專利名稱：一種改進型正交式水平自動調(diào)節(jié)吊具及其水平調(diào)節(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改進型正交式水平自動調(diào)節(jié)吊具及其水平調(diào)節(jié)方法，屬于裝卸吊運裝置領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在工業(yè)生產(chǎn)或國防建設(shè)中，常常需要進行載荷的裝卸。由于載荷昂貴及高精密性等原因，現(xiàn)場對裝卸過程的水平度要求很高，并且需要進行精確定位，以避免點點接觸、碰撞導(dǎo)致所裝配的產(chǎn)品發(fā)生變形而遭到破壞。例如，在衛(wèi)星裝卸時為保證密封性和安全性，衛(wèi)星下表面(即對接面)與底座之間應(yīng)保證面面接觸，同時避免碰撞；飛機、直升機的裝配、吊運也應(yīng)保證機體結(jié)構(gòu)安全，不受損壞。但是，通常情況下這些載荷的重心往往不居中，而是偏心于某一側(cè)，因此在裝卸時如果不進行重心補償，使其保持水平，將很容易造成傾斜，勢必影響裝卸效率，甚至損壞產(chǎn)
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ΡΠ O另外，由于這些載荷體積和重量通常較大，傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式不但費時、精度不高， 而且又由于吊索的柔性、自由度過大等原因會造成重物擺動不停，難以定位，危險性大，生產(chǎn)效率低。傳統(tǒng)的水平調(diào)節(jié)方法有很多種。比如通過目測并調(diào)節(jié)四根吊繩的長度來進行水平調(diào)節(jié)，這種人工操作的方式精度不高，而且完全憑著工作人員的經(jīng)驗和熟練程度進行試探和摸索，費時且不容易成功，同時由于有人員的現(xiàn)場參與，又存在著安全隱患。又如通過移動天車在吊梁上的吊點位置來進行水平調(diào)節(jié)，雖然采用的是重心補償?shù)姆椒?，這種方法既改變了載荷的力臂長度，同時又改變了配重塊的力臂長度，它所引起的彎矩變化大，因而角度變化也劇烈。調(diào)節(jié)幅度雖然不大，但是容易造成擺動。而且由于整個載荷的重量都作用于吊點上，通過電機來移動吊點位置，必須要克服大摩擦力，這對電機的功率提出了很高的要求，相應(yīng)地電機成本也會變得很高，尤其當(dāng)載荷比較重時更是如此。同等情況下采用移動配重塊來進行重心補償?shù)姆椒?，它僅僅通過改變配重塊的力臂長度以改變配重力矩，所引起的水平傾角變化平穩(wěn)。因而對驅(qū)動電機的要求和成本相比之下都較低。另外，專利“一種正交式水平自動調(diào)節(jié)吊具及方法”提出了一種高穩(wěn)定、高精度、高時效的調(diào)節(jié)吊具及方法，但該吊具結(jié)構(gòu)中只有下吊梁承力，承力較大，導(dǎo)致該梁的設(shè)計質(zhì)量相對較大。另外，每個翼梁只有中間端承力，承力方式不合理，承力力臂太大，導(dǎo)致翼梁的設(shè)計質(zhì)量也會相對較大。總之，現(xiàn)在裝卸行業(yè)對新型、高效、安全的裝卸吊運裝置的需求十分迫切，傳統(tǒng)的水平調(diào)節(jié)方法亟待改進，以上這些問題已引起相關(guān)科研機構(gòu)的高度重視。