本發(fā)明涉及一種履帶起重機吊鉤高度檢測系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法，屬于高度檢測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前傳統(tǒng)的履帶起重機沒有吊鉤離地高度顯示或顯示不準確，吊鉤離地高度主要通過操作人員憑經(jīng)驗?zāi)繙y，但對于一些特殊工況，操作人員無法看到吊鉤位置，根本不知道吊鉤高度。

現(xiàn)有技術(shù)中，履帶起重機基本沒有實時顯示吊鉤離地高度。有極少數(shù)履帶起重機通過加裝其他檢測設(shè)備，來實現(xiàn)檢測吊鉤高度。自動控制物體與地面距離的系統(tǒng)及其控制方法，其通過具有方向判斷功能的出繩長度測量裝置，置于駕駛室的人機界面、與人機界面耦合的可編程控制器和角度傳感器，具有方向判斷功能的出繩長度測量裝置通過CAN總線與可編程控制器相連，并向其傳單向傳輸信號，可編程控制器通過CAN總線向人機界面單向傳輸信號；角度傳感器與可編程控制器相連。

但是該種方法存在一定的局限性：首先，該系統(tǒng)每次重物起吊前都要進行零位標定，因為當鋼絲繩松弛時，該檢測裝置不能準確檢測出鋼絲繩出繩量。其次，該系統(tǒng)中，硬橡膠輪隨著鋼絲繩的上下滑動而進行滾動，橡膠輪的滾動帶動編碼器的轉(zhuǎn)動。但實際為了保護鋼絲繩，一般都在其上涂抹潤滑油脂，這就導(dǎo)致鋼絲繩和硬橡膠輪之間的滑動，很難保證準確檢測出鋼絲繩的出繩量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種履帶起重機吊鉤高度檢測系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法，有效地提高對吊鉤高度的測量，解決目前大部分情況下只能依靠視覺估算的問題。

為了實現(xiàn)上述目標，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種履帶起重機吊鉤高度檢測系統(tǒng)，其特征是，包括主控模塊、角度傳感器、編碼器、報警裝置和顯示模塊；所述角度傳感器分別安裝在主臂和副臂上，分別用于檢測主臂和副臂的傾斜角并傳送到主控模塊中；所述報警裝置與主控模塊相連接，當主卷揚和副卷揚的圈數(shù)不多于三圈時，報警裝置進行報警；所述編碼器和主控模塊、顯示模塊通過CAN總線通訊，編碼器用于實時記錄對應(yīng)卷揚的轉(zhuǎn)動圈數(shù)；所述編碼器包括設(shè)置在主卷揚一側(cè)中心軸上的主編碼器和設(shè)置在副卷揚一側(cè)中心軸上的副編碼器。

進一步地，所述主編碼器和副編碼器各自通過聯(lián)軸器、編碼器安裝板與對應(yīng)的卷揚連接。

進一步地，所述主編碼器和副編碼器外均設(shè)置有編碼器防護罩。

一種基于以上所述的履帶起重機吊鉤高度檢測系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征是，包括如下步驟：

1)在卷揚纏繩時，當鋼絲繩剛露出穿繩口時，開始標定編碼器，包括編碼器方向、單圈分辨率、總分辨率以及預(yù)置當前值。

2)操作卷揚，卷揚轉(zhuǎn)動帶動編碼器轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，通過編碼器記錄卷揚轉(zhuǎn)過的圈數(shù)，并計算主卷揚和副卷揚每一層的鋼絲繩長度；

3)根據(jù)步驟2)的結(jié)果結(jié)合當前的工況，實時計算主鉤離地高度和副鉤離地高度；

4)根據(jù)步驟3)公式計算主卷揚和副卷揚低于三圈時對應(yīng)的主鉤離地高度和副鉤離地高度，依據(jù)此值設(shè)定報警裝置的觸發(fā)值當主卷揚和副卷揚低于三圈時，主控裝置輸出報警信號，觸發(fā)報警器工作，同時限制卷揚落方向動作。

