CN116374861A - 一种带有刻度的变幅齿条及其刻度的计算方法 - Google Patents

一种带有刻度的变幅齿条及其刻度的计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带有刻度的变幅齿条，包括齿条和铰接装置，齿条的头部固定有用于与臂架铰接的铰接装置；齿条上设有用于测量幅度的刻度，刻度包括最大幅度标记、最小幅度标记、最大幅度标记至最小幅度标记之间的刻度线；刻度还包括用于定位起重机空载时的平衡点位置的平衡点位置标记。本发明通过齿条上的最大幅度标记和最小幅度标记确认起重机可承受的幅度范围，避免在使用过程中，对起重机的钢结构造成损伤；通过平衡点位置标记的设置，可直接定位起重机空载的平衡点位置，便于将起重机调节至平衡点位置，再进行装置的使用或维修等，有利于整机的稳定性，降低使用风险；通过刻度的计算方法，可以精确确认刻度值与幅度的关系。

Description

一种带有刻度的变幅齿条及其刻度的计算方法
技术领域
本发明涉及一种齿条，具体涉及一种带有刻度的变幅齿条及其刻度的计算方法。
背景技术
幅度R是起重机旋转轴线至取物装置中心线之间的距离，如果起重机工作的最大和最小幅度定位不准确，工作时超出设计的极限幅度，则会破坏结构件而减少装置使用寿命，同时易造成安全事故。
目前港口码头门座起重机幅度的标定，通常都是通过钢丝绳下降到码头面，用卷尺测量钢丝绳至旋转中心的距离，如附图1所示，R＝L1+L2是理想状态下测出的值。由于码头环境的影响，如码头风速较大时，且因钢丝绳是柔性的，通过将钢丝绳从最高点拉至码头面测幅度，并不能保证钢丝绳与码头垂直，标定的幅度也就不准确；且如果起重机高度越高，误差也越大；如附图1所示，其实际所测得的幅度为R实＝L1+L2±Htanθ，在偏移角度无法确认时，实际的幅度R也并不准确。
目前也有利用GPS或者北斗定位系统测量，将2个GPS接收器分别置于回转中心和臂架头部位置，通过定位GPS接收器获得2个位置的坐标，此坐标为全球定位坐标，包括维度、经度和高度，需转换成被测设备的相对坐标，然后计算出2个接收器在水平面投影的距离，即为起重机臂架幅度。但是，采用GPS或北斗定位系统和全站仪标定幅度方法的成本较高，需要专门的测量仪器，若中间其他幅度(非最大最小幅度)的确定，一种是通过角度传感器确定2个极限位置的角度后，中间幅度采用插值查表来计算幅度，另一种是利用全站仪进行再次测量，过程就比较繁琐。
除此之外，目前自动化门机变幅采用绝对编码器定位，准确度比较高，但是这是建立在极限位置标定准确的基础上的，若最大最小幅度本身就不正确，即使绝对编码对幅度变化计算精准也是徒劳。
因此，亟需一种带有刻度的变幅齿条，来降低起重机幅度标定的测量成本和提高对起重机幅度标定的准确度。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供一种带有刻度的变幅齿条及其刻度的计算方法，来解决重机幅度标定测量不便和不准确的问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种带有刻度的变幅齿条，其特征在于：包括齿条和铰接装置，所述齿条的头部固定有用于与臂架铰接的铰接装置；所述齿条上设有用于测量幅度的刻度，所述刻度包括最大幅度标记、最小幅度标记、最大幅度标记至最小幅度标记之间的刻度线；所述刻度还包括用于定位起重机空载时的平衡点位置的平衡点位置标记。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
