滑斗载荷监测方法和系统及云梯消防车的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及消防设备，具体地，涉及一种滑斗载荷监测方法。此外，本发明还涉及 一种滑斗载荷监测系统及具有其的云梯消防车。
【背景技术】
[0002] 消防车，俗称救火车，主要用于执行灭火、救灾等任务的特殊车辆。依主要执行任 务及应用场合的不同，消防车通常可以分为灭火消防车、举高消防车、机场消防车、后援消 防车等。其中，随着高层建筑的不断增多，作为一种典型的举高消防车，云梯消防车在现代 救援中的作用越来越受到社会的重视。
[0003] 如图1所示，云梯消防车通常设有伸缩式梯架1 (或称"云梯")，其上安装有滑斗2 及灭火装置，用于消防人员登高灭火和营救被困人员。靠近梯架1上端的位置设置有滑轮 3,牵引索4 (如钢丝绳）跨设在该滑轮3上，并在一端连接至滑斗2,另一端连接至卷扬机构 5,从而，滑斗2可以在该卷扬机构5作用下由牵引索4的牵引而沿梯架1上升或下降。除了 伸缩运动外，梯架1还可以在变幅油缸作用下变幅运动，以通过改变对地倾角而改变滑斗2 所能达到的最大高度。
[0004] 然而，牵引索4的极限拉力限定了滑斗2在各类工况中（如梯架1处于不同对地 倾角时）所能承受的极限载荷，若滑斗2上承受了过高的载荷，则有可能导致牵引索4断裂 等问题，进而造成安全事故。
[0005] 为此，有必要提供一种能够监测滑斗载荷的方法或系统，以提升云梯消防车的安 全性能。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是提供一种滑斗载荷监测方法，通过该滑斗载荷监测 方法能够监测滑斗承受的实际载荷G$，以便于在该实际载荷G$达到预定值时作出适当的 反应，避免发生牵引索断裂等导致的安全事故。
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明的一个方面提供一种滑斗载荷监测方法，所述滑 斗安装于梯架上并能够在牵引索的牵引下沿所述梯架上升或下降，所述梯架上设置有滑 轮，所述牵引索跨设在所述滑轮上并在所述梯架的上侧连接至所述滑斗、在所述梯架的下 侧连接至卷扬机构，其中，该滑斗载荷监测方法包括参数测量步骤和滑斗载荷计算步骤，在 参数测量步骤中测量所述牵引索作用于所述滑轮上的合力F、所述牵引索的相对倾角、所述 梯架的对地倾角β ;在滑斗载荷计算步骤中，根据测得的所述合力F、所述相对倾角、所述 对地倾角β计算得到所述滑斗所承受的实际载荷G$。
[0008] 本发明的另一个方面提供一种滑斗载荷监测系统，所述滑斗安装于梯架上并能够 在牵引索的牵引下沿所述梯架上升或下降，所述梯架上设置有滑轮，所述牵引索跨设在所 述滑轮上并在所述梯架的上侧连接至所述滑斗、在所述梯架的下侧连接至卷扬机构，其中， 该滑斗载荷监测系统包括：用于测量所述牵引索作用于所述滑轮上的合力F的轴销式传感 器、用于测量所述牵引索的相对倾角的角度传感器和用于测量所述梯架的对地倾角β的 倾角传感器；以及，利用测得的所述合力F、所述相对倾角、所述对地倾角β计算所述滑斗 所承受的实际载荷G$的计算单元。
[0009] 本发明的另一个方面提供一种云梯消防车，该云梯消防车包括梯架、安装于该梯 架上的滑斗以及本发明提供的所述滑斗载荷监测系统，所述滑斗能够在牵引索的牵引下沿 所述梯架上升或下降，所述梯架上设置有滑轮，所述牵引索跨设在所述滑轮上并在所述梯 架的上侧连接至所述滑斗、在所述梯架的下侧连接至卷扬机构。
[0010] 通过上述技术方案，本发明通过测量牵引索作用于滑轮的合力F、牵引索的相对倾 角和梯架的对地倾角β等关键参数，计算得到滑斗所承受的实际载荷G$，从而便于在其达 到预定值时作出适当的反应（如预警、及时减小滑斗负荷等），避免发生超载导致的安全事 故，有效提升了云梯消防车的安全性能。
[0011] 本发明的其它特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【附图说明】
[0012] 附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具 体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0013] 图1是一种典型的云梯消防车的部分装置的连接示意图；
[0014] 图2是用于表示根据本发明一种优选实施方式的滑斗载荷监测方法中的关键参 数的受力分析图；
