专利名称：单双水平臂塔式起重机的力矩限制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于单、双水平臂塔式起重机的力矩限制器，属于塔式起机起重机安全技术领域。
背景技术：
目前市场上的力矩限制器不能适用在结构特殊的双臂塔式起重机上，而只是适用于单臂塔式起重机上，不能两机通用，而且在力矩达到临界点时只是切断回路，不能自动向安全方向移动，这就导致超载时，幅度切断不能移动，塔式起重机驾驶员不能把握好力矩超载的临界点，给驾驶员现场施工及塔式起重机使用带来不便。
发明内容
本发明的目的在于通过求出各工作臂重量、幅度及两边工作臂的力矩差的方法，多信号输入多信号输出以解决现有技术所存在的上述问题。
本发明的目的通过以下方案实现由电源电路、四个构成相同的信号采集及放大电路、嵌入式微控制器、通信接口电路、PC机、4个输出控制电路及显示电路及操作按键组成；4个信号采集及放大电路通过相应的传感器采集信号经放大处理后分别输入嵌入式微控制器4个输入端，经过嵌入式微控制器的程序采集、A/D转换、过滤、计算处理，再分别把处理后的信号发送给显示电路进行显示，并通过输出端口把信号输入至输出控制电路分别对力矩、重量、幅度进行切断控制；通信接口电路输入输出嵌入式微控制器处理后的数据；操作按键则可对处理数据进行各种操作。
本发明还设置有报警电路，嵌入式微控制器输出端口把超载信号发送至报警电路进行报警。
本发明所述的嵌入式微控制器选用芯片PIC16F877A，信号采集及放大电路l-4的传感器采集信号放大后分别输入嵌入式微控制器ICl的2、 3、 4、 5脚，经过嵌入式微控制器IC1的程序处理，通过15 17脚输出显示信号，33~36脚输出控制信号，18脚输出喇叭信号，19 22和27 30脚警灯信号输出，26和25为MAX-232信号输出信号，9、 24、 39和40为按键输入口， PC机则通过通信接口电路进行传输；嵌入式微控制器IC1的12脚和31脚接VCC， 11和32脚接GND， 2-8脚为信号输入端，13和14脚接振晶，15-17脚接显示电路，18脚接喇叭信号输入端，19~22和27~30脚是接报警灯输入端，通信接口电路IC6的14脚RXD_PC和13脚TXD_PC与上位机连接，数据主要是通过这两脚和上位机传输，i信接口电路IC6 SU2脚RXD和11脚TXD分别接嵌入式微控制器IC1的26脚和25脚，33~36脚接输出控制电路。
本发明所述的输出控制电路由光电偶合器、继电器、二个基射极相连的三极管与偏置电阻构成的达林顿复合管放大电路组成；嵌入式微控制器的RB1即34脚接光电偶合器输入端脚、提供给光电偶合器信号并作为继电器控制信号，信号通过二个基射极相连的三极管与偏置电阻构成的放大电路进行放大后至继电器，对其触点l、 2、 3进行控制。
本发明所述四个输出控制电路的输入控制信号由嵌入式微控制器的33 36脚即RB0、 RB1、 RB2、 RB3端口提供。
本发明利用塔机上的小车在吊重受力后产生的拉力使传感器弹性体发生变形从而输出与外力成正比的电压信号，将此信号放大后，显示出实际物体重量值。再通过幅度传感器测量出小车的移动幅度，利用重量和幅度的乘积求出塔机的力矩值，用工作臂的力矩值减去配重力臂的力矩值，得出力矩差，通过力矩差控制两边的重量起升回路和两边的幅度回路，达到力矩超载保护的目的。本发明采用控制力矩差的方法，实现多工况工作，适用多种类型塔机，而且可实现两个开关信号互锁从而可以让小车超力矩差时，禁止向危险方向移动，还可自动向安全方向移动，从而实现了在力矩差超载时能自动回移的功能。
图1为本发明系统硬件部分结构示意图；图2为本发明电源电路的电路图；图3为本发明信号采集及放大电路的电路图；图4为本发明嵌入式微控制器电路图；图5为本发明通信接口电路的电路图；图6为本发明输出控制电路的电路图；图7为本发明报警电路的电路图；图8为本发明显示电路的电路图。
