CN219217331U - 起重机及其重力式夹钳高度检测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及起重机械领域内的一种起重机及其重力式夹钳高度检测设备，包括钢丝绳卷筒、张紧器、旋转编码器以及重力式夹钳；钢丝绳卷筒包括筒体、卷筒轴以及钢丝绳，卷筒轴穿过筒体并用于支撑筒体的旋转，钢丝绳卷绕于筒体，张紧器内置于筒体内，张紧器通过驱动筒体回旋使钢丝绳处于张紧状态，旋转编码器检测筒体的旋转圈数；重力式夹钳包括顶部横梁、底部横梁和钳臂，钳臂分别与顶部横梁和底部横梁铰接，钢丝绳卷筒位于顶部横梁上，钢丝绳的自有端与底部横梁连接。本实用新型通过简单的传动方式，为重力式夹钳高度的检测提供提高检测精准度的结构设计，安装简单，应用方便，检测稳定可靠。

Description

起重机及其重力式夹钳高度检测设备

技术领域

本实用新型涉及起重设备技术领域，具体地，涉及一种起重机及其重力式夹钳高度检测设备。

背景技术

在目前工业4.0大力推广的形势下，起重机也参与到智能化的改革浪潮中。起重机如果要实现智能化，必须实现各个维度的位置检测，其中，大小车以及起升机构目前已经有比较成熟的方案，即使是旋转机构也有检测方案。但起升的高度不但要检测起升钢丝绳的高度，还要检测夹钳的高度，通常平移式夹钳，夹钳本体的高度在整个运行过程中没有变化，对起升高度的检测没有影响，而重力式夹钳采用四连杆形式的结构，通过重力作用夹紧起吊载荷，由于是连杆结构，在夹取不同宽度的载荷时，夹钳的整体的高度是变化的，因此将造成起升高度的变化。由于载荷宽度变化比较大，而且也不确定，所以夹钳的高度也无法通过载荷宽度进行换算，所以夹钳的高度在起重机的自动化运行过程中将处于不确定的状态，因此起升高度在自动化运行中将处于一个不确定的状态。目前通常只能将起升的高度按照最大的起升高度运行，以保证夹取任何宽度的载荷时都能保证安全运行，但如此一来，自动化的运行效率就明显下降，甚至会严重到影响到整个生产线的作业效率，进而影响产量。

如果设计一种全新的重力式夹钳高度检测设备，从而解决目前的重力式夹钳的高度检测手段缺失的问题，从而保证起升高度的精准度，则可以有效满足国内起重机的高度检测的问题，提高采用重力式夹钳起重机的智能化程度。

重力式夹钳的连杆结构本质上是利用平行四边形的变形原理实现的，当连杆结构被纵向拉伸时，则夹钳的开度变小，从而实现载荷的夹紧功能，而在载荷起吊后，通过重力的作用，连杆结构将一直处于被拉伸的趋势，从而夹钳的开度将一直处于减小的趋势，从而保证载荷一直被夹持的更紧更牢固，从而保证夹持的载荷不会发生坠落。在载荷释放时，起升机构在载荷触及地面后，继续下降，夹钳因自身的重力原因，其连杆结构将开始处于压缩状态，从而夹钳的开度将逐渐变大，从而松开载荷达到释放载荷的目的。而在载荷松开后夹钳的锁定装置将夹钳的变形结构锁死，确保再次起升夹钳时，夹钳不会发生变形，始终处于最大开度状态，从而确保载荷不会再次被夹紧。而需要再次夹取载荷时，只要将夹钳落到载荷表面，直至起升钢丝绳略微松弛，则夹钳的锁定装置将解锁，则再次起升夹钳时，夹钳将被拉伸，恢复夹取载荷的功能。

通过上述的描述，可以看出重力式夹钳在载荷的夹紧和释放的过程中一直处于变形状态，其本身高度一直在变化，而且在夹持不同宽度的载荷时，其自身的高度也将不同。在夹钳空载状态和带载状态其高度也是有很大的变化。根据夹钳类型不同，夹钳的高度变化量最大甚至可以达到3米以上，甚至更多，而这部分的高度变化量目前一直没有有效手段进行检测。

例如，公开号为CN106586864A，公开了一种钢丝绳卷筒，包括用于绕制钢丝绳的筒体，所述筒体设置张紧装置，使用时，钢丝绳穿过张紧装置释放，所述筒体包括底座，张紧装置设置于底座上。该专利技术就存在上述相关问题。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种起重机及其重力式夹钳高度检测设备。

