一种用于缆机吊罐入仓过程中的吊罐防摆装置和方法与流程

本发明涉及一种用于缆机吊罐入仓过程中的吊罐防摆装置，用于缆机运行过程中对外界因素引起的缆绳及吊罐摆动进行姿态控制和修正。

背景技术：

缆机运行效率高、机动灵活、起重量大、工作区域广，且可以服务于整个建设周期，多用于高山峡谷地区大坝混凝土入仓浇筑过程中，比如已建成的溪洛渡，正在建设的乌东德、白鹤滩等均采用缆机进行大坝主体工程浇筑。但由于缆机的水平跨度大、垂直提升距离高，使混凝土吊罐在入仓过程中易产生摆动，影响缆机正常入仓作业。再者，大坝浇筑周期长、缆机入仓强度高、高山峡谷地区大风天气频发，调查显示，白鹤滩工程坝址7级以上大风年发生次数约3000次，可预见在未来施工中大风将造成吊罐摆动，当缆机紧急刹车或非正常停车都将不同程度影响吊罐运行过程中的姿态，吊罐的摆动易与仓面实体发生碰撞甚至脱钩，如果只靠来自空气中的阻力来消除，不仅仅浪费时间和影响生产效率，严重时还会引发生产事故。因此，在缆机吊运吊罐入仓时需要用一种吊罐防摆控制装置使吊罐在运行过程中始终保持安全姿态，降低安全风险，提高缆机入仓效率。

目前对与防摆的研究针对塔机或门机较多，对缆机的相关研究较少，而且在做防摆控制时考虑机械自身运动造成的摆动较多，考虑环境或突发情况等不可预见因素造成摆动的较少。吊罐是缆机入仓活动量最大的部件，各因素对缆机的影响也将通过吊罐的空间位置直接反映出来，因此，在缆机运行过程中，以吊罐为研究对象，通过实时监测吊罐与其他部件的相对位置，对吊罐的姿态进行分析、判断，并借助外力实现对吊罐的控制。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是提供一种用于缆机吊罐入仓过程中的吊罐防摆装置，可对缆缆机吊罐入仓过程中，对吊罐的姿态进行调整，避免吊罐过渡摆动。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种用于缆机吊罐入仓过程中的吊罐防摆装置，包括吊罐，吊罐通过缆绳悬吊的缆机小车上，在吊罐外上固定有多个高压气瓶，各高压气瓶是绕着吊罐轴线均匀分布，所述气瓶具有出气管，在出气管上安装有喷嘴和电磁阀；

还包括坐标监测装置、控制模块和计算机，所述坐标监测装置具有两组，两组坐标监测装置分别安装在吊罐和缆机小车上，控制模块安装在吊罐上，控制模块控制各电磁阀启闭；

所述坐标监测装置包括GPS定位模块和无线通信模块，GPS定位模块通过无线通信模块与计算机连接，计算机通过吊罐上的无线通信模块与控制模块连接。

在高压气瓶上安装有压力传感器，压力传感器与吊罐通信模块连接。

所述缆机具有称重传感器，称重传感器通过缆机上的无线通信模块将检测到信号传输给计算机。

一种使用缆机吊罐入仓过程中的吊罐防摆装置对吊罐姿态进行调整的方法，包括如下步骤；

第一步，在计算机中预设吊罐容许摆动范围；

第二步，吊罐和小车上的GPS定位模块将各坐标信息通过无线通信模块实时传入计算机，计算机判定吊罐是否在容许摆动范围内，假如超出范围，则进入下一步，假如未超出范围，则缆机继续作业；

第三步，称重传感器测量吊罐重量，并将信号传输给计算机，计算机根据吊罐偏移小车中心距离、方向和吊罐重量，大致计算出造成吊罐摆动的力的大小和受力方向。

第四步，计算机进过计算和分析后，向吊罐上无线通信模块发出控制指令，无线通信模块将接收到的控制指令传输给控制模块，由控制模块控制各电磁阀启闭。

第五步，重复第二步到第四步，形成循环，直到作业结束。

控制指令包括需要开启的电磁阀和电磁阀开启持续时间。

本发明的有益效果为：缆机在吊罐运行过程中可通过两个GPS定位模块分别监测缆机小车和吊罐的相对位置，并将坐标数据通过无线通信模块传输到计算机，由计算机判别出吊罐偏移的方向和偏离中心的距离，并对吊罐姿态进行安全性分析和判断。通过对数据的分析之后，将吊罐的实时状态反馈给缆机驾驶员，若需要调整，驾驶员将会通过计算机发出调整指令，吊罐上的无线通信模块接收到指令后，传输给控制模块，由控制模块控制各电磁阀，以将高压气瓶中的空气喷射出，通过向外喷射高压气体获得反冲力，使吊罐姿态快速恢复正常，进而实现对吊罐的姿态进行调整，避免吊罐过渡摆动。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

