(10)申请公布号
(43)申请公布日 (21)申请号 201510169154.8
(22)申请日 2015.04.10
201410827761.4 2014.12.25 CN
G06F 19/00(2011.01)
G01L 5/00(2006.01)
(71)申请人武汉理工大学
地址430070 湖北省武汉市洪山区珞狮路
122号
(72)发明人曹小华 汪玮 刘建军 傅海洋
公司 42102
代理人
孟庆繁
(54)发明名称
在线监测系统
(57)摘要
一种斗轮堆取料机俯仰机构接地力计算方法
及其在线监测系统，计算方法包括如下步骤：建
立机构模型，简化机构模型并受力分析，检测俯仰
角度与驱动力，计算配重与悬臂夹角，计算驱动力
与悬臂夹角，计算不同俯仰角度时的接地力，建立
接地力在线计算模型。在线监测系统包括传感检
地力计算子系统、工况判断子系统和故障自诊子
轮机俯仰机构接地力的在线计算。能够实现对斗
轮机运行状态在线监测，在接地力出现异常时，进
行报警。提高了斗轮机的安全运行能力，降低了因
接地力问题造成的斗轮机停机。同时节约了接地
力测量成本，减少了企业运营成本。
(66)本国优先权数据(51)Int.Cl.
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书4页 附图2页
(10)申请公布号CN 104715162 A (43)申请公布日2015.06.17
C N 104715162
A
1.一种斗轮堆取料机俯仰机构接地力计算方法，其特征在于：包括如下步骤：
a.建立机构模型；以斗轮机俯仰机构为对象，根据对象的运动形式，利用二维绘图软件建立机构二维模型；
b.简化机构模型并受力分析；根据斗轮机俯仰机构的运动特点，对a建立的模型进行简化，并在简化模型的基础上对系统进行受力分析；
c.检测俯仰角度与驱动力；利用接地力在线监测系统的传感检测子系统中的角度传感器实时检测斗轮机俯仰角度，压力传感器实时检测斗轮机驱动力；
d.计算配重与悬臂夹角；根据b得到的简化模型和受力分析，对斗轮机的配重与俯仰机构的悬臂之间的夹角进行定性分析，并给出定量计算的夹角计算数学模型；
e.计算驱动力与悬臂夹角；根据b得到的简化模型和受力分析，对斗轮机的驱动力与俯仰机构的悬臂之间的夹角进行定性分析，并给出定量计算的夹角计算数学模型；
f.计算不同俯仰角度时的接地力；根据d和e得到的夹角公式，利用b的受力分析，给出接地力关于俯仰角度与驱动力的计算模型，并计算不同俯仰角度时的接地力；
g.建立接地力在线计算模型；根据b得到的简化模型和受力分析图，利用d、e、f的数学模型，建立斗轮俯仰机构的接地力在线计算数学模型。
2.一种使用权利要求1所述的俯仰机构接地力计算方法的斗轮堆取料机俯仰机构接地力在线监测系统，其特征在于：包括传感检测子系统、数据处理子系统、误差补偿子系统、接地力计算子系统、工况判断子系统和故障自诊子系统；
所述传感检测子系统包括角度传感器和压力传感器，角度传感器用来检测俯仰机构的俯仰角度，压力传
感器用来检测驱动力的大小；传感检测子系统通过电缆与数据处理子系统连接，并将检测信号传送至数据处理子系统；
所述数据处理子系统包括信号滤波与采样、模拟量转化；通过对传感检测子系统中传感器的信号滤波与采样，利用数据处理模块实现对模拟量的转化，并将转化后的数据传送至误差补偿子系统；
所述误差补偿子系统包括电路误差补偿和传感器灵敏度补偿；误差补偿子系统将补偿后的数据传送至接地力计算子系统；
所述接地力计算子系统利用误差补偿子系统的数据，根据接地力在线计算方法的数学模型，实现对斗轮机俯仰机构接地力的在线计算；同时将计算结果传送至工况判断子系统；
所述工况判断子系统利用接地力子系统的数据信息，根据预设的工况判断表，实现对斗轮机工况的判断；
所述故障自诊子系统利用接地力子系统和工况判断子系统的数据，根据预设故障值，实现对监测系统的故障自诊与报警。
