用于起重机抓斗的调稳作业系统及调稳方法
【专利摘要】针对现有塔式起重机的抓斗在工作过程中始终晃动的技术难题，本发明提供一种用于起重机抓斗的调稳作业系统，由检测装置、信号收发及处理装置、调稳装置三部分构成；所述检测装置安装在起重机上，负责检测起重机的动作参数及环境参数；所述信号收发及处理装置依据接收到的检测数据生成控制信号，并将该控制信号传递至调稳装置执行；本发明还提供一套控制方法，针对不同的作业环境与工作状态进行动态调节，确保起重机工作环境始终处于安全的状态下运行。有益的技术效果：本发明可以使抓斗的调稳过程更加平稳、精确，而且在本发明整个调稳过程中实现了实时监测和反馈控制，提高了抓斗在控制平衡方面的稳定性、可靠性和安全性。
【专利说明】用于起重机抓斗的调稳作业系统及调稳方法
【技术领域】
[0001]本发明涉属于起重机设备领域，尤其涉及塔式起重机的抓斗的辅助控制，具体涉及一种用于起重机抓斗的调稳作业系统及调稳方法。
【背景技术】
[0002]起重机主要应用于建筑、港口、车间、工地等场合，近年来随着制造业的快速发展，重大负载及日益复杂的吊装环境，使得人们对起重吊装设备的安全性、稳定性、可靠性提出了更高的要求。而塔式起重机是高空作业设备，本身比较高，覆盖面积大，吊臂比较长，而且常在港口等环境恶劣的场合工作，加上操作人员和安装人员常常在高空作业，所以其安全性、稳定性要求很高。
[0003]现在塔式起重机的抓斗是用一条钢丝绳来吊挂，由于其作业空间比较高，抓取物料比较重，在港口工作时很容易受到风力影响，导致抓斗在运行过程中不停的晃动。而现在的塔式起重机的抓斗通过抓斗稳定器来稳定。抓斗稳定器只是在抓斗上另加一条绳索，绳索通过吊臂上的配重在轨道上运行，来拉动抓斗，以调节抓斗的平衡，在运动过程中是随意控制，并不能根据实际工况来调节抓斗的平衡。而且抓斗在工作过程中的晃动不仅受到吊臂旋转的影响，还受到风速、风向的影响，抓斗的受力情况在不断的改变，同时也在不停的晃动。对绳索的承载能力，吊臂的稳定性都具有极大的影响。影响着抓取物料，转移物料过程的平稳性和整台机器的安全性。
【发明内容】
[0004]针对现有塔式起重机的抓斗在工作过程中始终晃动的技术难题，以及仅通过配重式的抓斗稳定器对抓斗进行调稳的效果差的问题，本发明提出一种适用于码头等作业空间较大、受风影响较大、环境比较恶劣的场合的一种用于起重机抓斗的调稳作业系统及调稳方法，本发明具有自动化、智能化的技术特点，能提高抓斗作业过程的稳定性和安全性。本发明具体如下:
用于起重机抓斗的调稳作业系统，所述调稳作业系统所适用的起重机包括底座1、转盘2、起重机本体9、吊臂7、第一滚轮6、起重机绳索10和抓斗13 ;其中，底座I固定在地基上，在底座I的顶部设有转盘2，在转盘2的顶部设有起重机本体9，吊臂7的底端与起重机本体9活动连接，吊臂7的顶端设有第一滚轮6 ;起重机绳索10的一端与起重机的绳索马达相连接，起重机绳索10的一端绕过第一滚轮6后与抓斗13相连接；起重机本体9相对转盘2沿水平方向的转动，吊臂7相对起重机本体9沿竖直方向抬起或落下，起重机绳索10在绳索马达的转动下将抓斗13吊起或放下；
本发明所述的调稳作业系统由检测装置、信号收发及处理装置、调稳装置三部分构成；
所述检测装置安装在起重机上，负责检测起重机的动作参数及环境参数，并将检测到的上述动作参数及环境参数做为检测数据一并反馈至信号收发及处理装置； 所述信号收发及处理装置依据接收到的检测数据生成控制信号，并将该控制信号传递至调稳装置执行；
所述调稳装置包括导轨组件和电动调节组件；其中，导轨组件包含一条导轨808 ;导轨组件安装在起重机的吊臂上；电动调节组件包含一条调稳绳索803和一个调稳电动机809 ;电动调节组件活动连接在导轨组件的导轨808上，并通过调稳绳索803将电动调节组件与起重机的抓斗连接在一起；调稳电动机809在信号收发及处理装置发出的控制信号的驱动下带动电动调节组件沿导轨808朝起重机本体9 一侧或朝抓斗13 —侧移动；当抓斗13朝外摆动时，电动调节组件朝起重机本体9 一侧移动时，且通过电动调节组件中的调稳绳索803将抓斗13朝重机本体9 一侧拉紧，将抓斗13向内拉；反之，当抓斗13朝内摆动时，电动调节组件朝抓斗13 —侧移动时，减小调稳绳索803对抓斗13的牵引力，促使抓斗13向外摆；即通过调稳装置，始终向抓斗13施加一个与抓斗13实时摆动方向相反的作用力。