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題就在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種改進型正交式水平自動調(diào)節(jié)吊具及其水平調(diào)節(jié)方法，它克服了以往吊具結(jié)構(gòu)質(zhì)量過重的缺點，同時也克服了傳統(tǒng)裝卸方法在調(diào)節(jié)載荷水平時的費時、危險以及精度不高等缺點。為解決上述問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案本發(fā)明提供了一種改進型正交式水平自動調(diào)節(jié)吊具，所述吊具包括上吊梁、下吊梁、分段梁和一對水平翼梁；上吊梁頂面的中間位置設(shè)置有一個吊耳；吊耳用來與天車吊鉤或吊索相連；上吊梁與下吊梁在其中間位置相互正交放置、形成對稱的“十”字型結(jié)構(gòu)，上吊梁的底面與下吊梁的頂面固定連接、上吊梁底面被下吊梁分割為兩段、每段均安裝有一段分段梁、分段梁的底面與下吊梁的底面相平；相互正交放置的下吊梁和分段梁之間形成四個端點，每相鄰的下吊梁和分段梁的兩個端點之間安裝有一個水平翼梁，共安裝有一對相互平行的水平翼梁，每個水平翼梁的兩端分別固接在下吊梁和分段梁的底面，并分別與下吊梁和分段梁成水平45度角；每個水平翼梁底面上對稱設(shè)置有一對吊鉤。四個吊鉤可與吊繩連接，用來吊掛載荷。本發(fā)明中，上吊梁和下吊梁均為由一對‘ ”型鋼材連接而成的中空吊梁；每對E 型鋼材的中間突出部位形成一組相互平行的滑軌，每個中空吊梁內(nèi)平行于滑軌設(shè)置有一個絲桿；每個中空吊梁內(nèi)各設(shè)置有一個配重塊，每個配重塊兩側(cè)設(shè)置有凹槽、中心設(shè)置有螺紋孔，配重塊的兩側(cè)凹槽與其所在的相應(yīng)中空吊梁中的一組滑軌形成相互滑動連接關(guān)系；配重塊的螺紋孔與絲桿螺紋連接；滑軌用于承受配重塊的重量，同時將配重塊的重量傳遞到上吊梁和下吊梁上；絲杠與滑軌平行并帶動配重塊沿滑軌移動。本發(fā)明中，上吊梁和下吊梁中的絲杠的一端通過軸承與吊梁相連接，絲杠的另一端連接到減速箱的輸出軸上、通過減速箱和伺服電機相連接，所述伺服電機安裝于吊梁的一端。本發(fā)明中，上吊梁和下吊梁的另一端分別設(shè)置有一個和伺服電機及減速箱質(zhì)量相當(dāng)?shù)钠胶鈮K，用來抵消伺服電機及減速箱的質(zhì)量引起的自身不平衡。本發(fā)明中，上吊梁和下吊梁的內(nèi)部中心位置分別設(shè)置有一個定位用復(fù)位開關(guān)。本發(fā)明中，上吊梁上對稱安裝有兩個傾角傳感器，用來測量上吊梁的水平傾角和下吊梁的水平傾角。本發(fā)明中，上吊梁上安裝有一個控制器，用于接收傾角傳感器傳來的數(shù)據(jù)，并控制伺服電機。本發(fā)明所述的改進型正交式水平自動調(diào)節(jié)吊具的水平調(diào)節(jié)方法步驟和原理解釋如下步驟1 驅(qū)動兩伺服電機，將兩配重塊分別移動到上吊梁、下吊梁的零點位置處， 此狀態(tài)為系統(tǒng)初始狀態(tài)，以初始時刻的伺服電機的編碼器角度為參考零度角；步驟2 驅(qū)動上吊梁的伺服電機，將上吊梁的配重塊移動到指定位置，而保持下吊梁的配重塊的位置不變，仍然在零點位置上；步驟3 系統(tǒng)穩(wěn)定后，將傾角傳感器所測得的上吊梁、下吊梁的水平傾角傳遞給控制器，并建立關(guān)于配重塊位置和吊梁水平傾角的兩個數(shù)學(xué)方程；步驟4:驅(qū)動下吊梁的伺服電機，將下吊梁的配重塊移動到另一指定位置，同時保持上吊梁的配重塊位置不變；步驟5 穩(wěn)定后，再次將傾角傳感器測得的吊梁水平傾角傳遞給控制器，從而又建立關(guān)于配重塊位置和吊梁水平傾角的兩個數(shù)學(xué)方程；步驟6 