进一步地，所述刻度线包括粗长刻度线和细短刻度线。
进一步地，每两个所述粗长刻度线之间读数差对应臂架的幅度距离为1m，相邻两个粗长刻度线和细短刻度线之间读数对应臂架的幅度距离为0.5m。
进一步地，所述刻度线对应幅度标记有数值。
进一步地，包括最大幅度标记、最小幅度标记和最大幅度标记至最小幅度标记的幅度计算；设幅度为R，臂架的长度为L1，齿条头部铰点至臂架的垂直距离为L2，臂架下铰点至齿条头部铰点与臂架之间垂直线的垂直距离为L3，摇架中心至臂架下铰点的垂直距离为L4，摇架中心至臂架下铰点的水平距离为L5，臂架下铰点至旋转中心线的垂直距离为L6，摇架中心至齿条的垂直距离为L7，滑轮的直径为D，齿条头部铰点至摇架中心与齿条垂线的距离为L8；臂架与水平线的夹角为α1，齿条头部铰点和臂架下铰点连线与臂架的夹角为α2，齿条头部铰点和臂架下铰点连线与摇架中心和臂架下铰点连线的夹角为α3，摇架中心和臂架下铰点连线与水平线的夹角为α4；计算公式如下，
Figure BDA0004125585890000021
Figure BDA0004125585890000022
Figure BDA0004125585890000023
α1＝π-α2-α3-α4；
则，
Figure BDA0004125585890000024
进一步地，包括平衡点位置的计算方法；所述平衡点位置是指臂架系统自重对臂架下铰点的力矩和平衡系统自重对臂架下铰点的力矩相等的位置；其中，臂架系统包含臂架、滑轮和梯子平台；平衡系统包括平衡梁、配重和小拉杆；
臂架自重对臂架下铰点的力矩为Mbj＝Gbj×Lbj；其中，Gbj包括臂架结构件和梯子平台的重力，Lbj是Gbj到臂架下铰点的水平距离；
平衡梁和配重对平衡梁下铰点的力矩为Mph＝Gph×Lph＝Fp1×Lp1，可得，Fp1＝Gph×Lph/Lp1；其中，Gph是平衡梁和配重的重力，Lph是Gph对平衡下铰点的作用力臂，Lp1是沿小拉杆方向的力对平衡下铰点的作用力臂，Fp1是Gph等效作用在小拉杆上沿中心线方向上的力；
小拉杆的重力Glg分解为平衡梁头部铰点处的0.5Glg和小拉杆头部铰点处的0.5Glg，平衡梁头部铰点处的0.5Glg对平衡梁下铰点的矩为Mlg1＝0.5Glg×Llg1＝Flg1×Lp1，可得，Flg1＝0.5Glg×Llg1/Lp1；其中，Flg1是平衡梁头部铰点处0.5Glg重力等效作用在小拉杆上沿中心线方向上的力，Llg1为平衡梁头部铰点至平衡梁下铰点的水平距离；则，平衡梁、配重和一半小拉杆的重力对臂架下铰点的合力矩为Mphlg＝(Fp1-Flg1)×Ln；其中，Ln为小拉杆对臂架下铰点的作用力臂；
小拉杆头部铰点处的0.5Glg对臂架下铰点的矩为Mlg2＝0.5Glg×Llg2；其中，Llg2为小拉杆头部铰点至臂架下铰点的水平距离；
齿条自重0.5Gct作用在齿条头部铰点，齿条自重对臂架下铰点的矩为Mct＝0.5Gct×Lct；其中，Lct为齿条头部铰点至臂架下铰点的水平距离；
则，臂架系统和平衡系统对臂架下铰点的力矩和为：
M＝-Mbj+Mphlg-Mlg2-Mct
＝-Gbj×Lbj+(Gph×Lph/Lp1-0.5Glg×Llg1/Lp1)×Ln-0.5Glg×Llg2-0.5Gct×Lct；
其中，所有作用力臂长度仅与幅度R相关，即M＝f(R)；当M＝0时，臂架系统和平衡系统自平衡；即可得出此时的平衡点所对应的幅度R。
本发明的有益效果是：
