专利名称：桥式起重机载荷谱参数数据的采集系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种桥式起重机载荷谱参数数据的采集系统及方法，它属于一种使用光电技术对桥式起重机载荷谱参数数据进行采集的装置及采集方法。
背景技术：
现有的桥式起重机在交变动载荷长期作用下，其钢结构容易发生疲劳断裂破坏。 为对桥式起重机关键部件进行疲劳可靠性分析与寿命评估，需编制桥式起重机钢结构长时 间工作过程的载荷谱，而每次起吊作业中载荷(起重小车)移动位置(到主梁跨中的相对 位置)、起吊载荷大小、物品起吊位置、物品卸载位置4个参数是编制桥式起重机载荷谱的 基础。目前可用载荷组合法、系数法或模拟法获得桥式起重机载荷谱参数数据，但与桥式起 重机实际工况相差甚远；为获得桥式起重机载荷谱参数的实时数据，常用人工在现场进行 桥式起重机载荷谱参数的测量和记录，这种方法存在着效率低、周期长、不利于数据的大量 采集。
发明内容
本发明的目的是解决现有获取起重机载荷谱参数的方法存在着效率低、周期长、 不利于数据的大量采集的技术难点，提供一种能长期、自动、实时、大量地采集桥式起重机 载荷谱参数数据的桥式起重机载荷谱参数数据的采集系统及方法。本发明为解决上述技术难点而采用的技术方案是一种桥式起重机载荷谱参数 数据的采集系统，它包括由测量数据接收模块、测量数据处理模块、测量数据存储模块和测 量数据显示模块构成的信号处理存储单元，其中它还包括起吊载荷位置测量装置和起吊 载荷测量装置，起吊载荷位置测量装置和起吊载荷测量装置的信号输出端与测量数据接收 模块的输入端连接，起吊载荷位置测量装置装在桥式起重机的端梁与起重小车上，起吊载 荷测量装置装在桥式起重机的端梁与主梁上，信号处理存储单元安装在桥式起重机的端梁 上。本发明所述起吊载荷位置测量装置由移动角锥棱镜、光电测量单元、安装盒和安 装支架组成，移动角锥棱镜装在安装支架上，安装支架设在起重小车相对于桥式起重机端 梁的一侧，光电测量单元装在安装盒内，安装盒装在与移动角锥棱镜相对应的桥式起重机 的端梁上。本发明所述光电测量单元由半导体连续激光器、分光镜、发射天线透镜、光电信号 处理单元、两个光电传感器和接收天线透镜组成；半导体连续激光器设在发射天线透镜的 后面且位于发射天线透镜光轴上，分光镜设在半导体连续激光器和发射天线透镜之间且分 光镜光轴与发射天线透镜的光轴成45°夹角，第一个光电传感器设在分光镜反射光路上， 用于接收分光镜的反射光；接收天线透镜设在移动角锥棱镜反射光的光轴上并位于发射 天线透镜的下方，第二个光电传感器设在接收天线透镜的后面且接收移动角锥棱镜的反射 光，光电信号处理单元设在第二个光电传感器的后边以便于接收和处理光电传感器传递来的光信号。本发明所述起吊载荷测量装置由固定波长半导体激光器、光电测量单元、基座和 支架组成，固定波长半导体激光器装在支架上，支架设在主梁跨中下翼缘板纵向中心线处， 光电测量单元装在基座内，基座设在与固定波长半导体激光器相对应的桥式起重机的端梁 上。本发明所述光电测量单元由光电位置传感器和成像透镜组成，成像透镜装在基座的前端，光电位置传感器装在成像透镜的后面且两者之间的距离大于成像透镜的焦距f。一种使用桥式起重机载荷谱参数数据的采集系统采集每次起吊作业中载荷移动 位置χ、起吊载荷F、物品起吊位置Xq、物品卸载位置Xu的方法，其步骤是1)在起吊作业时，用起吊载荷位置测量装置测量载荷位置，即根据激光相位测量 装置测尺长Ls、光波往返相位差Δ0、移动角锥棱镜沿主梁轴线方向到起重小车轮距中点距 离k及主梁跨度S，通过公式(1)获得载荷位置χ距主梁跨中的距离，<formula>formula see original document page 5</formula>
2)在起吊载荷作用下，用起吊载荷测量装置测量成像的位移δ，即根据起吊载荷 测量装置中成像透镜的焦距f及测量所得的成像位移δ，通过公式(2)获得对应于载荷移 动路线的主梁跨中挠度y，
