[发明专利]进行起重设备力矩限制的方法、装置和起重设备

说明书

  

技术领域

本发明涉及一种采用单纯应变测量进行起重设备力矩限制的方法、装置和起重设备。 

背景技术

传统的起重设备通过对重量、力臂（吊臂长度和仰角、跑车位置等）的测量，载荷与力臂进行乘积后与处理器中存储的安全载荷进行对比，而后判断是否过载。传感器种类较多，布置位置较零散，不便于信号传输处理。 

随着设备的重型化大型化，风载对设备的影响不容忽视。虽然可以用风速传感器检测风的速度和方向，然后通过与载荷的叠加和经验来评估风载对设备的影响。但是这种方式难以准确地评估风载对设备的影响，并且难以对吊物、吊臂等颤动引起的动载进行检测评估。 

载荷（工作载荷、风载、动载等）最终都是要反映到转台、塔吊基础上，本发明通过检测转台、塔吊基础等的应变获得整机所受力矩（包括风载、动载等），这样所测量的应变综合地反映了设备的实际工况，从而更精确地对设备负载进行力矩限制，保障作业安全。 

相关术语解释 

（1）起重机械风速传感器

风速传感器由高耐候性、高强度、防腐蚀和防水的精钢和高塑合金铝制造，主要适用于履带式起重机、汽车吊及抖动颠簸、起伏变化较大的露天设备。用它可以实时采集外界环境的实际风速并输出相应的信号。

（2）力矩限制器 

独立的完全由计算机控制的安全操作系统，能自动检测出起重机所吊载的质量及起重臂所处的角度，并能显示出其额定载重量和实际载荷、工作半径、起重臂所处的角度。实时监控检测起重机工况，自带诊断功能，快速危险状况报警及安全控制。具有黑匣子功能，自动记录作业时的危险工况，为事故分析处理提供依据。

构成：显示器、单片机计算控制箱、角度传感器、长度传感器、压（拉）力传感器。 

应用范围：汽车起重机、轮胎起重机、铁路轨道起重机、履带起重机、塔式起重机、门座起重机和高空作业车等机械设备。 

（3）应变片工作原理 

将电阻应变片粘贴在弹性元件特定表面上，当力、扭矩、速度、加速度及流量等物理量作用于弹性元件时，会导致元件应力和应变的变化，进而引起电阻应变片电阻的变化。电阻的变化经电路处理后的以电信号的方式输出，这就是电阻应变式传感器的工作原理。

金属导体的电阻值可用下式表示： 

R=ρ*L/S

其中：ρ ——金属导体的电阻率（Ω*cm²/m ）

S ——导体的截面积（cm² ）

L ——导体的长度（m ） 

我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变金属丝的应变情况。

将应变片贴在被测定物上，使其随着被测定物的应变一起伸缩，这样里面的金属箔材就随着应变伸长或缩短。很多金属在机械性地伸长或缩短时其电阻会随之变化。应变片就是应用这个原理，通过测量电阻的变化而对应变进行测定。一般应变片的敏感栅使用的是铜铬合金，其电阻变化率为常数，与应变成正比例关系。即： 

其中，R：应变片原电阻值Ω（欧姆）

ΔR：伸长或压缩所引起的电阻变化Ω（欧姆）

K：比例常数（应变片常数）

ε：应变

不同的金属材料有不同的比例常数K。铜铬合金的K值约为2。这样，应变的测量就通过应变片转换为对电阻变化的测量。

（4）电桥测量应变的基本方法 

在图1所示电路中，AB桥臂接入一个粘贴在测点上的应变计，AD桥臂接入一可变电阻。在测点无应变时，调整可变电阻R4，使电桥满足平衡条件，则检流计G指针指零。

当测点产生应变后，应变片的电阻发生变化，电桥的平衡条件被破坏，将有电流通过检流计G，检流计指针偏转。 

在常温应变测量中，常利用电桥原理，采用温度补偿法消除温度变化的影响，通常R1为工作应变片，R2为补偿应变片。 

（3）力矩限制试验的基本方法