單雙水平臂塔式起重機的力矩限制器的製作方法

2023-11-02 07:02:12 5

專利名稱：單雙水平臂塔式起重機的力矩限制器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於單、雙水平臂塔式起重機的力矩限制器，屬於塔式起機起重機安全技術領域。
背景技術：
目前市場上的力矩限制器不能適用在結構特殊的雙臂塔式起重機上，而只是適用於單臂塔式起重機上，不能兩機通用，而且在力矩達到臨界點時只是切斷迴路，不能自動向安全方向移動，這就導致超載時，幅度切斷不能移動，塔式起重機駕駛員不能把握好力矩超載的臨界點，給駕駛員現場施工及塔式起重機使用帶來不便。

發明內容
本發明的目的在於通過求出各工作臂重量、幅度及兩邊工作臂的力矩差的方法，多信號輸入多信號輸出以解決現有技術所存在的上述問題。
本發明的目的通過以下方案實現由電源電路、四個構成相同的信號採集及放大電路、嵌入式微控制器、通信接口電路、PC機、4個輸出控制電路及顯示電路及操作按鍵組成；4個信號採集及放大電路通過相應的傳感器採集信號經放大處理後分別輸入嵌入式微控制器4個輸入端，經過嵌入式微控制器的程序採集、A/D轉換、過濾、計算處理，再分別把處理後的信號發送給顯示電路進行顯示，並通過輸出埠把信號輸入至輸出控制電路分別對力矩、重量、幅度進行切斷控制；通信接口電路輸入輸出嵌入式微控制器處理後的數據；操作按鍵則可對處理數據進行各種操作。
本發明還設置有報警電路，嵌入式微控制器輸出埠把超載信號發送至報警電路進行報警。
本發明所述的嵌入式微控制器選用晶片PIC16F877A，信號採集及放大電路l-4的傳感器採集信號放大後分別輸入嵌入式微控制器ICl的2、 3、 4、 5腳，經過嵌入式微控制器IC1的程序處理，通過15 17腳輸出顯示信號，33~36腳輸出控制信號，18腳輸出喇叭信號，19 22和27 30腳警燈信號輸出，26和25為MAX-232信號輸出信號，9、 24、 39和40為按鍵輸入口， PC機則通過通信接口電路進行傳輸；嵌入式微控制器IC1的12腳和31腳接VCC， 11和32腳接GND， 2-8腳為信號輸入端，13和14腳接振晶，15-17腳接顯示電路，18腳接喇叭信號輸入端，19~22和27~30腳是接報警燈輸入端，通信接口電路IC6的14腳RXD_PC和13腳TXD_PC與上位機連接，數據主要是通過這兩腳和上位機傳輸，i信接口電路IC6 SU2腳RXD和11腳TXD分別接嵌入式微控制器IC1的26腳和25腳，33~36腳接輸出控制電路。
本發明所述的輸出控制電路由光電偶合器、繼電器、二個基射極相連的三極體與偏置電阻構成的達林頓複合管放大電路組成；嵌入式微控制器的RB1即34腳接光電偶合器輸入端腳、提供給光電偶合器信號並作為繼電器控制信號，信號通過二個基射極相連的三極體與偏置電阻構成的放大電路進行放大後至繼電器，對其觸點l、 2、 3進行控制。
本發明所述四個輸出控制電路的輸入控制信號由嵌入式微控制器的33 36腳即RB0、 RB1、 RB2、 RB3埠提供。
本發明利用塔機上的小車在吊重受力後產生的拉力使傳感器彈性體發生變形從而輸出與外力成正比的電壓信號，將此信號放大後，顯示出實際物體重量值。再通過幅度傳感器測量出小車的移動幅度，利用重量和幅度的乘積求出塔機的力矩值，用工作臂的力矩值減去配重力臂的力矩值，得出力矩差，通過力矩差控制兩邊的重量起升迴路和兩邊的幅度迴路，達到力矩超載保護的目的。本發明採用控制力矩差的方法，實現多工況工作，適用多種類型塔機，而且可實現兩個開關信號互鎖從而可以讓小車超力矩差時，禁止向危險方向移動，還可自動向安全方向移動，從而實現了在力矩差超載時能自動回移的功能。


圖1為本發明系統硬體部分結構示意圖；圖2為本發明電源電路的電路圖；圖3為本發明信號採集及放大電路的電路圖；圖4為本發明嵌入式微控制器電路圖；圖5為本發明通信接口電路的電路圖；圖6為本發明輸出控制電路的電路圖；圖7為本發明報警電路的電路圖；圖8為本發明顯示電路的電路圖。
