劉　虎，周　蕾

(淮陰工學(xué)院計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，江蘇淮安　223001)

0　引言

GB/T 5031—2008《塔式起重機(jī)》于2009年2月1日起實(shí)施。該標(biāo)準(zhǔn)中第5．6章節(jié)明確規(guī)定塔式起重機(jī)必須裝有“安全裝置”。塔式起重機(jī)監(jiān)控儀成為塔吊出廠的必備設(shè)備。

塔式起重機(jī)中，力矩是最重要的參數(shù)，它是設(shè)計(jì)各類塔吊的前提。力矩公式如式(1)所示[1]。要獲得塔吊力矩，就必須知道塔吊吊的重物Q受力情況和重物離回轉(zhuǎn)臂的距離S．

M=F·S

(1)

目前，塔式起重機(jī)常用的力矩測量方法主要是多參數(shù)力矩測量。使用多個(gè)傳感器采集多種參數(shù)，包括拉力傳感器，用于測量吊鉤上的重物Q受力；距離傳感器，一般使用光柵編碼器，用于測量塔吊小車幅度；回轉(zhuǎn)傳感器，一般使用光柵編碼器，測量塔臂位置；吊鉤位置傳感器，一般使用光柵編碼器，測量吊鉤重物高度。這種塔式起重機(jī)中力矩監(jiān)控儀目前已有產(chǎn)品。但客戶反映，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障率較高，對使用人員要求較高。

文中重點(diǎn)討論一種是直測力矩塔式起重機(jī)監(jiān)控儀工作原理及其實(shí)現(xiàn)。

1　直測力矩測量原理

直測力矩法的原理是在塔式起重機(jī)平衡臂下弦位置安裝傳感器，如圖1所示。在塔吊工作期間，測量塔吊的平衡臂應(yīng)變力，同時(shí)測量塔吊小車幅度，最后反推算出吊鉤上重物質(zhì)量。這種塔式起重機(jī)力矩監(jiān)控儀成本低，利于維護(hù)，對使用人員要求不高。目前，已成功研制出直測力矩塔式起重機(jī)監(jiān)控儀，并在企業(yè)應(yīng)用。

圖1　力矩傳感器安裝簡圖

塔吊力矩計(jì)算如式(2)所示：

M=(X-r)·(Q+q)

(2)

式中：M為塔吊平衡臂承受力矩；X為塔吊小車幅度；r為吊臂根部節(jié)點(diǎn)至塔身距離，一般為750 mm；Q為實(shí)際吊物質(zhì)量；q為吊具質(zhì)量(小車+吊鉤+鋼絲繩)。

如果知道力矩M、小車幅度X等，則可反推實(shí)際吊物質(zhì)量Q，如式(3)所示：

(3)

圖2是某廠家實(shí)際塔吊力矩參數(shù)圖，從圖中可以看出，力矩呈非線性變化。

2　塔式起重機(jī)監(jiān)控儀研制

塔式起重機(jī)監(jiān)控儀原理框圖如圖3所示，實(shí)現(xiàn)了塔式起重機(jī)起重力矩、起重量、幅度等工作參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。控制儀主要包括：主控模塊、顯示模塊、鍵盤模塊、起重力矩檢測控制模塊、幅度檢測控制模塊等?？刂苾x具有設(shè)置功能，包括廠家設(shè)置、用戶設(shè)置。廠家主要設(shè)置塔吊的各種最大參數(shù)，用戶設(shè)置的所有參數(shù)不能大于廠家設(shè)定的參數(shù)。廠家設(shè)置主要包括：初始力矩設(shè)置、最大力矩設(shè)置、最低幅度設(shè)置、最大幅度設(shè)置，吊鉤質(zhì)量、絞點(diǎn)距離、時(shí)間等?？刂苾x具有顯示功能，包括顯示當(dāng)前力矩、當(dāng)前起重量、當(dāng)前幅度等參數(shù)，并具有各種限位報(bào)警指示燈?？刂苾x具有存儲(chǔ)功能，能夠存儲(chǔ)2萬次各檢測參數(shù)值，永久記錄塔吊超限工作狀態(tài)，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可用專用軟件打開、查詢、瀏覽。

圖2　某型塔吊二倍率起重特性曲線

圖3　塔式起重機(jī)監(jiān)控儀原理框圖

拉/壓力傳感器采用TLJ-6，該傳感器量程300 kg；輸出靈敏度1．870 mV/V，零點(diǎn)平衡±1％FS；綜合誤差0．1％FS；絕緣電阻大于5 000 MΩ．該傳感器輸出的電壓經(jīng)儀表放大器放大后送入MCU進(jìn)行A/D采樣，經(jīng)RS-485總線與主控模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。幅度傳感器采用線性電位器，信號直接被主控模塊進(jìn)行A/D采樣。主控模塊MCU采用PIC16F74。

應(yīng)避免因操作失誤使力矩超載，造成塔吊傾覆。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)塔吊生產(chǎn)廠家的需求，設(shè)置了4個(gè)繼電器，保護(hù)塔吊避免力矩過載。設(shè)置的3個(gè)力矩檢測值分別為80％力矩、90％力矩、100％力矩，另一個(gè)備用。

力矩保護(hù)儀能以XX年XX月XX日XX時(shí)XX分，記錄XX秒超限，最大力矩XX的格式記錄超100％力矩持續(xù)3 s以上的數(shù)據(jù)，廠家能用專用軟件提取力矩保護(hù)儀數(shù)據(jù)，同時(shí)記錄塔吊工作周期次數(shù)數(shù)據(jù)。

3　結(jié)束語

文中設(shè)計(jì)的塔式起重機(jī)監(jiān)控儀已在江蘇正興建設(shè)機(jī)械有限公司裝機(jī)試驗(yàn)，經(jīng)現(xiàn)場測試，起重量、幅度、力矩等參數(shù)測量精度均滿足要求，操作安裝簡單方便，運(yùn)行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。它的推廣能夠提高塔式起重機(jī)生產(chǎn)的安全性，大大降低安全事故率，具有明顯的社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫文遷，商云霞．塔機(jī)力矩限制器的設(shè)計(jì)．建筑機(jī)械，2005(2)：72-74．

[2]郭全民，賈永峰，王健．基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的塔機(jī)起重力矩監(jiān)測系統(tǒng)．儀表技術(shù)與傳感器，2007(10)：33-35．

[3]袁麗艷，張桂青，閻俏，等．多功能塔機(jī)黑匣子的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)．建筑機(jī)械，2007(9)：73-78．