CN202492293U

CN202492293U - 基于可变电容的双起升双吊具桥吊摆角检测装置

Info

Publication number: CN202492293U
Application number: CN2012201047444U
Authority: CN
Inventors: 李众峰; 徐为民; 徐攀; 谭莹莹; 周贤文
Original assignee: Shanghai Maritime University
Current assignee: Shanghai Maritime University
Priority date: 2012-03-19
Filing date: 2012-03-19
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2022-03-19

Abstract

本实用新型涉及一种基于可变电容的双起升双吊具桥吊摆角检测装置，包括互相垂直安装的轻质摆架、可变电容、信号处理器与计算装置；检测装置安装在可以移动的大车上的桥吊小车上，在工作时，大车下有集装箱运输卡车、安装在所述卡车上的集装箱、吊起集装箱的两个可以同步工作也可以独立工作的吊具。本实用新型采用四个可变电容对两个吊具分别从x、y方向进行角度检测，并将检测信息经信号处理器处理然后送到计算单元(计算机)中，通过计算单元的分析与计算，从而可以得到两个吊具的摆角。该摆角信息可传送到桥吊自动防摇控制系统中完成桥吊的自动防摇，也可传送到桥吊驾驶室内，为集装箱起重操作员作参考。

Description

基于可变电容的双起升双吊具桥吊摆角检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种检测装置，特别是涉及一种基于可变电容的双起升双吊具桥吊摆角检测装置。

背景技术

双起升双吊具桥吊是一种新型港口集装箱装卸机械装置，它具有两个起升吊具，可以同时工作，从而大大提高了集装箱的装卸效率，但是，这种双起升双吊具桥吊系统结构复杂，工作方式多样，且这种新型桥吊具有两个可以单独起升(也可同步起升)的吊具，给吊具摇摆角度检测带来很大的难度。

现有的桥吊检测装置大多上都是针对单吊具桥吊设计的，它们对吊具摆角的检测大多采用了比较复杂的检测仪器，具有造价高，维护不方便，准确性低等缺点，而且这类检测装置并不适合对双吊具桥吊进行摆角检测。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的主要目的在于提供一种基于可变电容的双起升双吊具桥吊摆角检测装置。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种基于可变电容的双起升双吊具桥吊摆角检测装置，其特征在于：所述检测装置包括互相垂直安装的轻质摆架、可变电容、信号处理器与计算装置；所述检测装置安装在可以移动的大车上的桥吊小车上，在工作时，大车下有集装箱运输卡车、安装在所述卡车上的集装箱、吊起所述集装箱的两个可以同时工作也可以独立工作的吊具，在工作时吊具采用吊绳吊起连接在桥吊小车上，所述检测装置安装在桥吊小车上，所述大车上方还安装有固定安装在大车上方的桥吊驾驶室。

在本实用新型的具体实施例子中，所述吊绳为钢丝绳。

在本实用新型的具体实施例子中，所述可变电容为四个同型的可变电容。

在本实用新型的具体实施例子中，所述可变电容包括动片，定片，接转轴，所述动片和定片连接交流源检测电路；定片、动片均为长方形极板，长为宽的两倍，定片水平放置，动片竖直放置，二者左下端对齐，动片和定片采用接转轴活动连接在一起。定片保持位置不动，动片通过转轴与摆架连接，可以随摆架的摆动而旋转。

本实用新型的积极进步效果在于：本实用新型提供的基于可变电容的双起升双吊具桥吊摆角检测装置具有以下优点：本实用新型采用四个可变电容对两个吊具分别从x、y方向进行角度检测，并将检测信息经信号处理器处理然后送到计算单元(计算机)中，通过计算单元的分析与计算，从而可以得到两个吊具的摆角。该摆角信息可传送到桥吊自动防摇控制系统中完成桥吊的自动防摇，也可传送到桥吊驾驶室内，为集装箱起重操作员作参考。本实用新型结构简单，准确性高，维护方便，造价低廉。

