專利名稱：起重船起重用超載測定報警裝置及其測定方法
技術領域：
本發明一般地涉及起重船起重測定領域，特別地涉及一種起重船起重用超 載測定報警裝置及其測定方法。
背景技術：
起重船的主要用途是為水上作業配套服務，主要功能是起吊大件重物。為 了滿足水上起重作業的不同要求，起重船的起重系統一般為單臂單吊鉤系統、 單臂雙吊鉤系統或雙臂雙吊鉤系統。必須要求對吊鉤起重載荷及其起重力矩的檢測、報警和保護，以滿足起重安全生產要求。GB12602-90《起重機械超載保 護裝置安全技術規范》規定當實際起重載荷(或起重力矩)達到額定起重量的 90%左右時，應發出音響或燈光預警信號；當起重載荷(起重力矩)量超過額 定起重量時，應能停止起重機向不安全方向繼續動作，并發出聲光報警信號， 同時應能允許起重機向安全方向動作。中國專利申請CN 89219959.8公開了一種智能起重監側儀，包括拉式傳感 其、信號放大電路、A/D數轉換電路、微機處理系統、顯示電路，其特征在于 將拉式傳感器連接在吊裝設備上一根靜止的吊裝繩上；傳感器輸出端與由運算 放大器MC 7650組成的放大電路的輸入端相連接.其輸出經與其相連的A/D 數模轉換電路送至單片機8031組成的微機處理系統進行采樣、剔跳點、取平 均值等處理后再由與其相連的顯示電路顯示出重量。但其不能對起重設備載荷 的重載和超載進行報警，存在很大的安全隱患。中國專利申請200410004306.0提供了一種起重類設備的力矩顯示裝置，含 有電子數字式顯示標尺、信號放大器、數字顯示儀，其特征在于以電子數顯標 尺精確測量力矩鋼板的距離變化并反映在操作室中的數字顯示儀上。其也同樣 不具備對起重力矩重載和超載進行報警的功能。發明內容本發明所要解決的技術問題第一方面是提供一種起重船起重用超載測定 報警裝置，實時監測起重載荷以及起重力矩，當起重載荷或力矩接近額定值時(如90%)及時發出報警信號，當起重載荷或力矩超過額定值的一個閾值時(如 110%)及時切斷控制系統，以防止起重系統過載而引起起重船傾覆事故的發生。本發明所要解決的技術問題第二方面是提供一種起重船起重用超載測定 的方法。作為本發明第一方面的一種起重船起重用超載測定報警裝置，其特征在于，包括一起重載荷測定報警機構，其包括 一設置在承載鋼絲繩滾輪下的起重載荷測定傳感器，將起重載荷測定傳感器測定的物理量轉變成起重載荷信號的起重載荷信 號轉換電路，與起重載荷信號轉換電路輸出端連接的起重載荷超載測定和報警信號處 理電路；和一起重力矩測定報警機構，其包括一設置在吊臂上產生力臂信號的吊臂變幅角度傳感器，與所述起重載荷信號轉換電路輸出端和吊臂變幅角度傳感器連接的起重 力矩超載測定和報警處理電路。本發明中，所述起重載荷測定傳感器，包括 一底座；設置在底座上的導向槽；底座上導向槽內，緊貼底座設有一壓力應變片，壓力應變片上方設有一壓 力彈簧，壓力彈簧上方設有一頂桿，頂桿上方設有一可在導向槽中滑動的承載 滑塊，承載鋼絲繩滾輪軸設置在承載滑塊上。所述起重載荷信號轉換電路包括由壓力應變片與另三個精密電阻構成的 直流平衡電橋，與電橋連接的信號調理電路，通過信號調理電路濾除背景噪聲 并將起重載荷信號放大后輸出。所述起重載荷超載測定和報警信號處理電路，包括正輸入端與起重載荷信號轉換電路輸出端連接的射極跟隨器，其輸出端一路輸出測定的起重載荷， 另兩路分別連接載荷重載報警比較器和載荷超載切斷比較器的負輸入端，兩比 較器的正輸入端連接分壓電阻，構成分壓電路，兩比較器的輸出端分別輸出載 荷重載報警開關量信號和載荷超載切斷開關量信號，其中分壓電阻阻值可變， 以設定不同的限值，為了起重載荷信號輸入限幅，所述射極跟隨器的正輸入端 還連接有穩壓器。