進一步地，所述步驟2)中假設(shè)主卷編碼器當前記錄的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)值為N_m，副卷編碼器當前記錄的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)值為N_f，鋼絲繩纏繞滿卷揚一層編碼器旋轉(zhuǎn)圈數(shù)為N_d，鋼絲繩半徑為r；

主卷揚第1層鋼絲繩長度為LM₁＝2N_mπR₁；第2層鋼絲繩長度為LM₂＝2(N_m-N_d)πR₂，其中R₂＝R₁+1.732r；第n層鋼絲繩長度為LM_n＝2(N_m-(n-1)N_d)πR_n,其中R_n＝R₁+1.732(n-1)r；副卷揚第1層鋼絲繩長度為LF₁＝2N_fπR₁；第2層鋼絲繩長度為LF₂＝2(N_f-N_d)πR₂,其中R₂＝R₁+1.732r；第n層鋼絲繩長度為LF_n＝2(N_f-(n-1)N_d)πR_n,其中R_n＝R₁+1.732(n-1)r，其中，R₁表示主卷揚高度R加上第一層鋼絲繩半徑r的距離和。

進一步地，所述步驟3)中假定主卷揚和主鉤對應(yīng)，副卷揚和副鉤對應(yīng)，主鉤的倍率為Reev1，副鉤的倍率為Reev2，主卷鋼絲繩總長度為LT₁，副卷鋼絲繩總長度為LT₂，主鉤滑輪到鉤底的距離為H₃，副鉤滑輪到鉤底的距離為H₅，主臂鉸點離地面高度為H_o；

選定工況后，主卷到主臂導(dǎo)向滑輪的距離L₁，副卷到主臂導(dǎo)向滑輪距離L₂，主臂長度L_m，主臂導(dǎo)向滑輪到主臂頭部滑輪距離L₃，主臂導(dǎo)向滑輪到副臂導(dǎo)向滑輪距離為L₄，副臂導(dǎo)向滑輪到副臂頭部滑輪距離為L₅，副臂長度為L_f；設(shè)定主臂頭到主臂頭部滑輪中心的垂直距離為H₁；主臂的傾斜角為α，副臂的傾斜角為β；

則H₂＝{LT₁-(LM₁+LM₂+…+LM_n)-L₁-L₃}/Reev1；

主鉤離地高度H_m＝L_m·sinα+H_o-H₁-H₂-H₃；

H₄＝{LT₂-(LF₁+LF₂+…+LF_n)-L₂-L₄-L₅}/Reev2；

副鉤離地高度H_f＝L_m·sin_α+L_f·sin_β+H_o-H₄-H₅。

本發(fā)明所達到的有益效果：本發(fā)明可以實時顯示吊鉤離地高度，且顯示精度較高；同時能夠替代三圈保護器，實現(xiàn)三圈報警功能；本系統(tǒng)具體操作時通過編碼器實時監(jiān)測卷揚轉(zhuǎn)動，減少外在干擾，并且只需要在纏繩時標定一次即可，方便簡單。

附圖說明

圖1是本系統(tǒng)的示意圖；

圖2是卷揚剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是臂架簡化模型示意圖。

圖中附圖標記的含義：

1-主卷揚，2-副卷揚，3-主臂導(dǎo)向滑輪，4-主臂頭部滑輪，5-主鉤滑輪，6-副臂導(dǎo)向滑輪，7-副臂頭部滑輪，8-副鉤滑輪。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。

本發(fā)明的目的是實現(xiàn)履帶起重機吊鉤高度檢測，實時顯示吊鉤離地高度，并可替代卷揚三圈保護器實現(xiàn)三圈報警功能。

本系統(tǒng)是通過在主、副卷揚上加裝編碼器，在主、副臂上安裝角度傳感器，把編碼器轉(zhuǎn)動的角位移量和臂架變化的角度值輸送到控制器，通過控制算法計算出吊鉤離地高度和卷揚三圈位置。

具體地包括主控模塊、角度傳感器、編碼器、報警裝置和顯示模塊，其中，顯示模塊可以設(shè)置在駕駛室內(nèi)的人機界面中，主控模塊設(shè)置在電器柜內(nèi)。

