用于门座起重机变幅速度测量的实验装置的制作方法

本实用新型涉及门座起重机实验装置，尤其涉及一种用于门座起重机变幅速度测量的实验装置。

背景技术：

门座起重机在变幅过程中，其臂架变幅速度变化趋势对于分析和评价起重机的性能具有重要的意义。在起重机的教学实践中，如果能在按缩小比例制作的起重机上实时直观的展示变幅过程中变幅速度的变化历程，将有助于学生更好地理解和掌握起重机变幅机构的工作原理、控制要求和基本特性。另一方面，在研究开发变幅机构的最优化调速控制系统时，需要一种有效的方式测量按缩小比例制作的起重机的实时变幅速度。通常门座起重机的实际应用中测量臂架的变幅速度采用的方法包括摄影测量法和经纬仪测量法等。但是，这些测量方法所用的装置造价高、操作过程繁琐，且对操作者有较高的技术要求，测量方案也不能直观地动态显示，往往要在测量后进行大量的专门的数据处理才能得到有用的结果。因此，它们不适合在教学科研中采用，因为教学科研中，在按缩小比例制作的门座起重机上测量变幅速度的装置要求成本低、安装快捷轻便、操作简单、结果显示和数据使用直观直接。

理论上，变幅速度等于臂架端部的相对水平位移除以产生这一位移所用的时间，所以只要用诸如超声波测距的方式跟踪臂架端部的位移的变化，即可完成变幅速度的测量。但是由于臂架端部在变幅过程中，除了水平方向的位移，还会在垂直方向发生偏移，因此在变幅全过程中，臂架端部突出部分不能保证总是能够将超声波反射回去，因而难以完成变幅速度的测量过程。

技术实现要素：

为了克服现有的起重机变幅速度的测量装置成本高，结构复杂，操作过程繁琐，对操作者技术要求较高，不适合于按缩小比例制作的起重机上采用等不足，本实用新型提供一种成本低、轻便可靠、集成度高，易于操作使用的按缩小比例制作的起重机变幅速度测量装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种用于门座起重机变幅速度测量的实验装置，该实验装置包括按缩小比例制作的门座起重机和超声波测速器；

按缩小比例制作的门座起重机的臂架端部固定一超声波反射板；

所述超声波测速器置于超声波反射板前方，所述超声波测速器包括装配盒，该装配盒内安装超声波传感器、数据采集模块和数据发送模块，所述超声波传感器包括超声波发射探头和超声波接收探头；该装配盒的一侧设有两个装配孔，其中一个装配孔内安装超声波发射探头，另一个装配孔内安装超声波接收探头；超声波发射探头发出超声波，超声波再经所述超声波反射板反射回来，所述超声波接收探头接收反射回来的超声波，数据采集模块采集超声波接收探头接收的数据，并通过数据发送模块发送给上位机。

接上述技术方案，按缩小比例制作的门座起重机与实物门起重机之间的比例为1:20。

接上述技术方案，该试验装置还包括实验平台，该实验平台距离最大幅度时的臂架端部10-15cm，所述超声波测速器置于该实验平台上。

接上述技术方案，所述超声波测速器的中心与所述超声波反射板的中心对齐。

接上述技术方案，所述超声波测速器与上位机通过USB接线连接。

接上述技术方案，所述装配盒的一侧安装蓄能电池和电源开关。

接上述技术方案，所述超声波测速器还包括一电源指示灯。

本实用新型产生的有益效果是：该实验装置利用超声波测距原理，为在教学科研中研究变幅速度特性提供了一种理想的变幅速度测量装置，在臂架端部固定一超声波反射板，以保证超声波总是可以反射回去，这种方式较好地解决了变幅机构在竖直方向的上下波动会严重影响变幅速度测量效果的问题。整个测量装置，测量精度高、成本低、轻便可靠、易于操作使用，且由于集成度高，可以通过上位机直观动态的显示测量结果，无需进行大量的专门的数据处理，具有较高的实用价值。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1为本实用新型实施例的超声波测速原理示意图；

