本發(fā)明涉及一種具有防拆功能的安全力矩限制系統(tǒng)及控制方法，尤其適用于塔機(jī)，涉及建筑工程機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，塔機(jī)在轉(zhuǎn)運(yùn)操作過程中使用的力矩限制器，沒法判斷是否調(diào)整到位，且經(jīng)常人為的將力矩限制器的控制線進(jìn)行短接、拆除，造成力矩限制器的功能失效，使塔機(jī)失去重要的超力矩保護(hù)功能。在塔機(jī)使用過程中力矩超標(biāo)，會引起塔機(jī)傾覆、折臂、倒塔等重大財產(chǎn)損失及人身傷亡事故。

現(xiàn)有技術(shù)中沒有針對此問題提出很好的解決方案，經(jīng)常進(jìn)行違規(guī)操作控制。這樣存在以下缺點(diǎn)：1、經(jīng)常擅自拆除、短接其電氣線路，使力矩限制器失去了安全保護(hù)功能；2、力矩限制器動作不靈活，不可靠；3、控制靈敏度較低；4、使用壽命低；5、無法判斷調(diào)整是否到位。

因此，亟待設(shè)計出一種新型的適用于塔機(jī)的力矩限制系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)存的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種具有防拆功能的安全力矩限制系統(tǒng)，以完善塔機(jī)超力矩保護(hù)功能。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種具有防拆功能的安全力矩限制系統(tǒng)，用于塔式起重機(jī)，包括：拉鐵，焊接在塔式起重機(jī)的塔帽上，用于固定力矩傳感器的絲桿；絲桿，用于連接力矩傳感器，并用螺母將絲桿安裝在拉鐵上；力矩傳感器，用于檢測絲桿受到拉力，并把模擬信號轉(zhuǎn)換成4-20mA的電流信號發(fā)送給主機(jī)單元；主機(jī)單元，包括RS485通信模塊和顯示模塊，用于顯示力矩傳感器所輸出的電流值，并通過RS485通信模塊將電流值發(fā)送給PLC控制模塊；PLC控制模塊，用于將通信模塊反饋的電流值，通過濾波算法和相應(yīng)的PLC控制程序作出控制輸出；力矩限制器，對稱的安裝在塔帽上，力矩限制器的開關(guān)量信號接在PLC控制模塊的輸入觸點(diǎn)上；當(dāng)達(dá)到所要限制力矩值時，PLC控制模塊通過檢測外部輸入信號的變化以及和RS485通信模塊反饋的電流數(shù)值進(jìn)行限制動作。

進(jìn)一步，所述RS485通信模塊將作用在力矩傳感器上的拉力，使力矩傳感器內(nèi)部的膜片產(chǎn)生變形，膜片變形使合金薄膜應(yīng)變電阻的幾何尺寸和阻值發(fā)生改變，電橋輸出相應(yīng)的電信號，并通過專用電子電路，將電橋輸出的電信號放大，并轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA電流信號輸出。

進(jìn)一步，所述顯示模塊，安裝在駕駛室內(nèi)，便于觀察，用于顯示力矩傳感器輸出的電流值，并將電流數(shù)值放大100倍進(jìn)行顯示。

進(jìn)一步，塔帽所受的拉力根據(jù)公式T = Q×S計算得出，其中：T為起重力矩；Q為起重量，即起重吊鉤上所懸掛的鎖具與重物的重量之和；S為工作幅度，即吊鉤中心到塔機(jī)回轉(zhuǎn)中心線之間的水平距離。

進(jìn)一步，力矩傳感器輸出的電流值根據(jù)公式I=KT+P計算得出，其中：I為電流值，K為比例系數(shù)，T為絲桿受到的拉力，P為常數(shù)。

可知，本系統(tǒng)采用力矩傳感器將反饋的4-20mA電流信號（模擬信號）傳給主機(jī)單元，主機(jī)單元把電流值通過RS485通訊將信號同時發(fā)給PLC控制模塊，PLC控制模塊使用濾波算法和相應(yīng)的控制程序作出相應(yīng)的限位輸出，力矩限制器的開關(guān)量信號直接進(jìn)行限位控制，實現(xiàn)力矩限制器對塔機(jī)超力矩的精準(zhǔn)控制。

本發(fā)明還提供一種具有防拆功能的安全力矩限制系統(tǒng)的控制方法，包括如下具體步驟：S1、塔式起重機(jī)吊載重物；

S2、塔帽上安裝在拉鐵之間的絲桿受到拉力而發(fā)生形變，此拉力作用在力矩傳感器上，再轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA電流信號輸出；

S3、將力矩傳感器輸出的電流信號傳送給主機(jī)單元，并通過其內(nèi)部的存儲芯片，將電流數(shù)值保存下來；

S4、主機(jī)單元通過RS485通信模塊將保存的電流數(shù)值發(fā)送給PLC控制模塊，PLC控制模塊通過檢測外部輸入信號的變化以及和RS485通信模塊反饋的電流數(shù)值通過編制程序進(jìn)行限制動作，分為以下幾種情況：