根据本实用新型提供的一种重力式夹钳高度检测设备，包括钢丝绳卷筒、张紧器、旋转编码器以及重力式夹钳；

所述钢丝绳卷筒包括筒体、卷筒轴以及钢丝绳，所述卷筒轴穿过所述筒体并用于支撑所述筒体的旋转，所述钢丝绳卷绕于所述筒体上，所述张紧器内置于所述筒体内，所述张紧器通过驱动所述筒体回旋使所述钢丝绳处于张紧状态，所述旋转编码器检测所述筒体的旋转圈数；

所述重力式夹钳包括顶部横梁、底部横梁和钳臂，所述钳臂分别与所述顶部横梁和所述底部横梁铰接，所述钢丝绳卷筒位于所述顶部横梁上，所述钢丝绳的自有端与所述底部横梁连接。

一些实施方式中，所述张紧器为涡式弹簧，所述涡式弹簧的中心端头镶嵌在所述卷筒轴上，所述涡式弹簧的外侧端头镶嵌在所述筒体内壁上。

一些实施方式中，所述旋转编码器安装有第一齿轮，所述筒体的一端端板上设有第二齿轮，所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合传动。

一些实施方式中，所述顶部横梁与所述底部横梁之间设有锁止机构，所述锁止机构用于所述钳臂的夹取动作和释放动作的切换。

一些实施方式中，所述钳臂为两组，两组所述钳臂间隔设置。

一些实施方式中，还包括支撑机构，所述支撑机构包括基座、钢丝绳卷筒支撑座以及旋转编码器支撑座；

所述钢丝绳卷筒支撑座与所述旋转编码器支撑座固定于所述基座上，所述钢丝绳卷筒支撑座包括两组平行间隔设置的支撑架，所述卷筒轴的两端分别转动连接于两组所述支撑架上，所述基座上开设有滑槽，所述滑槽用于所述自由端穿出并供所述钢丝绳自由上下运动。

一些实施方式中，所述基座上设有电路板安装螺柱，所述电路板安装螺柱为多个，多个所述电路板安装螺柱用于安装固定电路板。

一些实施方式中，所述支撑机构还包括罩壳，所述罩壳扣接于所述基座上，所述钢丝绳卷筒与所述张紧器密封于所述基座和所述罩壳之间。

一些实施方式中，还包括信息采集处理器，所述信息采集处理器集成有FPGA芯片和EEPROM存储器。

本实用新型还提供了一种起重机，安装有所述的重力式夹钳高度检测设备。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

本实用新型通过简单的传动方式，为重力式夹钳高度的检测提供提高检测精准度的结构设计，安装简单，应用方便，检测稳定可靠。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型重力式夹钳整体结构示意图；

图2为本实用新型钳臂连接结构示意图；

图3为本实用新型钢丝绳安装结构示意图；

图4为本实用新型张紧器安装于筒体内的结构示意图；

图5为本实用新型的电路框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

实施例1

本实施例提供了一种重力式夹钳高度检测设备，如图1-4所示，主要包括钢丝绳卷筒1、张紧器2、旋转编码器3以及重力式夹钳4。钢丝绳卷筒1主要包括筒体11、卷筒轴12以及钢丝绳13。卷筒轴12用于支撑筒体1的旋转，其一端自筒体11的一侧穿过并延伸至筒体11另一侧的外部。钢丝绳13的尾端通过钢丝绳压板紧固在筒体11上，通过缠绕的方式层叠卷绕于筒体11上。钢丝绳13的自由端131用于和重力式夹钳4进行连接，对重力式夹钳4进行吊挂。一些实施方式中，还包括支撑机构5，支撑机构5主要用于安装钢丝绳卷筒1和旋转编码器3等。支撑机构5主要包括基座51、钢丝绳卷筒支撑座52以及旋转编码器支撑座53。基座51为基板结构，其钢丝绳卷筒支撑座52和旋转编码器支撑座53通过螺栓连接、焊接或一体成型的方式固定于基座51上。钢丝绳卷筒支撑座52为两组支撑架构成，支撑架为设有加强肋、加强筋等结构的立柱结构，其支撑架的顶端设置容置槽和盖板，其容置槽为截面呈半圆形结构形式，其内置有轴承，卷筒轴12的端部套接于轴承内，通过截面为半圆形的盖板扣合与容置槽上，进而完成对卷筒轴12的限位固定，方便快捷。钢丝绳卷筒1通过两组间隔平行的支撑架支撑，筒体1能够自由转动。于基座51上开设有滑槽511，钢丝绳13的自由端自滑槽511内穿出并与下方的重力式夹钳4进行连连接，同时钢丝绳13在随筒体11旋转下放或回收时，钢丝绳13的绳体能够在滑槽511内自由滑动。一些实施方式中，基座51上安装有电路板，电路板通过基座51上设置的电路板安装螺柱512紧固。优选的，支撑结构还包括有罩壳，罩壳的边沿扣接与基座51上开设的凹槽内，使得钢丝绳卷筒1和旋转编码器3密封于罩壳和基座51构成的空间内，提高安全防护措施。