附图说明

图1为本实用新型提供的双起升双吊具桥吊摆角测量装置的结构示意图。

图2为本实用新型的可变电容原理结构图。

图3为本实用新型的摆角检测机构放大结构图。

图4为本实用新型的可变电容、转轴、摆架连接结构图。

图5为本实用新型的信号处理过程示意图。

图6为本实用新型的摆角合成计算规则示意图。

具体实施方式

下面结合附图给出本实用新型较佳实施例，以详细说明本实用新型的技术方案。

图1为本实用新型提供的双起升双吊具桥吊摆角测量装置的结构示意图，图1中，本实用新型包括：集装箱运输卡车1、2(俗称“集卡”)；集卡的货物，即集装箱3、4。新型双起升双吊具桥吊一次可以同时装卸两个40英尺集装箱或4个20英尺集装箱；桥吊的两个独立的吊具5、6，它们可以同时工作，也可以独立工作；可以沿与纸面垂直方向移动的大车机构7；吊具的吊绳即钢丝绳8；可以水平移动的小车机构9、10；互相垂直安装的轻质摆架11、12；四个同型可变电容13、14；信号处理器和计算单元(计算机)15；桥吊的驾驶室16。由轻质摆架11、12和可变电容13、14组成的摆角检测机构放大结构图见图3、图4。

本实用新型涉及的检测装置解决了双起升桥吊双吊具的摆动角度的检测问题。本发明不需要额外的其它传感器或检测装置，只用四个同型可变电容、四个半圆形轻质摆架、一个信号处理器和一个计算处理单元，通过相应计算，就能够完成对双吊具的摆角的检测，进而实现对双吊具桥吊的防摇定位控制。

一般来讲，桥吊控制的目标是要实现吊具的防摇和负载的精确对位。现在使用中的桥吊大部分都是单起升桥吊系统，以手工操作为主，没有使用防摇装置，只是在一些大型集装箱桥吊系统中为了达到更好的操作效果，提高装卸效率，安装了一些机械防摇装置和电子防摇装置，但这些都不是自动化桥吊系统，即都没有从根本上实现桥吊操作的自动控制(即自动防摇定位控制)。要对桥吊实现自动防摇就要精确知道吊具的摆角大小。在一些报道中，一些机构开展了针对单起升桥吊负载防摇和负载定位控制的研究和应用，在这些桥吊控制系统中普遍采用了比较复杂的激光角度仪、角度传感器等检测装置实现负载摆角的检测，这些检测装置大都价格昂贵，使用复杂，抗干扰能力差，维护也不方便，有的还对使用环境有特殊要求，这些都限制了角度检测装置的应用。

本实用新型采用四个可变电容进行摆角的检测，成本低，使用可靠，维护简单，对工作环境要求不高，完全克服了上述问题。更为重要的是，现有的桥吊摆角检测装置无论从结构上还是从功能上来讲，都是针对具有一个吊具的桥吊设计的，现有的单吊具桥吊摆角检测装置很多不适合解决双吊具桥吊的摆角检测问题。

本实用新型采用四个同型可变电容，两两一组分别检测其对应的轻质摆架的转动量，然后将检测量经信号处理器处理并传送给计算单元，通过计算单元的实时分析计算，得到两个吊具的摆角，为双吊具桥吊的自动防摇定位控制提供检测信号。

附图1～4为本发明所涉及的双吊具桥吊及其两个摆角检测装置的结构与组成。

图2为本实用新型的可变电容原理结构图。如图2所示，可变电容由定片19和动片18组成，定片和动片之间是空气介质，通过旋转动片来改变动片和定片之间的重合面积就可以改变电容器的电容值，本发明正是利用该性质，由摆架11带动转轴20来旋转动片的位置，使动片和定片之间的重合面积发生改变，在本发明中采用的定片和动片规格如下：如图2所示定片、动片均为长方形极板，长2r宽r，定片水平放置，动片竖直放置，二者左下端对齐。从图2所示的动片、定片相对位置开始旋转动片，动片顺时针旋转时，动片和定片之间的重合面积s逐渐增大，由公式

(ε为空气介质的介电常数，s为极板面积，d为极板间的距离)知，ε和d不变，则c逐渐增大；当动片从图2所示位置逆时针旋转时，动片和定片之间的重合面积s逐渐减小，由公式

可知可变电容器的电容c将逐渐减小。在可变电容两端加有效值为U的正弦交流检测电路17，就可以的到随可变电容电容值变化而变化的电流信号I。通过对电流信号I的分析、计算就可以知道摆架的转动量，也即可以知道吊具摆角的大小变化。