聯(lián)立這四個方程中的任意三個，計算出載荷質(zhì)心的偏心位置參數(shù)，從而建立起配重塊位置與吊梁水平傾角的數(shù)學(xué)模型；步驟7 由該數(shù)學(xué)模型及求得的載荷質(zhì)心的偏心位置參數(shù)，可以直接計算出使吊梁水平傾角為零時的配重塊的目標(biāo)位置；步驟8 根據(jù)目標(biāo)位置進行分布調(diào)節(jié)，從而保證調(diào)節(jié)過程的穩(wěn)定和調(diào)節(jié)結(jié)果的精度。本發(fā)明通過移動配重塊位置來實現(xiàn)載荷水平的自動調(diào)節(jié)，具有快速、安全和高效的特性，解決了傳統(tǒng)方法在調(diào)節(jié)載荷水平時的費時、危險等問題；而且通過絲桿可以精確控制配重塊的位置，水平調(diào)節(jié)精度可達0. 2度。


圖1是本發(fā)明改進型正交式自動水平調(diào)節(jié)吊具的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明中空吊梁的結(jié)構(gòu)及中空吊梁與配重塊配合的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明控制器、傾角傳感器的裝配位置示意圖(去除了吊耳)。圖4是本發(fā)明水平翼梁和伺服電機、減速箱的空間位置示意圖。圖5是載荷的重心位置示意圖。圖6是本發(fā)明絲杠和中空吊梁以及配重塊的空間位置示意圖。其中附圖標(biāo)記說明如下10、上吊梁；11、滑軌；12、連接件；13、定位用復(fù)位開關(guān)；14、分段梁；20、下吊梁； 30、水平翼梁；31、水平翼梁上的吊鉤；40、吊耳；51、伺服電機；52、減速箱；53、平衡塊60、 控制器；70、傾角傳感器；80、配重塊；90、絲杠。
具體實施例方式如圖1、圖2、圖3、圖4和圖6所示，本發(fā)明提供了一種改進型正交式水平自動調(diào)節(jié)吊具，所述吊具包括上吊梁10、下吊梁20、分段梁14和一對水平翼梁30 ；上吊梁頂面的中間位置設(shè)置有一個吊耳40 ；吊耳用來與天車吊鉤或吊索相連；上吊梁與下吊梁在其中間位置相互正交放置、形成對稱的“十”字型結(jié)構(gòu)，上吊梁的底面與下吊梁的頂面固定連接、上吊梁底面被下吊梁分割為兩段、每段均安裝有一段分段梁、分段梁的底面與下吊梁的底面相平；相互正交放置的下吊梁和分段梁之間形成四個端點，每相鄰的下吊梁和分段梁的兩個端點之間安裝有一個水平翼梁，共安裝有一對相互平行的水平翼梁，每個水平翼梁的兩端分別固接在下吊梁和分段梁的底面，并分別與下吊梁和分段梁成水平45度角；每個水平翼梁底面上對稱設(shè)置有一對吊鉤31。四個吊鉤可與吊繩連接，用來吊掛載荷。本發(fā)明中，上吊梁和下吊梁均為由一對‘ ”型鋼材通過連接件12連接而成的中空吊梁；每對E型鋼材的中間突出部位形成一組相互平行的滑軌11，每個中空吊梁內(nèi)平行于滑軌設(shè)置有一個絲桿90;每個中空吊梁內(nèi)各設(shè)置有一個配重塊80，每個配重塊兩側(cè)設(shè)置有凹槽、中心設(shè)置有螺紋孔，配重塊的兩側(cè)凹槽與其所在的相應(yīng)中空吊梁中的一組滑軌形成相互滑動連接關(guān)系；配重塊的螺紋孔與絲桿螺紋連接；滑軌用于承受配重塊的重量，同時將配重塊的重量傳遞到上吊梁和下吊梁上；絲杠與滑軌平行并帶動配重塊沿滑軌移動。
本發(fā)明中，上吊梁和下吊梁中的絲杠的一端通過軸承與吊梁相連接，絲杠的另一端連接到減速箱52的輸出軸上、通過減速箱和伺服電機51相連接，所述伺服電機安裝于吊
