一种用于吊臂的可视力矩显控系统及实时力矩显控方法

技术领域

本发明涉及随车起重机技术领域，具体的涉及一种用于随车起重机吊臂的可视力矩显控系统及实时力矩显控方法。

背景技术

吊臂是随车起重机最重要的工作组件，为使其安全可靠的完成吊装工作，通常需要实时监测吊臂的工作状况，比如起重机吊载的质量、起重臂所处的角度、起重臂伸出的长度，并能同步显示其额定载重量和实际载荷、工作半径、起重臂所处的角度等实时数据，以便实现快速危险状况报警及安全控制。

目前行业内一般采用力矩限制器作为安全操作系统，自动记录作业时的危险工况，为事故分析处理提供依据。现有力矩限制器通常由2个安装在变幅油缸上的压力传感器，及1个外置在吊臂上且价格昂贵、大体积、易碰撞损坏、覆盖了整个吊臂长度的长度角度一体传感器组成，并需通过复杂且精度不高的折算方式来得到力矩数据；由于仅能计算力矩，无法监控其他数据，根据随车起重机的操作特点，一般只在主操作位布置一个采用单一仪表界面显示、外置在一个防水盒子中的力矩限制器；又由于无法进行风雨阳光遮挡，该力矩限制器仅提供几个LED数码管不能直观的显示力矩、幅度、高度等数据，在临近超载时进行声音和灯光的提示，导致该显示提醒数据较为原始，由于用户脱离主操作位在其他位置操作时无法直接感知起重时的力矩动态变化状态，因此对于随车起重机这类无法在驾驶室内操作起重作业的设备来说，现有的力矩显控方式存在一定的局限性。

此外，目前的实时起重力矩计算方法有两种，第一种是回归分析法，能计算出实际工作幅度下所对应的额定起重量，但是该方法的计算数据量较大，安全系数不高；第二种是查表法，相对于回归分析法，查表法的计算数据量更少，安全系数更高，但因现有的起重量是通过变幅油缸上下腔压力、臂长、幅度、以及各臂及相关机构自重计算得出，为了达到国标所要求的综合精度±5%的精度，同样还是需要大量的数据运算，例如变幅油缸的液压系统响应的数据必须进行有效提取，不仅增加了系统的复杂性，数据可靠性也难以有效保证，因此其称重数据基本不能作为计量用。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于吊臂的可视力矩显控系统及实时力矩显控方法，一方面只需采集少量的变量值，并通过简单的运算即能得出吊臂的实时力矩，另一方面可将得出的实时力矩值在吊臂上直观的进行提示和安全警告，从而实现吊臂的安全操作和控制。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案之一如下：一种用于吊臂的可视力矩显控系统，安装于起重机的吊臂上，包括无线称重装置、主控制器、伸出压力传感器、回缩压力传感器，激光测距仪、激光反射板、角度传感器、及8位柱状COB LED显示器。

所述无线称重装置位于吊臂的臂头上，包括称重传感器、无线称重处理器，所述臂头下部设置有钢丝绳楔块楔套，所述称重传感器固定在钢丝绳楔块楔套下方的起升钢丝绳上，所述称重传感器包括旁压称重传感器及安装于旁压称重传感器上的HX711称重压力AD转换模块；所述臂头上部安装有无线称重处理器，所述无线称重处理器通过数据线与称重传感器连接，所述无线称重处理器外侧安装有太阳能电池板。

所述主控制器安装于吊臂的外侧；所述伸出压力传感器安装在伸缩油缸杆头的大腔油路上，所述回缩压力传感器安装在伸缩油缸杆头的小腔油路上，所述伸出压力传感器、回缩压力传感器通过数据线与主控制器连接；所述激光测距仪安装于伸缩油缸的杆头，与之配对的激光反射板安装在伸缩油缸筒体端盖，且激光反射板与激光测距仪对正，用于测量伸缩油缸伸出的长度，且激光测距仪通过数据线与主控制器连接。

所述角度传感器安装在基本臂的外侧面，通过3路数据线与主控制器连接；所述基本臂的上方安装有8位柱状COB LED显示器，所述8位柱状COB LED显示器通过10路数据线与主控制器连接。

进一步地，所述无线称重处理器包括单片机、无线数传模块、锂电池及供电模块、太阳能发电转换模块，所述旁压称重传感器将所吊重物的重量数据通过HX711称重压力AD转换模块转换后，传输给无线称重处理器的单片机，经单片机转换处理后传输给无线数传模块，所述无线数传模块在吊机工作时实时的将所吊重物的重量数据无线传输给主控制器。