[0005]采用本发明所述的调稳作业系统进行起重机抓斗的调稳方法，按如下步骤进行: 步骤1、检测装置、信号收发及处理装置、调稳装置初始化:
开启检测装置、信号收发及处理装置、调稳装置的电源；建立三者之间的通讯连接?’人工向信号收发及处理装置输入吊臂7的长度值L ;
步骤2、由检测装置获取起重机实时的动作参数和环境参数，并传递至信号收发及处理装置；其中，起重机的环境参数包括风的速度以及方向的信息，起重机的动作参数包括抓斗13的实时位置信息、吊臂7在垂直面内的摆角信息、吊臂7在水平面内的转角信息、抓斗13的受力信息；
步骤3、由信号收发及处理装置以起重机本体9为坐标原点建立OXYZ坐标系；由信号收发及处理装置将接收到的起重机实时的动作参数和环境参数转换成OXYZ坐标系下的:抓斗13周围的风速值V、抓斗13的受力值F、吊臂7的摆角值α，吊臂7的转角值β、以及抓斗13的实时坐标(Xd、Yd、Zd)；
步骤4、由信号收发及处理装置根据抓斗13的受力值F与抓斗13周围的风速值V进行起重机工作环境是否安全的判断:
当受力值？ > O公斤(Kg)且风速值V彡20米/秒(m/s)，信号收发及处理装置报警，提示操作人员关闭起重机，停止作业；
当受力值F ( O公斤(Kg)且风速值V彡55米/秒(m/s)，信号收发及处理装置报警，提示操作人员关闭起重机，停止作业；
当受力值F > O公斤(Kg)且风速值V < 20米/秒(m/s)、或当受力值F彡20公斤(Kg)且风速值V < 55米/秒(m/s)，进入下一步；
步骤5、由信号收发及处理装置根据吊臂7的摆角值α、吊臂7的转角值β及吊臂7的长度值L测算出靠近第一滚轮6—侧的吊臂7端部的X轴方向的坐标值Xa=LXCosa XCos β，简称为吊臂的X轴向坐标值Xa:
步骤6、由信号收发及处理装置比较吊臂7的X轴向坐标值Xa与抓斗13的实时X轴向坐标值乂<1的大小进行比较:
若吊臂7的X轴向坐标值Xa不等于抓斗13的实时X轴向坐标值X d，，则抓斗13处于不稳定的位置，由信号收发及处理装置向调稳装置下达运行指令；
若吊臂7的X轴向坐标值\等于抓斗13的实时X轴向坐标值X d，则抓斗13处于稳定的位置，由信号收发及处理装置向调稳装置发出停止运行指令；
步骤7、当抓斗13完成吊运，关闭检测装置、信号收发及处理装置和调稳装置，关闭起重机，结束操作。
[0006]有益的技术效果
本发明所述的用于起重机抓斗的调稳作业系统及调稳方法是针对抓斗在运行过程中的不稳定摆动而提出的，将原有的抓斗稳定器改为齿轮齿条机构即本发明中导轨组件和电动调节组件的配合使用，并通过电动调节组件中电机驱动其运动，使原来抓斗稳定器的随机控制改为本发明的自动控制。本发明中的齿轮齿条传动机构可靠性高，工作过程平稳，可以使抓斗的调稳过程更加平稳、精确，而且在本发明整个调稳过程中实现了实时监测和反馈控制，提高了抓斗在控制平衡方面的稳定性、可靠性和安全性。在监测过程中用到了风速风向传感器，可以实时的监测风速，使得起重机抓斗可以更好的适应周围环境的变化。
[0007]本发明的检测装置用到角位移传感器、压力传感器、位移传感器以及风速风向传感器，可以实现位置、风速风向的实时监控，而且通过无线收发装置将收集到的信号通过信号调理电路以及模数转换电路发送到可编程控制器PLC上，PLC的输出端与工控机接口相连，由于抓斗在空载和满载时对风速的限制不同，在抓斗空载或满载时在风速超过起重机所要求的最大风速的情况下，通过报警装置发出报警信号，操作人员在听到报警信号后，使起重机停止工作。在风速允许的情况下，通过工控机来控制抓斗调稳机构中的电动机运转，从而调整抓斗的位置，使其尽可能稳定、安全的工作，在很大程度上提高了工作过程中的安全性。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1为本发明所述调稳作业系统的结构框图。
[0009]图2为检测装置及信号收发及处理装置的结构框图。
[0010]图3为调稳装置的俯视图。
[0011]图4为图3的A-A剖视图。
[0012]图5为图3的B处的立体示意图。
[0013]图6本发明所述用于起重机抓斗的调稳方法流程图。
[0014]图7本发明所述调稳作业系统的工作示意图。