斗轮堆取料机俯仰机构接地力计算方法及其在线监测系统
技术领域
[0001] 本发明涉及起重机领域，具体涉及斗轮堆取料机俯仰机构接地力计算方法及其在线监测系统。
背景技术
[0002] 斗轮堆取料机作为散货港口的主要设备，用于实现散货的装船、卸船和搬运等作业。由于其机构的特殊性，在斗轮堆取料机作业时，容易倾斜，甚至倾覆，对港口和人员造成危害。因此有必要对接地力进行计算。
[0003] 在传统的接地力计算中，利用汽车吊将俯仰机构起吊计算得到接地力。此种方法是在将斗轮机停机状态下测得的，严重影响斗轮机的运作效率。随着工业进程的发展，该种接地力计算方式已经无法满足港口对机构运作高效化和安全性的要求。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种斗轮堆取料机俯仰机构接地力计算方法，能够在斗轮机正常工作时实现对接地力的在线计算。
[0005] 为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种斗轮堆取料机俯仰机构接地力计算方法，其特征在于：包括如下步骤：
[0006] a.建立机构模型。以斗轮机俯仰机构为对象，根据对象的运动形式，利用二维绘图软件建立机构二维模型。
[0007] b.简化机构模型并受力分析。根据斗轮机俯仰机构的运动特点，对a建立的模型进行简化，并在简化模型的基础上对系统进行受力分析。
[0008] c.检测俯仰角度与驱动力。利用接地力在线监测系统的传感检测子系统中的角度传感器实时检测斗轮机俯仰角度，压力传感器实时检测斗轮机驱动力。
[0009] d.计算配重与悬臂夹角。根据b得到的简化模型和受力分析，对斗轮机的配重与俯仰机构的悬臂之间的夹角进行定性分析，并给出定量计算的夹角计算数学模型。[0010] e.计算驱动力与悬臂夹角。根据b得到的简化模型和受力分析，对斗轮机的驱动力与俯仰机构的悬臂之间的夹角进行定性分析，并给出定量计算的夹角计算数学模型。[0011] f.计算不同俯仰角度时的接地力。根据d和e得到的夹角公式，利用b的受力分析，给出接地力关于俯仰角度与驱动力的计算模型，并计算不同俯仰角度时的接地力。[0012] g.建立接地力在线计算模型。根据b得到的简化模型和受力分析图，利用d、e、f 的数学模型，建立斗轮俯仰机构的接地力在线计算数学模型。
[0013] 本发明的另一目的是提供一种使用上述俯仰机构接地力计算方法的斗轮堆取料机俯仰机构接地力在线监测系统，能够实现对斗轮机俯仰机构的接地力进行在线监测。[0014] 为了实现上述目的，本发明
的技术方案为：一种斗轮堆取料机俯仰机构接地力在线监测系统，其特征在于：包括传感检测子系统、数据处理子系统、误差补偿子系统、接地力计算子系统、工况判断子系统和故障自诊子系统。
[0015] 所述传感检测子系统包括角度传感器和压力传感器，角度传感器用来检测俯仰机构的俯仰角度，压力传感器用来检测驱动力的大小。传感检测子系统通过电缆与数据处理子系统连接，并将检测信号传送至数据处理子系统。
[0016] 所述数据处理子系统包括信号滤波与采样、模拟量转化。通过对传感检测子系统中传感器的信号滤波与采样，利用数据处理模块实现对模拟量的转化，并将转化后的数据传送至误差补偿子系统。
[0017] 所述误差补偿子系统包括电路误差补偿和传感器灵敏度补偿。误差补偿子系统将补偿后的数据传送至接地力计算子系统。
[0018] 所述接地力计算子系统利用误差补偿子系统的数据，根据接地力在线计算方法的数学模型，实现对斗轮机俯仰机构接地力的在线计算。同时将计算结果传送至工况判断子系统。
[0019] 所述工况判断子系统利用接地力子系统的数据信息，根据预设的工况判断表，实现对斗轮机工况的判断。
[0020] 所述故障自诊子系统利用接地力子系统和工况判断子系统的数据，根据预设故障值，实现对监测