进一步地，所述太阳能电池板可通过太阳能发电转换模块为无线称重处理器供电。

进一步地，所述锂电池及供电模块可为无线称重处理器供电。

进一步地，所述伸出压力传感器、回缩压力传感器采集的数据分别用来实时检测吊臂的伸出和缩回的压力，以方便用户直观的判断吊臂的运行是否正常。

进一步地，所述8位柱状COB LED显示器由8个长条形的COB灯条构成，其中前6位为绿色，第7位为黄色，第8位为红色，且每个灯条具有防水性能。

进一步地，所述主控制器上还连接有警报器、LCD显示屏和供电模块。

本发明采用的技术方案之二如下：一种基于上述可视力矩显控系统的实时力矩显控方法，包括如下步骤：

步骤一、通过无线称重装置的旁压称重传感器将所吊重物的重量数据通过HX711称重压力AD转换模块转换后传输给无线称重处理器的单片机，经单片机转换处理后传输给无线数传模块，所述无线数传模块在吊机工作时实时的将所吊重物的重量数据G无线传输给主控制器；

步骤二、通过伸出压力传感器和回缩压力传感器实时采集吊臂8的伸出和缩回的压力，并通过数据线传输给主控制器，由主控制器转换处理后传输至LCD显示屏，以便用户直观的判断吊臂的运行是否正常；

步骤三、通过安装在伸缩油缸杆头的激光测距仪，对正安装在伸缩油缸筒体的激光反射板，完成吊臂长度BC的采集，并通过数据线传输给主控制器；

步骤四、通过角度传感器检测吊臂的变幅角度a，通过数据线传输给主控制器；

步骤五、主控制器内的单片机通过采集步骤三中的吊臂长度BC与步骤四中的变幅角度a的cos函数值，计算得出吊装重物的幅度值；

步骤六、主控制器内的单片机采集步骤一中无线数传模块实时提供的所吊重物的重量数据G，将该重量数据G与步骤五得出的幅度值相乘，并加上吊臂自重产生的力矩，合并计算得出吊机的实时力矩值；

步骤七、单片机将步骤六计算的实时力矩值，与吊机的安全吊装力矩值进行比对，并控制其百分比按照10%、25%、35%、50%、65%、80%分别对应前6位绿色COB灯条；90%时对应第7位黄色COB灯条，并通过单片机控制警报器短时间歇鸣响，提醒用户负载已经接近超载；大于100%时对应第8位红色COB灯条，警示用户已经超载，并通过单片机控制警报器长时间鸣响，从而完成吊臂实时力矩的显示与安全控制。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

1、通过无线称重装置对所吊重物直接进行称重，不需要由多个传感器的数据进行反推，使得测控精度大大提高，特别是称量精度得到了极大提高，且由于没有增加影响正常使用的额外测量装置，所测出的吊重数据可以直接作为计量使用。

2、通过安装在吊臂基本臂的8位柱状COB LED显示器，可以动态的显示实时力矩值，且非常醒目直观，大大提高了用户对载荷提升的敏感度，有利于起重作业的安全保障。

3、在实时力矩值的计算过程中，只需采集吊臂长度BC、变幅角度a、重物重量G等变量值，相比于传统计算方法需要提供变幅油缸上下腔压力、臂长、幅度、以及各臂及相关机构自重等数据，本发明的整个计算过程更简单，计算得出的数值偏差也相对更小。

4、将随车起重机安全作业所需的所有数据直接集成在吊臂中，大大简化了系统构成，提供了所有吊臂的安全监控数据，提高了系统可靠性；且其称重数据可以作为计量直接使用，该设计是现有的安全系统并不具备的。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明无线称重装置的功能图；

图3为本发明主控制器的功能图；

图中：1、称重传感器，2、钢丝绳楔块楔套，3、无线称重处理器，4、太阳能电池板，5、臂头，6、基本臂，7、8位柱状COB LED显示器，8、吊臂，9、角度传感器，10、伸缩油缸，11、激光反射板，12、激光测距仪，13、主控制器，14、伸出压力传感器，15、回缩压力传感器。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：一种用于吊臂的可视力矩显控系统

如图1-3所示，可视力矩显控系统安装于起重机的吊臂8上，包括无线称重装置、主控制器13、伸出压力传感器14、回缩压力传感器15，激光测距仪12、激光反射板11、角度传感器9、及8位柱状COB LED显示器7。

