CN110906851B - 一种桥吊摆角和绳长检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

一种桥吊摆角和绳长检测装置及检测方法，利用摆角检测装置获取随吊绳摆动而产生的磁通变化量，计算得到摆角，利用绳长检测装置获取随吊绳升降而产生的磁通变化量，计算得到绳长。本发明结构简单，维护方便，能够精准的测量摆角和绳长。

Description

一种桥吊摆角和绳长检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及一种桥吊摆角和绳长检测装置及检测方法。

背景技术

世界经济的复苏和国际贸易的发展促进了航运的发展，而这也对集装箱码头的装卸效率提出了更高的要求，智能化也越来越多的应用到集装箱码头。然而，传统的单吊具桥吊不能够满足集装箱港口的装卸效率要求，因此多吊具集装箱桥吊(岸桥和场桥)应运而生。再结合智能化设备之后，多吊具集装箱桥吊的装卸效率大大提高。

目前的多吊具桥吊主要是双吊具桥吊，这是一类新型的集装箱港口装卸机械。由于双吊具一次可以装卸两个集装箱，所以能够满足繁忙港口的作业需求。但如果不解决双吊具之间的摆动及同步性问题，那么它的装卸效率将达不到预期的效果，更严重的还可能导致重大安全事故。因此，为了工作人员的人身安全和稳步提高装卸效率，防摇和同步是亟需解决的问题。

发明内容

本发明提供一种桥吊摆角和绳长检测装置及检测方法，结构简单，维护方便，能够精准的测量摆角和绳长。

为了达到上述目的，本发明提供一种桥吊摆角和绳长检测装置，包含：摆角检测装置和绳长检测装置；

所述的摆角检测装置包含：

摆角磁场装置，其用于产生磁场；

摆角磁通测量装置，其设置在磁场装置中，该磁通测量装置通过机械联动装置与桥吊的吊绳接触，用于检测随吊绳摆动而产生的磁通变化量；

所述的绳长检测装置包含：

绳长磁场装置，其设置在驱动装置上，并套设在吊绳上，用于产生磁场；

绳长磁通测量装置，其设置在桥吊的吊具上，用于检测随吊绳升降而产生的磁通变化量。

所述的摆角磁场装置包含：通电螺线管。

所述的摆角磁通测量装置包含：

超导结，其竖直设置在摆角磁场装置产生的磁场中；

电流测量装置，其电路连接超导结的两端，用于测量超导结内的临界电流和振荡次数。

所述的机械联动装置包含：

圆环，其套设在桥吊的吊绳上，用于传导吊绳的摆动；

连杆，其一端连接圆环，另一端连接超导结，用于将吊绳的摆动传导至超导结，使超导结随吊绳的摆动一起摆动。

所述的绳长磁场装置包含：通电螺线管。

所述的绳长磁通测量装置包含：

超导结，其水平设置；

电流测量装置，其电路连接超导结的两端，用于测量超导结内的临界电流和振荡次数。

所述的桥吊摆角和绳长检测装置还包含信号处理装置和计算机装置，所述的信号处理装置连接摆角磁通测量装置和绳长磁通测量装置，用于接收临界电流信号，所述的计算机装置连接信号处理装置，用于计算摆角和绳长。

本发明还提供一种桥吊摆角和绳长检测方法，利用所述的摆角检测装置获取随吊绳摆动而产生的磁通变化量，计算得到摆角；利用所述的绳长检测装置获取随吊绳升降而产生的磁通变化量，计算得到绳长；

摆角计算公式：

其中，θ为摆角，φ₁是通过超导结的磁通量，B₁是超导结处的磁场强度，S₁是超导结与磁场垂直方向的面积；

绳长计算公式：

其中，L为螺线管与超导结之间的距离，n为螺线管的线圈匝数，μ₀为磁导率，R为螺线管的线圈半径，I₂为螺线管的线圈中的电流，S₁是超导结与磁场垂直方向的面积，φ₂是通过超导结的磁通量。

本发明采用超导结原理测量磁通，能够精准的测量摆角及绳长，能够满足繁忙的港口装卸要求。本发明利用螺线管产生磁场，为摆角及绳长的检测创造条件，结构简单。本发明的摆角及绳长测量装置实现了解耦，避免了它们之间相互影响。本发明的摆角与绳长检测都为非接触式检测，维护方便。