具体实施例方式
以下结合实施例并对照附图对本发明进行详细说明。
本实施例由电源电路、四个构成相同的信号采集及放大电路、嵌入式微控制器、通信接口电路、PC机、四个输出控制电路及报警电路、显示电路及操作按键组成。
电源电路由变压器BYQ、两个全波整电路QL1、 Q1稳压芯片V1 (7806)、V2 (7806)、 V3 (7805)、电容C51-C56构成，完成对380V、 220V交流的交直流转换，得+6V、 一6V、 +5￥直流电平。
4个信号采集及放大电路1、 2、 3、 4通过相应的传感器采集信号经放大处理后分别输入嵌入式微控制器IC1的4个输入端，经过嵌入式微控制器的程序采集、A/D转换、过滤、计算处理，再分别把处理后的信号发送给显示电路进行显示，并通过输出端口把信号输入至输出控制电路分别对力矩、重量、幅度进行切断控制。同时输出端口把超载信号发送至报警电路进行报警。通信接口电路可以输入输出嵌入式微控制器处理后的数据。操作按键则可对处理数据进行各种操作。
参见图2，信号采集及放大电路由传感器F、放大芯片IC2 (358)、电阻R7画R9、 R18、 R19、 R25、 R29、 R33、 R27、 R41、 R45、 R29、可调电阻W3、 W4、电容C3、 C4、 Cll、 C12、 C19、 C20、 C27、 C28、 C34、 C35，自检继电器ZJ1组成。传感器F信号输入端口 1， 2， 3， 4， 5，端口5接电源电路的+6V，滤波电容C3和Cll并接的一端连接端口 5，另一端接地。端口 4接电源电路的一6V，滤波电容C4和C12并接的一端连接端口4，另一端接地。端口 3接地。端口 1连接自检继电器ZJ1， ZJ1继电器一端接+6V,—端接地，另外一端串接二极管D2至VCC。端口2为信号输入端，信号经过电阻R7、R8、 R18、 R19进入放大芯片IC2的3脚，由放大芯片IC2的1脚输出，再接电阻R33，由放大芯片IC2的5脚输入出，由放大芯片IC2的7脚输出，与电阻R9串接后输入可调电阻W4，通过可调电阻W4进入嵌入式微控制器IC1(PIC16F877)的3脚。电阻R7和R8之间连接电容C19一端，C19另一端接地。电阻R8和R18之间连接电容C20—端，电容C20另一端接地，放大芯片IC2的8和4脚分别连接电源电路的+6V和—6V。放大芯片IC2的2串接电阻R25后至地。放大芯片IC2的2脚还和电阻R29和电容C27串连后连接在电阻R18、 R19之间。放大芯片IC2的6脚串接电阻R37后至地。电容C34跨接于放大芯片IC2的6脚及7脚间，电阻R45跨接于在放大芯片IC2的5脚及7脚间，放大芯片IC2的6脚还连接电阻R41，电阻R41另外一端连接可调电阻W3.电阻W3另外两脚分别连接电源电路的+6V和-6V。
嵌入式微控制器IC1选用芯片PIC16F877A，信号釆集及放大电路14的传感器采集信号放大后分别输入嵌入式微控制器IC1 (PIC16F877A)的2、 3、4、 5脚，经过嵌入式微控制器IC1的程序处理，通过15 17脚输出显示信号，33~36脚输出控制信号，18脚输出喇叭信号，19~22和27~30脚警灯信号输出，26和25为MAX-232信号输出信号，9、 24、 39和40为按键输入口，PC机则通过MAX-232的13, 14脚进行传输。嵌入式微控制器IC1的12脚和31脚接VCC， 11和32脚接GND， 2~8脚为信号输入端。13和14脚接振晶。15 17脚接显示电路的显示芯片IC5 (MAX7219) 。 18脚接喇叭信号输入端，19~22和27~30脚是接报警灯输入端。通信接口电路IC6 (芯片MAX232)的14脚RXD一PC和13脚TXD一PC与上位机个人电脑的通讯接口连接，数据主要是通过这两脚和上位机个人电脑进行传输，12脚RXD和11脚TXD分别接嵌入式微控制器IC1的26脚和25脚。33 36脚接输出控制电路。