图3中(详细介绍其中一个吊具的检测装置与原理，另一个吊具的结构与原理与此完全相同)，两个半圆形轻质摆架11、12互相垂直安装，分别沿x、y方向，要求两个半圆形轻质摆架光滑无糙面，且二者刚好相切，即大的半圆形摆架刚好包围小的半圆形摆架，每个半圆摆架中间都有光滑开缝，将吊绳从两个摆架的开缝中先后穿过，这样吊绳的摆动就会带动两个轻质摆架转动，而摆架的转动会带动转轴使可变电容的动片转动，从而通过检测可变电容的交流源检测电路的电流变化就可以得到吊绳的摆角变化信息。图4详细描绘了可变电容器、转轴、轻质摆架的具体连接方式(只详细叙述x方向的连接构成，y方向与此完全相同)。如图4中沿x方向最左边是可变电容器的定片19，位置固定不变，定片右侧是动片18，动片与转轴20固定，转轴20与摆架11固定，动片可以在顺、逆时针(0，

)范围内旋转，给摆架提供了足够的摆动范围。可变电容器两端接交流源电路进行电流信号检测。这样桥吊在工作时，吊具和负载的摆动通过吊绳传递给沿x、y方向的轻质摆架，摆架的转动又通过转轴带动可变电容器动片的转动(即电容值的变化)，电容值的变化又使交流源检测电路的电流发生变化，即电流信号就可以完全表征吊具和负载的摆角信息。在安装该摆角检测装置时需先对可变电容器定片和动片的初始位置进行合理设定(即初始电容值的设定)，由于吊具的摆角一般不超过

故初始动片的位置选定时要保证动片沿顺时针、逆时针两个方向都有

的转动余量，设定过程如下，让吊绳和负载自然下垂无任何摆角，定片和动片位置如图2所示：定片水平安放，动片竖直安放，二者左下端保持对齐重合。要保证四个可变电容的动片和定片都是如此安装，且四个可变电容上各自所加的交流电源要相同。然后以此为基准安装该摆角检测装置。装置安装妥当后进行摆角的检测，当吊绳只在x方向摆动时：当吊绳从初始竖直位置向右摆动时，吊绳带动y方向的摆架向右摆动(此时x方向的摆架保持不动)，摆架的摆动带动转轴和动片的逆时针转动，由图2的相对位置可知，此时动片和定片之间的重合面积s逐渐变小，由公式

可知此时可变电容的电容值c变小，容抗

增大，从而交流源检测电路的电流I变小；同理当吊绳向左摆时，动片右旋，重合面积s增大，电容值c增大，容抗

减小，电流I增大，这样通过交流源检测电路的电流输出值I与可变电容器动、定片初始设定位置值对应的I₀的大小关系比较就可以知道摆角的方向，由电流输出的具体值就可以知道摆角的大小，具体由电流信号到摆角信号的转化则由信号处理器和计算机来完成。当吊绳只沿y方向摆动时：吊绳右摆，摆架右摆，可变电容动片逆时针旋转，重合面积减小，电容值减小，容抗增大，电流减小；吊绳左摆，动片顺时针旋转，重合面积增大，电容值增大，容抗减小，电流增大，同理交流源检测电路的电流与初始电流的大小比较可以得知摆角的方向，检测电路电流的具体值可以算出摆角的大小。当吊绳沿任意方向摆动时(即不只沿坐标轴方向摆动)，吊绳的摆动会同时带动x方向摆架和y方向摆架产生摆动量，同样x方向的可变电容器动片和y方向的可变电容器的动片都会发生旋转，它们的电容值都会改变，它们各自的交流源检测电路的电流也会发生改变，它们各自方向的合成即为吊绳摆角的方向，它们各自摆角值的合成即为吊绳摆角的大小。电流信号的判断处理、标度转换和合成计算处理等都是在信号处理器和计算机中完成。

图5描述了由可变电容交流源检测电路的电流信号输出到摆角信息的流程结构。如图中所述，由摆架摆动带动动片的旋转使电容值发生改变，反应电容值变化的电流信号先进入到信号处理器中，信号处理器和计算机通过串口进行通讯。信号处理器内包含放大电路、滤波器和模数转换器。电流信号先在放大电路中进行信号放大，接着对信号进行滤波处理，经放大滤波的信号经过模数转换器转化为数字信号，该数字信号通过计算机串口传送到计算机(计算单元)中进行标度变换和合成运算，在计算单元中，送来的反映电流信号I_x、I_y的数字信号首先要用合适的算法进行标度变换，转换为角度信号θ_x、θ_y，再根据图6的角度合成原理得到吊具的摆角

