专利名称：吊重摆角测量装置及起重机械的制作方法
技术领域：
本发明涉及工程机械技术领域，尤其是涉及一种吊重摆角测量装置及具有该吊重摆角测量装置的起重机械。
背景技术：
大型海洋平台起重机械或港口起重机械在吊装过程中，由于风浪作用、臂架回转及俯仰等原因，吊重将会发生明显的摇摆，当摆动幅度较大时，不利于快速稳定地完成吊装任务，影响工作效率。因此对吊重的摆角进行实时测量就显得非常有必要，一方面了解吊重摆角的一般运动规律，另一方面为实时控制吊重的摇摆奠定基础。目前工程起重机械吊重摆角测量装置的研究主要集中在岸边桥式起重机上。其中一种测量方法为在吊绳顶端放置两组正交布置的高速激光扫描仪，激光发射器发出的激光形成两组光带，光带区涵盖了吊重的摆角区域；当吊绳处于某一位置时，接收器将接收不到该位置发射过来的激光，从而得到两个正交的位置信号；激光扫描仪也可以用CCD相机代替，相应地接收器用一块平板代替。另一种测量方法为在吊绳的顶端位置放置一个激光发射器，在吊钩上放置反射装置，顶端的激光发射器具有一定的自搜索功能，能跟随反射装置运动，激光发射器的运动量大小和方向反映了吊重的摆角大小和方向。还有一种测量方法为在吊绳顶端位置安装一个内壁耐磨的套筒，套在吊绳上，套筒可随吊绳摆动，套筒与两个正交的角度传感器连接，即可测量吊重的摆角。上述测量方法中，光学或视觉测量的方法成本较高，且实时性差；套筒加角度传感器的方法安装维护不便，且套筒对吊绳有磨损。
发明内容
本发明实施例提供了一种吊重摆角测量装置，其实现了实时测量吊重相对于平衡位置的摆角，在结构上比较简单，总成本较低，且实时性好。本发明实施例提供一种吊重摆角测量装置，包括座体、伸缩部件、套环、倾角测量器、旋转角度测量器及直线位移测量器，其中所述座体用于与起重机械的臂架固定连接，所述伸缩部件安装在所述座体上并可相对所述座体水平回转和伸缩，所述套环用于套设在起重机械的吊绳上，所述套环与所述伸缩部件的自由端连接，所述倾角测量器用于测量所述吊重摆角测量装置相对于水平面的倾角，所述旋转角度测量器用于测量所述伸缩部件的水平回转角度，所述直线位移测量器用于测量所述伸缩部件的伸缩位移。进一步地，所述伸缩部件至少包括第一伸缩杆和导向杆，所述第一伸缩杆与所述导向杆套接。进一步地，所述座体为具有至少一个收容空间的箱体结构，所述座体的至少一侧形成开口。进一步地，所述座体为具有至少一个收容空间的扇形箱体结构。
进一步地，所述导向杆的一端伸入所述收容空间，所述导向杆相对所述座体水平回转。进一步地，所述伸缩部件至少包括两节伸缩杆，每相邻两节伸缩杆可以同轴伸缩。进一步地，所述伸缩部件包括第一伸缩杆、第二伸缩杆及导向杆，所述第一伸缩杆与所述导向杆套接，所述第一伸缩杆可相对所述导向杆同轴伸缩，所述第二伸缩杆可相对所述第一伸缩杆同轴伸缩。进一步地，所述倾角测量器、旋转角度测量器和直线位移测量器中至少一个安装在所述座体上。进一步地，所述旋转角度测量器通过回转轴与所述伸缩部件固定，所述伸缩部件绕所述回转轴回转。进一步地，所述伸缩部件上设有拉绳连接环，所述直线位移测量器为一个拉绳位移传感器，其具有拉绳，所述拉绳从所述伸缩部件中牵出并连接在所述拉绳连接环上。进一步地，所述伸缩部件上设有支撑垫，所述座体上与所述支撑垫之间设有摩擦垫，当所述伸缩部件做回转运动时，所述支撑垫与所述摩擦垫形成滑动连接。进一步地，所述套环为至少三边或为一个环形的可拆开部件。进一步地，所述套环由四段滚轮相接形成环状结构，每段滚轮包括轮轴及套设在轮轴上的滚轮。