输出控制电路由光电偶合器IC3 (4N26)、继电器J6、 二个基射极相连的三极管与偏置电阻R53、R57构成的达林顿复合管放大电路。嵌入式微控制器IC1的RB1即34脚接光电偶合器IC3输入端2脚、提供给光电偶合器IC3信号并作为继电器J6控制信号，信号通过二个基射极相连的三极管与偏置电阻R53、R57构成的放大电路进行放大后至继电器J6，对其触点l、 2、 3进行控制。电阻R53跨接于光电偶合器IC3的5脚接及电源电路的+6V间，光电偶合器IC3的4脚与达林顿复合管放大电路连接，再与继电器J6连接。
报警电路由光电偶合器IC4 (4N26)、 二个基射极相连的三极管与偏置电阻R2、 R3构成的达林顿复合管放大电路及喇叭Y构成。光电偶合器IC4的2脚即报警电路BELL输入端与嵌入式微控制器IC1的18脚连接，以输入喇叭信号，喇叭Y的端口 SP1和SP2分别接电源+6V及接喇叭报警电路达林顿复合管放大电路输出端。
四个输出控制电路的输入控制信号由嵌入式微控制器IC1的33 36脚即RB0、 RB1、 RB2、 RB3端口提供。
显示电路由显示芯片IC5 (MAX7219)构成，主要是显示对应的重量，幅度，力矩等。显示芯片IC5的1脚、13脚、12脚分别连接嵌入式微控制器IC1的17 15脚，数字信号由此输入。显示芯片IC5的24脚连接另外一组显示电路，另外几组显示电路通过显示芯片IC5MAX7219的24脚相互连接且显示电路连接方式相同。显示芯片IC5的14脚~17脚连接两个数码管的8， 12， 3，5， 6， 9， 2， 4脚。两个数码管的1， 10， 11， 7脚与芯显示芯片IC5的2，11， 6， 7, 3， 10， 5， 8脚连接。
操作按键输出接嵌入式微控制器IC1的24、 39、 40及9脚。本发明工作原理为主/副钩起重量及其相应工作幅度经各自的传感器检测并经放大处理后通过信号采集电路送A/D转换器，采用单片A/D多路信号分时转换的方法以简化设计并降低成本，对采集到的四路信号再进行程序处理，求出工作臂力矩和配重臂力矩的差，四个继电器可以控制主副钩的超载重量和主副钩的超载幅度，同时在力矩差超过临界值，屏幕上显示报警，蜂鸣器连续长鸣，可以切断起重机向危险方向的动作，但允许其向安全方向的动作。
7本发明还可以根据客户要求设定多种工况，适应复杂多变的施工要求，
可同时适用于单双臂塔式起重机。例如①配重块2.5吨，置放于20米处， 可做单臂塔机使用。②配重块3.5吨，可以在配重臂内自由移动，工作臂可吊 任意重量，但当两边力矩差超过临界点时，仪表立即切断力矩大的一方重量上 升回路及外移幅度回路，但可允许塔机向安全方向移动。③两边同时起吊相同 重量，当两边力矩差超过临界点时，仪表立即切断力矩大的一方重量上升回路 及外移幅度回路，但可允许塔式起重机向安全方向移动。通过求力矩差即解决 双臂塔式起重机的力矩保护问题。
控制信号预留有常开和常闭两种类型可供实际需要选择使用。当 超载时，继电器常开触点转向常闭触点，并切断相关电源。(也可由常闭触点 转向常开触点)。左右双钩起重不平衡力矩大于等于50TM时有两开关输出， 一个为起重力矩Ml〉平衡重力矩M2时的开关信号，另一个为平衡力矩M2 〉起重力矩M1时的开关信号，且两个开关信号不能同时动作，只能分别动作 (互锁)；且报警指示灯在力矩大的一方。通过信号的常开、常闭和开关输出 互锁功能可以控制塔式起重机的正向运动向反向运动，从而达到塔式起 重机超载自动向安全方向的动作。由于两信号有互锁功能，也不会影响其它 开关输出。
权利要求