[0015]图中的序号为:底座1、转盘2、第一角位移传感器3、第二角位移传感器4、第二控制无线发送装置5、第一滚轮6、吊臂7、起重机本体9、起重机绳索10、风速风向传感器11、位置传感器12、抓斗13、应变片14、第一控制无线发送装置15、齿条801、轴802、调稳绳索803、第二滚轮804、齿轮805、第一挡板806、导轨平台807、导轨808、调稳电动机809、电机支架810、第二挡板811、联轴器812、挡圈813、槽钢814、钢板815、齿条固定板817、第一控制无线接收装置901、第二控制无线接收装置902、信号调理电路903、模数转换电路904、报警装置905、可编程逻辑控制器PLC906、工控机907。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本发明的实施做进一步描述:
用于起重机抓斗的调稳作业系统，其所适用的起重机包括底座1、转盘2、起重机本体9、吊臂7、第一滚轮6、起重机绳索10和抓斗13 ;其中，底座I固定在地基上，在底座I的顶部设有转盘2，在转盘2的顶部设有起重机本体9，吊臂7的底端与起重机本体9活动连接，吊臂7的顶端设有第一滚轮6 ;起重机绳索10的一端与起重机的绳索马达相连接，起重机绳索10的一端绕过第一滚轮6后与抓斗13相连接；起重机本体9相对转盘2沿水平方向的转动，吊臂7相对起重机本体9沿竖直方向抬起或落下，起重机绳索10在绳索马达的转动下将抓斗13吊起或放下，如图7所示。
[0017]参见图1，用于起重机抓斗的调稳作业系统，由检测装置、信号收发及处理装置、调稳装置三部分构成；
所述检测装置安装在起重机上，负责检测起重机的动作参数及环境参数，并将检测到的上述动作参数及环境参数做为检测数据一并反馈至信号收发及处理装置；
所述信号收发及处理装置依据接收到的检测数据生成控制信号，并将该控制信号传递至调稳装置执行；
参见图3，所述调稳装置包括导轨组件和电动调节组件；其中，导轨组件包含一条导轨808 ;导轨组件安装在起重机的吊臂上；电动调节组件包含一条调稳绳索803和一个调稳电动机809 ；电动调节组件活动连接在导轨组件的导轨808上，并通过调稳绳索803将电动调节组件与起重机的抓斗连接在一起；调稳电动机809在信号收发及处理装置发出的控制信号的驱动下带动电动调节组件沿导轨808朝起重机本体9 一侧或朝抓斗13 —侧移动；当抓斗13朝外摆动时，电动调节组件朝起重机本体9 一侧移动，且通过电动调节组件中的调稳绳索803将抓斗13朝重机本体9 一侧拉紧，即将抓斗13向内拉；反之，当抓斗13朝内摆动时，电动调节组件朝抓斗13 —侧移动时，减小调稳绳索803对抓斗13的牵引，促使抓斗13向外摆，详见图7;
即通过调稳装置，始终向抓斗13施加一个与抓斗13实时摆动方向相反的作用力。
[0018]参见图2，检测装置包括风速风向传感器11，位置传感器12，第一角位移传感器3、第二角位移传感器4和应变片14 ;其中，
风速风向传感器11安装在靠近抓斗13 —侧的起重机绳索10上，用于检测并反馈风的速度以及方向；
位置传感器12安装在抓斗13的顶端，用于测量并反馈抓斗13的实时位置；
第一角位移传感器3以及第二角位移传感器4均安装在靠近转盘2 —侧的吊臂7上，第一角位移传感器3用于测量并反馈吊臂7在垂直面内的摆角，第二角位移传感器4用于测量并反馈吊臂7在水平面内的转角；
应变片14均布在抓斗13上，检测并反馈抓斗13的受力状况；
风的速度以及方向的信息为起重机的环境参数，抓斗13的实时位置信息、吊臂7在垂直面内的摆角信息、吊臂7在水平面内的转角信息、抓斗13的受力信息为起重机的动作参数。
[0019]参见图2，信号收发及处理装置包括第一控制无线发送装置15、第二控制无线发送装置5和信号接收与处理单元；
其中，第一控制无线发送装置15安装在抓斗13的顶端，第一控制无线发送装置15的信号输入端分别与风速风向传感器11的信号输出端、位置传感器12的信号输出端、应变片14的信号输出端相连接； 第二控制无线发送装置5安装在靠近转盘2 —侧的吊臂7上，第二控制无线发送装置5的信号输入端分别与第一角位移传感器3的信号输出端、第二角位移传感器4的信号输出端相连接；
第一控制无线发送装置15、第二控制无线发送装置5分别与信号接收与处理单元无线连接并通讯。
[0020]参见图2，所述信号接收与处理单元由第一控制无线接收装置901、第二控制无线接收装置902、信号调理电路903、模数转换电路904、报警装置905、可编程逻辑控制器PLC906和工控机907构成；