图1为本发明的整体结构示意图，

图2为本发明关于吊罐的立体结构示意图，

图3为本发明的控制流程示意图，

图4为本发明关于吊罐和小车GPS定位显示效果示意图，

图5为本发明各电气件之间的连接关系示意图。

图中：吊罐2、缆机1、小车12、高压气瓶3、大车11、小车12、缆绳13、吊钩14、出气管31、喷嘴32、电磁阀33。

具体实施方式

如图1到4所示，一种用于缆机吊罐入仓过程中的吊罐防摆装置，包括吊罐2，吊罐2通过缆绳13悬吊的缆机1小车12上，由缆机1驱动吊罐2移动，在吊罐2外上固定有4个高压气瓶3，各高压气瓶3是绕着吊罐2轴线均匀分布，所述气瓶3具有出气管31，在出气管31上安装有喷嘴32和电磁阀33；其中缆机包括大车、小车12、缆绳13和吊钩14，大车11实现吊罐2的X向移动，小车12实现吊罐2的Y向和Z向移动；

还包括坐标监测装置、控制模块和计算机，所述坐标监测装置具有两组，两组坐标监测装置分别安装在吊罐2和缆机小车12上，控制模块安装在吊罐2上；

所述坐标监测装置包括GPS定位模块和无线通信模块，无线通信模块包括发射模块和接收模块，两个GPS定位模块通过发射模块将吊罐2和小车12的坐标传输给计算机，由计算机判别出吊罐2偏移的方向和偏离中心的距离，计算机通过吊罐2上的接收模块将控制指令传输给控制模块，控制模块根据接收到控制指令控制各电磁阀33启闭。

所述控制模块为单片机。

所述无线通信模块为Zigbee无线通信模块。

将四个高压气瓶3分别标注为1号气瓶3、2号气瓶3、3号气瓶3和4号气瓶3，四个气瓶3中对角的两个气瓶3的喷气方向相反。

所述缆机具有称重传感器，称重传感器通过缆机上的无线通信模块将检测到信号传输给计算机。缆机上一般都配有称重传感器，它是用于监测所吊重物的重量，假如重物超过额定值，则缆机报警停机，在本专利中，主要是利用称重传感器监测吊罐2重量。

在高压气瓶3上安装有压力传感器，压力传感器与吊罐2上的通信模块连接。压力传感器实时监控高压气瓶3中的空气压力，并将压力值通过控制模块和无线通信模块传输给计算机，当空气瓶3内压力过低时，可以将吊罐2吊下，而后替换高压气瓶3或者充气。

本发明的具体工作原理为：如图4所示，缆机1小车12、吊钩14和吊罐2的中心点在竖直方向的投影在理想状态时应该是重合的，而小车12在运行时的状态相对稳定，基于此，将小车12和吊罐2作为两个位置测点，通过两个GPS定位模块实时获取吊罐2和小车12两测点的坐标信息。根据缆机1型号、运行参数和现场环境的复杂程度界定缆机1吊罐2容许摆动幅度，形成一个以小车12坐标为中心的圆形容许摆动范围，该容许摆动范围随小车12的运动而转移，当吊罐2的摆动幅度超过该范围时就需要采取措施进行控制，使吊罐2回到安全摆动范围。

其具体工作过程为，如图3所示；

第一步，在计算机中预设吊罐2容许摆动范围；

第二步，吊罐2和小车12上的GPS定位模块将各坐标信息通过无线通信模块实时传入计算机，计算机判定吊罐2是否在容许摆动范围内，假如超出范围，则进入下一步，假如未超出范围，则缆机继续作业；

第三步，称重传感器测量吊罐2重量，并将信号传输给计算机，计算机根据吊罐2偏移小车12中心距离、方向和吊罐2重量，大致计算出造成吊罐2摆动的力的大小和受力方向。

第四步，计算机进过计算和分析后，向吊罐2上无线通信模块发出控制指令，无线通信模块将接收到的控制指令传输给控制模块，由控制模块控制各电磁阀33启闭，其中控制指令的内容包括需要开启的电磁阀33和开启持续时间；高压气罐控制模块接收到控制指令后开启气罐电磁阀33，形成反推力，从而完成对吊罐2姿态的控制；当吊罐2超出容许摆动范围过多和吊罐2重量较重时，则相应延长电磁阀33开启时间，如果吊罐2超出容许摆动范围不多和吊罐2较轻时，则相应缩短电磁阀33开启时间。

第五步，重复第二步到第四步，形成循环，直到作业结束。