本发明通过齿条上的最大幅度标记和最小幅度标记确认起重机可承受的幅度范围，避免在使用过程中，对起重机的钢结构造成损伤；通过平衡点位置标记的设置，可直接定位起重机空载的平衡点位置，便于将起重机调节至平衡点位置，再进行装置的使用或维修等，有利于整机的稳定性，降低使用风险；通过齿条与摇架的齿轮啮合连接，增加装置的连接紧密性，有助于确保测量精度；通过刻度的计算方法，可以精确确认刻度值与幅度的关系。
附图说明
图1为本发明所提出的一种现有的幅度测量结构示意图；
图2为本发明所提出的一种带有刻度的变幅齿条的结构示意图；
图3为本发明所提出的一种带有刻度的变幅齿条的前端局部放大图；
图4为本发明所提出的一种带有刻度的变幅齿条的后端局部放大图；
图5为本发明所提出的一种用于计算带有刻度的变幅齿条的刻度的结构示意图；
图6为本发明所提出的一种带有刻度的变幅齿条的使用局部结构示意图；
图7为本发明所提出的一种用于计算带有刻度的变幅齿条的平衡点位置的结构示意图；
图8为本发明所提出的一种带有刻度的变幅齿条的维修使用整体结构工艺示意图；
图9为本发明所提出的一种带有刻度的变幅齿条的观测方式示意图。
附图标记：1.齿条，11.最大幅度标记，12.平衡点位置标记，13.最小幅度标记，14.齿条头部铰点，2.摇架，21.摇架护板，22.摇架中心，3.臂架，31.臂架下铰点，4.滑轮，5.小拉杆，51.小拉杆头部铰点，6.平衡梁，61.平衡梁头部铰点，62.平衡梁下铰点，7.配重，8.撑杆。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。
需要注意的是，发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如附图2、附图3和附图4所示，本发明实施例的一种带有刻度的变幅齿条，其特征在于：包括齿条1和铰接装置，所述齿条1的头部固定有用于与臂架3铰接的铰接装置；所述齿条1上设有用于测量幅度的刻度，所述刻度包括最大幅度标记 11、最小幅度标记 13、最大幅度标记11至最小幅度标记13之间的刻度线；所述刻度还包括用于定位起重机空载时的平衡点位置的平衡点位置标记12。
以此，通过齿条1上的最大幅度标记11和最小幅度标记13确认起重机可承受的幅度范围，避免在使用过程中，对起重机的钢结构造成损伤；通过平衡点位置标记12的设置，可直接定位起重机空载的平衡点位置，便于将起重机调节至平衡点位置，再进行装置的使用或维修等，有利于整机的稳定性，降低使用风险；通过齿条1与摇架2的齿轮啮合连接，增加装置的连接紧密性，有助于确保测量精度；同时，可通过增设摇架2的齿轮的驱动装置，实现对齿条1的主动驱动，以便于主动进行幅度的调节；齿条1与摇架2之间可通过摇架上的压轮装置，进一步增加连接的紧密性，避免在使用过程中滑脱。
其中，所述刻度线包括粗长刻度线和细短刻度线；以此便于进行阶段的测量区分。
其中，每两个所述粗长刻度线之间读数差对应臂架3的幅度距离为1m，相邻两个粗长刻度线和细短刻度线之间读数对应臂架3的幅度距离为0.5m。
其中，所述刻度线对应幅度标记有数值；以此，增加测量的精确度。因为臂架和平衡梁等设备占上半部分较多的重量，臂架的幅度将影响上半部分的重心位置。在设备进行总装时，装配人员无法确定收放的臂架幅度是否达到工艺设计人员提供的吊装幅度值，若实际幅度与设计方案的幅度相差很大时，将导致吊装不平稳，钢丝绳实际受力与计算值偏差大，容易引发安全事故。齿条1上有刻度及数值将方便装配人员读出每个臂架状态对应的幅度值，提高吊装的安全性和稳定性。