1、一种单、双水平臂塔式起重机的力矩限制器，其特征在于由电源电路、四个构成相同的信号采集及放大电路、嵌入式微控制器、通信接口电路、PC机、4个输出控制电路、一组以上显示电路及操作按键组成；4个信号采集及放大电路通过相应的传感器采集信号经放大处理后分别输入嵌入式微控制器4个输入端，经过嵌入式微控制器的程序采集、A/D转换、过滤、计算处理，再分别把处理后的信号发送给显示电路进行显示，并通过输出端口把信号输入至输出控制电路分别对力矩、重量、幅度进行切断控制；通信接口电路输入输出嵌入式微控制器处理后的数据；操作按键则可对处理数据进行各种操作。
2、 根据权利要求1所述的单双水平臂塔式起重机的力矩限制器，其特征在于 设置有报警电路，嵌入式微控制器输出端口把超载信号发送至报警电路进行报
3、 根据权利要求1或2所述的单双水平臂塔式起重机的力矩限制器，其特征 在于嵌入式微控制器选用芯片(PIC16F877A)，信号采集及放大电路1-4的 传感< >器采集信号放大后分别输入嵌入式微控制器(IC1)的(2、 3、 4、 5)脚， 经过嵌入式微控制器(IC1)的程序处理，通过(15 17)脚输出显示信号，(33 36) 脚输出控制信号，(18)脚输出喇叭信号，(19~22)脚和(27 30)脚警灯信号 输出，(26)脚和(25)脚为(MAX-232)信号输出信号，(9、 24、 39)脚和(40)脚为按键输入口， PC机则通过通信接口电路进行传输；嵌入式微控制 器(IC1)的(12)脚和(31)脚接VCC， (11)脚和(32)脚接GND， (2~8) 脚为信号输入端，(13)脚和(14)脚接振晶，(15~17)脚接显示电路，(18) 脚接喇叭信号输入端，(19-22)脚和(27-30)脚是接报警灯输入端，通信接 口电路(IC6)的(14)脚(RXD—PC)和(13)脚(TXD_PC)与上位机连接， 数据主要是通过这两脚和上位机;输，通信接口电路(IC6)的(12)脚(RXD) 和(11)脚(TXD)分别接嵌入式微控制器(IC1)的(26)脚和(25)脚，(33~36) 脚接输出控制电路。
4、 根据权利要求1或2所述的双水平臂式塔机的力矩限制器，其特征在于 输出控制电路由光电偶合器(IC3)、继电器(J6)、 二个基射极相连的三极管 与偏置电阻(R53、 R57)构成的达林顿复合管放大电路组成；嵌入式微控制 器的(RB1)即(34)脚接光电偶合器(IC3)输入端(2)脚、提供给光电偶 合器(IC3)信号并作为继电器(J6)控制信号，信号通过二个基射极相连的 三极管与偏置电阻(R53、 R57)构成的放大电路进行放大后至继电器(J6)，对其触点(1、 2、 3)进行控制；电阻(R53)跨接于光电偶合器(IC3)的(5) 脚接及电源电路的+6V间，光电偶合器(IC3)的(4)脚与达林顿复合管放大 电路连接，再与继电器(J6)连接。
5、根据权利要求1或2所述的双水平臂式塔机的力矩限制器，其特征在于 四个输出控制电路的输入控制信号由嵌入式微控制器的(33 36)脚即(RB0 、RB1、 RB2、 RB3)端口提供。
全文摘要
本发明公开了一种单双水平臂塔式起重机的力矩限制器，由电源电路、四个构成相同的信号采集及放大电路、嵌入式微控制器、通信接口电路、PC机、4个输出控制电路及显示电路及操作按键组成；4个信号采集及放大电路通过相应的传感器采集信号经放大处理后分别输入嵌入式微控制器4个输入端，经过嵌入式微控制器的程序处理，再分别把处理后的信号发送给显示电路进行显示，并输出至输出控制电路分别对力矩、重量、幅度进行切断控制。本发明采用控制力矩差的方法，实现多工况工作，适用多种类型塔机，可实现两个开关信号互锁从而可以让小车超力矩差时，禁止向危险方向移动，还可自动向安全方向移动，从而实现了在力矩差超载时能自动回移的功能。
文档编号B66C23/88GK101648681SQ20091011587
公开日2010年2月17日 申请日期2009年9月3日 优先权日2009年9月3日
发明者李盛乾, 王江文, 罗鹤飞, 琳 陈 申请人:江西飞达电器设备有限公司