具體實施例方式
以下結合實施例並對照附圖對本發明進行詳細說明。
本實施例由電源電路、四個構成相同的信號採集及放大電路、嵌入式微控制器、通信接口電路、PC機、四個輸出控制電路及報警電路、顯示電路及操作按鍵組成。
電源電路由變壓器BYQ、兩個全波整電路QL1、 Q1穩壓晶片V1 (7806)、V2 (7806)、 V3 (7805)、電容C51-C56構成，完成對380V、 220V交流的交直流轉換，得+6V、 一6V、 +5￥直流電平。
4個信號採集及放大電路1、 2、 3、 4通過相應的傳感器採集信號經放大處理後分別輸入嵌入式微控制器IC1的4個輸入端，經過嵌入式微控制器的程序採集、A/D轉換、過濾、計算處理，再分別把處理後的信號發送給顯示電路進行顯示，並通過輸出埠把信號輸入至輸出控制電路分別對力矩、重量、幅度進行切斷控制。同時輸出埠把超載信號發送至報警電路進行報警。通信接口電路可以輸入輸出嵌入式微控制器處理後的數據。操作按鍵則可對處理數據進行各種操作。
參見圖2，信號採集及放大電路由傳感器F、放大晶片IC2 (358)、電阻R7畫R9、 R18、 R19、 R25、 R29、 R33、 R27、 R41、 R45、 R29、可調電阻W3、 W4、電容C3、 C4、 Cll、 C12、 C19、 C20、 C27、 C28、 C34、 C35，自檢繼電器ZJ1組成。傳感器F信號輸入埠 1， 2， 3， 4， 5，埠5接電源電路的+6V，濾波電容C3和Cll並接的一端連接埠 5，另一端接地。埠 4接電源電路的一6V，濾波電容C4和C12並接的一端連接埠4，另一端接地。埠 3接地。埠 1連接自檢繼電器ZJ1， ZJ1繼電器一端接+6V,—端接地，另外一端串接二極體D2至VCC。埠2為信號輸入端，信號經過電阻R7、R8、 R18、 R19進入放大晶片IC2的3腳，由放大晶片IC2的1腳輸出，再接電阻R33，由放大晶片IC2的5腳輸入出，由放大晶片IC2的7腳輸出，與電阻R9串接後輸入可調電阻W4，通過可調電阻W4進入嵌入式微控制器IC1(PIC16F877)的3腳。電阻R7和R8之間連接電容C19一端，C19另一端接地。電阻R8和R18之間連接電容C20—端，電容C20另一端接地，放大晶片IC2的8和4腳分別連接電源電路的+6V和—6V。放大晶片IC2的2串接電阻R25後至地。放大晶片IC2的2腳還和電阻R29和電容C27串連後連接在電阻R18、 R19之間。放大晶片IC2的6腳串接電阻R37後至地。電容C34跨接於放大晶片IC2的6腳及7腳間，電阻R45跨接於在放大晶片IC2的5腳及7腳間，放大晶片IC2的6腳還連接電阻R41，電阻R41另外一端連接可調電阻W3.電阻W3另外兩腳分別連接電源電路的+6V和-6V。
嵌入式微控制器IC1選用晶片PIC16F877A，信號釆集及放大電路14的傳感器採集信號放大後分別輸入嵌入式微控制器IC1 (PIC16F877A)的2、 3、4、 5腳，經過嵌入式微控制器IC1的程序處理，通過15 17腳輸出顯示信號，33~36腳輸出控制信號，18腳輸出喇叭信號，19~22和27~30腳警燈信號輸出，26和25為MAX-232信號輸出信號，9、 24、 39和40為按鍵輸入口，PC機則通過MAX-232的13, 14腳進行傳輸。嵌入式微控制器IC1的12腳和31腳接VCC， 11和32腳接GND， 2~8腳為信號輸入端。13和14腳接振晶。15 17腳接顯示電路的顯示晶片IC5 (MAX7219) 。 18腳接喇叭信號輸入端，19~22和27~30腳是接報警燈輸入端。通信接口電路IC6 (晶片MAX232)的14腳RXD一PC和13腳TXD一PC與上位機個人電腦的通訊接口連接，數據主要是通過這兩腳和上位機個人電腦進行傳輸，12腳RXD和11腳TXD分別接嵌入式微控制器IC1的26腳和25腳。33 36腳接輸出控制電路。