角度傳感器用于檢測主臂和副臂的傾斜角并傳送到主控模塊中。當主卷揚1和副卷揚2的圈數(shù)不多于三圈時，報警裝置進行報警。

本發(fā)明中所謂的編碼器是把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號的一種裝置。

本系統(tǒng)在進行具體的操作時，包括如下步驟：

1)編碼器安裝在主、副卷揚一側(cè)的中心軸上，通過聯(lián)軸器和編碼器安裝板與卷揚連接，外面加裝編碼器防護罩。在卷揚纏繩時，當鋼絲繩剛露出穿繩口時，開始標定編碼器，包括編碼器方向、單圈分辨率、總分辨率以及預(yù)置當前值。

2)操作卷揚，卷揚轉(zhuǎn)動帶動編碼器轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，通過編碼器記錄卷揚轉(zhuǎn)過的圈數(shù)，并計算主卷揚1和副卷揚2每一層的鋼絲繩長度。

如圖2所示：假設(shè)主卷編碼器當前記錄的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)值為N_m，副卷編碼器當前記錄的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)值為N_f，鋼絲繩纏繞滿卷揚一層編碼器旋轉(zhuǎn)圈數(shù)為N_d，鋼絲繩半徑為r；

主卷揚1第1層鋼絲繩長度為LM₁＝2N_mπR₁；第2層鋼絲繩長度為LM₂＝2(N_m-N_d)πR₂，其中R₂＝R₁+1.732r；第n層鋼絲繩長度為LM_n＝2(N_m-(n-1)N_d)πR_n,其中R_n＝R₁+1.732(n-1)r；副卷揚2第1層鋼絲繩長度為LF₁＝2N_fπR₁；第2層鋼絲繩長度為LF₂＝2(N_f-N_d)πR₂,其中R₂＝R₁+1.732r；第n層鋼絲繩長度為LF_n＝2(N_f-(n-1)N_d)πR_n,其中R_n＝R₁+1.732(n-1)r。

3)根據(jù)步驟2)的結(jié)果結(jié)合當前的工況，實時計算主鉤離地高度和副鉤離地高度。

為了便于說明，如圖3。假定主卷揚1和主鉤對應(yīng)，副卷揚2和副鉤對應(yīng)，主鉤的倍率為Reev1，副鉤的倍率為Reev2，主卷鋼絲繩總長度為LT₁，副卷鋼絲繩總長度為LT₂，主鉤滑輪5到鉤底的距離為H₃，副鉤滑輪8到鉤底的距離為H₅，主臂鉸點離地面高度為H_o。

選定工況后，主卷到主臂導(dǎo)向滑輪3的距離L₁，副卷到主臂導(dǎo)向滑輪3距離L₂，主臂長度L_m，主臂導(dǎo)向滑輪3到主臂頭部滑輪4距離L₃，主臂導(dǎo)向滑輪3到副臂導(dǎo)向滑輪6距離為L₄，副臂導(dǎo)向滑輪6到副臂頭部滑輪7距離為L₅，副臂長度為L_f；設(shè)定主臂頭到主臂頭部滑輪4中心的垂直距離為H₁；

則H₂＝{LT₁-(LM₁+LM₂+…+LM_n)-L₁-L₃}/Reev1；

主鉤離地高度H_m＝L_m·sinα+H_o-H₁-H₂-H₃；

H₄＝{LT₂-(LF₁+LF₂+…+LF_n)-L₂-L₄-L₅}/Reev2；

副鉤離地高度H_f＝L_m·sin_α+L_f·sin_β+H_o-H₄-H₅。

4)根據(jù)步驟3)公式計算主卷揚1和副卷揚2低于三圈時對應(yīng)的主鉤離地高度和副鉤離地高度，依據(jù)此值設(shè)定報警裝置的觸發(fā)值當主卷揚1和副卷揚2低于三圈時，主控裝置輸出報警信號，觸發(fā)報警器工作，同時限制卷揚落方向動作。

本發(fā)明中的編碼器也可以通過在馬達上安裝轉(zhuǎn)速傳感器來代替。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。