所述起重力矩超載測定和報警處理電路，包括正輸入端分別與起重載荷 信號轉換電路和吊臂變幅角度傳感器輸出端連接的兩射極跟隨器，兩射極跟隨 器的輸出端分別連接一乘法運算器的輸入端，乘法運算器的輸出端一路輸出測 定的起重力矩，另兩路分別連接力矩重載報警比較器和力矩超載切斷比較器的 負輸入端，兩比較器的正輸入端連接分壓電阻，構成分壓電路，兩比較器的輸 出端分別輸出力矩重載報警開關量信號和力矩超載切斷開關量信號，其中分壓 電阻阻值可變，以設定不同的限值，為了起重載荷信號和力臂信號輸入限幅， 所述兩射極跟隨器的正輸入端還連接有穩壓器。作為本發明第二方面的一種起重船起重用超載測定的方法，其包括如下步 驟 '1. 起重載荷測定傳感器測定載荷的物理量，并通過信號轉換電路將物理量 轉換為載荷信號；2. 將轉換的載荷信號輸入起重載荷超載測定和報警信號處理電路，得到實 時起重載荷值，并通過比較器的比較輸出起重載荷重載報警開關量信號和超載 切斷開關量信號；3. 吊臂變幅角度傳感器產生力臂信號，并將產生的力臂信號和載荷信號一 起輸入乘法運算器；4. 乘法運算器運算后輸出實時起重力矩值，并通過比較器的比較輸出起重 力矩重載報警開關量信號和超載切斷開關量信號。本發明只需測定起重載荷一個物理量就可以通過電路實時輸出起重載荷 和起重力矩，并對起重載荷和力矩的重載和超載進行實時監控，在出現重載或 超載狀況時及時輸出報警信號，以確保安全。
圖1為本發明起重載荷測定傳感器的結構示意圖。圖2為圖1的A-A剖視圖。圖3為本發明起重載荷信號轉換電路的電路原理圖。圖4為本發明起重載荷超載測定和報警信號處理電路原理圖。圖5為本發明起重力矩超載測定和報警信號處理電路原理圖。
具體實施方式
為了使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解， 下面結合具體圖示，進一步闡述本發明。一種起重船起重用超載測定報警裝置，其包括起重載荷測定報警機構和起 重力矩測定報警機構。如圖l、圖2所示，起重載荷測定報警機構的載荷測定 傳感器設置在承載鋼絲繩的滾輪下，其包括一底座11，其上設有導向槽12， 底座11上導向槽12內，緊貼底座11設有一壓力應變片13，壓力應變片13 上方設有一壓力彈簧14，壓力彈簧14上方設有一頂桿15，頂桿15上方設有 一可在導向槽12中滑動的承載滑塊16，承載鋼絲繩17的滾輪18的轉軸19 設置在承載滑塊16上。承載鋼絲繩17張力作用于滾輪18，使承載滑塊16在限定的導向槽12中 壓向頂桿15。通過壓力彈簧14產生的壓力作用于壓力應變片13，使應變片電 阻值Rx發生變化，其變化量Rx與承載鋼絲繩17的張力F成正比而承載鋼絲繩17張力F又與起重載荷G成正比 因此如圖3所示，將壓力應變片13與精密電阻R20、 R30、 R40構成直流平衡 電橋可得到此毫伏級(mV)信號，式中Vs為電橋電源，輸出信號V與起重載荷G成正比，通過與電橋連接 的信號調理電路21可濾除背景噪聲并將信號放大后輸出l-5V的起重載荷信號, 其中信號調理電路21是現有技術，且被廣泛采用，在此就不累述了。參見圖4，產生的起重載荷信號輸入起重載荷超載測定和報警信號處理電 路，可得到實時的起重載荷，并對起重載荷和力矩的重載和超載進行實時監控， 在出現重載或超載狀況時及時輸出報警開關量信號。