輸出控制電路由光電偶合器IC3 (4N26)、繼電器J6、 二個基射極相連的三極體與偏置電阻R53、R57構成的達林頓複合管放大電路。嵌入式微控制器IC1的RB1即34腳接光電偶合器IC3輸入端2腳、提供給光電偶合器IC3信號並作為繼電器J6控制信號，信號通過二個基射極相連的三極體與偏置電阻R53、R57構成的放大電路進行放大後至繼電器J6，對其觸點l、 2、 3進行控制。電阻R53跨接於光電偶合器IC3的5腳接及電源電路的+6V間，光電偶合器IC3的4腳與達林頓複合管放大電路連接，再與繼電器J6連接。
報警電路由光電偶合器IC4 (4N26)、 二個基射極相連的三極體與偏置電阻R2、 R3構成的達林頓複合管放大電路及喇叭Y構成。光電偶合器IC4的2腳即報警電路BELL輸入端與嵌入式微控制器IC1的18腳連接，以輸入喇叭信號，喇叭Y的埠 SP1和SP2分別接電源+6V及接喇叭報警電路達林頓複合管放大電路輸出端。
四個輸出控制電路的輸入控制信號由嵌入式微控制器IC1的33 36腳即RB0、 RB1、 RB2、 RB3埠提供。
顯示電路由顯示晶片IC5 (MAX7219)構成，主要是顯示對應的重量，幅度，力矩等。顯示晶片IC5的1腳、13腳、12腳分別連接嵌入式微控制器IC1的17 15腳，數位訊號由此輸入。顯示晶片IC5的24腳連接另外一組顯示電路，另外幾組顯示電路通過顯示晶片IC5MAX7219的24腳相互連接且顯示電路連接方式相同。顯示晶片IC5的14腳~17腳連接兩個數碼管的8， 12， 3，5， 6， 9， 2， 4腳。兩個數碼管的1， 10， 11， 7腳與芯顯示晶片IC5的2，11， 6， 7, 3， 10， 5， 8腳連接。
操作按鍵輸出接嵌入式微控制器IC1的24、 39、 40及9腳。本發明工作原理為主/副鉤起重量及其相應工作幅度經各自的傳感器檢測並經放大處理後通過信號採集電路送A/D轉換器，採用單片A/D多路信號分時轉換的方法以簡化設計並降低成本，對採集到的四路信號再進行程序處理，求出工作臂力矩和配重臂力矩的差，四個繼電器可以控制主副鉤的超載重量和主副鉤的超載幅度，同時在力矩差超過臨界值，屏幕上顯示報警，蜂鳴器連續長鳴，可以切斷起重機向危險方向的動作，但允許其向安全方向的動作。
7本發明還可以根據客戶要求設定多種工況，適應複雜多變的施工要求，
可同時適用於單雙臂塔式起重機。例如①配重塊2.5噸，置放於20米處， 可做單臂塔機使用。②配重塊3.5噸，可以在配重臂內自由移動，工作臂可吊 任意重量，但當兩邊力矩差超過臨界點時，儀表立即切斷力矩大的一方重量上 升迴路及外移幅度迴路，但可允許塔機向安全方向移動。③兩邊同時起吊相同 重量，當兩邊力矩差超過臨界點時，儀表立即切斷力矩大的一方重量上升迴路 及外移幅度迴路，但可允許塔式起重機向安全方向移動。通過求力矩差即解決 雙臂塔式起重機的力矩保護問題。
控制信號預留有常開和常閉兩種類型可供實際需要選擇使用。當 超載時，繼電器常開觸點轉向常閉觸點，並切斷相關電源。(也可由常閉觸點 轉向常開觸點)。左右雙鉤起重不平衡力矩大於等於50TM時有兩開關輸出， 一個為起重力矩Ml〉平衡重力矩M2時的開關信號，另一個為平衡力矩M2 〉起重力矩M1時的開關信號，且兩個開關信號不能同時動作，只能分別動作 (互鎖)；且報警指示燈在力矩大的一方。通過信號的常開、常閉和開關輸出 互鎖功能可以控制塔式起重機的正向運動向反向運動，從而達到塔式起 重機超載自動向安全方向的動作。由於兩信號有互鎖功能，也不會影響其它 開關輸出。
權利要求