第一控制无线接收装置901的信号输出端、第二控制无线接收装置902的信号输出端分别与信号调理电路903的信号输入端相连接；信号调理电路903的信号输出端经模数转换电路904与可编程逻辑控制器PLC906的信号输入端相连接；可编程逻辑控制器PLC906的信号输出端分别与报警装置905的信号输入端、工控机907的信号输入端相连接；工控机907的信号输出端与调稳装置相连接；
其中，第一控制无线接收装置901与第一控制无线发送装置15无线连接并通信，第二控制无线接收装置902与第二控制无线发送装置5无线连接并通信；
信号调理电路903负责将第一控制无线接收装置901和第二控制无线接收装置902接收到的信号进行调理放大并向下一级输出；
模数转换电路904负责将经信号调理电路903放大调理的模拟信号转换为数字信号；可编程逻辑控制器PLC906负责将经模数转换电路904模数转换后的信号进行具体的判断与处理，并产生控制命令；
报警装置905在可编程逻辑控制器PLC906的控制下发出报警信号，提示驾驶员在听到报警信号后，切断电源，使起重机停止工作；
工控机907按可编程逻辑控制器PLC906产生的控制命令驱动调稳装置中调稳电动机809运行，同时，由工控机907显示屏显示可编程逻辑控制器PLC906实时执行的程序指令以及调稳电动机809的运转状态。
[0021]参见图3，所述导轨组件还包括齿条801、第一挡板806、导轨平台807、第二挡板811、槽钢814、钢板815和齿条固定板817 ;其中，导轨平台807固定连接在导轨808的底部；导轨平台807长度方向的一个侧面上连接有槽钢814 ;通过长条状的钢板815将导轨平台807相连的槽钢814的底部与另一个槽钢814的底边相连接，即2个槽钢814与钢板815所构成的组合体的截面呈U形；在2个槽钢814的内侧共同连接有一个长条状的齿条固定板817 ;通过螺钉816将齿条801固定在齿条固定板817的顶面；所述导轨平台807、槽钢814、钢板815和齿条固定板817均与导轨808等长的矩形块体；导轨808的长度不小于吊臂7长度的1/2 ;在朝向起重机本体9 一侧的导轨808的端部设有第一挡板806，在在朝向抓斗13 —侧的导轨808的端部设有第二挡板811 ;所述钢板815与吊臂7焊接在一起，详见图4。
[0022]参见图4，所述电动调节组件还包括轴802、第二滚轮804、齿轮805、电机支架810、联轴器812、挡圈813组成；所述电机支架810活动连接在导轨平台807上，并可沿导轨808的长度方向移动；在电机支架810的顶部设有调稳电动机809 ;所述调稳电动机809的转动轴与导轨平台807的长度方向的侧面相垂直，且指向槽钢814 —侧；通过联轴器812将调稳电动机809的转动轴与轴802的一端固定连接；通过过盈配合将挡圈813固定在轴802上，用于固定齿轮805的轴向移动)；挡圈813另一侧的端面与齿轮805的轴向一端相连接(挡圈813通过过盈配合固定在轴802上，所述挡圈813用于固定/限制齿轮805的轴向移动；所述齿轮805的齿状边缘与齿条801的条纹相互咬合；通过过盈配合的方式将第二滚轮804安装在齿轮805外侧的轴802上);所述调稳绳索803的一端固定连接在第二滚轮804的径向侧壁上，调稳绳索803的另一端与抓斗13相连接，如图5所示。
[0023]进一步说，当调稳电动机809按信号收发及处理装置的控制指令正转时，带动齿轮805同向正转，在齿轮805的齿状边缘与齿条801之间反作用力下，将电动调节组件沿着导轨808朝第一滚轮6 —侧移动；与此同时，与调稳电动机809 —同正转的第二滚轮804将调稳绳索803盘绕在第二滚轮804的径向侧壁上，将正在朝起重机本体9 一侧摆动的抓斗13向其运动的反方向提拉，阻止与调稳绳索803相连的抓斗13向起重机本体9 一侧偏移；
进一步说，当调稳电动机809按信号收发及处理装置的控制指令反转时，带动齿轮805同向反转，在齿轮805的齿状边缘与齿条801之间反作用力下，将电动调节组件沿着导轨808朝起重机本体9 一侧移动；与此同时，与调稳电动机809 —同反转的第二滚轮804将盘绕在第二滚轮804径向侧壁上的调稳绳索803松开，将抓斗13朝起重机本体9 一侧提拉，阻止与调稳绳索803相连的抓斗13向外摆动；
即通过电动调节组件在导轨组件上的移动，将缠绕在第二滚轮804径向侧壁上的调稳绳索803绕紧或松开，进而给予抓斗13作用力，最终使得抓斗13在吊臂7的抬起或放下的运动过程中始终垂向地面。