张紧器2内置于筒体11内，主要通过其自身的弹性作用使筒体1回转，以达到对钢丝绳13始终保持张紧的状态。一些实施方式中，张紧器2为涡形弹簧，此时，筒体11的内壁加工有弹簧固定销，而卷筒轴12加工有弹簧固定槽。涡形弹簧的中心端头镶嵌在弹簧固定槽内并通过弹簧压板紧固，而涡形弹簧的外侧端头镶嵌在弹簧固定销内并通过弹簧压板进行紧固。通过将涡形弹簧的两端分别紧固于卷筒轴12和筒体11上，外力驱动筒体11旋转使钢丝绳13下放时，涡形弹簧将处于压缩状态，进行储能，而当驱动筒体11的外力撤销，钢丝绳13处于松弛状态时则通过涡形弹簧释放能量，使得筒体11回转，从而使得钢丝绳拉紧，使其处于张紧状态。

旋转编码器3安装于旋转编码器支撑座53上。旋转编码器3的输出轴上安装有第一齿轮31，相应地，于筒体11的一端的端板上形成有第二齿轮111。旋转编码器3与钢丝绳卷筒1两者通过第一齿轮31和第二齿轮111两者的啮合实现同步转动。通过齿轮啮合结构，能够确保旋转编码器3获得精确的筒体11的旋转数据，进而能够精确地获取钢丝绳13的收放长度，提高了检测精度。同时，由于筒体11上的第二齿轮111的齿轮加工较大，而旋转编码器3上的第一齿轮31的齿轮较小，通过齿轮传动的比例放大，可以使得旋转编码器3的测量精度进一步提高。例如，第一齿轮的齿数为40齿，第二齿轮的齿数为80齿，模数为1，压力角为20度，旋转编码器3的输出脉冲数为1024。

重力式夹钳4主要包括顶部横梁41、底部横梁42以及钳臂43，钳臂43的两端分别与顶部横梁41和底部横梁42铰接。一些实施方式中，钳臂43为两组，两组钳臂42分别位于顶部横梁41的两端。图5所示，展示的其中一组的钳臂43的结构图。图中钳臂b和钳臂c实际为一根钳臂。钳臂a上端与顶部横梁41在旋转支点d处铰接。钳臂b的上端和钳臂a的下端在旋转支点e处铰接。钳臂b的下端与底部横梁42在旋转支点f处铰接。钳臂c与钳臂b一体，所以当钳臂a和钳臂b发生相对位移时，钳臂c将随之发生位移。由于钳臂对称布置，所以当钳臂发生位移时，顶部横梁41和底部横梁42会发生距离变化，但始终处于平行状态。如果将顶部横梁和底部横梁之间的距离进行锁定，则夹钳将不再会发生形变。在顶部横梁和底部横梁之间设置锁止机构44实现夹钳的夹取功能和释放功能的切换。因此夹钳的顶部横梁41和底部横梁42之间的高度将决定钳臂的相对位置关系，同理钳臂的相对位置关系也将决定夹钳的顶部横梁41和底部横梁42之间的距离。因此本实用新型可以通过测量夹钳顶部横梁41和底部横梁42之间的距离推算钳臂的相对位置关系，从而计算钳臂c的位置，从而计算出夹钳最低点的相对位置，从而计算出夹钳的整体高度。