如附图5和附图6所示，在本实施例中，一种如上述的一种带有刻度的变幅齿条的刻度的计算方法，其特征在于：包括最大幅度标记11、最小幅度标记13和最大幅度标记11至最小幅度标记13的幅度计算；设幅度为R，臂架3的长度为L1，铰接装置的铰点为齿条头部铰点14其至臂架3中心的垂直距离为L2，臂架下铰点31至齿条头部铰点14与臂架3之间垂直线的垂直距离为L3，摇架中心22至臂架下铰点31所处水平面的垂直距离为L4，摇架中心22至臂架下铰点31所处正垂面的水平距离为L5，臂架下铰点31至旋转中心线的垂直距离为L6，所述旋转中心线为摇架中心22与齿条1的垂足与水平面的垂线；摇架中心22至齿条1的垂直距离为L7，滑轮4的直径为D，以上数据均可参照装置设计制造时设定好的固定数值进行代入；齿条头部铰点14至摇架中心22与齿条1垂线的距离为L8，此值会随着幅度R的变化而变化；臂架3与水平线的夹角为α1，齿条头部铰点14和臂架下铰点31连线与臂架3的夹角为α2，齿条头部铰点14和臂架下铰点31连线与摇架中心22和臂架下铰点31连线的夹角为α3，摇架中心22和臂架下铰点31连线与水平线的夹角为α4；计算公式如下，
Figure BDA0004125585890000051
Figure BDA0004125585890000052
Figure BDA0004125585890000053
α1＝π-α2-α3-α4；
则，
Figure BDA0004125585890000054
以此，可按需代入相关数值，并参照不同的L8，对应得出R的数值，进行记录；并作为齿条1刻度的绘制依据标准。
如附图7和附图8所示，在本实施例中，还包括平衡点位置的计算方法；所述平衡点位置是指臂架系统自重对臂架下铰点31的力矩和平衡系统自重对臂架下铰点31的力矩相等的位置；此位置变幅驱动装置的负荷最小，齿条1受力最小；其中，臂架系统包含臂架3、滑轮4和梯子平台；平衡系统包括平衡梁6、配重7和小拉杆5。
臂架3自重对臂架下铰点31的力矩为Mbj＝Gbj×Lbj；其中，Gbj包括臂架结构件和梯子平台的重力，Lbj是Gbj到臂架下铰点31的水平距离；
因平衡梁6和配重7绕平衡梁下铰点62旋转运动，不能直接对A点取矩，需先转换至沿小拉杆5上的力，然后小拉杆5对铰点A取矩；平衡梁6和配重7对平衡梁下铰点62的力矩为Mph＝Gph×Lph＝Fp1×Lp1，可得，Fp1＝Gph×Lph/Lp1；其中，Gph是平衡梁6和配重7的重力，Lph是Gph对平衡下铰点62的作用力臂，Lp1是沿小拉杆5方向的力对平衡下铰点62的作用力臂，Fp1是Gph等效作用在小拉杆5上沿中心线方向上的力；
小拉杆5的重力Glg分解为平衡梁头部铰点61处的0.5Glg和小拉杆头部铰点51处的0.5Glg，平衡梁头部铰点61处的0.5Glg对平衡梁下铰点62的矩为Mlg1＝0.5Glg×Llg1＝Flg1×Lp1，可得，Flg1＝0.5Glg×Llg1/Lp1；其中，Flg1是平衡梁头部铰点61处0.5Glg重力等效作用在小拉杆5上沿中心线方向上的力，Llg1为平衡梁头部铰点61至平衡梁下铰点62的水平距离；则，平衡梁6、配重7和一半小拉杆5的重力对臂架下铰点31的合力矩为Mphlg＝(Fp1-Flg1)×Ln；其中，Ln为小拉杆5对臂架下铰点31的作用力臂；
小拉杆头部铰点51处的0.5Glg对臂架下铰点31的矩为Mlg2＝0.5Glg×Llg2；其中，Llg2为小拉杆头部铰点51至臂架下铰点31的水平距离；
齿条1自重0.5Gct作用在齿条头部铰点14，齿条1自重对臂架下铰点31的矩为Mct＝0.5Gct×Lct；其中，Lct为齿条头部铰点14至臂架下铰点31的水平距离；
则，臂架系统和平衡系统对臂架下铰点31的力矩和为：
M＝-Mbj+Mphlg-Mlg2-Mct
