CN201071256Y - 塔式起重机吊钩行程监控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种塔式起重机吊钩行程监控装置，它包括机械传动部分、传感部分和信号调理部分，所述机械传动部分由装设在卷筒(1)旁的星形轮(2)、螺杆(4)、螺母(5)和轴承支撑固定装置(3)构成，卷筒(1)上设置有销轴(9)，星形轮(2)套在螺杆(4)上，在螺杆(4)设置有螺母(5)，螺母(5)上设有永久磁钢(6)。本实用新型能够准确测量吊钩的位置和起升高度，并且可以实时显示，本实用新型便于操作人员了解起升工况；简化限位器的调试工作，减轻工人劳动强度，避免因技术原因造成人为误差，确保行程监控可靠、稳定，因此，提出了塔机吊钩行程监控器的研究。

Description

塔式起重机吊钩行程监控装置

技术领域

本实用新型属于起重运输技术领域，涉及一种塔式起重机吊钩行程监控器，该装置可以对塔式起重机起升高度进行实时监测，并针对监测结果对塔式起重机的起升电机进行控制。

背景技术

塔式起重机(简称塔机)是建筑工地上广泛应用的物料运输机械，由于塔高、臂长、操作不当容易失稳，重大事故时有发生，因此所有塔机上都强制安装安全保护装置。主要有两类：载荷限制器和行程限位器。其中行程限位器的作用是保证运行机构不会因超行程发生事故，主要有起升高度限制器、幅度限制器和回转角度限制器。目前广泛使用的起升高度限制器绝大多数是机械传动式限位器，主要存在以下问题：

1、目前使用的起升高度限位器一般只设定上行方向位移极限，通常当吊钩滑轮距离变幅小车底部1米时，限位器动作，切断上行方向电源；但对下行极限位置没有限定，这就带来一个问题，当吊钩落地后，如果继续下行，必然会造成钢丝绳完全松弛的乱绳事故，所以应该添加下行极限位置控制。

2、水平臂架自升式塔机在使用过程中，随着建筑物升高会不断顶升加节，每一次顶升后都要重新调节限位器的动作点。由于机械传动式限位器结构复杂，需要调试的部件很多，非常繁琐，如果调试人员技术不熟练，很难保证限位器能正确动作，调试过程费工、费时人为因素影响大。

3、城市中空间狭小，施工场地障碍物多，操作工人有时难以看清吊钩具体位置，目前的起升高度限位器只有极限位置限位功能，没有显示功能，不利于操作人员了解工况，容易发生误判。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种塔式起重机吊钩行程监控装置，该装置能够准确测量吊钩的位置和起升高度，并且可以实时显示，本实用新型便于操作人员了解起升工况；简化限位器的调试工作，减轻工人劳动强度，避免因技术原因造成人为误差，确保行程监控可靠、稳定，因此，提出了塔机吊勾行程监控器的研究。

为解决上述技术问题，本实用新型是这样实现的：它包括机械传动部分、传感部分和信号调理部分，所述机械传动部分由装设在卷筒(1)旁的星形轮(2)、螺杆(4)、螺母(5)和轴承支撑固定装置(3)构成，卷筒(1)上设置有销轴(9)，星形轮(2)套在螺杆(4)上，在螺杆(4)设置有螺母(5)，螺母(5)上设有永久磁钢(6)。

所述传感部分包括设在螺母(5)上的永久磁钢(6)和设在安装支架(8)上的变磁阻传感器(7)。

所述信号调理部分包括多路开关(10)、差动放大器(11)和A/D转换器，所述多路开关(10)的输入端与变磁阻传感器(7)相连，用于顺序采集变磁阻传感器(7)的输出信号，差动放大器(11)的输入端与多路开关(10)的输出端相连，用于放大变磁阻传感器的输出信号，A/D转换器(12)的输入端与差动放大器(11)的输出端相连。

所述变磁阻传感器(7)设有8个规格相同的传感器。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型可以实现对塔机起升高度的连续监测和显示，并可对上、下行程进行预设，具备接近行程限位点时的报警功能以及达到限位点时切断电源的控制功能。该装置的起升高度传感器可以测定绝对行程，具有自记忆功能，顶升加节后不需调整，可继续检测，简化了调节程序。体现在以下几方面：