1、一種單、雙水平臂塔式起重機的力矩限制器，其特徵在於由電源電路、四個構成相同的信號採集及放大電路、嵌入式微控制器、通信接口電路、PC機、4個輸出控制電路、一組以上顯示電路及操作按鍵組成；4個信號採集及放大電路通過相應的傳感器採集信號經放大處理後分別輸入嵌入式微控制器4個輸入端，經過嵌入式微控制器的程序採集、A/D轉換、過濾、計算處理，再分別把處理後的信號發送給顯示電路進行顯示，並通過輸出埠把信號輸入至輸出控制電路分別對力矩、重量、幅度進行切斷控制；通信接口電路輸入輸出嵌入式微控制器處理後的數據；操作按鍵則可對處理數據進行各種操作。
2、 根據權利要求1所述的單雙水平臂塔式起重機的力矩限制器，其特徵在於 設置有報警電路，嵌入式微控制器輸出埠把超載信號發送至報警電路進行報
3、 根據權利要求1或2所述的單雙水平臂塔式起重機的力矩限制器，其特徵 在於嵌入式微控制器選用晶片(PIC16F877A)，信號採集及放大電路1-4的 傳感器採集信號放大後分別輸入嵌入式微控制器(IC1)的(2、 3、 4、 5)腳， 經過嵌入式微控制器(IC1)的程序處理，通過(15 17)腳輸出顯示信號，(33 36) 腳輸出控制信號，(18)腳輸出喇叭信號，(19~22)腳和(27 30)腳警燈信號 輸出，(26)腳和(25)腳為(MAX-232)信號輸出信號，(9、 24、 39)腳和(40)腳為按鍵輸入口， PC機則通過通信接口電路進行傳輸；嵌入式微控制 器(IC1)的(12)腳和(31)腳接VCC， (11)腳和(32)腳接GND， (2~8) 腳為信號輸入端，(13)腳和(14)腳接振晶，(15~17)腳接顯示電路，(18) 腳接喇叭信號輸入端，(19-22)腳和(27-30)腳是接報警燈輸入端，通信接 口電路(IC6)的(14)腳(RXD—PC)和(13)腳(TXD_PC)與上位機連接， 數據主要是通過這兩腳和上位機;輸，通信接口電路(IC6)的(12)腳(RXD) 和(11)腳(TXD)分別接嵌入式微控制器(IC1)的(26)腳和(25)腳，(33~36) 腳接輸出控制電路。
4、 根據權利要求1或2所述的雙水平臂式塔機的力矩限制器，其特徵在於 輸出控制電路由光電偶合器(IC3)、繼電器(J6)、 二個基射極相連的三極體 與偏置電阻(R53、 R57)構成的達林頓複合管放大電路組成；嵌入式微控制 器的(RB1)即(34)腳接光電偶合器(IC3)輸入端(2)腳、提供給光電偶 合器(IC3)信號並作為繼電器(J6)控制信號，信號通過二個基射極相連的 三極體與偏置電阻(R53、 R57)構成的放大電路進行放大後至繼電器(J6)，對其觸點(1、 2、 3)進行控制；電阻(R53)跨接於光電偶合器(IC3)的(5) 腳接及電源電路的+6V間，光電偶合器(IC3)的(4)腳與達林頓複合管放大 電路連接，再與繼電器(J6)連接。
5、根據權利要求1或2所述的雙水平臂式塔機的力矩限制器，其特徵在於 四個輸出控制電路的輸入控制信號由嵌入式微控制器的(33 36)腳即(RB0 、RB1、 RB2、 RB3)埠提供。
全文摘要
本發明公開了一種單雙水平臂塔式起重機的力矩限制器，由電源電路、四個構成相同的信號採集及放大電路、嵌入式微控制器、通信接口電路、PC機、4個輸出控制電路及顯示電路及操作按鍵組成；4個信號採集及放大電路通過相應的傳感器採集信號經放大處理後分別輸入嵌入式微控制器4個輸入端，經過嵌入式微控制器的程序處理，再分別把處理後的信號發送給顯示電路進行顯示，並輸出至輸出控制電路分別對力矩、重量、幅度進行切斷控制。本發明採用控制力矩差的方法，實現多工況工作，適用多種類型塔機，可實現兩個開關信號互鎖從而可以讓小車超力矩差時，禁止向危險方向移動，還可自動向安全方向移動，從而實現了在力矩差超載時能自動回移的功能。
文檔編號B66C23/88GK101648681SQ20091011587
公開日2010年2月17日 申請日期2009年9月3日 優先權日2009年9月3日
發明者李盛乾, 王江文, 羅鶴飛, 琳 陳 申請人:江西飛達電器設備有限公司