梁的一端。本發(fā)明中，上吊梁和下吊梁的另一端分別設(shè)置有一個和伺服電機及減速箱質(zhì)量相當(dāng)?shù)钠胶鈮K53，用來抵消伺服電機及減速箱的質(zhì)量引起的自身不平衡。本發(fā)明中，上吊梁和下吊梁的內(nèi)部中心位置分別設(shè)置有一個定位用復(fù)位開關(guān)13。本發(fā)明中，上吊梁上對稱安裝有兩個傾角傳感器70，所述傾角傳感器可以是二維傾角傳感器，用來測量上吊梁的水平傾角和下吊梁的水平傾角。本發(fā)明中，上吊梁上安裝有一個控制器60，用于接收傾角傳感器傳來的數(shù)據(jù)，并控制伺服電機。本發(fā)明的水平調(diào)節(jié)方法原理為設(shè)定上吊梁和下吊梁的有效長度(即配重塊能夠從吊梁的一端移動到吊梁的另一端的距離)分別為Lp L2,通過機械設(shè)計，使上吊梁和下吊梁的有效長度的中點分別位于各自的中間位置。沿伺服電機指向?qū)?yīng)平衡塊的方向為正方向，設(shè)上吊梁和下吊梁中間位置為各自的零點位置。首先，通過定位用復(fù)位開關(guān)，調(diào)節(jié)兩伺服電機移動兩配重塊到達各自吊梁上的零點位置處，此狀態(tài)為系統(tǒng)初始狀態(tài)，以初始時刻的電機編碼器角度為參考零度角。然后，調(diào)節(jié)上吊梁的伺服電機驅(qū)動配重塊使之移動到+L/4位置，而保持下吊梁的配重塊的位置不變，仍然在零點位置上，+L1M和零點這兩個位置信息便以直角坐標(biāo) (+L/4,0)的形式表示出了兩配重塊的位置，并傳遞給控制器，而傾角傳感器所測得的上吊梁、下吊梁的水平傾角也同時傳遞給了控制器，從而可以根據(jù)力學(xué)平衡與幾何約束條件，建立關(guān)于配重位置和吊梁水平傾角的數(shù)學(xué)方程，如下式，共兩個
權(quán)利要求
1.一種改進型正交式水平自動調(diào)節(jié)吊具，其特征在于所述吊具包括上吊梁、下吊梁、 分段梁和一對水平翼梁；上吊梁頂面的中間位置設(shè)置有一個吊耳；上吊梁與下吊梁在其中間位置相互正交放置、上吊梁的底面與下吊梁的頂面固定連接、形成對稱的“十”字型結(jié)構(gòu)； 上吊梁底面被下吊梁分割為兩段、每段均安裝有一段分段梁、分段梁的底面與下吊梁的底面相平；相互正交放置的下吊梁和分段梁之間形成四個端點，相鄰的下吊梁和分段梁的兩個端點之間安裝有一個水平翼梁、共安裝有一對相互平行的水平翼梁，每個水平翼梁的兩端分別固接在下吊梁和分段梁的底面、分別與下吊梁和分段梁成水平45度角；每個水平翼梁底面、靠近水平翼梁的端部對稱設(shè)置有一對吊鉤。
2.如權(quán)利要求1所述的改進型正交式水平自動調(diào)節(jié)吊具，其特征在于上吊梁和下吊梁均為由一對相向安裝的“E”型鋼材連接而成的中空吊梁；每對E型鋼材的中間突出部位在中空吊梁內(nèi)形成一組相互平行的滑軌，每個中空吊梁內(nèi)平行于滑軌設(shè)置有一個絲桿；每個中空吊梁內(nèi)各設(shè)置有一個配重塊，每個配重塊兩側(cè)設(shè)置有凹槽、中心設(shè)置有螺紋孔，配重塊的兩側(cè)凹槽與其所在的相應(yīng)中空吊梁中的一組滑軌形成相互滑動連接關(guān)系；配重塊的螺紋孔與絲桿螺紋連接。
3.如權(quán)利要求2所述的改進型正交式水平自動調(diào)節(jié)吊具，其特征在于上吊梁和下吊梁中的絲杠的一端通過軸承與吊梁相連接，絲杠的另一端連接到減速箱的輸出軸上、通過減速箱和伺服電機相連接，所述伺服電機安裝于吊梁的一端。