[0024]参见图4，所述电机支架810的底部设有与导轨808相匹配的凹槽；在电机支架810的凹槽侧壁上设有防倒凸块；在导轨808的侧壁上设有相应的防倒凹槽。
[0025]参见图6，采用本发明所述的调稳作业系统进行起重机抓斗的调稳方法，具体按如下步骤进行:
步骤1、检测装置、信号收发及处理装置、调稳装置初始化:
开启检测装置、信号收发及处理装置、调稳装置的电源；建立三者之间的通讯连接?’人工向信号收发及处理装置输入吊臂7的长度值L ;
步骤2、由检测装置获取起重机实时的动作参数和环境参数，并传递至信号收发及处理装置；其中，起重机的环境参数包括风的速度以及方向的信息，起重机的动作参数包括抓斗13的实时位置信息、吊臂7在垂直面内的摆角信息、吊臂7在水平面内的转角信息、抓斗13的受力信息；
步骤3、由信号收发及处理装置以起重机本体9为坐标原点建立OXYZ坐标系；由信号收发及处理装置将接收到的起重机实时的动作参数和环境参数转换成OXYZ坐标系下的:抓斗13周围的风速值V、抓斗13的受力值F、吊臂7的摆角值α，吊臂7的转角值β、以及抓斗13的实时坐标(Xd、Yd、Zd)；
建立OXYZ坐标系的优选方案是:以吊臂7与起重机本体9的连接点为原点0，以吊臂7水平时所指方向为X轴向，以吊臂7竖直时所指方向为Z轴向，以穿过圆心O且同时垂直X轴向和Z轴向的直线方向为Y轴向；
步骤4、由信号收发及处理装置根据抓斗13的受力值F与抓斗13周围的风速值V进行起重机工作环境是否安全的判断: 当受力值？ > O公斤(Kg)且风速值V彡20米/秒(m/s)，信号收发及处理装置报警，提示操作人员关闭起重机，停止作业；
当受力值F ( O公斤(Kg)且风速值V彡55米/秒(m/s)，信号收发及处理装置报警，提示操作人员关闭起重机，停止作业；
当受力值F > O公斤(Kg)且风速值V < 20米/秒(m/s)、或当受力值F彡20公斤(Kg)且风速值V < 55米/秒(m/s)，进入下一步；
步骤5、由信号收发及处理装置根据吊臂7的摆角值α、吊臂7的转角值β及吊臂7的长度值L测算出靠近第一滚轮6—侧的吊臂7端部的X轴方向的坐标值Xa=LXCosa XCos β，简称为吊臂的X轴向坐标值Xa:
步骤6、由信号收发及处理装置比较吊臂7的X轴向坐标值Xa与抓斗13的实时X轴向坐标值乂<1的大小进行比较:
若吊臂7的X轴向坐标值Xa不等于抓斗13的实时X轴向坐标值X d，，则抓斗13处于不稳定的位置，由信号收发及处理装置向调稳装置下达运行指令；
若吊臂7的X轴向坐标值\等于抓斗13的实时X轴向坐标值X d，则抓斗13处于稳定的位置，由信号收发及处理装置向调稳装置发出停止运行指令；
步骤7、当抓斗13完成吊运，关闭检测装置、信号收发及处理装置和调稳装置，关闭起重机，结束操作。
[0026]进一步说，若吊臂7的X轴向坐标值Xa<抓斗13的实时X轴向坐标值X d，则由信号收发及处理装置向调稳装置发出反转的控制指令，令调稳电动机809带动齿轮805反向旋转，且在齿轮805的齿状边缘与齿条801之间反作用力下，使得电动调节组件朝起重机本体9 一侧移动；与此同时，令与调稳电动机809 —同反转的第二滚轮804将盘绕在第二滚轮804径向侧壁上的调稳绳索803松开，将抓斗13朝起重机本体9 一侧提拉，阻止与调稳绳索803相连的抓斗13向外摆动；
若吊臂7的X轴向坐标值Xa>抓斗13的实时X轴向坐标值X d，则由信号收发及处理装置向调稳装置发出正转的控制指令，令调稳电动机809带动齿轮805正相旋转，在齿轮805的齿状边缘与齿条801之间反作用力下，使得电动调节组件朝第一滚轮6 —侧移动；与此同时，令与调稳电动机809 —同正转的第二滚轮804将调稳绳索803盘绕在第二滚轮804的径向侧壁上，将正在朝起重机本体9 一侧摆动的抓斗13向其运动的反方向提拉，阻止与调稳绳索803相连的抓斗13向起重机本体9 一侧运动。
【权利要求】