<formula>formula see original document page 5</formula>⑵公式(2)中y是主梁跨中挠度，δ是固定波长半导体激光器在光电位置传感器上 的成像位移，f是成像透镜的焦距，S是主梁跨度；3)在起吊作业中，根据步骤1)和步骤2)所得的载荷位置χ距主梁跨中的距离及 对应于载荷位置X的主梁跨中挠度y，通过公式(3)获得起吊载荷F，
<formula>formula see original document page 5</formula>_ ⑶公式(3)中E是钢材的抗压弹性模量，I是桥式起重机主梁的惯性矩；4)采集起吊载荷从0变为F的载荷起吊位置Xq ；5)采集起吊载荷从F变为0的载荷卸载位置Xu。由于本发明采用了上述技术方案，采用光电测量装置采集桥式起重机载荷谱参数 数据，实现了数据采集、处理、存储自动化。因此，与背景技术相比，本发明具有下列优点
1、采用光电测量装置采集桥式起重机载荷谱参数数据，实现数据采集、处理、存储 自动化。2、采用光电测量装置采集桥式起重机载荷谱参数数据，可实现数据的高效采集。3、采用光电测量装置采集桥式起重机载荷谱参数数据，可实现数据的长时间、实 时采集。
图1是本发明的结构方框图；图2是本发明起吊载荷位置测量装置的结构示意图3是本发明起吊载荷测量装置的结构示意图；图4是本发明利用起吊载荷位置测量装置测量起重机载荷位置的光路图；图5是本发明利用起吊载荷测量装置测量起重机起吊载荷大小的光路图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。如图1、图2和图3所示，本实施例中的一种桥式起重机载荷谱参数数据的采集系 统，它包括由测量数据接收模块(15)、测量数据处理模块(16)、测量数据存储模块(17)和 测量数据显示模块(18)构成的信号处理存储单元(7)，其中它还包括起吊载荷位置测量 装置(13)和起吊载荷测量装置(14)，起吊载荷位置测量装置(13)和起吊载荷测量装置 (14)的信号输出端与测量数据接收模块(15)的输入端连接，起吊载荷位置测量装置(13) 装在桥式起重机的端梁(6)与起重小车(5)上，起吊载荷测量装置(14)装在桥式起重机的 端梁(6)与主梁(11)上，信号处理存储单元(7)安装在桥式起重机的端梁(6)上。如图2和图4所示，所述起吊载荷位置测量装置(13)由移动角锥棱镜(1)、光电测 量单元(2)、安装盒(3)和安装支架(4)组成，移动角锥棱镜(1)装在安装支架(4)上，安装 支架(4)设在起重小车(5)相对于桥式起重机端梁(6)的一侧，光电测量单元(2)装在安 装盒(3)内，安装盒(3)装在与移动角锥棱镜(1)相对应的桥式起重机的端梁(6)上。所 述光电测量单元(2)由半导体连续激光器(201)、分光镜(202)、发射天线透镜(203)、光电 信号处理单元(204)、两个光电传感器(205)、(206)和接收天线透镜(207)组成；半导体连 续激光器(201)设在发射天线透镜(203)的后面且位于发射天线透镜(203)光轴上，分光 镜(202)设在半导体连续激光器(201)和发射天线透镜(203)之间且分光镜(202)光轴与 发射天线透镜(203)的光轴成45°夹角，第一个光电传感器(205)设在分光镜(202)反射 光路上，用于接收分光镜(202)的反射光；调整起重小车(5)上的安装支架(4)，使移动角 锥棱镜(1)可靠接收发射天线透镜(203)透过的光；接收天线透镜(207)设在移动角锥棱 镜(1)反射光的光轴上并位于发射天线透镜(203)的下方，第二个光电传感器(206)设在 接收天线透镜(207)的后面且接收移动角锥棱镜(1)的反射光，光电信号处理单元(204) 设在第二个光电传感器(206)的后边以便于接收和处理光电传感器(205)和(206)传递来 的光信号。当起重小车(5)位于接近安装光电测量单元(2) —侧的主梁极限位置时，移动 角锥棱镜⑴与光电测量单元⑵之间的距离d最小；和当起重小车(5)位于相对光电测 量单元(2)较远一侧的主梁极限位置时，移动角锥棱镜(1)与光电测量单元(2)之间的距 离d最大，距离d变量如图4标识所示。