附图说明

图1是本发明提供的一种桥吊摆角和绳长检测装置的结构示意图。

图2是摆角检测装置的结构示意图。

图3是磁通测量装置的结构示意图。

图4是超导结的结构示意图。

图5是绳长检测装置的结构示意图。

图6是超导结初始位置示意图。

图7是超导结摆动位置示意图。

图8是摆角计算示意图。

具体实施方式

以下根据图1～图8，具体说明本发明的较佳实施例。

如图1所示，是实施例中提供的一种双吊具桥吊的结构示意图。所述的双吊具桥吊包含大车23和位于大车23上的小车机构1。小车机构1作为载体和设备搭建平台，具有移动机构4和驱动机构2和3。大车23具有驱动机构5。双吊具桥吊包含两个即可独立又可互锁的吊具6和7，吊具6和吊具7分别通过吊绳8和9连接到小车机构1的驱动机构2和3。所述的双吊具桥吊还包含摆角检测装置10和绳长检测装置，摆角检测装置10用于检测桥吊的摆角，绳长检测装置用于检测桥吊的绳长。所述的双吊具桥吊还包含信号处理装置12和计算机装置13，信号处理装置12连接摆角检测装置10和绳长检测装置，用于处理摆角检测装置10和绳长检测装置的检测数据，计算机装置13连接信号处理装置12，用于计算摆角和绳长。

如图2所示，所述的摆角检测装置10进一步包含：

磁场装置，其用于产生磁场；

磁通测量装置，其设置在磁场装置中，该磁通测量装置通过机械联动装置与桥吊的吊绳接触，并电路连接信号处理装置12，用于检测磁通变化量。

所述的磁场装置包含：螺线管17，其通过螺线管固定装置19固定，螺线管17上缠绕线圈，线圈的两个端点25和26分别连接至电源设备27。线圈通电后，在电源的激励下，螺线管17内产生磁场。

如图3所示，所述的磁通测量装置包含：

超导结18，其竖直设置在螺线管17产生的磁场中，所述的超导结18的半径为r，如图4所示，该超导结18包含两个超导体28和一个绝缘体21；

电流测量装置22，其电路连接超导结18的两端，并电路连接信号处理装置12，用于测量超导结内的磁通。

如图2所示，所述的机械联动装置包含：

圆环14，其套设在桥吊的吊绳上，用于传导吊绳的摆动；

连杆16，其一端连接圆环14，另一端连接超导结18，用于将吊绳的摆动传导至超导结18，使超导结18随吊绳的摆动一起摆动。

如图1和图5所示，所述的绳长检测装置包含：

磁场装置，其设置在驱动装置上，并套设在吊绳上用于产生磁场；

磁通测量装置11，其设置在吊具上，并电路连接信号处理装置12，用于检测磁通变化量。

所述的磁场装置包含：螺线管20，螺线管20上缠绕线圈，线圈的两个端点分别连接至电源设备，线圈的半径为R。线圈通电后，在电源的激励下，螺线管20内产生磁场。

所述的磁通测量装置11包含：

超导结29，其水平设置，该超导结29包含两个超导体和一个绝缘体；

电流测量装置(图中未示出)，其电路连接超导结29的两端，并电路连接信号处理装置12，用于测量超导结内的磁通。

本发明提供的桥吊摆角检测流程如下：

由于大车或小车机构的运动导致吊具和吊绳发生摆动，通过圆环14将吊绳的运动状态通过连杆16传递给超导结18，带动超导结18摆动，使超导结18从如图6所示的初始位置摆动到如图7所示的位置，引起超导结18在螺线管17内产生磁场下的磁通量发生变化。

如图8所示，吊绳摆角的具体计算公式如下：

首先给出螺线管17在初始位置时刻产生的磁场强度B₁的公式(超导结18的位置在螺线管17的一个固定高度上)：

其中，μ₀为磁导率，n为螺线管17的线圈匝数，I₁为螺线管17的线圈中的电流，β₁、β₂分别为中心点离两端的角度，如图2所示(本发明中为连杆16水平时分别与线圈端点25和26之间的角度，该角度已知，因为位置固定，超导结18的高度不变，只是围绕螺线管17中心摆动)。

接着，根据超导结18可以测得通过其中的磁通量φ₁：

φ₁＝n₁φ₀ (2)

其中，φ₀为磁通量子，n₁为临界电流I_c的振荡次数，n₁可根据电流检测装置22测得；

最后，摆动后的超导结18与其初始位置之间的夹角表示为：

其中，B₁为该处的磁场强度，可以通过公式(1)计算得到，φ₁通过公式(2)计算得到，S₁为其与磁场垂直方向的面积，

r为超导结的直径。

临界电流信号经过信号处理装置12处理后，发送给计算机装置13完成，并将摆角计算结果反馈到驾驶台，还可以传送到防摇控制器中进行防摇控制。

本发明提供的桥吊绳长检测流程如下：

如图5所示，驱动机构驱动吊具作升降运动，该运动会导致超导结29与螺线管20之间的距离发生变化，改变化会导致超导结29中的磁通量不断的发生变化，而这种变化关系可以通过信号处理装置12进行处理，再通过计算机装置13计算，最终转化为高度信息。高度信息既可以反馈给驾驶台的控制人员，也可以反馈给同步控制器作参考信息或反馈信号。