如图2所示，为本实施例提供的一种重力式夹钳高度检测设备的组装结构示意图，基座51安装于顶部横梁41上，其钢丝绳13的自由端与底部横梁42连接。通过涡旋弹簧使得钢丝绳13始终处于垂直张紧状态，进而可测的顶部横梁41和底部横梁42之间的距离，从而获得重力式夹钳的高度。具体地：随着夹钳43的拉伸，钢丝绳13被拉伸，此时钢丝绳13的伸长量即代表夹钳43的高度变化量，而夹钳43的准确高度，可以通过钢丝绳13的拉伸长度进行换算。因为重力式夹钳本质时一个平行四边形结构，其各个边长是已知的，其夹取钳臂是平行四边形边长的延伸，长度也是固定和已知的，通过现场测量或者根据夹钳的设计图可以得出夹钳的高度和钢丝绳伸出长度之间的换算关系，如此一来只要精确测量钢丝绳的伸出长度即可得出夹钳的精确高度。

在本实施例中，钢丝绳卷筒1内置涡式弹簧，随着钢丝绳的拉长，涡式弹簧将被卷曲进行储能，当夹钳43压缩时，钢丝绳13将松弛，涡式弹簧将释放势能，带动钢丝绳卷筒回卷，从而收紧钢丝绳，确保钢丝绳13一直处于张紧状态，从而确保钢丝绳的伸出长度和夹钳的高度的换算比例保持不变，从而确保夹钳高度换算的精确性。

由于钢丝绳13是缠绕在筒体11上并处于张紧状态，所以其伸出长度可以通过筒体11的旋转圈数和外径进行换算。由于筒体11的外径为固定值，所以只要精确测量筒体11的旋转圈数即可精确测量钢丝绳的伸出长度。而筒体11一端安装第二齿轮111，并与旋转编码器3的第一齿轮31进行啮合，从而筒体11的转动将直接带动旋转编码器3转动，而旋转编码器3在其转动过程中将发出脉冲，每个脉冲代表一个旋转编码器旋转了一个固定角度，通过对这个脉冲进行计数，即可计算出旋转编码器的旋转圈数，而第一齿轮31和第二齿轮111的齿轮变比为常数，所以根据旋转编码器3的旋转圈数即可计算出筒体11的旋转圈数，从而计算出精确的钢丝绳13伸出长度。旋转编码器3不同型号有着不同的分辨率，通过每旋转一圈其发出的脉冲数进行区分，每圈脉冲数越高其分表率也就越高，通常采用每圈1024个脉冲的编码器能够满足绝大多数设备的精确度的要求。

本实用新型通过简单的传动方式、检测方式以及高度换算，从而实现重力式夹钳高度的检测功能，安装简单，应用方便，检测稳定可靠。本实用新型的应用有效提高了起重机起升高度的检测精度。

实施例2

本实施例2是在实施例1的基础上形成，通过于重力式夹钳高度检测设备中优化信息采集处理器，在成本控制的基础上，提高信号采集精度与效率。具体地：

如图1-5所示，重力式夹钳高度检测设备中还包括信息采集处理器，所述信息采集处理器集成有FPGA芯片和EEPROM存储器。如图5所示，为信息采集处理器的电路框图，其电路核心芯片由FPGA担任，由于需要采集旋转编码器3的脉冲数，而旋转编码器3的脉冲变化非常快，如果通过MCU进行采集，要求的MCU的IO响应速度就要很高，必须能够满足200Khz以上的的频率指标，通常低成本的51芯片、AVR、PIC芯片均无法满足，需要采用ARM的芯片才行，目前的ARM芯片成本仍然较高，而且在本实用新型的应用场合会大材小用。所以本身实用新型采用了FPGA来做核心芯片，因为FPGA在高速采集和驱动方面非常擅长，并且也集成了数据总线可以实现与通讯芯片和存储芯片的数据交互。

图5中通讯接口电路负责将核心处理芯片的计算数据通过工业总线发送给起重机的PLC，同时也可以接收起重机PLC发来的控制数据或者配置软件发来的参数数据。指示灯电路负责指示当前电路的工作状态，如运行、报警、电源等信息。编码器接口电路负责将旋转编码器与核心芯片进行连接，由于旋转编码器通常工作电压都较高，高于核心芯片，所以需要编码器接口电路进行电平转换，同时该电路还可以将旋转编码器和核心芯片进行电气隔离，防止因为旋转编码器的故障导致核心电路的损毁。EEPROM电路负责存储本实用新型的参数数据，以及核心芯片采集到的数据和运算数据。EEPROM具有寿命长，可擦写次数超过10万次，保存数据时间长，断电数据保持10年以上的优点，比Flash各个方面都要优秀，唯一缺点就是存储字节非常少，但本实用新型存储数据很少，所以正好适用EEPROM芯片。电源电路负责为各个电路模块进行供电，由于每个模块的电源需求不尽一致，所以需要电源电路分别为其提供合适的工作电源。