起吊载荷位置测量装置(13)测量所得光波往返相 位差△ Φ经过信号处理存储单元(7)的测量数据接收模块(15)接收后传递到测量数据处 理模块(16)进行处理获得载荷位置X，并在测量数据存储模块(17)存储测量所得数据。如图3和图5所示，所述起吊载荷测量装置(14)由固定波长半导体激光器(10)、 光电测量单元(9)、基座(8)和支架(12)组成，固定波长半导体激光器(10)装在支架(12) 上，支架(12)设在主梁(11)跨中下翼缘板纵向中心线处，光电测量单元(9)装在基座(8) 内，基座(8)设在与固定波长半导体激光器(10)相对应的桥式起重机的端梁(6)上。所述 光电测量单元(9)由光电位置传感器(901)和成像透镜(902)组成，成像透镜(902)装在 基座(8)内的前端，光电位置传感器(901)装在成像透镜(902)的后面且两者之间的距离大于成像透镜(902)的焦距f。起重小车(5)空载时固定波长半导体激光器(10)中心位于 光电测量单元(9)中成像透镜(902)的光轴上，激光P经由成像透镜(902)成像，像点P' 位于光电位置传感器(901)的中心位置。当起吊载荷时，在载荷作用下主梁变形，产生向 下挠度1，固定波长半导体激光器(10)产生的激光P随之下降同样的位移y，P经成像透镜 (902)后在光电位置传感器(901)的像点P'偏移中心位置向上位移δ。光电位置传感器 (901)检测出像点P'偏移量δ。起吊载荷测量装置(14)测量所得偏移量δ经过信号处 理存储单元(7)的测量数据接收模块(15)接收后传递到测量数据处理模块(16)进行处理 获得起吊载荷F的大小，并在测量数据存储模块(17)存储测量所得数据。本实施例中的一种使用桥式起重机载荷谱参数数据的采集系统采集每次起吊作 业中载荷移动位置χ、起吊载荷F、物品起吊位置Xq、物品卸载位置Xu的方法，其步骤是1)在起吊作业时，用起吊载荷位置测量装置测量载荷位置，即根据激光相位测量 装置测尺长Ls、光波往返相位差Δ φ、移动角锥棱镜沿主梁轴线方向到起重小车轮距中点 距离k及主梁跨度S，通过公式(1)获得载荷位置χ距主梁跨中的距离，
<formula>formula see original document page 7</formula>2π 22)在起吊载荷作用下，用起吊载荷测量装置测量成像的位移δ，即根据起吊载荷 测量装置中成像透镜的焦距f及测量所得的成像位移δ，通过公式(2)获得对应于载荷移 动路线的主梁跨中挠度y，
<formula>formula see original document page 7</formula>公式(2)中y是主梁跨中挠度，δ是固定波长半导体激光器(10)在光电位置传 感器(901)上的成像位移，f是成像透镜(902)的焦距，S是主梁跨度；3)在起吊作业中，根据步骤1)和步骤2)所得的载荷位置χ距主梁跨中的距离及 对应于载荷位置X的主梁跨中挠度y，通过公式(3)获得起吊载荷F，
<formula>formula see original document page 7</formula>
公式(3)中Ε是钢材的抗压弹性模量，I是桥式起重机主梁的惯性矩，其余的参数 与公式⑴和公式(2)中的相同；为在一个起吊作业中采集的载荷具有唯一性，通过公式(4)获得起吊载荷F作为
载荷谱参数值
<formula>formula see original document page 7</formula>公式(4)中|x|min是起吊作业中载荷移动位置距主梁跨中距离最小值，yp是对应 于Ixlmin的主梁跨中挠度，其余的参数与公式(3)中的相同；4)采集并存储起吊载荷从0变为F的载荷起吊位置Xq ；5)采集并存储起吊载荷从F变为0的载荷卸载位置Xu。上述桥式起重机载荷谱参数数据的采集系统及方法，是通过信号处理存储单元 (7)长期自动对每次起吊作业中载荷(起重小车)移动位置x(到主梁跨中的相对位置)、 起吊载荷F、物品起吊位置Xq、物品卸载位置Xu进行实时采集并存储，得到编制桥式起重机载荷谱所需参数的基础数据.
