CN117006383A - 用于大型设备均载调平的低功耗分布式智能刚性支撑系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于大型设备均载调平的低功耗分布式智能刚性支撑系统，包括主站和分布式智能刚性支撑单元，分布式智能刚性支撑单元中的多种外设的数据反馈和整合大大增加了刚性支撑的智能化程度和人机交互水平，结合激光测距传感器的距离反馈、称重传感器的受力反馈以及航模电池电量反馈，蜂鸣器可实现多种预警功能；显示屏能实时显示刚性支撑高度、承载力、电量、故障信息以及对操作人员的建议等；WiFi模块在组网模式下提供无线数据传输接口；控制器实现称重信号采集、处理、数据存储以及工作模式切换的功能，在组网模式下通过WiFi模块与主站完成无线数据交互，为分布式测量提供数据源，可以适用于大型设备的均载调平。
Description
技术领域
本发明涉及工程均载调平领域，具体讲的是一种用于大型设备均载调平的低功耗分布式智能刚性支撑系统。
背景技术
在轮船以及大型厂房等重工领域，重达几十吨甚至几百吨的大型设备在装载时，其支撑平台有支撑和均载调平的需求，同时由于起重机操作精度低、设备自重、支撑点变化、材料应力和设备形状等因素，使得均载和调平难度大，影响装载过程甚至设备功能以及使用精度。传统各类机械支撑一般只有承载功能，无法检测工作高度和承载力大小，更不具备组网协调分析的能力。除此之外，设备型号不同，大小体积重量都有所不同，对刚性支撑的需求不同，不可能给每一种型号的设备都单独设计一套刚性支撑。因此，需要设计一种使用方便且能有效提高均载调平效率的刚性支撑，减小设备微小形变带来的影响。
例如在船用领域，通常将各类动力机械设备集成安装在一个大型平台(浮筏)上进行整体隔振，该过程中，浮筏是否水平且各支撑点受力均衡至关重要，影响浮筏上动力机械设备的使用，例如筏上轴系设备不对中现象。在安装阶段，需要将浮筏调整至水平后增加隔振器，传统机械支撑只能提供承载作用，且使用起来比较复杂，不能反馈作用点受力和高度信息，更不具备在组网模式下数据整合分析的功能。
申请号为202021190008.6的中国专利，公开了一种大型零件平面调整装置，该专利提供一种承载力大、调平效率高的大型零件平面调整装置，包括底座、转台、称重传感器、显示器和升降装置，其中支撑座上安装有圆锥滚子轴承，从而能转动的安装在所述支撑座上。该平面调整装置承载对细长类零件在平面位置调整中，能够完成支撑承载的作用。
上述调整装置虽然能起到支撑和调平的作用，但还是存在如下缺陷：
1.在起重机吊起大型设备准备降到上述装置时，由装置顶部受力面积小以及装置下部的滚珠轴承，装置容易发生侧滑进而导致设备安装失败；
2.上述装置顶部并无动接设置，使得装置顶部产生竖直方向以外的力，这在一定程度上会影响称重传感器的测量精度；
3.液压装置造价高、环境适应性差、系统复杂、安装不便且不能长时间提供支撑力；
4.该装置采用三个称重传感器共同支撑的方式，几十吨或者几百吨的承载范围需要三个体积很大的称重传感器，这会使得整个设备失去使用便捷性。
国际公布号为WO 2016/184210 A1的中国专利，公布了一种支脚称重传感器，包括支脚，其特征在于支脚中设置了称重传感器。
上述支脚称重传感器虽然可以完成支撑以及测量重力的作用，但是由于不能调节高度，因此该装置对现场环境的适应性比较差。
此外，上述两装置均不具备人机交互、称重传感器可拆卸配置、分布式组网协同等智能化功能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于大型设备均载调平的低功耗分布式智能刚性支撑系统。
