一种双起升桥吊的摆角测量装置及其测量方法与流程

本发明涉及集装箱起重机上的检测技术，更具体地说，涉及一种双起升桥吊的摆角测量装置及其测量方法。

背景技术：

随着全球化的继续深入，对外贸易不断发展，集装箱运输的份额在不断提高，港口建设规模也在扩大，集装箱桥吊双箱吊具的使用也越来越广泛，双起升桥吊有两个可以独立起升的吊具，因而大大提高了集装箱的装卸效率。

但是，桥吊的运动会引起负载及吊具的摆动，使其可能和周围的其它物体或操作人员发生碰撞，导致财物损失甚至人员伤亡，同时吊具负载的摆动使集装箱卡车难以准确对位，降低了集装箱装卸速度，可见对摆角进行检测抑制十分必要。另外，在桥吊的自动控制中，需要检测吊具的摆角信息，使之参与反馈控制。

现有技术中的桥吊大部分都是单起升桥吊系统，并且集装箱起重机操作自动化程度较低，以手工操作为主，大多没有使用摆角测量装置，仅依靠操作员凭经验来目视吊具及负载来获得其摆动情况，无法将吊具及负载的摆动情况直观地呈现在桥吊驾驶室，这种方法准确性低，影响工作效率及工作质量。只是在一些大型集装箱桥吊系统中为了提高装卸效率，安装了一些机械防摇装置和电子防摇装置，但都没有从根本上实现桥吊操作的自动控制。

目前，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、高度摄像等检测装置来实现负载摆角的检测，但是这些检测装置价格昂贵、使用复杂、抗干扰能力差、维护也不方便，其中有的检测装置还对工作环境有特殊要求，这都限制了摆角检测装置的应用。

双起升桥吊的结构复杂，工作方式多样，两个吊具既可以各自单独起升，也可同步起升，这都给吊具摆角检测带来很大的难度，然而上述现有的桥吊摆角检测装置都是针对单起升桥吊设计的，并不适合双起升桥吊进行摆角检测。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种双起升桥吊的摆角测量装置及其测量方法，采用霍尔式角度传感器实现摆角检测，摆角信号经过信号处理装置处理后可实时显示并反馈给防摇控制系统及云端，解决了双起升桥吊的摆角检测问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，一种双起升桥吊的摆角测量装置，包括大车机构、小车机构和小车驱动机构，小车机构通过小车驱动机构设于大车机构上，小车机构上设有一对吊载机构，每个吊载机构均包括：起升电机和吊具，起升电机通过钢丝绳与吊具相连，还包括：每个吊载机构上均设有摆角测量模块、与摆角测量模块信号连接，并用以处理分析的信号处理模块、及用以接收信号处理模块输出信号的接收系统；

所述摆角测量模块包括：x方向轻质摆架、y方向轻质摆架、霍尔式角度传感器、箱体和导线，x方向轻质摆架与y方向轻质摆架相互垂直设置，并连于相应的钢丝绳上，且x方向轻质摆架的一端与y方向轻质摆架的一端上均通过连接轴、转轴连有一个霍尔式角度传感器，每个霍尔式角度传感器设于相应的箱体内，每个霍尔式角度传感器均又通过导线与信号处理模块信号连接；

所述x方向轻质摆架与y方向轻质摆架均设置呈U字形，x方向轻质摆架与y方向轻质摆架上均开设有开缝，且y方向轻质摆架的长度大于x方向轻质摆架的长度。

所述的箱体设于小车机构的底部位置。

所述的箱体侧面上开有圆形开口，使得箱体内的霍尔式角度传感器能通过连接轴、转轴与x方向轻质摆架或y方向轻质摆架相连。

所述的接收系统为显示器、云端存储或桥吊防摇控制系统。

另一方面，一种双起升桥吊的摆角测量方法，包括以下步骤：

S1.对摆角测量模块进行初始设定：让吊具自然下垂，使钢丝绳无任何摆角，调整x方向轻质摆架和y方向轻质摆架上霍尔式角度传感器的位置，使角度信号为零；

S2.当小车机构接受运行命令后，双起升桥吊开始运行，使钢丝绳、吊具及吊具上的负载发生摆动，摆动使得x方向轻质摆架和y方向轻质摆架上的霍尔式角度传感器一起产生相对应的转动，霍尔式角度传感器就会产生对应的转动角度信号；