＝-Gbj×Lbj+(Gph×Lph/Lp1-0.5Glg×Llg1/Lp1)×Ln-0.5Glg×Llg2-0.5Gct×Lct；
其中，重力和重心相对结构件的位置均已知，所有作用力臂长度仅与幅度R相关，即M＝f(R)；当M＝0时，臂架系统和平衡系统自平衡；即可得出此时的平衡点所对应的幅度R，并对应齿条1上的刻度进行对应的标注。
其中，平衡点位置是设计时必须考虑的方面；无论是售后维修齿条1，还是更换齿条头部铰点14的轴承时，变幅都需停留在平衡点位置，此时起重机受力状态最好。平常维修齿条时，需要在平衡梁6尾部配重7和上转柱结构件之间用撑杆8连接，如图8所示。变幅若未停在平衡点位置，此时齿条1还处于受力状态；当将齿条1拆下时，因受力不平衡，臂架系统和平衡系统会有继续运动的趋势，撑杆8为维持原稳定状态将突然受力，撑杆8及其它结构件将受到冲击，这将大大影响结构件的使用寿命。因此，在变幅齿条上标有平衡点位置，可以使得变幅停止位置更加精准；当位于平衡点位置时，撑杆8和上转柱结构件几乎不受力，大大方便了售后维修，保障了装置的使用寿命。
在本实施例中，在进行齿条1的刻度线对应幅度数值喷涂时，齿条1上的定位距离需预加上摇架护板21的宽度L9。如附图6和附图9所示，本发明装置在使用时，齿条1上的刻度还需考虑摇架护板21的宽度L9；如图中，24m幅度计算所对应的刻度位置本应该在L8距离的位置，为了方便观测，刻度实际喷涂在L9+L8的距离位置。
在本实施例中，本装置的齿条1在制作完成后，放在划线平台上，根据所计算的数据设计的图纸进行标注距离；用划线工具在齿条1两侧划出刻度线，然后利用长条形模板喷涂带线宽的白色刻度线，同时在相应位置喷涂数值、最大幅度标记11、最小幅度标记13和平衡点位置标记12。
在使用中，由于起重机在实际变幅过程中，齿条1始终与摇架护板21保持垂直状态，摇架护板21边缘挡住的刻度即为此刻起重机变幅的幅度。因此，在观测时，人站在齿条1尾部的右手侧，此处人方便通行且易观察，如附图9所示，人的视线垂直于齿条1侧面，当前面的摇架护板21完全挡住后面的摇架护板21，轮廓相互重叠，此时摇架护板21一侧边线挡住的刻度线上对应的数值即为此时的幅度值。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种带有刻度的变幅齿条，其特征在于：包括齿条(1)和铰接装置，所述齿条(1)的头部固定有用于与臂架(3)铰接的铰接装置；所述齿条(1)上设有用于测量幅度的刻度，所述刻度包括最大幅度标记(11)、最小幅度标记(13)、最大幅度标记(11)至最小幅度标记(13)之间的刻度线；所述刻度还包括用于定位起重机空载时的平衡点位置的平衡点位置标记(12)。
2.根据权利要求1所述的一种带有刻度的变幅齿条，其特征在于：所述刻度线包括粗长刻度线和细短刻度线。
3.根据权利要求2所述的一种带有刻度的变幅齿条，其特征在于：每两个所述粗长刻度线之间读数差对应臂架(3)的幅度距离为1m，相邻两个粗长刻度线和细短刻度线之间读数对应臂架(3)的幅度距离为0.5m。
4.根据权利要求1所述的一种带有刻度的变幅齿条，其特征在于：所述刻度线对应幅度标记有数值。