本发明实施例还提供一种起重机械，包括臂架和吊绳，所述臂架与所述吊绳之间安装有上述的吊重摆角测量装置。本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是上述实施例提供的吊重摆角测量装置，通过将吊重的空间摆角转化为伸缩部件的水平回转及伸缩位移，由旋转角度测量器对伸缩部件的水平回转进行测量，由直线位移测量器对伸缩部件的伸缩位移进行测量，并使用倾角测量器对臂架姿态进行补偿，实现了实时测量吊重相对于平衡位置的各个方向上的摆角；在结构上比较简单，所占空间体积小，安装使用也比较方便，总成本低，且测量精度高，相对于光学或视觉测量的方法而言，实时性好；针对不同的起重机类型，该测量装置可通过增减伸缩部件的伸缩杆数量来改变伸缩行程，适用范围比较广。
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本发明实施例提供的吊重摆角测量装置的结构示意图；图2是吊重摆角测量装置用于测量吊重摆角时的结构示意图；图3是吊重摆角测量装置的座体与伸缩部件的连接结构示意图；图4是图3的局部剖视图；图5是图3的俯视图；图6是图3的侧视图；图7是伸缩部件的第一伸缩杆的结构示意图8是伸缩部件的第二伸缩杆与套环的俯视结构示意图；图9是伸缩部件的第二伸缩杆与套环的侧视结构示意图；图10是吊重摆角测量装置用于测量吊重摆角时的数学原理坐标图。图中标号说明测量装置10、座体11、倾角测量器12、旋转角度测量器13、直线位移测量器14、伸缩部件16、导向杆16a、第一伸缩杆16b、第二伸缩杆16c、套环17、第一段滚轮17a、第二段滚轮17b、第二段滚轮17c、第四段滚轮17d、顶板18、底板19、尾板20、侧板21、收容空间22、开口 23、耳板24、轴杆25、底座26、紧固件27、套筒28、回转轴29、卡环30、支撑垫31、摩擦垫32、滑槽33、滑块34、滑槽35、滑块36、拉绳连接环37、拉绳导向轮38、螺钉39、臂架50、吊绳60。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。针对大型海洋平台起重机械或港口起重机械在吊装过程中，吊重发生明显摇摆的问题，本发明实施例提出了一种低成本、安装使用方便、可以用作实时测量的吊重摆角测量装置，目的在于获得吊重摆角一般运动规律的试验数据，并为防摇控制奠定基础。图1是本发明实施例提供的吊重摆角测量装置(以下简称“测量装置”)的结构示意图，图2是本发明实施例提供的测量装置用于测量吊重摆角时的结构示意图，请参照图1和图2，该测量装置10使用时安装在臂架50上且位于吊绳60顶端附近，该测量装置10包括座体11、倾角测量器12、旋转角度测量器13、直线位移测量器14、伸缩部件16、及套环17。座体11与臂架50固定连接，伸缩部件16安装在座体11上并可相对座体11水平回转，且伸缩部件16同时可相对座体11伸缩，套环17连接在伸缩部件16远离座体11的自由端上，套环17套设在吊绳60上。当吊绳60摆动时，在吊绳60的带动下，伸缩部件16相对座体11回转，且同时伸缩部件16相对座体11伸缩，旋转角度测量器13用于测量伸缩部件16的水平回转角度，直线位移测量器14用于测量伸缩部件16的伸缩位移。当臂架50做俯仰运动时，在臂架50的带动下，该测量装置10的倾角将发生改变，倾角测量器12用于测量该测量装置10相对于水平面的倾角。