10上还设有接收装置15，本例中的接收装置15采用CMT2210LH芯片。接收装置15与PLC16电连接。PLC16接收到每个FTR锁1的脱钩信号之后，即可启动下一步动作。

优选的方案中，在集装箱正面吊运起重机10上还设有可升降的激光扫描仪8，优选的，激光扫描仪8采用线性激光扫描仪，通过外加的或内置的云台机构实现全画面扫描，升降装置采用电动推杆9。以使激光扫描仪8与运输车体2的上表面位于同一水平面。本例中的激光扫描仪采用武汉海达数云的产品。

在FTR锁1的锁柱101上，鹰嘴部107的位置设有反光条11；

激光扫描仪8用于检测各个FTR锁1的反光条11位置。由于将反光条11设置在鹰嘴部107的位置，因此能够检测到反光条11的信号，即可得出脱钩操作完成。

实施例2：

如图8中，一种采用上述的FTR脱钩无源自动检测系统的方法，包括以下步骤:

S1、集装箱正面吊运起重机10的吊具装置17上电；

S2、集装箱正面吊运起重机10的PLC对吊具装置17进行限速控制；PLC16主要通过控制液压系统的电磁阀以及切换到带有控流量的管路上进行控速。另一可选的方案中，从吊具装置17与集装箱妥善连接开始，在未收到解锁成功的信号之前，PLC16对于所有的操作均为点动操作，即每次操作仅接通一次电磁阀，随机断开，以强制点动的方式，提高操作的安全性。

S3、PLC对吊具装置17行程进行控制；即PLC对部分油缸的行程进行控制，例如举升油缸的行程，在未收到解锁成功的信号之前，举升油缸不能超出预设的行程，由此确保操作的安全性。

S4、PLC等待机械式接触开关4的开关信号；

S5、PLC在收到第一个开关信号后开始计时，若预设时间段内，收到全部4个FTR锁1的开关信号，则判断初步脱钩完成，进入下一步；

具体的步骤为，当一个集装箱的角件22升起，锁柱101的斜面会引导整个集装箱旋转约0.34°，角件22大致到达鹰嘴部107的位置，此时检测板102在弹簧106的作用下弹起，楔块5在复位弹簧31的作用下弹起，机械式接触开关4的触发杆随之弹起，机械式接触开关4发出一个开关信号；

传动杆34上的压迫件阵列32，成弧形，压迫位于周围的多个压电元件阵列33产生电流，电流经过滤波电路后进入第一电容19，然后经过DC-DC电路20进入第二电容21，从第二电容输出3.3V，1mA的电流，用于驱动主控装置13和发送装置14。

若未能在预设时间段内，收到全部4个FTR锁1的开关信号，则进行报警和断电停机操作；

S6、启动激光扫描仪8，激光扫描仪8扫描锁柱101的位置，若四个锁柱101均检测并得出距离，根据相对距离判断，符合预设值则判断完成脱钩，进入下一步；先检测运输车体2的横线，判断运输车体2的高度，PLC16控制电动推杆9将激光扫描仪8升到适当的高度。当集装箱被起吊，反光条11被暴露在激光扫描仪8的视野中，采用亮度过滤规则，使程序仅需计算亮度超出预设阈值的点云数据，即通常仅有反光条11的点云数据进入到运算，然后采用模糊算法计算各个反光条11的相对位置，当相对位置处于预设范围内，则确认脱钩完成。

若未检测出四个锁柱101，或点云数据的相对距离判断超出预设值，则进行报警和断电停机操作；

S7、PLC解除吊具装置17的限速控制和行程控制。

通过以上步骤实现FTR锁1的安全脱钩。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种FTR脱钩无源自动检测系统，包括FTR锁（1），FTR锁（1）的锁柱（101）设有鹰嘴部（107），其特征是：在FTR锁（1）的座板（103）上设有可弹起的检测板（102），当放置有集装箱时，检测板（102）被集装箱的角件（22）压住；

检测板（102）上设有传动杆（105），传动杆（105）与机械式接触开关（4）连接；

传动杆（105）还与压电式发电元件（3）连接，压电式发电元件（3）和机械式接触开关（4）与主控装置电连接，主控装置（13）与发送装置（14）电连接，用于发送开关信号；

在集装箱正面吊运起重机（10）上还设有接收装置（15），接收装置（15）与PLC（16）电连接；

在集装箱正面吊运起重机（10）上还设有可升降的激光扫描仪（8），在FTR锁（1）的锁柱（101）上，鹰嘴部（107）的位置设有反光条（11）；

激光扫描仪（8）用于检测各个FTR锁（1）的反光条（11）位置。

2.根据权利要求1所述的FTR脱钩无源自动检测系统，其特征是：检测板（102）与座板（103）铰接；或者检测板（102）通过导杆（104）与座板（103）滑动连接；

在检测板（102）与座板（103）之间设有弹簧（106）。

3.根据权利要求2所述的FTR脱钩无源自动检测系统，其特征是：所述的检测板（102）被压下后，检测板（102）的上表面与座板（103）的上表面之间平齐；

检测板（102）弹起后，顶部靠近锁柱（101）的鹰嘴部（107）。

4.根据权利要求2所述的FTR脱钩无源自动检测系统，其特征是：在座板（103）设有可滑动的楔块（5），楔块（5）的斜面与传动杆（105）接触，并由传动杆（105）推动滑动；

机械式接触开关（4）与楔块（5）接触，并由楔块（5）推动改变开关状态，机械式接触开关（4）与主控装置（13）的两个引脚连接，主控装置（13）通过检测所述的两个引脚之间的通断关系判断是否脱钩。

5.根据权利要求4所述的FTR脱钩无源自动检测系统，其特征是：主控装置（13）还设有独立的ID编码，ID编码与当前的FTR锁（1）相对应；

发送装置（14）发送的信号中，包含有ID编码。

6.根据权利要求4所述的FTR脱钩无源自动检测系统，其特征是：压电式发电元件（3）的结构为：传动杆（34）位于壳体（35）内，传动杆（34）的外壁设有多个压迫件阵列（32），压迫件阵列（32）与为周围的压电元件阵列（33）接触，传动杆（34）与楔块（5）连接；压迫件阵列（32）往复运动压迫压电元件阵列（33）产生电流。

7.根据权利要求1或6所述的FTR脱钩无源自动检测系统，其特征是：压电式发电元件（3）与滤波电路（18）电连接，滤波电路（18）与第一电容（19）电连接，第一电容（19）与DC-DC电路（20）电连接，DC-DC电路（20）与第二电容（21）电连接。

8.一种采用权利要求1中所述的FTR脱钩无源自动检测系统的方法，其特征是包括以下步骤:

S1、集装箱正面吊运起重机（10）的吊具装置（17）上电；

S2、集装箱正面吊运起重机（10）的PLC对吊具装置（17）进行限速控制；

S3、PLC对吊具装置（17）行程进行控制；

S4、PLC等待机械式接触开关（4）的开关信号；

S5、PLC在收到第一个开关信号后开始计时，若预设时间段内，收到全部4个FTR锁（1）的开关信号，则判断初步脱钩完成，进入下一步；

若未能在预设时间段内，收到全部4个FTR锁（1）的开关信号，则进行报警和断电停机操作；

S6、启动激光扫描仪（8），激光扫描仪（8）扫描锁柱（101）的位置，若四个锁柱（101）均检测并得出距离，根据相对距离判断，符合预设值则判断完成脱钩，进入下一步；

若未检测出四个锁柱（101），或相对距离判断超出预设值，则进行报警和断电停机操作；

S7、PLC解除吊具装置（17）的限速控制和行程控制。

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