图2为本实用新型实施例的实验装置构成示意图；

图3为本实用新型实施例的超声波测速装置主体结构示意图；

图4超声波测速装置主体结构的内部布置图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型实施例的用于门座起重机变幅速度测量的实验装置主要是依据超声波测速原理设计的。如图1所示，显示的是如何用超声波测速的方法测量直线运动的物体从位置1移动到位置2时的移动速度v。由于可以采用超声波测距分别测出声源(传感器)至位置1和位置2的距离S1和S2，而由位置1运动至位置2的时间由测量模块自动记录，则可以计算出物体的移动速度v，

v＝(S2-S1)/t

超声波测距是借助于超声脉冲回波渡越时间法实现的。即假设超声波脉冲由传感器发出至接收所经历的时间为t，超声波在空气中的传播速度为c，则从传感器到目标物体的距离d可用下式求出，

d＝ct/2

图2为采用本实用新型基于超声波测速原理的研究门座起重机变幅速度特性的实验装置的系统构成示意图。变幅速度特性的实验装置，包括缩小比例的门座起重机模型201和超声波测速器203，该超声波测速器203为变幅速度的测量装置。缩小比例的门座起重机模型以典型的起升重量为40吨、变幅幅度为35m的实物门座起重机为原型，根据相似性原理按1：20的比例缩小制作而成，制作材料以铝合金为主，适合于教学科研试验用途。变幅速度定义为起重机变幅机构的臂架端部A点的水平移动速度，但A点实际上在变幅过程中的运动是由两个方向合成的，除了水平方向外，还包括竖直方向。因此采用超声波测速的方法，不能保证臂架端部突出部分在变幅全过程中总是能够将超声波反射回去，故在臂架端部固定一超声波反射板202以保证超声波总是可以反射回去，这种方式较好地解决了变幅机构在竖直方向的上下波动会严重影响变幅速度测量效果的问题。

本实用新型实施例中，超声波测速器203放置在水平方向距离最大幅度时的臂架端部10cm左右的平台204上，平台204在垂直方向的安装位置与臂架端部超声波反射板202中心大致对齐即可。超声波测速器203通过USB接线206与PC机205相连。将超声波测速器203按照图2所示的方式安装好后，接通起重机变幅机构电源，使起重机开始变幅运动，同时打开所述的测速装置开关307即可开始进行变幅速度测量。不难看出，所述的采用本实用新型的变幅速度测量体系非常简单轻便，易于安装。

本实用新型实施例中，实验用门座起重机变幅速度的超声波测速器203是一个小型的嵌入式系统，如图3所示，主要包括单片机、超声波模块、USB接口、蓄能电池、电源开关和电源指示灯。单片机用于系统逻辑处理，是系统控制的核心。超声波模块用于测量当前物体的距离，串口模块用于与PC机进行数据交互，电源指示灯用于指示当前系统运行状态，蓄能电池则是为整个系统供电。测速时系统根据设置的采样频率，单片机周期开启所述的超声波模块进行测距，根据测量距离的变化，将其换算成当前物体移动的平均速度，然后通过所述的串口模块输出至PC机。

本实用新型的一个具体实施例中，实验用门座起重机变幅速度的超声波测速器203是一个非常轻巧的装置，其内部布置如图4所示，包括超声波探头207、指示灯301、蓄能电池302、USB接口303、串口模块304、单片机305、充电接口306及电源开关307。超声波探头207与单片机305连接，蓄能电池302、充电接口306、指示灯302分别接在单片机305相应位置。电源开关307安装在超声波测速器203的另一侧，与USB接口303所在位置相对，超声波测速器203的充电接口306设置在电源开关的旁边。串口模块304一端连接单片机305，一端通过USB接口303与PC机205连接，以此将测得数据上传计算机。超声波测速器203各模块连接好之后，将整体通过粘贴方式固定在装置盒内底部，超声波探头207通过两个圆孔伸出在装置盒外用以发射和接受超声波。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。