图3至图6是座体11与伸缩部件16的连接结构示意图，请参照图3至图6，该座体11在本实施例中呈扇形箱体结构，包括顶板18、底板19、尾板20和两个侧板21，顶板18和底板19呈扇形状,尾板20连接在顶板18和底板19的尾部一侧,两个侧板21连接在顶板18和底板19的前后两侧，从而在座体11内形成一个收容空间22，座体11的头部一侧形成一个与收容空间22相连通的弧形的开口 23。尾板20上还连接有两个耳板24，两个耳板24上水平穿设有轴杆25，轴杆25可以为销轴或螺钉，轴杆25上固定安装有底座26。该测量装置10通过底座26固定连接在臂架50上，底座26与臂架50固定连接，初始安装时，座体11可绕轴杆25相对底座26转动，以调节座体11相对臂架50的初始安装位置，将该测量装置10调整到处于水平安装的位置，然后再通过紧固件27将座体11与轴杆25固定连接，使座体11不可再绕轴杆25转动，且同时由于底座26是固定在轴杆25上的，因此座体11和底座26此时固定连接成一个整体，当臂架50做俯仰运动时，该测量装置10也将跟随臂架50 —起做俯仰运动。
倾角测量器12、旋转角度测量器13和直线位移测量器14在本实施例中安装在座体11外的顶板18上。对于倾角测量器12、旋转角度测量器13和直线位移测量器14的安装位置本发明并不做限定，可以理解地，倾角测量器12、旋转角度测量器13和直线位移测量器14还可以安装在其他适合的地方，例如安装在伸缩部件16或者座体11的其他位置上。伸缩部件16安装在座体11上，且伸缩部件16在吊绳60的摆动带动下可相对座体11水平回转。在本实施例中伸缩部件16的一端从座体11的弧形开口 23处伸入至座体11的收容空间22内，座体11上设有套筒28，套筒28垂直固定在底板19上。旋转角度测量器13在本实施例中具有回转轴29，回转轴29的一端伸入至套筒28内，伸缩部件16靠近座体11的一端形成卡环30，该卡环30套设固定在回转轴29上，当伸缩部件16在弧形开口23所限定的范围内回转做水平左右摆动时，伸缩部件16带动旋转角度测量器13的回转轴29同步回转，从而可通过旋转角度测量器13测得伸缩部件16的水平回转角度。伸缩部件16在吊绳60的摆动带动下还可相对座体11伸缩。伸缩部件16至少包括导向杆16a和第一伸缩杆16b,第一伸缩杆16b与导向杆16a套接,导向杆16a从座体11的弧形开口 23处伸入至座体11的收容空间22内。伸缩杆的数量可以为一节或以上，当该测量装置10需要较大的长度时，伸缩杆可以采用多节，以满足臂架50与吊绳60之间较大的跨距需求。在本实施例中伸缩杆为至少两节，包括第一伸缩杆16b和第二伸缩杆16c，第二伸缩杆16c与第一伸缩杆16b套接，每相邻两节伸缩杆可以同轴伸缩。为了增加伸缩部件16做回转运动的稳定性，伸缩部件16的下方设有支撑垫31，座体11内的底板19上与该支撑垫31对应的位置设有弧形带状的摩擦垫32，当伸缩部件16做水平回转运动时，支撑垫31在摩擦垫32滑动，对伸缩部件16有辅助支撑作用，增加伸缩部件16运动时的稳定性。图7至图9是本发明实施例提供的伸缩部件16与套环17的连接结构示意图，请参照图7至图9，导向杆16a为空腔结构，内部设有滑槽33。第一伸缩杆16b套接安装在导向杆16a上并在吊绳60的摆动带动下可相对导向杆16a伸缩。其中第一伸缩杆16b靠近导向杆16a的一端的外部设有滑块34，滑块34与滑槽33之间构成滑动副，第一伸缩杆16b插入导向杆16a内并可沿导向杆16a做同轴伸出或缩回。第一伸缩杆16b为空腔结构，内部设有滑槽35，第二伸缩杆16c靠近第一伸缩杆16b的一端的外部设有滑块36，滑块36与滑槽35之间构成滑动副，第二伸缩杆16c插入第一伸缩杆16b内并可沿第一伸缩杆16b做同轴伸出或缩回。