5.一种如上述任一项权利要求所述的一种带有刻度的变幅齿条的刻度的计算方法，其特征在于：包括最大幅度标记(11)、最小幅度标记(13)和最大幅度标记(11)至最小幅度标记(13)的幅度计算；设幅度为R，臂架(3)的长度为L1，齿条头部铰点(14)至臂架(3)的垂直距离为L2，臂架下铰点(31)至齿条头部铰点(14)与臂架(3)之间垂直线的垂直距离为L3，摇架中心(22)至臂架下铰点(31)的垂直距离为L4，摇架中心(22)至臂架下铰点(31)的水平距离为L5，臂架下铰点(31)至旋转中心线的垂直距离为L6，摇架中心(22)至齿条(1)的垂直距离为L7，滑轮(4)的直径为D，齿条头部铰点(14)至摇架中心(22)与齿条(1)垂线的距离为L8；臂架(3)与水平线的夹角为α1，齿条头部铰点(14)和臂架下铰点(31)连线与臂架(3)的夹角为α2，齿条头部铰点(14)和臂架下铰点(31)连线与摇架中心(22)和臂架下铰点(31)连线的夹角为α3，摇架中心(22)和臂架下铰点(31)连线与水平线的夹角为α4；计算公式如下，
Figure FDA0004125585880000011
Figure FDA0004125585880000012
Figure FDA0004125585880000013
α1＝π-α2-α3-α4；
则，
Figure FDA0004125585880000021
6.根据权利要求5所述的一种刻度的计算方法，其特征在于：包括平衡点位置的计算方法；所述平衡点位置是指臂架系统自重对臂架下铰点(31)的力矩和平衡系统自重对臂架下铰点(31)的力矩相等的位置；其中，臂架系统包含臂架(3)、滑轮(4)和梯子平台；平衡系统包括平衡梁(6)、配重(7)和小拉杆(5)；
臂架(3)自重对臂架下铰点(31)的力矩为Mbj＝Gbj×Lbj；其中，Gbj包括臂架结构件和梯子平台的重力，Lbj是Gbj到臂架下铰点(31)的水平距离；
平衡梁(6)和配重(7)对平衡梁下铰点(62)的力矩为Mph＝Gph×Lph＝Fp1×Lp1，可得，Fp1＝Gph×LphLp1；其中，Gph是平衡梁(6)和配重(7)的重力，Lph是Gph对平衡下铰点(62)的作用力臂，Lp1是沿小拉杆(5)方向的力对平衡下铰点(62)的作用力臂，Fp1是Gph等效作用在小拉杆(5)上沿中心线方向上的力；
小拉杆(5)的重力Glg分解为平衡梁头部铰点(61)处的0.5Glg和小拉杆头部铰点(51)处的0.5Glg，平衡梁头部铰点(61)处的0.5Glg对平衡梁下铰点(62)的矩为Mlg1＝0.5Glg×Llg1＝Flg1×Lp1，可得，Flg1＝0.5Glg×Llg1Lp1；其中，Flg1是平衡梁头部铰点(61)处0.5Glg重力等效作用在小拉杆(5)上沿中心线方向上的力，Llg1为平衡梁头部铰点(61)至平衡梁下铰点(62)的水平距离；则，平衡梁(6)、配重(7)和一半小拉杆(5)的重力对臂架下铰点(31)的合力矩为Mphlg＝Fp1-Flg1×Ln；其中，Ln为小拉杆(5)对臂架下铰点(31)的作用力臂；
小拉杆头部铰点(51)处的0.5Glg对臂架下铰点(31)的矩为Mlg2＝0.5Glg×Llg2；其中，Llg2为小拉杆头部铰点(51)至臂架下铰点(31)的水平距离；
齿条(1)自重0.5Gct作用在齿条头部铰点(14)，齿条(1)自重对臂架下铰点(31)的矩为Mct＝0.5Gct×Lct；其中，Lct为齿条头部铰点(14)至臂架下铰点(31)的水平距离；则，臂架系统和平衡系统对臂架下铰点(31)的力矩和为：
M＝-Mbj+Mphlg-Mlg2-Mct＝-Gbj×Lbj+Gph×LphLp1-0.5Glg×Llg1Lp1×Ln-0.5Glg×Llg2-0.5Gct×Lct；
其中，所有作用力臂长度仅与幅度R相关，即M＝fR；当M＝0时，臂架系统和平衡系统自平衡；即可得出此时的平衡点所对应的幅度R。
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