系统的故障自诊与报警。
[0021] 本发明的有益之处在于：能够在斗轮机正常运行的情况下，实现对斗轮机俯仰机构接地力的在线计算。能够实现对斗轮机运行状态在线监测，在接地力出现异常时，进行报警。提高了斗轮机的安全运行能力，降低了因接地力问题造成的斗轮机停机。同时节约了接地力测量成本，减少了企业运营成本。
附图说明
[0022] 图1为本发明的接地力计算方法流程框图。
[0023] 图2为本发明以钢丝绳为驱动力的斗轮机俯仰机构接地力计算方法的实施例的受力分析简图。
[0024] 图3为本发明以液压缸为驱动力的斗轮机俯仰机构接地力计算方法的实施例的受力分析简图。
[0025] 图4为本发明的在线监测系统框架图。
[0026] 图中G.接地力，F.驱动力，θ.钢丝绳与悬臂夹角，O.悬臂铰点，O1.滑轮组铰点，A.钢丝绳于悬臂处铰点，D.斗轮与悬臂联接处(起升角度α时)，O.立柱铰点；O1.液压缸铰点；A.液压缸于立柱处铰点；A1.液压缸于立柱处铰点(起升角度α时)。
具体实施方式
[0027] 结合附图，对本实用发明的具体实施进一步说明。
[0028] 如图2所示，一种斗轮堆取料机俯仰机构接地力计算方法，其特征在于包括如下步骤：
[0029] a.建立机构模型。以斗轮机俯仰机构为对象，根据对象的运动形式，利用二维绘图软件建立机构二维模型。
[0030] b.简化机构模型并受力分析。根据斗轮机俯仰机构的运动特点，对a建立的模型进行简化，并在简化模型的基础上对系统进行受力分析。
[0031] c.检测俯仰角度与驱动力。利用接地力在线监测系统的传感检测子系统中的角度传感器实时检测斗轮机俯仰角度，压力传感器实时检测斗轮机驱动力。
[0032] d.计算配重与悬臂夹角。根据b得到的简化模型和受力分析，对斗轮机的配重与俯仰机构的悬臂之间的夹角进行定性分析，并给出定量计算的夹角计算数学模型。[0033] e.计算驱动力与悬臂夹角。根据b得到的简化模型和受力分析，对斗轮机的驱动力与俯仰机构的悬臂之间的夹角进行定性分析，并给出定量计算的夹角计算数学模型。[0034] f.计算不同俯仰角度时的接地力。根据d和e得到的夹角公式，利用b的受力分析，给出接地力关于俯仰角度与驱动力的计算模型，并计算不同俯仰角度时的接地力。[0035] g.建立接地力在线计算模型。根据b得到的简化模型和受力分析图，利用d、e、f 的数学模型，建立斗轮俯仰机构的接地力在线计算数学模型。
[0036] 如图3所示，说明以钢丝绳为驱动力的斗轮机俯仰机构接地力计算方法的实施方式。
[0037] 当悬臂水平时，由力矩平衡可得：
[0038] G×L2＝F×L1×sinθ1 (3-1)
[0039] 当悬臂产生一定俯仰角度α时，由力矩平衡可得：
[0040] G×L2×cosα＝F×L1×sinθ2 (3-2)
[0041] 式(3-1)、(3-2)中：F为压力传感器检测得到的钢丝绳拉力；α为角度传感器检测得到的俯仰角度；
[0042] 当俯仰角度为正时，推导得到θ2表达式为：
[0043]
[0044] 式(3-3)中：AO1为钢丝绳拉点距铰点长度，测量得到；
[0045] AD＝2·L1·sinα/2 (3-4)
[0046] 当俯仰角度为负时，推导得到θ2表达式为：
[0047]
[0048] 如图4所示，说明以液压缸为驱动力的斗轮机俯仰机构接地力计算方法的实施方式。
[0049] 当悬臂水平时，由力矩平衡可得：
[0050] G×L2＝F×L1 (4-1)
[0051] 当悬臂产生一定俯仰角度α时，由力矩平衡可得：
[0052] G×L2×cosα＝F×L1×cosβ (4-2)
[0053] 当俯仰角度为正时，推导得到β表达式为：
[0054]
[0055] 式(4-3)中OA1为，已知；OO1为，已知；
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