4.如權(quán)利要求3所述的改進型正交式水平自動調(diào)節(jié)吊具，其特征在于上吊梁和下吊梁的另一端分別設(shè)置有一個和伺服電機及減速箱質(zhì)量相當(dāng)?shù)钠胶鈮K，用來抵消伺服電機及減速箱的質(zhì)量引起的自身不平衡。
5.如權(quán)利要求4所述的改進型正交式水平自動調(diào)節(jié)吊具，其特征在于上吊梁和下吊梁的內(nèi)部中心位置分別設(shè)置有一個定位用復(fù)位開關(guān)。
6.如權(quán)利要求5所述的改進型正交式水平自動調(diào)節(jié)吊具，其特征在于上吊梁上對稱安裝有兩個傾角傳感器，用來測量上吊梁的水平傾角和下吊梁的水平傾角。
7.如權(quán)利要求6所述的改進型正交式水平自動調(diào)節(jié)吊具，其特征在于上吊梁上安裝有一個控制器，用于接收傾角傳感器傳來的數(shù)據(jù)，并控制伺服電機。
8.權(quán)利要求1-7之任一所述的改進型正交式水平自動調(diào)節(jié)吊具的水平調(diào)節(jié)方法，其特征在于包括下列步驟步驟1 驅(qū)動兩伺服電機，將兩配重塊分別移動到上吊梁、下吊梁的零點位置處，此狀態(tài)為系統(tǒng)初始狀態(tài)，以初始時刻的伺服電機的編碼器角度為參考零度角；步驟2:驅(qū)動上吊梁的伺服電機，將上吊梁的配重塊移動到指定位置，而保持下吊梁的配重塊的位置不變，仍然在零點位置上；步驟3:系統(tǒng)穩(wěn)定后，將傾角傳感器所測得的上吊梁、下吊梁的水平傾角傳遞給控制器，并建立關(guān)于配重塊位置和吊梁水平傾角的兩個數(shù)學(xué)方程；步驟4:驅(qū)動下吊梁的伺服電機，將下吊梁的配重塊移動到另一指定位置，同時保持上吊梁的配重塊位置不變；步驟5 穩(wěn)定后，再次將傾角傳感器測得的吊梁水平傾角傳遞給控制器，從而又建立關(guān)于配重塊位置和吊梁水平傾角的兩個數(shù)學(xué)方程；步驟6 聯(lián)立這四個方程中的任意三個，計算出載荷質(zhì)心的偏心位置參數(shù)，從而建立起配重塊位置與吊梁水平傾角的數(shù)學(xué)模型；步驟7 由該數(shù)學(xué)模型及求得的載荷質(zhì)心的偏心位置參數(shù)，可以直接計算出使吊梁水平傾角為零時的配重塊的目標(biāo)位置；步驟8 根據(jù)目標(biāo)位置進行分布調(diào)節(jié)，從而保證調(diào)節(jié)過程的穩(wěn)定和調(diào)節(jié)結(jié)果的精度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種改進型正交式水平自動調(diào)節(jié)吊具及其水平調(diào)節(jié)方法，包括上吊梁、下吊梁、分段梁和水平翼梁；上吊梁頂面設(shè)置有一個吊耳；上吊梁與下吊梁在其中間位置相互正交放置，上吊梁底面安裝有分段梁、分段梁的底面與下吊梁的底面相平；相互正交放置的下吊梁和分段梁之間形成四個端點，每相鄰的下吊梁和分段梁的兩個端點之間安裝有一個水平翼梁，共安裝有一對相互平行的水平翼梁，每個水平翼梁的兩端分別固接在下吊梁和分段梁的底面，并分別與下吊梁和分段梁成水平45度角；每個水平翼梁底面上對稱設(shè)置有一對吊鉤。本發(fā)明克服了以往吊具結(jié)構(gòu)質(zhì)量過重的缺點，同時也克服了傳統(tǒng)裝卸方法在調(diào)節(jié)載荷水平時的費時、危險以及精度不高等缺點。
文檔編號B66C13/08GK102259792SQ20111009186
公開日2011年11月30日 申請日期2011年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月13日
發(fā)明者布樹輝 申請人:布樹輝, 張小成