來自于載荷傳感器的載荷 信號輸入射極跟隨器Ul的正輸入端，為了對起重載荷信號進行輸入限幅，射 極跟隨器U1的的正輸入端還可連接穩壓器Dl,經隔離后射極跟隨器U1 —路 輸出測定的起重載荷； 一路通過電阻R3連接比較器U6的負輸入端，比較器 U6的正輸入端串聯電阻R4、 R2和R1，其中電阻R2為可變電阻，其一端接 地，比較器U6的輸出端接有一電阻R6，其通過比較載荷信號和設定的限值， 在超載時可輸出載荷重載報警的開關量信號； 一路通過電阻R9連接比較器U7 的負輸入端，比較器U7的正輸入端串聯電阻RIO、 R8和R7,其中電阻R8 為可變電阻，其一端接地，比較器U6的輸出端接有一電阻R12，其通過比較 載荷信號和設定的限值，在超載時可輸出載荷超載切斷的開關量信號，由于電 阻R2和R8可調節，因此可方便的設置不同的限值。起重載荷G與起重機吊臂在水平軸線上的投影長度(力臂)L的乘積為起 重力矩式中k4為比例系數。由于吊臂繞固定點作變幅運動，因此L是變量，它 與吊臂的變幅角度的余弦成正比。因此當吊重未超載，但變幅角度過大時，可 能引起起重力矩的超載。參見圖5，來自于載荷傳感器的載荷信號和吊臂變幅角度傳感器的力臂信 號分別輸入射極跟隨器Ul和U2的正輸入端，為了對起重載荷信號和力矩信 號進行輸入限幅，射極跟隨器Ul和U2的正輸入端分別連接有穩壓器Dl和 D2，經射極跟隨器Ul和U2隔離后載荷信號和力臂信號輸入到乘法器U4的 輸入端，乘法器U4的輸出一路輸出測定的起重力矩； 一路通過電阻R13連接 比較器U8的負輸入端，比較器U8的正輸入端串聯電阻R18、 R17和R16，其 中電阻R17為可變電阻，其一端接地，比較器U8的輸出端接有一電阻R15，其通過比較經過運算的力矩信號和設定的限值，在超載時可輸出力矩重載報警的開關量信號； 一路通過電阻R19連接比較器U9的負輸入端，比較器U8的 正輸入端串聯電阻R24、 R23和R22，其中電阻R23為可變電阻，其一端接地， 比較器U9的輸出端接有一電阻R21，其通過比較經過運算的力矩信號和設定 的限值，在超載時可輸出力矩超載切斷的開關量信號，由于電阻R17和R23 可調節，因此可方便的設置不同的限值。以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特征和本發明的優點。本行業 的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中 描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明 還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本 發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求
1. 一種起重船起重用超載測定報警裝置，其特征在于，包括一起重載荷測定報警機構，其包括一設置在承載鋼絲繩滾輪下的起重載荷測定傳感器，將起重載荷測定傳感器測定的物理量轉變成起重載荷信號的起重載荷信號轉換電路，與起重載荷信號轉換電路輸出端連接的起重載荷超載測定和報警信號處理電路；和一起重力矩測定報警機構，其包括一設置在吊臂上產生力臂信號的吊臂變幅角度傳感器，與所述起重載荷信號轉換電路輸出端和吊臂變幅角度傳感器連接的起重力矩超載測定和報警處理電路。