1.用于起重机抓斗的调稳作业系统，本调稳作业系统所适用的起重机包括底座(I)、转盘(2)、起重机本体(9)、吊臂(7)、第一滚轮(6)、起重机绳索(10)和抓斗(13);其中，底座(I)固定在地基上，在底座(I)的顶部设有转盘(2)，在转盘(2)的顶部设有起重机本体(9)，吊臂(7)的底端与起重机本体(9)活动连接，吊臂(7)的顶端设有第一滚轮(6);起重机绳索(10)的一端与起重机的绳索马达相连接，起重机绳索(10)的一端绕过第一滚轮(6)后与抓斗(13)相连接；起重机本体(9)相对转盘(2)沿水平方向的转动，吊臂(7)相对起重机本体(9)沿竖直方向抬起或落下，起重机绳索(10)在绳索马达的转动下将抓斗(13)吊起或放下；其特征在于:由检测装置、信号收发及处理装置、调稳装置三部分构成； 所述检测装置安装在起重机上，负责检测起重机的动作参数及环境参数，并将检测到的上述动作参数及环境参数做为检测数据一并反馈至信号收发及处理装置； 所述信号收发及处理装置依据接收到的检测数据生成控制信号，并将该控制信号传递至调稳装置执行； 所述调稳装置包括导轨组件和电动调节组件；其中，导轨组件包含一条导轨(808);导轨组件安装在起重机的吊臂上；电动调节组件包含一条调稳绳索(803)和一个调稳电动机(809);电动调节组件活动连接在导轨组件的导轨(808)上，并通过调稳绳索(803)将电动调节组件与起重机的抓斗连接在一起；调稳电动机(809)在信号收发及处理装置发出的控制信号的驱动下带动电动调节组件沿导轨(808)朝起重机本体(9) 一侧或朝抓斗(13)—侧移动；当抓斗(13)朝外摆动时，电动调节组件朝起重机本体(9) 一侧移动，且通过电动调节组件中的调稳绳索(803)将抓斗(13)朝重机本体(9) 一侧拉紧，即将抓斗(13)向内拉；反之，当抓斗(13)朝内摆动时，电动调节组件朝抓斗(13)—侧移动时，减小调稳绳索(803)对抓斗(13)的牵引，促使抓斗(13)向外摆；即通过调稳装置，始终向抓斗(13)施加一个与抓斗(13)实时摆动方向相反的作用力。
2.如权利要求1所述的用于起重机抓斗的调稳作业系统，其特征在于:检测装置包括风速风向传感器(11)，位置传感器(12)，第一角位移传感器(3)、第二角位移传感器(4)和应变片(14);其中，风速风向传感器(11)安装在靠近抓斗(13)—侧的起重机绳索(10)上，用于检测并反馈风的速度以及方向；位置传感器(12)安装在抓斗(13)的顶端，用于测量并反馈抓斗(13)的实时位置；第一角位移传感器(3)以及第二角位移传感器(4)均安装在靠近转盘(2)—侧的吊臂(7)上，第一角位移传感器(3)用于测量并反馈吊臂(7)在垂直面内的摆角，第二角位移传感器(4)用于测量并反馈吊臂(7)在水平面内的转角；应变片(14)均布在抓斗(13)上，检测并反馈抓斗(13)的受力状况；风的速度以及方向的信息为起重机的环境参数，抓斗(13)的实时位置信息、吊臂(7)在垂直面内的摆角信息、吊臂(7)在水平面内的转角信息、抓斗(13)的受力信息为起重机的动作参数。
3.如权利要求1所述的用于起重机抓斗的调稳作业系统，其特征在于:信号收发及处理装置包括第一控制无线发送装置(15)、第二控制无线发送装置(5)和信号接收与处理单元; 其中，第一控制无线发送装置(15)安装在抓斗(13)的顶端，第一控制无线发送装置(15)的信号输入端分别与风速风向传感器(11)的信号输出端、位置传感器(12)的信号输出端、应变片(14)的信号输出端相连接； 第二控制无线发送装置(5)安装在靠近转盘(2)—侧的吊臂(7)上，第二控制无线发送装置(5)的信号输入端分别与第一角位移传感器(3)的信号输出端、第二角位移传感器(4)的信号输出端相连接； 第一控制无线发送装置(15)、第二控制无线发送装置(5)分别与信号接收与处理单元无线连接并通讯。
4.如权利要求3所述的用于起重机抓斗的调稳作业系统，其特征在于: 所述信号接收与处理单元由第一控制无线接收装置(901)、第二控制无线接收装置(902)、信号调理电路(903)、模数转换电路(904)、报警装置(905)、可编程逻辑控制器PLC(906)和工控机(907)构成； 第一控制无线接收装置(901)的信号输出端、第二控制无线接收装置(902)的信号输出端分别与信号调理电路(903)的信号输入端相连接；信号调理电路(903)的信号输出端经模数转换电路(904)与可编程逻辑控制器PLC (906)的信号输入端相连接；可编程逻辑控制器PLC (906)的信号输出端分别与报警装置(905)的信号输入端、工控机(907)的信号输入端相连接；工控机(907)的信号输出端与调稳装置相连接；其中，第一控制无线接收装置(901)与第一控制无线发送装置(15)无线连接并通信，第二控制无线接收装置(902)与第二控制无线发送装置(5)无线连接并通信；信号调理电路(903)负责将第一控制无线接收装置(POl)和第二控制无线接收装置(P02)接收到的信号进行调理放大并向下一级输出； 