A、判斷力矩值是否在0-90％力矩范圍內(nèi)，若是，則塔機(jī)輸出動作正常；

B、判斷力矩值是否在90％-110％力矩范圍內(nèi)，若是，則 PLC控制模塊作出相應(yīng)地限制動作，并發(fā)出持續(xù)報警信號；

C、判斷力矩值是否大于120％，若是，則PLC控制模塊限制塔機(jī)動作一段時間后，禁止塔機(jī)的一切輸出動作；

D、判斷力矩傳感器控制線是否完好、正確，若是控制線被拆除，則輸出的電流值為0，PLC控制模塊報警，塔機(jī)沒有相應(yīng)的動作；

E、判斷力矩傳感器控制線是否完好、正確，若是控制線被短接，則輸出的電流值遠(yuǎn)大于20mA而報警，塔機(jī)沒有相應(yīng)的動作；

F、判斷力矩傳感器控制線是否完好、正確，若是RS485通信模塊損壞，電流值在4-20mA內(nèi)，但是RS485通信模塊無法將電流值發(fā)送給PLC控制模塊， PLC控制模塊接收不到信號而報警，塔機(jī)沒有相應(yīng)的動作。

綜上所述，在工作時，如果將力矩限制器的控制線進(jìn)行短接、拆除，則力矩傳感器輸出的電流信號異常，控制器通過程序控制，使塔機(jī)相應(yīng)動作沒有反應(yīng)，則塔機(jī)不能工作。只有保證力矩限制器的控制線的正確、完整，塔機(jī)才能正常工作。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下幾個優(yōu)點(diǎn)：

1、采用傳感器反饋的4-20mA電流信號，通過RS485通訊將模擬量信號發(fā)送給控制器進(jìn)行控制，且主機(jī)帶顯示和通訊輸出功能。

2、提高了操控性，且控制準(zhǔn)確、工作效率高。

3、采用安全防拆控制，提高了安全性能、降低了成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的安裝示意圖；

圖2為本發(fā)明系統(tǒng)的原理框圖；

圖3為本發(fā)明實施力矩限制方法的流程示意圖；

圖4為本發(fā)明實施力矩故障時的流程示意圖；

圖中：1、塔帽，2、拉鐵，3、傳感器，4、絲杠，5、主機(jī)單元，6、顯示模塊，7、通信模塊，8、力矩限制器，9、PLC控制模塊。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明具有防拆功能的力矩限制系統(tǒng)，用于塔式起重機(jī)，包括拉鐵2，焊接在塔式起重機(jī)的塔帽1上，用于固定絲桿4；絲桿4，通過螺母安裝在拉鐵2上，用于連接傳感器；力矩傳感器3，用于檢測絲桿4受到的拉力，并把模擬信號轉(zhuǎn)換成4-20mA的電流信號發(fā)送給主機(jī)單元5；主機(jī)單元5，用于顯示力矩傳感器3所輸出的電流值，并將電流值發(fā)送給PLC控制模塊9；PLC控制模塊9，用于將通信模塊7反饋的電流值，通過濾波算法和相應(yīng)的PLC控制程序作出控制輸出；力矩傳感器8對稱的安裝在塔帽1上，力矩限制器8的開關(guān)量信號接在PLC控制模塊9的輸入觸點(diǎn)上，當(dāng)達(dá)到所要限制力矩值時，直接進(jìn)行限位。

所述主機(jī)單元5包括：RS485通信模塊7和顯示模塊6。所述通信模塊7的作用在于：作用在力矩傳感器3上的拉力，使力矩傳感器3內(nèi)部的膜片產(chǎn)生變形，膜片變形使合金薄膜應(yīng)變電阻的幾何尺寸和阻值發(fā)生改變，電橋輸出相應(yīng)的電信號，并通過專用電子電路，將電橋輸出的電信號放大，并轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA電流信號輸出。所述顯示模塊6安裝在駕駛室內(nèi)，便于觀察，用于顯示傳感器輸出的電流值，并將電流數(shù)值放大100倍進(jìn)行顯示。

所述拉鐵2，對于同一種機(jī)型，必須保證焊接拉鐵2的距離一致，安裝后需要仔細(xì)調(diào)整仔細(xì)調(diào)整螺母的松緊程度，使顯示模塊6上的數(shù)值在398-402這個合理范圍之內(nèi)。為了被防止被人為的故意調(diào)整，在安裝調(diào)節(jié)好后，必須對安裝螺母進(jìn)行鉛封處理，以保證力矩傳感器3的精度和測量數(shù)值的準(zhǔn)確性。

所述塔帽1所受的拉力根據(jù)公式T = Q×S計算得出，其中：T為起重力矩；Q為起重量，即起重吊鉤上所懸掛的鎖具與重物的重量之和；S為工作幅度，即吊鉤中心到塔機(jī)回轉(zhuǎn)中心線之間的水平距離。