S3.将反映摆角信息的角度信号通过导线实时传送到信号处理模块，信号处理模块对角度信号进行放大滤波处理，再进行实时分析计算，将计算后所得的摆角值传送至接收系统；

S4.当两副吊具在互锁模式工作时，得到的两个摆角值应为相同，若不同，则将两个摆角值作为对照，在信号处理模块中进行摆角修正处理；当两副吊具在独立模式工作时，两副吊具之间的摆角互不影响，信号处理模块直接得到两个摆角值。

所述的步骤S3中，分析计算如下：先根据x方向轻质摆架输出角度信号θx、y方向轻质摆架输出角度信号θy的正负判断x方向轻质摆架和y方向轻质摆架的摆动方向，再根据角度计算公式合成得到钢丝绳摆角θ，从而得到钢丝绳的摆角θ和方位信息。

所述的钢丝绳的摆角θ和方位信息传送至双起升桥吊驾驶室中的显示器、桥吊防摇控制系统或是云端存储。

在上述的技术方案中，本发明所提供的一种双起升桥吊的摆角测量装置及其测量方法，采用四个同型霍尔式角度传感器对两副吊具分别从相互垂直的x、y方向进行角度检测，并将检测信息经信号处理模块处理后得到两副吊具的摆角信息。摆角信息可传送到桥吊防摇控制系统完成桥吊的自动防摇，同时可直观呈现给桥吊驾驶室作为操作参考，还可以上传到云端存储由于大数据分析。本发明结构简单，维护方便，抗干扰能力强，并且是非接触间接测量，对工作环境要求不高，不受光照等环境因素影响，在雾霾、风雨等恶劣天气环境下同样能完成检测。

附图说明

图1是本发明安装于双起升桥吊上的示意图；

图2是本发明摆角测量模块的结构示意图；

图3是图2的俯视图；

图4是本发明摆角测量计算的原理图；

图5是本发明摆角测量的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

请结合图1所示，本发明所提供的一种双起升桥吊的摆角测量装置，包括大车机构2、小车机构1和小车驱动机构9，大车机构2通过大车驱动机构10行走，小车机构1通过小车驱动机构9设置于大车机构2的顶部，小车机构1上设有一对吊载机构，每个吊载机构均包括：起升电机3、4和吊具12，起升电机3、4通过钢丝绳11与吊具12相连，上述为现有技术部分，在此就不再赘述。与现有技术不同的是，还包括：每个吊载机构均安装了摆角测量模块5、6，与摆角测量模块5、6对应信号连接，并用以处理分析的信号处理模块7、8，及用以接收信号处理模块7、8输出信号的接收系统。

请结合图2、图3所示，以摆角测量模块6为例(摆角测量模块5的结构组成一致)，该摆角测量模块6包括：x方向轻质摆架15、y方向轻质摆架16、霍尔式角度传感器19、箱体20和导线21。

x方向轻质摆架15与y方向轻质摆架16均设置呈U字形，分别对应于水平的x、y方向，要求两个轻质摆架光滑无糙面，y方向轻质摆架16的长度需大于x方向轻质摆架15的长度，使两者刚好相切，即y方向轻质摆架16刚好包围x方向轻质摆架15，x方向轻质摆架15与y方向轻质摆架16上中间均开设有开缝，将x方向轻质摆架15与y方向轻质摆架16相互垂直设置，钢丝绳11的上端连接在起升电机4的转轴上，钢丝绳11的下端从x方向轻质摆架15与y方向轻质摆架16的开缝中先后穿过与吊具12相连。x方向轻质摆架的一端、y方向轻质摆架的一端上均连有转轴17，x方向轻质摆架与y方向轻质摆架都可沿转轴17前后自由转动，x方向轻质摆架15可沿转轴17前后自由转动，y方向轻质摆架16可沿转轴17左右自由转动，这样钢丝绳11的摆动就会带动两个轻质摆架15、16分别沿x、y方向摆动。霍尔式角度传感器19通过连接轴18与相应的转轴17固定连接在一起，这样x方向轻质摆架与y方向轻质摆架的转动就可带动相应连接的霍尔式角度传感器19一起转动。霍尔式角度传感器19被放置在相应的一个箱体20内，箱体20内部需足够大，可使霍尔式角度传感器19自由转动，箱体20搭载在小车机构1底部，箱体20侧面上开有圆形开口，使得连接轴18转动时与箱体20之间无摩擦，箱体20不仅可以保护设置在箱体20内的霍尔式角度传感器19，还可以屏蔽外部的电磁干扰，以提高霍尔式角度传感器19测量精度及准确度。霍尔式角度传感器19产生的角度信号又通过导线21传送到信号处理模块8，用于处理分析霍尔电势信号，同时该信号处理模块8又可以作为霍尔式角度传感器19的电源。