模数转换电路(904)负责将经信号调理电路(903)放大调理的模拟信号转换为数字信号; 可编程逻辑控制器PLC (906 )负责将经模数转换电路(904 )模数转换后的信号进行具体的判断与处理，并产生控制命令；报警装置(905)在可编程逻辑控制器PLC (906)的控制下发出报警信号，提示驾驶员在听到报警信号后，切断电源，使起重机停止工作；工控机(907)按可编程逻辑控制器PLC(906)产生的控制命令驱动调稳装置中调稳电动机(809)运行，同时，由工控机(907)显示屏显示可编程逻辑控制器PLC (906)实时执行的程序指令以及调稳电动机(809)的运转状态。
5.如权利要求1所述的用于起重机抓斗的调稳作业系统，其特征在于: 所述导轨组件还包括齿条(801)、第一挡板(806)、导轨平台(807)、第二挡板(811)、槽钢(814)、钢板(815)和齿条固定板(817);其中，导轨平台(807)固定连接在导轨(808)的底部；导轨平台(807)长度方向的一个侧面上连接有槽钢(814);通过长条状的钢板(815)将导轨平台(807)相连的槽钢(814)的底部与另一个槽钢(814)的底边相连接，即2个槽钢(814)与钢板(815)所构成的组合体的截面呈U形；在2个槽钢(814)的内侧共同连接有一个长条状的齿条固定板(817);通过螺钉(816)将齿条(801)固定在齿条固定板(817)的顶面；所述导轨平台(807)、槽钢(814)、钢板(815)和齿条固定板(817)均与导轨(808)等长的矩形块体；导轨(808)的长度不小于吊臂(7)长度的1/2 ;在朝向起重机本体(9) 一侧的导轨(808)的端部设有第一挡板(806)，在在朝向抓斗(13) —侧的导轨(808)的端部设有第二挡板(811);所述钢板(815 )与吊臂(7 )焊接在一起； 所述电动调节组件还包括轴(802)、第二滚轮(804)、齿轮(805)、电机支架(810)、联轴器(812)、挡圈(813)组成；所述电机支架(810)活动连接在导轨平台(807)上，并可沿导轨(808)的长度方向移动；在电机支架(810)的顶部设有调稳电动机(809);所述调稳电动机(809)的转动轴与导轨平台(807)的长度方向的侧面相垂直，且指向槽钢(814)—侧；通过联轴器(812)将调稳电动机(809)的转动轴与轴(802)的一端固定连接；通过过盈配合将挡圈(813)安装在轴(802)上，所述挡圈(813)用于限制齿轮(805)的轴向移动；所述齿轮(805)的齿状边缘与齿条(801)的条纹相互咬合；通过过盈配合的方式将第二滚轮(804)固定在齿轮(805)外侧的轴(802);所述调稳绳索(803)的一端固定连接在第二滚轮(804)的径向侧壁上，调稳绳索(803)的另一端与抓斗(13)相连接。
6.如权利要求5所述的用于起重机抓斗的调稳作业系统，其特征在于: 当调稳电动机(809)按信号收发及处理装置的控制指令正转时，带动齿轮(805)同向正转，在齿轮(805)的齿状边缘与齿条(801)之间反作用力下，将电动调节组件沿着导轨(808)朝第一滚轮(6)一侧移动；与此同时，与调稳电动机(809) —同正转的第二滚轮(804)将调稳绳索(803 )盘绕在第二滚轮(804)的径向侧壁上，将正在朝起重机本体(9 ) 一侧摆动的抓斗(13)向其运动的反方向提拉，阻止与调稳绳索(803)相连的抓斗(13)向起重机本体(9) 一侧偏移； 当调稳电动机(809)按信号收发及处理装置的控制指令反转时，带动齿轮(805)同向反转，在齿轮(805)的齿状边缘与齿条(801)之间反作用力下，将电动调节组件沿着导轨(808)朝起重机本体(9) 一侧移动；与此同时，与调稳电动机(809) —同反转的第二滚轮(804)将盘绕在第二滚轮(804)径向侧壁上的调稳绳索(803)松开，将抓斗(13)朝起重机本体(9) 一侧提拉，阻止与调稳绳索(803)相连的抓斗(13)向外摆动； 即通过电动调节组件在导轨组件上的移动，将缠绕在第二滚轮(804)径向侧壁上的调稳绳索(803)绕紧或松开，进而给予抓斗(13)作用力，最终使得抓斗(13)在吊臂(7)的抬起或放下的运动过程中始终垂向地面。