所述絲杠4的變形量與絲桿4受到的拉力之間的關(guān)系不滿足簡單的線性關(guān)系，絲桿4的變形量與拉力之間的關(guān)系必須用專用軟件進(jìn)行計算分析，故沒有具體公式。

力矩傳感器3輸出的電流值根據(jù)公式I = KT+P計算得出，其中：I為電流值；K為比例系數(shù)，形同型號的力矩傳感器3的比例系數(shù)是一樣的；T為絲桿受到的拉力；P為常數(shù)。

力矩傳感器3對稱的安裝在塔帽1上，力矩限制器的開關(guān)量信號接在PLC控制模塊9的輸入觸點(diǎn)上，當(dāng)達(dá)到所要限制力矩值時， PLC控制模塊9通過檢測外部輸入信號的變化以及和RS485通信模塊7反饋的電流數(shù)值通過編制程序進(jìn)行限制動作。力矩值通過每臺塔機(jī)的起重曲線表可查到。

如圖3和圖4所示，上述系統(tǒng)的防拆功能的控制步驟如下：

S1、塔式起重機(jī)吊載重物。

S2、塔帽1上安裝在拉鐵2之間的絲桿4受到拉力而發(fā)生形變，此拉力作用在力矩傳感器3上，使其內(nèi)部的膜片產(chǎn)生變形，從而使合金薄膜應(yīng)變電阻的幾何尺寸和阻值發(fā)生改變，電橋輸出相應(yīng)的電信號，并通過專用電子電路將電橋輸出的電信號放大，再轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA電流信號輸出。

S3、將力矩傳感器3輸出的電流信號傳送給主機(jī)單元5，并通過其內(nèi)部的存儲芯片，將電流數(shù)值保存下來。

S4、主機(jī)單元5通過RS485通信模塊6將保存的電流數(shù)值發(fā)送給PLC控制模塊9，PLC控制模塊9通過檢測外部輸入信號的變化以及和RS485通信模塊7反饋的電流數(shù)值通過編制程序進(jìn)行限制動作，分為以下幾種情況：

A、判斷力矩值是否在0-90％力矩范圍內(nèi)，若是，則塔機(jī)輸出動作正常；

B、判斷力矩值是否在90％-110％力矩范圍內(nèi)，若是，則 PLC控制模塊9作出相應(yīng)地限制動作，并發(fā)出持續(xù)報警信號；

C、判斷力矩值是否大于120％，若是，則PLC控制模塊9限制塔機(jī)動作一段時間后，禁止塔機(jī)的一切輸出動作；

D、判斷力矩傳感器控制線是否完好、正確，若是控制線被拆除，則輸出的電流值為0，PLC控制模塊9報警，塔機(jī)沒有相應(yīng)的動作；

E、判斷力矩傳感器控制線是否完好、正確，若是控制線被短接，則輸出的電流值遠(yuǎn)大于20mA而報警，塔機(jī)沒有相應(yīng)的動作；

F、判斷力矩傳感器控制線是否完好、正確，若是RS485通信模塊損壞，電流值在4-20mA內(nèi)，但是RS485通信模塊7無法將電流值發(fā)送給PLC控制模塊9， PLC控制模塊9接收不到信號而報警，塔機(jī)沒有相應(yīng)的動作。

實施時，本系統(tǒng)包括以下幾種防拆的工作模式：

A、力矩控制線被拆除：當(dāng)塔機(jī)上安裝的力矩限制器8的控制線被拆除時，吊起重物，力矩傳感器3反饋的電流信號為0，主機(jī)單元5無法發(fā)送信號給PLC控制模塊9，PLC控制模塊9在5秒內(nèi)無法接到反饋信號，則PLC控制模塊9報警，使塔機(jī)對應(yīng)動作沒有輸出。

B、力矩控制線被短接：當(dāng)塔機(jī)上安裝的力矩限制器8的控制線被拆除時，吊起重物，力矩傳感器3反饋的電流信號遠(yuǎn)大于20mA，主機(jī)單元5將大電流信號發(fā)送給PLC控制模塊9，PLC控制模塊9在通過程序運(yùn)算判斷為異常信號，則PLC控制模塊9報警，使塔機(jī)對應(yīng)動作沒有輸出。

C、RS485模塊損壞：當(dāng)主機(jī)單元5內(nèi)的RS485通訊模塊7損壞時，吊起重物，力矩傳感器3反饋的電流值在4-20mA范圍內(nèi)，但主機(jī)單元5無法發(fā)送信號給PLC控制模塊9，PLC控制模塊9在10秒內(nèi)無法接到反饋信號，則PLC控制模塊9報警，使塔機(jī)對應(yīng)動作沒有輸出。

上述具有防拆功能的安全力矩限制器及其控制方法具有操作簡單，限制可靠、防拆的優(yōu)點(diǎn)，有利于提高塔式起重機(jī)的作業(yè)安全。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所在的任何修改，等同替換、該進(jìn)等，均應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。