如图1所示，无线称重装置位于吊臂8的臂头5上，包括称重传感器1、无线称重处理器3，臂头5下部设置有钢丝绳楔块楔套2，称重传感器1固定在钢丝绳楔块楔套2下方的起升钢丝绳上，称重传感器1包括旁压称重传感器及安装于旁压称重传感器上的HX711称重压力AD转换模块；臂头5上部安装有无线称重处理器3，无线称重处理器3通过数据线与称重传感器1连接，无线称重处理器3外侧安装有太阳能电池板4。

如图2所示，无线称重处理器3包括单片机、无线数传模块、锂电池及供电模块、太阳能发电转换模块，旁压称重传感器将所吊重物的重量数据通过HX711称重压力AD转换模块转换后传输给无线称重处理器3的单片机，经单片机转换处理后传输给无线数传模块，无线数传模块在吊机工作时实时的将所吊重物的重量数据无线传输给主控制器13。太阳能电池板4通过太阳能发电转换模块为无线称重处理器3供电，也可以通过锂电池及供电模块为无线称重处理器3供电。

如图1所示，主控制器13安装于吊臂8的外侧；伸出压力传感器14安装在伸缩油缸10杆头的大腔油路上，回缩压力传感器15安装在伸缩油缸10杆头的小腔油路上，伸出压力传感器14、回缩压力传感器15通过数据线与主控制器13连接；伸出压力传感器14、回缩压力传感器15采集的数据分别用来实时检测吊臂8的伸出和缩回的压力，以方便用户直观的判断吊臂8的运行是否正常；

激光测距仪12安装于伸缩油缸10的杆头，与之配对的激光反射板11安装在伸缩油缸10筒体端盖，且激光反射板11与激光测距仪12对正，用于测量伸缩油缸10伸出的长度，且激光测距仪12通过数据线与主控制器13连接。由于激光测距仪12安装在伸缩油缸10杆头，而杆头直接固定在吊臂8的基本臂6的尾端，因此可以直接将采集的长度数据通过数据线传输至主控制器13上；

角度传感器9安装在基本臂6的外侧面，通过3路数据线与主控制器13连接，角度传感器9用于检测吊臂的变幅角度；

基本臂6的上方安装有8位柱状COB LED显示器7，8位柱状COB LED显示器7由8个长条形的COB灯条构成，其中前6位为绿色，第7位为黄色，第8位为红色，且每个灯条具有防水性能，8位柱状COB LED显示器7通过10路数据线与主控制器13连接。

如图3所示，主控制器13上还连接有警报器、LCD显示屏和供电模块。

需要说明的是，有关随车起重机吊臂的各部件，如伸缩油缸、油缸杆头的大小腔油路、油缸筒体端盖等部件的结构、连接关系及位置、工作原理等属于现有技术，并非本发明所要保护的范围，在此不作详细描述。

实施例2：一种基于上述可视力矩显控系统的实时力矩显控方法，包括如下步骤：

步骤一、通过无线称重装置的旁压称重传感器将所吊重物的重量数据通过HX711称重压力AD转换模块转换后传输给无线称重处理器3的单片机，经单片机转换处理后传输给无线数传模块，所述无线数传模块在吊机工作时实时的将所吊重物的重量数据G无线传输给主控制器13；

步骤二、通过伸出压力传感器14和回缩压力传感器15实时采集吊臂8的伸出和缩回的压力，并通过数据线传输给主控制器13，由主控制器转换处理后传输至LCD显示屏，以便用户直观的判断吊臂8的运行是否正常；

步骤三、通过安装在伸缩油缸10杆头的激光测距仪12，对正安装在伸缩油缸10筒体的激光反射板11，完成吊臂长度BC的采集，并通过数据线传输给主控制器13；

步骤四、通过角度传感器9检测吊臂的变幅角度a，通过数据线传输给主控制器13；

步骤五、主控制器13内的单片机通过采集步骤三中的吊臂长度BC与步骤四中的变幅角度a的cos函数值，计算得出吊装重物的幅度值；

步骤六、主控制器13内的单片机采集步骤一中无线数传模块实时提供的所吊重物的重量数据G，将该重量数据G与步骤五得出的幅度值相乘，并加上吊臂自重产生的力矩，合并计算计算得出吊机的实时力矩值；

步骤七、单片机将步骤六计算的实时力矩值，与吊机的安全吊装力矩值进行比对，并控制其百分比按照10%、25%、35%、50%、65%、80%分别对应前6位绿色COB灯条；90%时对应第7位黄色COB灯条，并通过单片机控制警报器短时间歇鸣响，提醒用户负载已经接近超载；大于100%时对应第8位红色COB灯条，警示用户已经超载，并通过单片机控制警报器长时间鸣响，从而完成吊臂实时力矩的显示与安全控制。