请结合图4所示，以x方向轻质摆架15摆动情况进行说明(摆角θx＜π/2，y方向轻质摆架16的情况与其相同，就不在赘述)：信号处理模块8为霍尔式角度传感器19提供稳定电源，吊具12自然下垂，钢丝绳11无任何摆角时，此时霍尔式角度传感器19的输出角度信号为0；当吊具12向后方摆动时带动x方向轻质摆架15向后摆动，由x方向轻质摆架15侧方看去，霍尔式角度传感器19呈逆时针转动，此时霍尔式角度传感器19的输出角度信号为-θx(小于0)；当吊具12向前摆动时带动x方向轻质摆架15向前摆动，也由x方向轻质摆架15侧方看去，霍尔式角度传感器19呈顺时针转动，此时霍尔式角度传感器19的输出角度信号为θx(大于0)；可规定霍尔式角度传感器19顺时针转动时产生的角度信号为正值，则逆时针转动时的角度信号为负值，这样根据θx的正负可判断x方向轻质摆架15的摆动方向，|θx|的大小反映了x方向轻质摆架15摆动角度的大小。

请结合图5所示，本发明的具体摆角测量工作过程如下：

S1.在摆角检测之前，需对摆角测量模块进行初始设定：让吊具12自然下垂，使钢丝绳11无任何摆角，霍尔式角度传感器19通过连接轴18、转轴17与相应的x方向轻质摆架15和y方向轻质摆架16连接在一起，信号处理模块8为霍尔式角度传感器19提供稳定电源，再调整x方向轻质摆架15和y方向轻质摆架16上四个霍尔式角度传感器19的位置，使角度信号为零；

S2.当小车机构1接受运行命令后，双起升桥吊开始运行(两副吊具12可独立工作，也可同步工作)，此时钢丝绳11、吊具12及吊具12上的负载(集装箱14)发生摆动，摆动使得x方向轻质摆架15和y方向轻质摆架16上的霍尔式角度传感器19一起产生相对应的转动，霍尔式角度传感器19就会产生对应的转动角度信号；

S3.将反映摆角信息的角度信号通过导线21实时传送到信号处理模块7、8，信号处理模块7、8对角度信号进行放大滤波处理，再进行实时分析计算，将计算后所得的摆角值传送至接收系统；

S4.当两副吊具12在互锁模式工作时，得到的两个摆角值应为相同，若不同，则将两个摆角值作为对照，在信号处理模块7、8中进行摆角修正处理；当两副吊具12在独立模式工作时，两副吊具之间的摆角互不影响，信号处理模块7、8直接得到两个摆角值。

较佳的，所述的步骤S3中，分析计算如下：先根据x方向轻质摆架15输出角度信号θx、y方向轻质摆架16输出角度信号θy的正负判断x方向轻质摆架15和y方向轻质摆架16的摆动方向，再根据角度计算公式合成得到钢丝绳11摆角θ，从而得到钢丝绳11的摆角θ和方位信息。

较佳的，所述的钢丝绳11的摆角θ和方位信息传送至双起升桥吊驾驶室13中的显示器上，供驾驶员参考，也可传送至桥吊防摇控制系统，进行桥吊的自动防摇控制，还可以上传到云端存储用于大数据的分析。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。