本实施例中，通过FPGA芯片采集旋转编码器的脉冲并进行计数，将其存储在EEPROM中，可以保证本实用新型即使在设备断电的状态下数据不丢失。采集到的数据通过通讯接口芯片实现与起重机的PLC的数据交互，可以实现参数设置和数据清零功能。本实用新型可以提供一个软件工具，同对现场的夹钳的简单的数据测量即可计算出夹钳比例换算的相关参数，通过该软件工具也可以将该参数直接下载到本实用新型的EEPROM中，从而确保本实用新型对夹钳高度的测量的精确性。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种重力式夹钳高度检测设备，其特征在于，包括钢丝绳卷筒(1)、张紧器(2)、旋转编码器(3)以及重力式夹钳(4)；

所述钢丝绳卷筒(1)包括筒体(11)、卷筒轴(12)以及钢丝绳(13)，所述卷筒轴(12)穿过所述筒体(11)并用于支撑所述筒体(11)的旋转，所述钢丝绳(13)卷绕于所述筒体(11)上，所述张紧器(2)内置于所述筒体(11)内，所述张紧器(2)通过驱动所述筒体(11)回旋使所述钢丝绳(13)处于张紧状态，所述旋转编码器(3)检测所述筒体(11)的旋转圈数；

所述重力式夹钳(4)包括顶部横梁(41)、底部横梁(42)和钳臂(43)，所述钳臂(43)分别与所述顶部横梁(41)和所述底部横梁(42)铰接，所述钢丝绳卷筒(1)位于所述顶部横梁(41)上，所述钢丝绳(13)的自由端(131)与所述底部横梁(42)连接。

2.根据权利要求1所述的重力式夹钳高度检测设备，其特征在于，所述张紧器(2)为涡式弹簧，所述涡式弹簧的中心端头镶嵌在所述卷筒轴(12)上，所述涡式弹簧的外侧端头镶嵌在所述筒体(11)内壁上。

3.根据权利要求1所述的重力式夹钳高度检测设备，其特征在于，所述旋转编码器(3)安装有第一齿轮(31)，所述筒体(11)的一端端板上设有第二齿轮(111)，所述第一齿轮(31)与所述第二齿轮(111)啮合传动。

4.根据权利要求1所述的重力式夹钳高度检测设备，其特征在于，所述顶部横梁(41)与所述底部横梁(42)之间设有锁止机构(44)，所述锁止机构(44)用于所述钳臂(43)的夹取动作和释放动作的切换。

5.根据权利要求4所述的重力式夹钳高度检测设备，其特征在于，所述钳臂(43)为两组，两组所述钳臂(43)间隔设置。

6.根据权利要求1所述的重力式夹钳高度检测设备，其特征在于，还包括支撑机构(5)，所述支撑机构(5)包括基座(51)、钢丝绳卷筒支撑座(52)以及旋转编码器支撑座(53)；

所述钢丝绳卷筒支撑座(52)与所述旋转编码器支撑座(53)固定于所述基座(51)上，所述钢丝绳卷筒支撑座(52)包括两组平行间隔设置的支撑架，所述卷筒轴(12)的两端分别转动连接于两组所述支撑架上，所述基座(51)上开设有滑槽(511)，所述滑槽(511)用于所述自由端(131)穿出并供所述钢丝绳(13)自由上下运动。

7.根据权利要求6所述的重力式夹钳高度检测设备，其特征在于，所述基座(51)上设有电路板安装螺柱(512)，所述电路板安装螺柱(512)为多个，多个所述电路板安装螺柱(512)用于安装固定电路板。

8.根据权利要求6所述的重力式夹钳高度检测设备，其特征在于，所述支撑机构(5)还包括罩壳，所述罩壳扣接于所述基座(51)上，所述钢丝绳卷筒(1)与所述张紧器(2)密封于所述基座(51)和所述罩壳之间。

9.根据权利要求1所述的重力式夹钳高度检测设备，其特征在于，还包括信息采集处理器，所述信息采集处理器集成有FPGA芯片和EEPROM存储器。

10.一种起重机，其特征在于，安装有如权利要求1-9任一所述的重力式夹钳高度检测设备。

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