如图5所示，当桥吊进行起升运动时，其高度距离L也会相应的变化，具体的计算公式如下：

φ₂＝n₂φ₀ (4)

其中，φ₂是超导结29中的磁通量，φ₀为磁通量子，n₂为临界电流的振荡次数，n₂可根据电流检测装置测得；

φ₂＝∫_S B₂ dS (5)

其中，B₂是螺线管20的磁场强度，

μ₀为磁导率，R为螺线管20的线圈半径，I₂为螺线管20的线圈中的电流，L为超导结29与螺线管20之间的距离；

可以推导得到L为：

其中，n为线圈匝数，n₂为临界电流的振荡次数，其将临界电流信号数据通过信号处理装置12传送到计算机装置13中处理，最终得到绳长L并反馈给驾驶台。

本发明提出了一种新的摆角及绳长测量装置。其中，针对摆角检测，本发明将吊绳的运动转化为与之相连的摆角装置在螺线管内的摆动，摆角装置在磁场内的摆动引起其内部磁通量的变化，通过测量其内部的磁通变化将之转化为摆角信息，最后反馈给桥吊驾驶人员。针对绳长的检测，本发明采用一个线圈产生磁场，随着桥吊的起升运动，其绳长不断的变化，在这过程中，吊具距离线圈的距离也会随之变化，最终导致吊具中磁通的变化。利用此变化，选用超导结装置测得磁通，传送至计算机计算出绳长的高度并反馈给驾驶员。

本发明采用超导结原理测量磁通，能够精准的测量摆角及绳长，能够满足繁忙的港口装卸要求。本发明利用螺线管产生磁场，为摆角及绳长的检测创造条件，结构简单。本发明的摆角及绳长测量装置之间相互独立，实现了解耦，避免了它们之间相互影响。本发明的摆角与绳长检测都为非接触式检测，维护方便。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (4)

1.一种桥吊摆角和绳长检测装置，其特征在于，包含：摆角检测装置和绳长检测装置；

所述的摆角检测装置包含：

第一通电螺线管，其用于产生磁场；

摆角磁通测量装置，其设置在磁场装置中，该摆角磁通测量装置通过机械联动装置与桥吊的吊绳接触，用于检测随吊绳摆动而产生的磁通变化量；所述的摆角磁通测量装置包含：第一超导结，其竖直设置在第一通电螺线管产生的磁场中；电流测量装置，其电路连接第一超导结的两端，用于测量第一超导结内的临界电流和振荡次数；

所述的绳长检测装置包含：

第二通电螺线管，其设置在驱动装置上，并套设在吊绳上，用于产生磁场；

绳长磁通测量装置，其设置在桥吊的吊具上，用于检测随吊绳升降而产生的磁通变化量；所述绳长磁通测量装置包含：第二超导结，其与第二通电螺旋管相对且水平设置；电流测量装置，其电路连接第二超导结的两端，用于测量第二超导结内的临界电流和振荡次数。

2.如权利要求1所述的桥吊摆角和绳长检测装置，其特征在于，所述的机械联动装置包含：

圆环，其套设在桥吊的吊绳上，用于传导吊绳的摆动；

连杆，其一端连接圆环，另一端连接超导结，用于将吊绳的摆动传导至超导结，使超导结随吊绳的摆动一起摆动。

3.如权利要求1-2中任意一项所述的桥吊摆角和绳长检测装置，其特征在于，所述的桥吊摆角和绳长检测装置还包含信号处理装置和计算机装置，所述的信号处理装置连接摆角磁通测量装置和绳长磁通测量装置，用于接收测得的临界电流信号，所述的计算机装置连接信号处理装置，用于计算摆角和绳长。

4.一种桥吊摆角和绳长检测方法，其特征在于，利用如权利要求3中所述的桥吊摆角和绳长检测装置中的摆角检测装置获取随吊绳摆动而产生的磁通变化量，计算得到摆角；利用如权利要求3中所述的桥吊摆角和绳长检测装置中的绳长检测装置获取随吊绳升降而产生的磁通变化量，计算得到绳长；

摆角计算公式：

其中，θ为摆角，φ₁是通过第一超导结的磁通量，B₁是第一超导结处的磁场强度，S₁是第一超导结与磁场垂直方向的面积；

绳长计算公式：

其中，L为第二螺线管与第二超导结之间的距离，n为第二螺线管的线圈匝数，μ₀为磁导率，R为第二螺线管的线圈半径，I₂为第二螺线管的线圈中的电流，S₁是第二超导结与磁场垂直方向的面积，φ₂是通过第二超导结的磁通量。

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