一種蜘蛛式微型起重機安全監(jiān)管系統(tǒng)的研究

劉賀明，陳曉峰，鄭 旭

（中國建筑科學(xué)研究院 建筑機械化研究分院，河北 廊坊 065000）

一種蜘蛛式微型起重機安全監(jiān)管系統(tǒng)的研究

劉賀明，陳曉峰，鄭 旭

（中國建筑科學(xué)研究院 建筑機械化研究分院，河北 廊坊 065000）

介紹了自主研發(fā)的蜘蛛式微型起重機安全監(jiān)管系統(tǒng)，起重機工作參數(shù)可通過人機界面顯示，使操作者能直觀全方面地了解起重機的工作狀態(tài)，避免誤操作和超載；

蜘蛛式微型起重機；安全監(jiān)管系統(tǒng)；人機界面

蜘蛛式微型起重機具有體型小巧、通過能力強、自重輕、起重能力大、作業(yè)安全的特點，可以通過自身的行走機構(gòu)、大載重電梯等運載工具方便進入建筑物內(nèi)部或狹小空間完成起重作業(yè)任務(wù)，本文針對其電瓶供電、液壓控制、動態(tài)起重特性等工作特點，量身研發(fā)出一種可對其全面安全監(jiān)管的系統(tǒng)。

1 監(jiān)管系統(tǒng)的組成

如圖1所示，本系統(tǒng)由主機、人機界面、傾斜傳感器、臂角傳感器、臂頭滑輪傳感器、起升傳感器及繼電器輸出板等7個部分組成。

圖1 監(jiān)管系統(tǒng)組成

2 各部件功能介紹

1）主機采用ARM開發(fā)平臺，主頻率為100MHz，提高系統(tǒng)運算速度，程序嵌入實時操作系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，它是整個系統(tǒng)的大腦，通過CAN總線接收各個傳感器采集的信息運算處理后，通過232總線發(fā)送給人機界面顯示，通過CAN總線發(fā)送命令給繼電器輸出板。

2）人機界面采用8寸電阻式觸摸屏（如圖2所示），負(fù)責(zé)錄入起重機參數(shù)、初始數(shù)據(jù)標(biāo)定及實時顯示起重機工作參數(shù)。

圖2 人機界面

3）傾斜傳感器采用高精度雙軸傾角SCA100T芯片，實時采集X、Y軸方向傾角。臂角傳感器采用高精度單軸傾角SCA61T芯片，實時采集大臂仰角。臂頭滑輪傳感器負(fù)責(zé)采集吊鉤吊載重量及臂頭滑輪轉(zhuǎn)動角度，重量采集部分由應(yīng)變式重量傳感器、自跟蹤式電橋電源及高精度AD芯片組成，臂頭滑輪轉(zhuǎn)動角度部分采用霍爾元件。起升傳感器采用霍爾元件實時計算起升卷筒的轉(zhuǎn)動角度。以上傳感器獲得的數(shù)據(jù)均通過CAN總線發(fā)送給主機。

4）繼電器輸出板負(fù)責(zé)接收并執(zhí)行主機命令，自動切斷設(shè)備往危險方向動作的液壓閥，避免事故發(fā)生。

3 高度及伸縮臂長計算方法

3.1 臂長的計算

已知起升卷筒直徑D1，臂頭滑輪的卷繞直徑D2，伸縮臂初始長度L0，通過起升傳感器測量的起升卷筒的轉(zhuǎn)動角度θ1，通過計算公式：S1=θ1πD1/360得到起升卷筒輸出的起升鋼絲繩長度S1；根據(jù)臂頭滑輪轉(zhuǎn)角傳感器測量的臂頭滑輪的轉(zhuǎn)動角度θ2，通過計算公式：S2=θ2πD2/360得到臂頭滑輪輸出的起升鋼絲繩長度S2，那么當(dāng)前伸縮臂實際長度L=L0+（S1-S2），完成伸縮臂臂長的計算。

3.2 高度的計算

已知標(biāo)定的初始高度H0，臂長L，吊鉤為2倍率，通過臂角傳感器計算當(dāng)前的臂角為θ，通過計算公式：Hdb=Lsin（θ）得到大臂動作實現(xiàn)高度變化的值，根據(jù)臂頭滑輪轉(zhuǎn)角傳感器測量的臂頭滑輪的轉(zhuǎn)動角度θ2，通過計算公式H1=θ2πD2/（360×2）得到起升卷筒實現(xiàn)高度變化的值，當(dāng)前高度H= H0+Hdb-H1。

4 動態(tài)起重特性下限載功能

蜘蛛式微型起重機根據(jù)支腿伸出位置不同，共有3種吊載工況，而每種工況又根據(jù)伸出臂長的不同分成6種起重性能表，最大吊載工況下的6種起重性能如表1所示。

系統(tǒng)采用以下方法解決了動態(tài)起重特性下實現(xiàn)限載功能。

如圖3所示，通過觸摸屏將18組起重特性曲線輸入，主機將輸入?yún)?shù)保存到片外掉電保存存儲器中。主機通過輸入檢測確定當(dāng)前支腿所處工況（表2），再根據(jù)當(dāng)前大臂伸縮長度，便可從輸入的18條起重特性中，找出當(dāng)前所處起重特性參數(shù)，將此條起重特性參數(shù)帶入一元五次方程中，分別計算出相應(yīng)的系數(shù)，再將當(dāng)前的幅度值帶入此一元五次方程進行反求解，便可得到當(dāng)前狀態(tài)下準(zhǔn)載值Q，根據(jù)公式：Qb=Q0/Q，Qb為當(dāng)前的載重比，Q0為當(dāng)前吊鉤的吊載值，Q為當(dāng)前的準(zhǔn)載值，當(dāng)Qb大于90%時，監(jiān)控開始預(yù)警，當(dāng)Qb大于等于100%時，監(jiān)控開始報警并禁止設(shè)備往危險方向動作。

表1 起重性能表

表2 檢測支腿工況

圖3 輸入起重特性曲線

5 結(jié) 語

本文介紹的蜘蛛式微型起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)，通過現(xiàn)場實際應(yīng)用，能及時準(zhǔn)確的計算出高度、幅度、臂長、傾斜、當(dāng)前載重、載重比等工作參數(shù)，有效扼制設(shè)備超載運行，同時將起重機工作參數(shù)通過人機界面展示給使操作者，為設(shè)備的使用提供了安全保證。

（編輯 賈澤輝）

Study on the safety supervision system of a spider type micro crane

LIU He-ming， CHEN Xiao-feng， ZHENG Xu

國家“十二五”科技支撐計劃項目（2011BAJ02B04）

TH213.1

B

1001-1366（2015）08-0050-03

2015-06-15