为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
用于大型设备均载调平的低功耗分布式智能刚性支撑系统，包括主站和分布式智能刚性支撑单元，所述分布式智能刚性支撑单元包括组网模式和独立工作模式，在独立工作模式下，所述分布式智能刚性支撑单元用于独立支撑目标设备并进行实时重力检测，在组网模式下，所述分布式智能刚性支撑单元有多个且分别位于目标设备的多个作用点下方，多个分布式智能刚性支撑单元用于共同对目标设备进行支撑，所述分布式智能刚性支撑单元具有高度调节和重量检测的功能，并将实时高度和受力反馈结果发送给主站，所述主站用于根据各作用点下分布式智能刚性支撑单元的受力反馈、高度反馈以及作用点位置坐标信息，以力矩平衡为基础，解算目标设备的整体受力和重心关键信息，根据均载调平最优受力标准结合测距模块的距离反馈，计算出各刚性支撑需要调高或调低的高度，并将相应操作建议反馈到需要调节的分布式智能刚性支撑单元上。
进一步的，所述分布式智能刚性支撑单元包括支撑模块、测距模块、称重模块、供电模块和人机交互模块，所述供电模块用于进行供电，所述支撑模块用于对设备进行支撑，称重模块用于对支撑模块进行称重以及向人机交互模块进行受力反馈，所述测距模块用于检测支撑模块的高度位置，所述人机交互模块在组网模式下与主站完成无线数据交互，为分布式测量提供数据源，实现高度预警、超载预警和电量预警，实时显示刚性支撑高度、承载力、电量、故障信息以及对操作人员的建议。
进一步的，所述支撑模块包括支撑上座、支撑下座、支撑螺杆和手柄，其中，支撑上座下表面开设有凹槽，支撑螺杆上端位于凹槽内且顶部为与顶部凹槽配合连接的凸弧面，支撑螺杆下端与支撑下座上的称重模块螺纹连接，所述支撑螺杆外侧水平设置有多个手柄，通过旋转支撑螺杆能调节支撑上座的高度，所述支撑下座上设置有测距模块，所述测距模块用于检测支撑螺杆的高度以及向人机交互模块进行反馈。
进一步的，所述人机交互模块包括蜂鸣器、显示屏、控制器和WiFi模块，所述控制器能结合测距模块的距离反馈、称重模块的受力反馈以及供电模块电量反馈，控制蜂鸣器实现高度预警、超载预警和电量预警；显示屏能实时显示刚性支撑高度、承载力、电量、故障信息以及对操作人员的建议，对操作人员的建议包括提醒作用点是否空载、超载和刚性支撑需要调高或调低；WiFi模块用于在组网模式下提供无线数据传输接口；控制器还用于实现称重信号采集、处理、数据存储以及工作模式切换的功能，在组网模式下通过WiFi模块与主站完成无线数据交互，为分布式测量提供数据源。
进一步的，所述WiFi模块在独立工作模式下处于关闭状态，在组网模式下处于开启状态，并提供主从站间的无线数据传输接口。
进一步的，所述控制器能根据预设的测距模块阈值范围，判定实时距离反馈是否超过阈值范围，若是则控制蜂鸣器发出超载预警，所述人机交互模块选取以LoRa低功耗局域网无线标准为核心的WiFi模块模块。
本发明采用以上技术方案后，与现有技术相比，具有以下优点：
本发明采用的分布式智能刚性支撑单元中的多种外设的数据反馈和整合大大增加了刚性支撑的智能化程度和人机交互水平，结合激光测距传感器的距离反馈、称重传感器的受力反馈以及航模电池电量反馈，蜂鸣器可实现多种预警功能；显示屏能实时显示刚性支撑高度、承载力、电量、故障信息以及对操作人员的建议等，涉及提醒作用点是否空载、超载和刚性支撑需要调高还是调低等方面；WiFi模块在组网模式下提供无线数据传输接口；控制器实现称重信号采集、处理、数据存储以及工作模式切换的功能，在组网模式下通过WiFi模块与主站完成无线数据交互，为分布式测量提供数据源，使得刚性支撑可组网完成分布式测量，可以适用于大型设备的均载调平。