1.本实用新型应该可以测量吊钩绝对高度；并且本实用新型具有记忆功能，通电后可以直接显示吊钩位置；

2.设计相应的信号调理和数据采集电路，并将现场抗干扰技术应用于这些电路设计之中，使之适合塔机工作环境；

3.开发系统监控软件，该软件应具备数据采集控制、数据处理、数据显示、极限行程预警和对起升电机进行实时控制的功能。

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明：

附图说明

图1是起升机构绕绳系统示意图；

图2是吊钩行程监控器系统组成示意图；

图3是起升高度传感器结构示意图；

图4是星形轮与销轴安装结构示意图；

图5是信号调理单元功能原理图。

具体实施方式

本实用新型包括以下部分：

1、起升高度传感器

本发明系统研究了塔机起升机构的结构，自行设计了起升高度传感器，该传感器包括机械传动和传感两部分。传动部分包括星形轮、螺杆、螺母和定位安装附件；传感部分包括永久磁钢、8个变磁阻位置传感器和固定支架。变磁阻位置传感器可以准确测出0.1mm的位移，线性度可达0.03％FS。通过循环检测8个变磁阻位置传感器输出，调用数据处理软件可以计算吊钩距离变幅小车下平面的绝对距离，因此，当顶升加节后不需要另行调整限位点即可使用。

2、调理电路设计和系统监控软件

本发明选用的传感器，其内核是4片铁磁合金构成惠斯顿电桥结构，既有助于改善非线性同时可以有效地抑制温度漂移；信号调理电路设计上采用差动放大器抑制噪声，采用光耦器件避免杂散信号的窜入；同时在软件上设计了数字滤波有效解决了现场干扰问题。

本监控器监控软件开发了循环检测、数据分析、数据处理、显示记录、报警与控制软件包，功能齐备，运行稳定，界面友好。

塔式起重机起升机构由起升电动机驱动，起升电动机经减速装置与起升钢丝绳卷筒转动轴相连接，通过控制起升电机的正、反转，实现提升重物或下放重物的动作。起升机构的钢丝绳缠绕方式如图1所示，起升钢丝绳一端固结于起升卷筒(1)，另一端从卷筒(1)导出，经过塔顶导向滑轮(14)、吊臂根部的导向滑轮(15)、绕过变幅小车(16)和吊钩滑轮组(17)后，固定于吊臂臂尖端部。因此，当卷筒正向旋转时，放出钢丝绳，则吊钩下降；反向旋转收入钢丝绳，则吊钩上升。设计好的塔机起升钢丝绳长度与塔机高度有关，通过测量放出的钢丝绳长度即可计算出起升高度和吊钩位置，这就是起升高度测量的原理，据此设计了吊钩行程实时监控器，其组成如图2所示。

下面说明监控器的组成：

1、起升高度传感器a

起升高度传感器用于起升高度和吊钩位置的实时测量；包括机械传动部分和传感部分，如图3所示。机械传动部分由装设在卷筒(1)旁的星形轮(2)、螺杆(4)、螺母(5)和轴承支撑固定装置(3)构成。传动原理见图4，当卷筒转动时，卷筒上的销轴(9)拨动星形轮(2)，星形轮(2)套在螺杆(4)上，带动螺杆(4)同步转动；螺杆(4)旋转后使得套装其上的螺母(5)顺着螺杆移动。设计合适的螺距，使其与钢丝绳长度相对应，则钢丝绳长度测量就转化为螺母沿螺杆直线位移的测量。

传感部分包括永久磁钢(6)、变磁阻位置传感器(7)和安装支架(8)。选用8个相同规格型号的变磁阻位置传感器(7)S1～S8，本设计选用HMC1501，该传感器为8针表面贴装，典型阻值为5kΩ；8个变磁阻位置传感器等间距安装在支架(8)上，选择一块尺寸合适的陶瓷型永久磁钢(6)，其磁感应强度B＝80Gs，粘贴在螺母上。磁钢(6)与传感器(7)安装平面的间距为12.5mm。当磁钢随螺母移动时，传感器(7)由于感受磁场的变化输出一系列相位互差一定角度的正弦波。通过数据处理软件可以算出起升高度和吊钩位置。