第二伸缩杆16c靠近座体11的一端还设有拉绳连接环37，直线位移测量器14在本实施例中为一个拉绳位移传感器，其具有拉绳(图未示)，直线位移测量器14的拉绳从中空的导向杆16a和第一伸缩杆16b中牵出并连接在拉绳连接环37上,第二伸缩杆16c相对导向杆16a和第一伸缩杆16b伸出或缩回时，将带动拉绳同步伸出或缩回，从而通过直线位移测量器14测得伸缩部件16的伸缩位移。为了导引拉绳的运动，座体11内设有拉绳导向轮38，拉绳搭在拉绳导向轮38上，由拉绳导向轮38导引拉绳在导向杆16a和第一伸缩杆16b内的运动,使拉绳运动更顺畅。套环17设置在第二伸缩杆16c远离座体11的自由端上。套环17为至少三边或为一个环形的可拆开部件，在本实施例中套环17由四段滚轮相接形成环状结构，更具体地，由四段滚轮相接形成，分别第一段滚轮17a、第二段滚轮17b、第三段滚轮17c和第四段滚轮17d，第一段滚轮17a与第二伸缩杆16c远离第一伸缩杆16b的一端连接，每段滚轮包括轮轴及套设在轮轴上的滚轮，各段滚轮之间首尾相连并铰接连接，通过定位螺钉39将第四段滚轮17d与第二伸缩杆16c连接，从而四段滚轮形成正四边形滚轮结构。套环17套在吊绳60上，每段滚轮与吊绳60之间的间隙很小，当吊绳60发生摇摆运动时，将牵动伸缩部件16同步运动。四段滚轮的轮轴长度可作调整，以适应吊绳60的直径大小。此处，所采用的四段滚轮结构可用其他段数的滚轮结构来代替，比如三段滚轮结构也能实现套住吊绳。倾角测量器12用于测量该测量装置10相对于水平面的倾角，补偿测量时因臂架50俯仰方向上的运动导致的吊绳60静平衡方向的变化。当臂架50做俯仰运动时，该测量装置10将跟随臂架50 —起运动，该测量装置10与水平面之间的倾角即由倾角测量器12测得。倾角测量器12在本实施例中为倾角仪。请参照图9，利用上述测量装置10对吊重摆角进行测量的数学原理为图中O点为摆角测量装置标定原点,OA为臂架,AC为吊绳静平衡时的方向(竖直方向)，OC为该测量装置的初始安装位置，建立坐标系0-ΧΥΖ，其中OX方向与OC方向重合，OZ方向与AC方向平行，OY方向由右手定则确定。初始时，AC的高度为h，OC的距离为U。当吊重发生摇摆运动时，套环跟随吊绳一起运动，带动伸缩部件做水平回转运动且同时伸缩杆做伸缩运动，在O-XY平面内，测点由初始时刻的C点跟随吊绳运动到B点，设此时OB的摆角测得值为Θ c, OB的伸长量测得值为Lc，并将B点在OX方向上及OY方向上投影，由几何关系有
权利要求
1.一种吊重摆角测量装置，其特征在于包括座体(11)、伸缩部件(16)、套环(17)、倾角测量器(12)、旋转角度测量器(13)及直线位移测量器(14)，其中所述座体(11)与起重机械的臂架(50)固定连接，所述伸缩部件(16)安装在所述座体(11)上并可相对所述座体(11)水平回转和伸缩，所述套环(17)套设在起重机械的吊绳(60)上，所述套环(17)与所述伸缩部件(16)的自由端连接，所述倾角测量器(12)用于测量所述吊重摆角测量装置相对于水平面的倾角，所述旋转角度测量器(13)用于测量所述伸缩部件(16)的水平回转角度，所述直线位移测量器(14)用于测量所述伸缩部件(16)的伸缩位移。
2.如权利要求1所述的吊重摆角测量装置，其特征在于所述伸缩部件(16)至少包括第一伸缩杆(16b)和导向杆(16a),所述第一伸缩杆(16b)与所述导向杆(16a)套接。