2. 如權利要求1所示的裝置，其特征在于所述起重載荷測定傳感器，包括一底座；設置在底座上的導向槽；底座上導向槽內，緊貼底座設有一壓力應變片，壓力應變片上方設有一壓 力彈簧，壓力彈簧上方設有一頂桿，頂桿上方設有一可在導向槽中滑動的承載 滑塊，承載鋼絲繩滾輪軸設置在承載滑塊上。
3. 如權利要求1所示的裝置，其特征在于所述起重載荷信號轉換電路包 括由壓力應變片與另三個精密電阻構成的直流平衡電橋，與電橋連接的信號調 理電路。
4. 如權利要求1所示的裝置，其特征在于所述起重載荷超載測定和報警 信號處理電路，包括正輸入端與起重載荷信號轉換電路輸出端連接的射極跟 隨器，其輸出端一路輸出測定的起重載荷，另兩路分別連接載荷重載報警比較 器和載荷超載切斷比較器的負輸入端，兩比較器的正輸入端連接分壓電阻，構 成分壓電路，兩比較器的輸出端分別輸出載荷重載報警開關量信號和載荷超載 切斷開關量信號。
5. 如權利要求4所示的裝置，其特征在于所述分壓電阻阻值可調節。
6. 如權利要求4所示的裝置，其特征在于所述射極跟隨器的正輸入端連 接有穩壓器。
7. 如權利要求1所示的裝置，其特征在于所述起重力矩超載測定和報警 處理電路，包括正輸入端分別與起重載荷信號轉換電路和吊臂變幅角度傳感 器輸出端連接的兩射極跟隨器，兩射極跟隨器的輸出端分別連接一乘法運算器 的輸入端，乘法運算器的輸出端一路輸出測定的起重力矩，另兩路分別連接力 矩重載報警比較器和力矩超載切斷比較器的負輸入端，兩比較器的正輸入端連 接分壓電阻，構成分壓電路，兩比較器的輸出端分別輸出力矩重載報警開關量 信號和力矩超載切斷開關量信號。
8. 如權利要求7所示的裝置，其特征在于所述分壓電阻阻值可調節。
9. 如權利要求7所示的裝置，其特征在于所述射極跟隨器的正輸入端連 接有穩壓器。
10. —種起重船起重用超載測定的方法，其包括如下步驟
11. 起重載荷測定傳感器測定載荷的物理量，并通過信號轉換電路將物理量 轉換為載荷信號；
12.將轉換的載荷信號輸入起重載荷超載測定和報警信號處理電路，得到實時起重載荷值，并通過比較器的比較輸出起重載荷重載報警開關量信號和超載切斷開關量信號；
13.吊臂變幅角度傳感器產生力臂信號，并將產生的力臂信號和載荷信號一 起輸入乘法運算器；
14.乘法運算器運算后輸出實時起重力矩值，并通過比較器的比較輸出起重 力矩重載報警開關量信號和超載切斷開關量信號。
全文摘要
本發明提供一種起重船起重用超載測定報警裝置，該起重船起重用超載測定報警裝置，包括一起重載荷測定報警機構，其包括設置在承載鋼絲繩滾輪下的起重載荷測定傳感器，將起重載荷測定傳感器測定的物理量轉變成起重載荷信號的轉換電路，與起重載荷信號轉換電路輸出端連接的起重載荷超載測定和報警信號處理電路；和一起重力矩測定報警機構，其包括設置在吊臂上產生力臂信號的吊臂變幅角度傳感器，與起重載荷信號轉換電路輸出端和吊臂變幅角度傳感器連接的起重力矩超載測定和報警處理電路，及其測定方法。本發明可實時輸出起重載荷和起重力矩，并對起重載荷和力矩的重載、超載進行實時監控，并在出現重載或超載狀況時及時輸出報警信號。
文檔編號B66C23/00GK101244792SQ20071003886
公開日2008年8月20日 申請日期2007年3月30日 優先權日2007年3月30日
發明者燕 張, 張方炳, 徐方逸, 沈兆剛, 王順順, 高迪駒 申請人:上海港務工程公司;上海海事大學