[0015] 图3是根据本发明一种优选实施方式的滑斗载荷监测方法的流程图。
[0016] 附图标记说明
[0017] 1梯架2滑斗
[0018] 3滑轮4牵引索
[0019] 5卷扬机构
【具体实施方式】
[0020] 以下结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描 述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0021 ] 结合图2和图3所示，本发明的一个方面提供一种滑斗载荷监测方法，其中，滑斗2 安装于梯架1上并能够在牵引索4的牵引下沿梯架1上升或下降，所述牵引索4优选为钢 丝绳。梯架1上设置有滑轮3,例如，该滑轮3可以设置在靠近梯架1上端的位置。牵引索 4跨设在滑轮3上并在梯架1的上侧连接至滑斗2,且在梯架1的下侧连接至卷扬机构5,通 过该卷扬机构5缠绕或释放牵引索4,可以使得滑斗2沿梯架1上升或下降。
[0022] 为了便于描述本发明提供的滑斗载荷监测方法，首先需要结合图2分析与滑斗2 相关的各部分的相对位置关系及受力情况。
[0023] 在工作状态下，梯架1通常倾斜向上地延伸，该延伸方向与地面之间的夹角称为 梯架1的对地倾角β。以滑轮3为界，牵引索4分为位于梯架1上侧的部分和位于梯架1 下侧的部分，并且，位于梯架1下侧的牵引索4具有与梯架1平行的延伸方向；位于梯架1 上侧的牵引索4与梯架1(即与梯架1下侧的牵引索4)之间具有夹角α，并与梯架1的延 伸方向的法平面之间具有夹角γ。在图2中，可以由滑斗2的端面所在的平面作为所述梯 架1的延伸方向的法平面。上述夹角α和夹角γ统称为牵引索4的相对倾角，并满足如 下关系式：
[0025] 作为一种定滑轮系统，牵引索4在各处具有一致的张力Τ (即位于梯架1上侧和下 侧的牵引索4的张力均为Τ)。牵引索4作用于滑轮3上的合力F(该合力F沿牵引索4的 夹角平分线方向）与该张力T满足如下关系式：
[0027] 假定滑斗2受力平衡（即静止或匀速运动），该滑斗2除了受牵引索4的牵引力 (该牵引力大小等于牵引索4的张力T)外，还受到梯架1的摩擦阻力f和法向力作用，这些 力应在梯架1的延伸方向及其法向上与滑斗2承受的实际载荷G$达到平衡。其中，滑斗2 承受的实际载荷G$可以分解为沿梯架1延伸方向的切向分力Ff和与该切向分力F f垂直的 法向分力N，该法向分力N与梯架1对滑斗2的所述法向力的关系为作用力与反作用力（大 小相等、方向相反）。基于此，可以得到如下关系式：
[0028] Ff= G 实· sin β (式 3)
[0029] f = μ ·Ν = μ .G实· cos β (式 4)
[0030] 其中，μ为滑斗2与梯架1之间的摩擦系数，并由二者的材料属性确定。
[0031] 梯架1对滑斗2的摩擦阻力f与滑斗2的相对运动方向相反，即当滑斗2沿梯架 1上升时，摩擦阻力f沿梯架1向下；当滑斗2沿梯架1下降时，摩擦阻力f沿梯架1向上 (如图2所示）。由此，滑斗2上升和下降过程中分别可以得到如下关系式：
[0032] Ff+f = T · sin γ (式 5-1)
[0033] Ff= Τ · sin γ +f (式 5-2)
[0034] 基于上述分析，可以通过测量适当的参数而计算得到滑斗承受的实际载荷G$，以 对滑斗载荷进行监测。具体地，本发明的滑斗载荷监测方法包括参数测量步骤和滑斗载荷 计算步骤。其中，在参数测量步骤中，需要测量牵引索4作用于滑轮3上的合力F、牵引索4 的相对倾角以及梯架1的对地倾角β ;在滑斗载荷计算步骤中，可以根据测得的这些参数 计算得到滑斗2所承受的实际载荷G$。在该滑斗载荷计算步骤中，可以利用上述（式1)至 (式5-1)或（式5-2)，但本发明并不限于此。根据分析方法和列式习惯，可以得到多种不 同但等效的式子，同样可以用于计算滑斗载荷。例如，对于上述（式2)，可以等效地列为：
[0036] 此外，可以通过多种方式测得所需的参数。优选地，可以利用安装于滑轮3的中心 孔内的轴销式传感器测量牵引索4作用于该滑轮3上的合力F。关于轴销式传感器的结构 和使用对于本领域技术人员而言是公知的，因此不再详细说明。
[0037] 另外，正如以上所述，牵引索4的相对倾角可以为位于梯架1上侧的牵引索4与梯 架1之间的夹角α，或者与梯架1的延伸方向的法平面之间的夹角γ。其中，可以由滑斗 2的端面所在的平面作为所述梯架1的延伸方向的法平面，因此，相对而言，夹角γ