3.如权利要求2所述的吊重摆角测量装置，其特征在于，所述座体(11)为具有至少一个收容空间(22)的箱体结构，所述座体(11)的至少一侧形成开口(23)。
4.如权利要求3所述的吊重摆角测量装置，其特征在于，所述座体(11)为具有至少一个收容空间(22)的扇形箱体结构。
5.如权利要求2所述的吊重摆角测量装置，其特征在于，所述导向杆(16a)的一端伸入所述收容空间(22)，所述导向杆(16a)相对所述座体(11)水平回转。
6.如权利要求2所述的吊重摆角测量装置，其特征在于，所述伸缩部件(16)至少包括两节伸缩杆，每相邻两节伸缩杆可以同轴伸缩。
7.如权利要求6所述的吊重摆角测量装置，其特征在于，所述伸缩部件(16)包括第一伸缩杆(16b)、第二伸缩杆(16c)及导向杆(16a),所述第一伸缩杆(16b)与所述导向杆 (16a)套接，所述第一伸缩杆(16a)可相对所述导向杆(16a)同轴伸缩，所述第二伸缩杆 (16b)可相对所述第一伸缩杆(16b)同轴伸缩。
8.如权利要求1所述的吊重摆角测量装置，其特征在于，所述倾角测量器(12)、旋转角度测量器(13 )和直线位移测量器(14)中至少一个安装在所述座体(11)上。
9.如权利要求8所述的吊重摆角测量装置，其特征在于，所述旋转角度测量器(13)通过回转轴(29)与所述伸缩部件(16)固定，所述伸缩部件(16)绕所述回转轴(29)回转。
10.如权利要求1所述的吊重摆角测量装置，其特征在于，所述伸缩部件(16)上设有拉绳连接环(37)，所述直线位移测量器(14)为一个拉绳位移传感器，其具有拉绳，所述拉绳从所述伸缩部件(16)中牵出并连接在所述拉绳连接环(37)上。
11.如权利要求1所述的吊重摆角测量装置，其特征在于，所述伸缩部件(16)上设有支撑垫(31)，所述座体(11)上与所述支撑垫(31)之间设有摩擦垫(32)，当所述伸缩部件(16) 做回转运动时，所述支撑垫(31)与所述摩擦垫(32)形成滑动连接。
12.如权利要求1所述的吊重摆角测量装置，其特征在于，所述套环(17)为至少三边或为一个环形的可拆开部件。
13.如权利要求12所述的吊重摆角测量装置，其特征在于，所述套环(17)由四段滚轮 (17a、17b、17c、17d)相接形成环状结构，每段滚轮(17a、17b、17c、17d)包括轮轴及套设在轮轴上的滚轮。
14.一种起重机械，包括臂架(50)和吊绳(60)，其特征在于所述臂架(50)与所述吊绳(60)之间安装 有如权利要求1至13中任一项所述的吊重摆角测量装置(10)。
全文摘要
本发明实施例公开了一种吊重摆角测量装置，包括座体、伸缩部件、套环、倾角测量器、旋转角度测量器及直线位移测量器，其中所述座体用于与起重机械的臂架固定连接，所述伸缩部件安装在所述座体上并可相对所述座体水平回转和伸缩，所述套环用于套设在起重机械的吊绳上，所述套环与所述伸缩部件的自由端连接，所述倾角测量器用于测量所述吊重摆角测量装置相对于水平面的倾角，所述旋转角度测量器用于测量所述伸缩部件的水平回转角度，所述直线位移测量器用于测量所述伸缩部件的伸缩位移。本发明实施例通过将吊重的空间摆角转化为伸缩部件的水平回转及伸缩位移，实现了实时测量吊重相对于平衡位置的各个方向上的摆角。
文档编号B66C13/16GK103010958SQ201210558420
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月20日 优先权日2012年12月20日
发明者高常春, 任会礼 申请人:中联重科股份有限公司