下面结合附图和实例对本发明进行详细说明。
附图说明
图1为本发明组网模式下的工作示意图；
图2为分布式智能刚性支撑单元结构示意图。
附图中，各标号代表的部件列表如下：
1、支撑上座；2、支撑螺杆；3、手柄；4、称重模块；5、支撑下座；6、人机交互模块
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图2所示，本发明的分布式智能刚性支撑单元包括支撑模块、测距模块、称重模块、供电模块、人机交互模块6。其中支撑模块分为支撑上座1、支撑螺杆2、手柄3、支撑下座5，具有高度调节和载荷支撑的功能；测距模块为激光测距传感器，在反馈刚性支撑高度和适应不同地形上起测距作用，为安装精度高的现场大型设备调平提供重要的数据参考。称重模块分为称重传感器和变送器，实现刚性支撑的受力反馈功能。供电模块为稳压降压模块和便携航模电池，实现刚性支撑独立工作，且由于电池供电的特性，本系统涵盖硬件层面和软件层面的低功耗设计。人机交互模块分为蜂鸣器、显示屏，WiFi模块和控制器：蜂鸣器实现高度超差预警、称重超载预警和电量预警；显示屏能实时显示刚性支撑高度、承载力、电量以及故障信息；WiFi模块在组网模式下提供无线数据传输接口；控制器实现称重信号采集、处理、数据存储以及工作模式切换的功能，在组网模式下通过WiFi模块与主站完成无线数据交互，为分布式测量提供数据源。
作为一种实施方式，所述支撑模块包含：支撑上座、支撑下座、支撑螺杆和手柄，可实现高度调节以及载荷支撑的功能。其中，支撑上座内部有一凹槽，凹槽顶部有一凹弧面，侧边有旋入内螺纹，支撑螺杆顶部有一凸弧面，与顶部凹槽圆滑连接；支撑螺杆上方侧边有相应地旋入外螺纹，支撑螺杆下方也有旋入外螺纹，用于旋入称重传感器；支撑螺杆四周有四个可旋入的手柄，用于使支撑螺杆旋转来调节高度。其特征在于，支撑上座与支撑螺杆弧面动接，当刚性支撑承压时，可活动的圆弧接触面有缓冲受力和减小连接处应力集中的作用，确保称重传感器受垂向力，测量更精确。
作为一种实施方式，所述测距模块包含：激光测距传感器，在反馈刚性支撑高度和适应不同地形上起测距作用，为安装精度高的现场大型设备调平提供重要的数据参考。其特征在于，激光测距传感器体积很小，集成安装于支撑下座下表面上，可测得支撑螺杆下表面的变换距离，进而通过控制器计算出刚性支撑高度。
作为一种实施方式，所述称重模块4包含：称重传感器、变送器，实现刚性支撑的受力反馈功能。其特征在于，称重传感器可选量程，不同规格的刚性支撑只需更换配套的支撑螺杆和称重传感器，此设计不仅使单个刚性支撑规格灵活，而且组网工作后，分布式配置可使整个刚性支撑系统实现称重范围的灵活适应，可满足各重量级大型设备的支撑需求。变送器实现称重传感器模拟量到数字量的变换。
作为一种实施方式，所述供电模块包含：航模电池、稳压降压模块，实现刚性支撑独立工作功能。24V航模电池可集成在支撑下座上，直接给称重传感器和变送器供电，经降压模块降压后给变送器和其他模块供电，其特征在于，独立供电增加了刚性支撑的便携性，且可通过更换同型号航模电池增加设备续航能力，且支持户外工作。
作为一种实施方式，所述人机交互模块包含：蜂鸣器、显示屏、控制器、WiFi模块。其中，结合激光测距传感器的距离反馈、称重传感器的受力反馈以及航模电池电量反馈，蜂鸣器可实现多种预警功能；显示屏能实时显示刚性支撑高度、承载力、电量、故障信息以及对操作人员的建议等，涉及提醒作用点是否空载、超载和刚性支撑需要调高还是调低等方面；WiFi模块在组网模式下提供无线数据传输接口；控制器实现称重信号采集、处理、数据存储以及工作模式切换的功能，在组网模式下通过WiFi模块与主站完成无线数据交互，为分布式测量提供数据源。其特征在于，多种外设的数据反馈和整合大大增加了刚性支撑的智能化程度和人机交互水平，WiFi模块使得刚性支撑可组网完成分布式测量。优选的，人机模块各部分可集成在称重传感器非形变受力部分，可进一步增加刚性支撑的集成度。