权利要求
一种桥式起重机载荷谱参数数据的采集系统，它包括由测量数据接收模块、测量数据处理模块、测量数据存储模块和测量数据显示模块构成的信号处理存储单元，其特征是它还包括起吊载荷位置测量装置和起吊载荷测量装置，起吊载荷位置测量装置和起吊载荷测量装置的信号输出端与测量数据接收模块的输入端连接，起吊载荷位置测量装置装在桥式起重机的端梁与起重小车上，起吊载荷测量装置装在桥式起重机的端梁与主梁上，信号处理存储单元安装在桥式起重机的端梁上。
2.根据权利要求1所述的桥式起重机载荷谱参数数据的采集系统，其特征是所述起 吊载荷位置测量装置由移动角锥棱镜(1)、光电测量单元(2)、安装盒(3)和安装支架(4) 组成，移动角锥棱镜(1)装在安装支架(4)上，安装支架(4)设在起重小车(5)相对于桥式 起重机端梁(6)的一侧，光电测量单元(2)装在安装盒(3)内，安装盒(3)装在与移动角锥 棱镜(1)相对应的桥式起重机的端梁(6)上。
3.根据权利要求2所述的桥式起重机载荷谱参数数据的采集系统，其特征是所述光 电测量单元(2)由半导体连续激光器(201)、分光镜(202)、发射天线透镜(203)、光电信号 处理单元(204)、两个光电传感器(205)、(206)和接收天线透镜(207)组成；半导体连续 激光器(201)设在发射天线透镜(203)的后面且位于发射天线透镜(203)光轴上，分光镜 (202)设在半导体连续激光器(201)和发射天线透镜(203)之间且分光镜(202)光轴与发 射天线透镜(203)的光轴成45°夹角，第一个光电传感器(205)设在分光镜(202)反射光 路上，用于接收分光镜(202)的反射光；接收天线透镜(207)设在移动角锥棱镜(1)反射光 的光轴上并位于发射天线透镜(203)的下方，第二个光电传感器(206)设在接收天线透镜 (207)的后面且接收移动角锥棱镜(1)的反射光，光电信号处理单元(204)设在第二个光电 传感器(206)的后边以便于接收和处理光电传感器(205)和(206)传递来的光信号。
4.根据权利要求1所述的桥式起重机载荷谱参数数据的采集系统，其特征是所述起 吊载荷测量装置由固定波长半导体激光器(10)、光电测量单元(9)、基座(8)和支架(12) 组成，固定波长半导体激光器(10)装在支架(12)上，支架(12)设在主梁(11)跨中下翼缘 板纵向中心线处，光电测量单元(9)装在基座(8)内，基座(8)设在与固定波长半导体激光 器(10)相对应的桥式起重机的端梁(6)上。
5.根据权利要求4所述的桥式起重机载荷谱参数数据的采集系统，其特征是所述光 电测量单元(9)由光电位置传感器(901)和成像透镜(902)组成，成像透镜(902)装在基 座(8)内的前端，光电位置传感器(901)装在成像透镜(902)的后面且两者之间的距离大 于成像透镜(902)的焦距f。
6.一种使用桥式起重机载荷谱参数数据的采集系统采集每次起吊作业中载荷移动位 置x、起吊载荷F、物品起吊位置Xq、物品卸载位置Xu的方法，其特征是该步骤是1)在起吊作业时，用起吊载荷位置测量装置测量载荷位置，即根据激光相位测量装置 测尺长Ls、光波往返相位差A 、移动角锥棱镜沿主梁轴线方向到起重小车轮距中点距离k 及主梁跨度S，通过公式(1)获得载荷位置x距主梁跨中的距离，<formula>formula see original document page 2</formula>2)在起吊载荷作用下，用起吊载荷测量装置测量成像的位移S，即根据起吊载荷测量 装置中成像透镜的焦距f 及测量所得的成像位移8，通过公式(2)获得对应于载荷移动路线的主梁跨中挠度y，<formula>formula see original document page 3</formula>(2)公式(2)中y是主梁跨中挠度，5是固定波长半导体激光器(10)在光电位置传感器 (901)上的成像位移，f是成像透镜(902)的焦距，S是主梁跨度；3)在起吊作业中，根据步骤1)和步骤2)所得的载荷位置x距主梁跨中的距离及对应 于载荷位置x的主梁跨中挠度y，通过公式(3)获得起吊载荷F，<formula>formula see original document page 3</formula>公式(3)中E是钢材的抗压弹性模量，I是桥式起重机主梁的惯性矩；4)采集起吊载荷从0变为F的载荷起吊位置Xq；5)采集起吊载荷从F变为0的载荷卸载位置Xu。
全文摘要
本发明涉及一种桥式起重机载荷谱参数数据的采集系统及方法，它属于一种使用光电技术对桥式起重机载荷谱参数数据进行采集的装置及采集方法。本发明主要是解决现有获取起重机载荷谱参数的方法存在着效率低、周期长、不利于数据的大量采集的技术难点。本发明的技术方案是一种桥式起重机载荷谱参数数据的采集系统，它包括信号处理存储单元，其中它还包括起吊载荷位置测量装置和起吊载荷测量装置，起吊载荷位置测量装置和起吊载荷测量装置的信号输出端与测量数据接收模块的输入端连接，起吊载荷位置测量装置装在桥式起重机的端梁与起重小车上，起吊载荷测量装置装在桥式起重机的端梁与主梁上，信号处理存储单元安装在桥式起重机的端梁上。
文档编号B66C13/16GK101830397SQ20101013994
公开日2010年9月15日 申请日期2010年4月2日 优先权日2010年4月2日
发明者徐格宁, 杨恒, 王爱红, 高崇仁, 高有山 申请人:太原科技大学