7.如权利要求5所述的用于起重机抓斗的调稳作业系统，其特征在于:所述电机支架(810)的底部设有与导轨(808)相匹配的凹槽；在电机支架(810)的凹槽侧壁上设有防倒凸块；在导轨(808)的侧壁上设有相应的防倒凹槽。
8.采用权利要求1所述的调稳作业系统进行起重机抓斗的调稳方法，其特征在于:按如下步骤进行: 步骤1、检测装置、信号收发及处理装置、调稳装置初始化: 开启检测装置、信号收发及处理装置、调稳装置的电源；建立三者之间的通讯连接?’人工向信号收发及处理装置输入吊臂(7)的长度值L ; 步骤2、由检测装置获取起重机实时的动作参数和环境参数，并传递至信号收发及处理装置；其中，起重机的环境参数包括风的速度以及方向的信息，起重机的动作参数包括抓斗(13)的实时位置信息、吊臂(7)在垂直面内的摆角信息、吊臂(7)在水平面内的转角信息、抓斗(13)的受力信息； 步骤3、由信号收发及处理装置以起重机本体(9)为坐标原点建立OXYZ坐标系；由信号收发及处理装置将接收到的起重机实时的动作参数和环境参数转换成OXYZ坐标系下的:抓斗(13)周围的风速值V、抓斗(13)的受力值F、吊臂(7)的摆角值α，吊臂(7)的转角值β、以及抓斗(13)的实时坐标(Xd、Yd、Zd)； 步骤4、由信号收发及处理装置根据抓斗(13)的受力值F与抓斗(13)周围的风速值V进行起重机工作环境是否安全的判断: 当受力值？ > O公斤(Kg)且风速值V彡20米/秒(m/s)，信号收发及处理装置报警，提示操作人员关闭起重机，停止作业； 当受力值F ( O公斤(Kg)且风速值V彡55米/秒(m/s)，信号收发及处理装置报警，提示操作人员关闭起重机，停止作业； 当受力值F > O公斤(Kg)且风速值V < 20米/秒(m/s)、或当受力值F彡20公斤(Kg)且风速值V < 55米/秒(m/s)，进入下一步； 步骤5、由信号收发及处理装置根据吊臂(7)的摆角值α、吊臂(7)的转角值β及吊臂(7)的长度值L测算出靠近第一滚轮(6)—侧的吊臂(7)端部的X轴方向的坐标值Xa=LXCosa XCos β，简称为吊臂的X轴向坐标值Xa: 步骤6、由信号收发及处理装置比较吊臂(7)的X轴向坐标值Xa与抓斗(13)的实时X轴向坐标值乂<1的大小进行比较: 若吊臂(7)的X轴向坐标值Xa不等于抓斗(13)的实时X轴向坐标值X d，则抓斗(13)处于不稳定的位置，由信号收发及处理装置向调稳装置下达运行指令； 若吊臂(7)的X轴向坐标值\等于抓斗(13)的实时X轴向坐标值X d，则抓斗(13)处于稳定的位置，由信号收发及处理装置向调稳装置发出停止运行指令； 步骤7、当抓斗(13)完成吊运，关闭检测装置、信号收发及处理装置和调稳装置，关闭起重机，结束操作。
9.如权利要求8所述的起重机抓斗的调稳方法，其特征在于: 若吊臂(7)的X轴向坐标值Xa<抓斗(13)的实时X轴向坐标值X d，则由信号收发及处理装置向调稳装置发出反转的控制指令，令调稳电动机(809)带动齿轮(805)反向旋转，且在齿轮(805)的齿状边缘与齿条(801)之间反作用力下，使得电动调节组件朝起重机本体(9 ) 一侧移动；与此同时，令与调稳电动机(809 ) —同反转的第二滚轮(804 )将盘绕在第二滚轮(804)径向侧壁上的调稳绳索(803)松开，将抓斗(13)朝起重机本体(9) 一侧提拉，阻止与调稳绳索(803)相连的抓斗(13)向外摆动； 若吊臂(7)的X轴向坐标值Xa>抓斗(13)的实时X轴向坐标值X d，则由信号收发及处理装置向调稳装置发出正转的控制指令，令调稳电动机(809)带动齿轮(805)正相旋转，在齿轮(805)的齿状边缘与齿条(801)之间反作用力下，使得电动调节组件朝第一滚轮(6) —侧移动；与此同时，令与调稳电动机(809) —同正转的第二滚轮(804)将调稳绳索(803)盘绕在第二滚轮(804)的径向侧壁上，将正在朝起重机本体(9) 一侧摆动的抓斗(13)向其运动的反方向提拉，阻止与调稳绳索(803)相连的抓斗(13)向起重机本体(9) 一侧运动。
【文档编号】B66C13/22GK104495617SQ201410786371
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月18日 优先权日:2014年12月18日
【发明者】朱华炳, 訾斌, 牛康廷, 高晨辉, 卫道柱 申请人:合肥工业大学