作为一种实施方式，所述蜂鸣器可实现高度预警、超载预警和电量预警功能。考虑到支撑螺杆的旋出极限与螺纹连接受力和螺纹强度有关，故控制器有距离预警作用。其特征在于，控制器根据设定的激光测距传感器阈值范围，判定是否超过旋出极限，避免螺纹超出承压极限导致刚性支撑超过极限高度从而失效。同时，根据承压和电量值反馈与相应阈值的对比，判断是否要发出超载预警和电量预警。
作为一种实施方式，所述WiFi模块在独立工作模式下处于关闭状态，组网模式下打开，提供主从站间的无线数据传输接口，可向主站提供载荷、高度和作用点位置等用于解算大型设备重量和重心等关键信息，进而完成均载优化。
作为一种实施方式，由于电池供电的特性，本系统涵盖硬件层面和软件层面的低功耗设计。硬件方案为：选取以LoRa低功耗局域网无线标准为核心的WIFI模块，LoRa无线标准实现了低功耗和远距离的统一。且该模块可设置为休眠模式，待机电流最小为1uA。软件方案为：当设备不工作时，控制器进入SleepMode睡眠模式，该模式下CPU停止运行，除称重传感器外，激光测距传感器、变送器、降压模块、蜂鸣器、显示屏、WiFi模块都停止工作或进入休眠模式。进入该模式前需关闭不需要的IO口和降低时钟频率。其中休眠控制逻辑为：保持控制器与称重传感器相连的IO口在休眠时开启，当称重传感器返回重量连续30s大于设定阈值F时控制器退出睡眠模式。相应的，当称重传感器连续30收到小于设定阈值时，通过控制器软中断\事件进入睡眠模式。
智能刚性支撑有两种工作模式，分别为独立工作模式和组网工作模式。
独立工作模式下，刚性支撑的使用较为简单，较传统刚性支撑的使用来说，增加了重量和高度反馈，使用过程更加人性化和智能化。该模式下，低功耗控制由节点从站完成。
如图1所示，组网工作模式下，刚性支撑的使用分为预调整、空载检测、数据测量分析、均载调平四个阶段。该模式下，低功耗控制仍由节点从站完成，但会将信息立刻发个控制主站，进而唤醒从站，完成组网。
在预调整阶段，首先要结合单个刚性支撑的量程和目标承重估计所需要的单体数量，并连通控制器和主站的WiFi通信，其次，要预先估计大型目标设备如船用筏架的需抬起高度，结合称重传感器至少三分之一要旋入支撑螺杆的装配要求，依托激光测距传感器的距离反馈以及各从控制器的WIFI数据传输功能，在主控制器中计算刚性支撑需要调节的高度，并将操作建议反馈到显示屏上。
待各受力点的刚性支撑都完成预调整后，进入空载检测阶段，可以用起重机将大型设备如船用筏架放置于刚性支撑上，此时主控制器要根据各从控制器的反馈，是否有空载作用点，相应的，将操作建议反馈到各从站控制器的显示屏上，建议包括哪个作用点需要调高至不空载状态。
在数据测量分析阶段，根据各作用点下刚性支撑的受力反馈、激光测距传感器的距离反馈以及节点位置坐标信息，以力矩平衡为基础，在主控制器中解算目标设备如船用筏架的整体受力和重心等关键信息，根据均载调平最优受力标准结合激光测距传感器的距离反馈，计算出各刚性支撑需要调高或调低的高度，并将该操作建议反馈到需要调节的刚性支撑上。