由于螺母和磁钢的位移与钢丝绳总长度相对应，也就是说是与吊钩的绝对高度对应，所以当顶升加节时，无需调整起升高度传感器。并且上电后显示的就是吊钩的当前实际高度，不必记录上次工作结束时吊钩的位置，具备记忆功能。

2、信号调理单元b

信号调理单元用于对传感器输出的微弱信号进行处理。信号调理单元b包括：1)多路开关(10)，用于顺序采集变磁阻传感器S1～S8的输出信号，采用AD7501八选一多路开关，由微处理器控制选通顺序；2)差动放大器(11)用于放大变磁阻传感器的输出信号，采用OP459。由于当变磁阻传感器的供电电压为5V时，最大输出约为60mV，必须加以放大使其适合A/D转换器要求；3)由于要求测量的综合精度要达到0.1mm，A/D转换器(12)应选用12位精度。然后通过光隔电路送入微处理器。

3、微处理器c和软件系统

微处理器采用单片机，包括1)数据采集控制单元：由其控制多路开关的选通和S1～S8测量数据的顺序采集；2)数据处理单元：根据采集的数据，找寻过零点，首先判断磁钢相对螺杆一端的位置；再通过预先输入的钢丝绳长度以及起升系统的倍率关系，计算出吊钩的绝对位置和起升高度，并送显示器显示；3)报警控制单元：根据工况预设最大高度和最小高度，当吊钩运行到设定行程的90％时，启动声光报警；达到预定点时，切断原运行方向电源，只能向相反方向运动。

吊钩行程监控器的工作流程是，开机后微处理器首先系统自检和初始化，使传感器S1～S8复位，然后巡检各个变磁阻位置传感器输出端口检测其输出电压信号；将上述测量数据相加后，找出数据过零点，即可判断磁钢在螺杆上的准确位置；调用数据处理软件包，计算磁钢的绝对位移；根据螺母、螺杆、和卷筒转动周数以及吊钩滑轮组倍率关系，可以计算出吊钩的绝对位置，并送显示器显示。

本实用新型可以实现对塔机起升高度的连续监测、显示和控制。可以对上、下行程进行预设，具备接近行程限位点时的报警功能以及达到限位点时切断电源的控制功能。该装置的起升高度传感器可以测定绝对行程，具有自记忆功能，顶升加节后不需调整，可继续检测，简化了调节程序，适合各类水平臂小车变幅塔机使用。

Claims (4)

1.一种塔式起重机吊钩行程监控装置，包括机械传动部分、传感部分和信号调理部分，其特征是：所述机械传动部分由装设在卷筒(1)旁的星形轮(2)、螺杆(4)、螺母(5)和轴承支撑固定装置(3)构成，卷筒(1)上设置有销轴(9)，星形轮(2)套在螺杆(4)上，在螺杆(4)设置有螺母(5)，螺母(5)上设有永久磁钢(6)。

2.根据权利要求1所述的塔式起重机吊钩行程监控装置，其特征是：所述传感部分包括设在螺母(5)上的永久磁钢(6)和设在安装支架(8)上的变磁阻传感器(7)。

3.根据权利要求1所述的塔式起重机吊钩行程监控装置，其特征是：所述信号调理部分包括多路开关(10)、差动放大器(11)和A/D转换器，所述多路开关(10)的输入端与变磁阻传感器(7)相连，用于顺序采集变磁阻传感器(7)的输出信号，差动放大器(11)的输入端与多路开关(10)的输出端相连，用于放大变磁阻传感器的输出信号，A/D转换器(12)的输入端与差动放大器(11)的输出端相连。

4.根据权利要求2或3所述的塔式起重机吊钩行程监控装置，其特征是：所述变磁阻传感器(7)设有8个规格相同的传感器。

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