滑斗載荷監測方法和系統及云梯消防車的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及消防設備，具體地，涉及一種滑斗載荷監測方法。此外，本發明還涉及 一種滑斗載荷監測系統及具有其的云梯消防車。
【背景技術】
[0002] 消防車，俗稱救火車，主要用于執行滅火、救災等任務的特殊車輛。依主要執行任 務及應用場合的不同，消防車通常可以分為滅火消防車、舉高消防車、機場消防車、后援消 防車等。其中，隨著高層建筑的不斷增多，作為一種典型的舉高消防車，云梯消防車在現代 救援中的作用越來越受到社會的重視。
[0003] 如圖1所示，云梯消防車通常設有伸縮式梯架1 (或稱"云梯")，其上安裝有滑斗2 及滅火裝置，用于消防人員登高滅火和營救被困人員。靠近梯架1上端的位置設置有滑輪 3,牽引索4 (如鋼絲繩）跨設在該滑輪3上，并在一端連接至滑斗2,另一端連接至卷揚機構 5,從而，滑斗2可以在該卷揚機構5作用下由牽引索4的牽引而沿梯架1上升或下降。除了 伸縮運動外，梯架1還可以在變幅油缸作用下變幅運動，以通過改變對地傾角而改變滑斗2 所能達到的最大高度。
[0004] 然而，牽引索4的極限拉力限定了滑斗2在各類工況中（如梯架1處于不同對地 傾角時）所能承受的極限載荷，若滑斗2上承受了過高的載荷，則有可能導致牽引索4斷裂 等問題，進而造成安全事故。
[0005] 為此，有必要提供一種能夠監測滑斗載荷的方法或系統，以提升云梯消防車的安 全性能。
【發明內容】
[0006] 本發明所要解決的技術問題是提供一種滑斗載荷監測方法，通過該滑斗載荷監測 方法能夠監測滑斗承受的實際載荷G$，以便于在該實際載荷G$達到預定值時作出適當的 反應，避免發生牽引索斷裂等導致的安全事故。
[0007] 為了解決上述技術問題，本發明的一個方面提供一種滑斗載荷監測方法，所述滑 斗安裝于梯架上并能夠在牽引索的牽引下沿所述梯架上升或下降，所述梯架上設置有滑 輪，所述牽引索跨設在所述滑輪上并在所述梯架的上側連接至所述滑斗、在所述梯架的下 側連接至卷揚機構，其中，該滑斗載荷監測方法包括參數測量步驟和滑斗載荷計算步驟，在 參數測量步驟中測量所述牽引索作用于所述滑輪上的合力F、所述牽引索的相對傾角、所述 梯架的對地傾角β ;在滑斗載荷計算步驟中，根據測得的所述合力F、所述相對傾角、所述 對地傾角β計算得到所述滑斗所承受的實際載荷G$。
[0008] 本發明的另一個方面提供一種滑斗載荷監測系統，所述滑斗安裝于梯架上并能夠 在牽引索的牽引下沿所述梯架上升或下降，所述梯架上設置有滑輪，所述牽引索跨設在所 述滑輪上并在所述梯架的上側連接至所述滑斗、在所述梯架的下側連接至卷揚機構，其中， 該滑斗載荷監測系統包括：用于測量所述牽引索作用于所述滑輪上的合力F的軸銷式傳感 器、用于測量所述牽引索的相對傾角的角度傳感器和用于測量所述梯架的對地傾角β的 傾角傳感器；以及，利用測得的所述合力F、所述相對傾角、所述對地傾角β計算所述滑斗 所承受的實際載荷G$的計算單元。
[0009] 本發明的另一個方面提供一種云梯消防車，該云梯消防車包括梯架、安裝于該梯 架上的滑斗以及本發明提供的所述滑斗載荷監測系統，所述滑斗能夠在牽引索的牽引下沿 所述梯架上升或下降，所述梯架上設置有滑輪，所述牽引索跨設在所述滑輪上并在所述梯 架的上側連接至所述滑斗、在所述梯架的下側連接至卷揚機構。
[0010] 通過上述技術方案，本發明通過測量牽引索作用于滑輪的合力F、牽引索的相對傾 角和梯架的對地傾角β等關鍵參數，計算得到滑斗所承受的實際載荷G$，從而便于在其達 到預定值時作出適當的反應（如預警、及時減小滑斗負荷等），避免發生超載導致的安全事 故，有效提升了云梯消防車的安全性能。
[0011] 本發明的其它特征和優點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
【附圖說明】
[0012] 附圖是用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的具 體實施方式一起用于解釋本發明，但并不構成對本發明的限制。在附圖中：
[0013] 圖1是一種典型的云梯消防車的部分裝置的連接示意圖；
[0014] 圖2是用于表示根據本發明一種優選實施方式的滑斗載荷監測方法中的關鍵參 數的受力分析圖；
[0015] 圖3是根據本發明一種優選實施方式的滑斗載荷監測方法的流程圖。