以上所述为本发明最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本发明的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本发明的技术启示而进行的等效变换，也在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.用于大型设备均载调平的低功耗分布式智能刚性支撑系统，其特征在于，包括主站和分布式智能刚性支撑单元，所述分布式智能刚性支撑单元包括组网模式和独立工作模式，在独立工作模式下，所述分布式智能刚性支撑单元用于独立支撑目标设备并进行实时重力检测，在组网模式下，所述分布式智能刚性支撑单元有多个且分别位于目标设备的多个作用点下方，多个分布式智能刚性支撑单元用于共同对目标设备进行支撑，所述分布式智能刚性支撑单元具有高度调节和重量检测的功能，并将实时高度和受力反馈结果发送给主站，所述主站用于根据各作用点下分布式智能刚性支撑单元的受力反馈、高度反馈以及作用点位置坐标信息，以力矩平衡为基础，解算目标设备的整体受力和重心关键信息，根据均载调平最优受力标准结合测距模块的距离反馈，计算出各刚性支撑需要调高或调低的高度，并将相应操作建议反馈到需要调节的分布式智能刚性支撑单元上。
2.根据权利要求1所述的用于大型设备均载调平的低功耗分布式智能刚性支撑系统，其特征在于，所述分布式智能刚性支撑单元包括支撑模块、测距模块、称重模块、供电模块和人机交互模块，所述供电模块用于进行供电，所述支撑模块用于对设备进行支撑，称重模块用于对支撑模块进行称重以及向人机交互模块进行受力反馈，所述测距模块用于检测支撑模块的高度位置，所述人机交互模块在组网模式下与主站完成无线数据交互，为分布式测量提供数据源，实现高度预警、超载预警和电量预警，实时显示刚性支撑高度、承载力、电量、故障信息以及对操作人员的建议。
3.根据权利要求2所述的用于大型设备均载调平的低功耗分布式智能刚性支撑系统，其特征在于，所述支撑模块包括支撑上座、支撑下座、支撑螺杆和手柄，其中，支撑上座下表面开设有凹槽，支撑螺杆上端位于凹槽内且顶部为与顶部凹槽配合连接的凸弧面，支撑螺杆下端与支撑下座上的称重模块螺纹连接，所述支撑螺杆外侧水平设置有多个手柄，通过旋转支撑螺杆能调节支撑上座的高度，所述支撑下座上设置有测距模块，所述测距模块用于检测支撑螺杆的高度以及向人机交互模块进行反馈。
4.根据权利要求2所述的用于大型设备均载调平的低功耗分布式智能刚性支撑系统，其特征在于，所述人机交互模块包括蜂鸣器、显示屏、控制器和WiFi模块，所述控制器能结合测距模块的距离反馈、称重模块的受力反馈以及供电模块电量反馈，控制蜂鸣器实现高度预警、超载预警和电量预警；显示屏能实时显示刚性支撑高度、承载力、电量、故障信息以及对操作人员的建议，对操作人员的建议包括提醒作用点是否空载、超载和刚性支撑需要调高或调低；WiFi模块用于在组网模式下提供无线数据传输接口；控制器还用于实现称重信号采集、处理、数据存储以及工作模式切换的功能，在组网模式下通过WiFi模块与主站完成无线数据交互，为分布式测量提供数据源。
5.根据权利要求4所述的用于大型设备均载调平的低功耗分布式智能刚性支撑系统，其特征在于，所述WiFi模块在独立工作模式下处于关闭状态，在组网模式下处于开启状态，并提供主从站间的无线数据传输接口。
6.根据权利要求4所述的用于大型设备均载调平的低功耗分布式智能刚性支撑系统，其特征在于，所述控制器能根据预设的测距模块阈值范围，判定实时距离反馈是否超过阈值范围，若是则控制蜂鸣器发出超载预警；所述人机交互模块选取以LoRa低功耗局域网无线标准为核心的WiFi模块模块。
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