接着如图5所述信号处理器和计算单元(计算机)15输出摆角信号，该摆角信号送到桥吊防摇控制系统中进行桥吊的自动防摇操作，同时该信号也可以送到桥吊驾驶室16供驾驶员参考。

该摆角检测装置无论是两个吊具同步工作时，或两个吊具独立工作时都能准确地将电流信号送入到信号处理器和计算单元中，从而进行桥吊的自动防摇控制。当两个吊具同步起升(互锁模式)时，该检测装置检测到的两组信号将互相参照对比一同送入到信号处理器和计算单元中；当两个吊具分别独立工作时，该检测装置将独立地把两组检测信号送到信号处理器和计算单元完成桥吊的摆角检测；当两个吊具其中一个工作，另一个不工作时，该检测装置将只送工作中的那一组的检测信号到信号处理器和计算单元中。

目前针对双起升双吊具桥吊的定位、摆角检测装置的报道还很少。相对于传统的单吊具桥吊控制系统，本发明涉及的摆角检测装置结构简单，实用有效，成本低廉，使用方便，既能为双吊具桥吊自动防摇定位控制系统提供摆角信息，又能为桥吊司机的手动操作提供参考。

本实用新型涉及的桥吊的摆角检测系统的具体工作过程如下：

在该摆角检测装置安装之前，需要对双吊具摆角检测装置的可变电容13、14的动片18和定片19之间的相对位置进行初始值设定，设定过程如下，先让吊具自然下垂，吊绳无任何摆角，此时设定定片19和动片18位置如图2所示：定片19水平安放，动片18竖直安放，二者左下端保持对齐重合。对两个吊具的四个可变电容都设定以后就可以进行桥吊的摆角检测了。当小车机构9、10接收到运行命令后开始运行(可两个吊具同步工作，也可两个吊具分别独立工作)，此时，吊具5、6及其负载(集装箱)由于小车的运行发生摆动，由可变电容13、14和轻质摆架11、12所组成的摆角检测装置检测到反应摆角信息的电流信号，该电流信号送入到信号处理器中，在信号处理器中，电流信号经过放大电路，滤波器，模数转换器处理，通过计算机串口传输到信号处理器和计算单元(计算机)15中，计算单元根据公式(如上所述)准确地计算出吊具的摆角信息，该摆角信息传输到桥吊的自动防摇控制系统中，由自动防摇控制系统给出的指令驱动桥吊大车机构7和小车机构9、10协调运动来完成桥吊的自动防摇。该摆角信息也可传输到桥吊驾驶室16内为驾驶员手动操作提供参考。

本实用新型中采用四个可变电容对两个吊具分别从x、y方向进行角度检测，并将检测信息经信号处理器处理然后送到计算单元(计算机)中，通过计算单元的分析与计算，从而可以得到两个吊具的摆角。该摆角信息可传送到桥吊自动防摇控制系统中完成桥吊的自动防摇，也可传送到桥吊驾驶室内，为集装箱起重操作员作参考。

本实用新型具有结构简单，准确性高，维护方便，造价低廉等优点。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种基于可变电容的双起升双吊具桥吊摆角检测装置，其特征在于：所述检测装置包括互相垂直安装的轻质摆架、可变电容、信号处理器与计算装置；所述检测装置安装在可以移动的大车上的桥吊小车上，在工作时，大车下有集装箱运输卡车、安装在所述卡车上的集装箱、吊起所述集装箱的两个可以同时工作也可以独立工作的吊具，在工作时吊具采用吊绳吊起连接在桥吊小车上，所述检测装置安装在桥吊小车上，所述大车上方还安装有固定安装在大车上方的桥吊驾驶室。

2.根据权利要求1所述的基于可变电容的双起升双吊具桥吊摆角检测装置，其特征在于：所述吊绳为钢丝绳。

3.根据权利要求1所述的基于可变电容的双起升双吊具桥吊摆角检测装置，其特征在于：所述可变电容为四个同型的可变电容。

4.根据权利要求1所述的基于可变电容的双起升双吊具桥吊摆角检测装置，其特征在于：所述可变电容包括动片，定片，接转轴，所述动片和定片连接交流源检测电路；定片、动片均为长方形极板，长为宽的两倍，定片水平放置，动片竖直放置，二者左下端对齐，动片和定片采用接转轴活动连接在一起，定片保持位置不动，动片通过转轴与摆架连接，可以随摆架的摆动而旋转。