劉賀明，陳曉峰，鄭 旭

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

一種蜘蛛式微型起重機(jī)安全監(jiān)管系統(tǒng)的研究

劉賀明，陳曉峰，鄭 旭

（中國(guó)建筑科學(xué)研究院 建筑機(jī)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(jī)安全監(jiān)管系統(tǒng)，起重機(jī)工作參數(shù)可通過(guò)人機(jī)界面顯示，使操作者能直觀全方面地了解起重機(jī)的工作狀態(tài)，避免誤操作和超載；

蜘蛛式微型起重機(jī)；安全監(jiān)管系統(tǒng)；人機(jī)界面

蜘蛛式微型起重機(jī)具有體型小巧、通過(guò)能力強(qiáng)、自重輕、起重能力大、作業(yè)安全的特點(diǎn)，可以通過(guò)自身的行走機(jī)構(gòu)、大載重電梯等運(yùn)載工具方便進(jìn)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(duì)其電瓶供電、液壓控制、動(dòng)態(tài)起重特性等工作特點(diǎn)，量身研發(fā)出一種可對(duì)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(jī)、人機(jī)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(gè)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(jī)采用ARM開(kāi)發(fā)平臺(tái)，主頻率為100MHz，提高系統(tǒng)運(yùn)算速度，程序嵌入實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，它是整個(gè)系統(tǒng)的大腦，通過(guò)CAN總線接收各個(gè)傳感器采集的信息運(yùn)算處理后，通過(guò)232總線發(fā)送給人機(jī)界面顯示，通過(guò)CAN總線發(fā)送命令給繼電器輸出板。

2）人機(jī)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(jī)參數(shù)、初始數(shù)據(jù)標(biāo)定及實(shí)時(shí)顯示起重機(jī)工作參數(shù)。

圖2 人機(jī)界面

3）傾斜傳感器采用高精度雙軸傾角SCA100T芯片，實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)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(dòng)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(dòng)角度部分采用霍爾元件。起升傳感器采用霍爾元件實(shí)時(shí)計(jì)算起升卷筒的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。以上傳感器獲得的數(shù)據(jù)均通過(guò)CAN總線發(fā)送給主機(jī)。

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

3 高度及伸縮臂長(zhǎng)計(jì)算方法

3.1 臂長(zhǎng)的計(jì)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(zhǎng)度L0，通過(guò)起升傳感器測(cè)量的起升卷筒的轉(zhuǎn)動(dòng)角度θ1，通過(guò)計(jì)算公式：S1=θ1πD1/360得到起升卷筒輸出的起升鋼絲繩長(zhǎng)度S1；根據(jù)臂頭滑輪轉(zhuǎn)角傳感器測(cè)量的臂頭滑輪的轉(zhuǎn)動(dòng)角度θ2，通過(guò)計(jì)算公式：S2=θ2πD2/360得到臂頭滑輪輸出的起升鋼絲繩長(zhǎng)度S2，那么當(dāng)前伸縮臂實(shí)際長(zhǎng)度L=L0+（S1-S2），完成伸縮臂臂長(zhǎng)的計(jì)算。

3.2 高度的計(jì)算

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

4 動(dòng)態(tài)起重特性下限載功能

蜘蛛式微型起重機(jī)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(zhǎng)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(dòng)態(tài)起重特性下實(shí)現(xiàn)限載功能。

如圖3所示，通過(guò)觸摸屏將18組起重特性曲線輸入，主機(jī)將輸入?yún)?shù)保存到片外掉電保存存儲(chǔ)器中。主機(jī)通過(guò)輸入檢測(cè)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(zhǎng)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(jì)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(jìn)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(shí)，監(jiān)控開(kāi)始預(yù)警，當(dāng)Qb大于等于100%時(shí)，監(jiān)控開(kāi)始報(bào)警并禁止設(shè)備往危險(xiǎn)方向動(dòng)作。

表1 起重性能表

表2 檢測(cè)支腿工況

圖3 輸入起重特性曲線

5 結(jié) 語(yǔ)

本文介紹的蜘蛛式微型起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，能及時(shí)準(zhǔn)確的計(jì)算出高度、幅度、臂長(zhǎng)、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(yùn)行，同時(shí)將起重機(jī)工作參數(shù)通過(guò)人機(jī)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(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2011BAJ02B04）

TH213.1

B

1001-1366（2015）08-0050-03

2015-06-15