[0016] 附圖標記說明
[0017] 1梯架2滑斗
[0018] 3滑輪4牽引索
[0019] 5卷揚機構
【具體實施方式】
[0020] 以下結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行詳細說明。應當理解的是，此處所描 述的【具體實施方式】僅用于說明和解釋本發明，并不用于限制本發明。
[0021 ] 結合圖2和圖3所示，本發明的一個方面提供一種滑斗載荷監測方法，其中，滑斗2 安裝于梯架1上并能夠在牽引索4的牽引下沿梯架1上升或下降，所述牽引索4優選為鋼 絲繩。梯架1上設置有滑輪3,例如，該滑輪3可以設置在靠近梯架1上端的位置。牽引索 4跨設在滑輪3上并在梯架1的上側連接至滑斗2,且在梯架1的下側連接至卷揚機構5,通 過該卷揚機構5纏繞或釋放牽引索4,可以使得滑斗2沿梯架1上升或下降。
[0022] 為了便于描述本發明提供的滑斗載荷監測方法，首先需要結合圖2分析與滑斗2 相關的各部分的相對位置關系及受力情況。
[0023] 在工作狀態下，梯架1通常傾斜向上地延伸，該延伸方向與地面之間的夾角稱為 梯架1的對地傾角β。以滑輪3為界，牽引索4分為位于梯架1上側的部分和位于梯架1 下側的部分，并且，位于梯架1下側的牽引索4具有與梯架1平行的延伸方向；位于梯架1 上側的牽引索4與梯架1(即與梯架1下側的牽引索4)之間具有夾角α，并與梯架1的延 伸方向的法平面之間具有夾角γ。在圖2中，可以由滑斗2的端面所在的平面作為所述梯 架1的延伸方向的法平面。上述夾角α和夾角γ統稱為牽引索4的相對傾角，并滿足如 下關系式：
[0025] 作為一種定滑輪系統，牽引索4在各處具有一致的張力Τ (即位于梯架1上側和下 側的牽引索4的張力均為Τ)。牽引索4作用于滑輪3上的合力F(該合力F沿牽引索4的 夾角平分線方向）與該張力T滿足如下關系式：
[0027] 假定滑斗2受力平衡（即靜止或勻速運動），該滑斗2除了受牽引索4的牽引力 (該牽引力大小等于牽引索4的張力T)外，還受到梯架1的摩擦阻力f和法向力作用，這些 力應在梯架1的延伸方向及其法向上與滑斗2承受的實際載荷G$達到平衡。其中，滑斗2 承受的實際載荷G$可以分解為沿梯架1延伸方向的切向分力Ff和與該切向分力F f垂直的 法向分力N，該法向分力N與梯架1對滑斗2的所述法向力的關系為作用力與反作用力（大 小相等、方向相反）。基于此，可以得到如下關系式：
[0028] Ff= G 實· sin β (式 3)
[0029] f = μ ·Ν = μ .G實· cos β (式 4)
[0030] 其中，μ為滑斗2與梯架1之間的摩擦系數，并由二者的材料屬性確定。
[0031] 梯架1對滑斗2的摩擦阻力f與滑斗2的相對運動方向相反，即當滑斗2沿梯架 1上升時，摩擦阻力f沿梯架1向下；當滑斗2沿梯架1下降時，摩擦阻力f沿梯架1向上 (如圖2所示）。由此，滑斗2上升和下降過程中分別可以得到如下關系式：
[0032] Ff+f = T · sin γ (式 5-1)
[0033] Ff= Τ · sin γ +f (式 5-2)
[0034] 基于上述分析，可以通過測量適當的參數而計算得到滑斗承受的實際載荷G$，以 對滑斗載荷進行監測。具體地，本發明的滑斗載荷監測方法包括參數測量步驟和滑斗載荷 計算步驟。其中，在參數測量步驟中，需要測量牽引索4作用于滑輪3上的合力F、牽引索4 的相對傾角以及梯架1的對地傾角β ;在滑斗載荷計算步驟中，可以根據測得的這些參數 計算得到滑斗2所承受的實際載荷G$。在該滑斗載荷計算步驟中，可以利用上述（式1)至 (式5-1)或（式5-2)，但本發明并不限于此。根據分析方法和列式習慣，可以得到多種不 同但等效的式子，同樣可以用于計算滑斗載荷。例如，對于上述（式2)，可以等效地列為：
[0036] 此外，可以通過多種方式測得所需的參數。優選地，可以利用安裝于滑輪3的中心 孔內的軸銷式傳感器測量牽引索4作用于該滑輪3上的合力F。關于軸銷式傳感器的結構 和使用對于本領域技術人員而言是公知的，因此不再詳細說明。
[0037] 另外，正如以上所述，牽引索4的相對傾角可以為位于梯架1上側的牽引索4與梯 架1之間的夾角α，或者與梯架1的延伸方向的法平面之間的夾角γ。其中，可以由滑斗 2的端面所在的平面作為所述梯架1的延伸方向的法平面，因此，相對而言，夾角γ