[实用新型]轮轨式起重机位置检测系统

说明书

技术领域

本实用新型属于轮轨式起重机技术领域，尤其涉及轮轨式起重机位置检测系统。

背景技术

轮轨式起重机广泛应用于港口、堆场、车间、船厂等工业场合，如集装箱码头使用的桥吊和轨道吊、散杂货码头使用的卸船机、堆/取料机、装船机和门机、工厂车间内使用的行车、船厂使用的龙门吊等。其共有的特点是整台设备可以通过一组或多组车轮沿固定的轨道行走。轨道通常为两根钢轨或铁轨，平行地安装在固定的基础上。起重机的行走车轮与轨道接触，由电机驱动沿轨道行走。轨道的长度根据场地的大小不同，可达数公里。起重机两侧的行走轮通常有多组车轮组成，每组有多个车轮，车轮材料为铸铁或类似的金属材料。

确定起重机在轨道上的准确位置是实现起重机防撞保护、自动化操作的前提之一。传统的方法是采用旋转编码器，安装在主动或从动轮上，通过编码器旋转的圈数获得行走的距离。这种方法的主要缺点是当车轮打滑时会产生误差，并且误差会随着行走距离的增加而累积，最大可达到数米。

消除累积误差的一种方法是采用绝对值编码器，并沿轨道固定的位置铺设一系列同步装置，当起重机经过同步装置时，用当前同步点位置来同步编码器的测量值。该方法的测量准确性很大程度上受同步点的间距影响，间距越小越准确。但是同步点越多，安装和维护工作越大，由于起重机工作环境恶劣，例如由基础沉降产生的轨道不平整会导致同步装置无法接触或被撞坏，起重机周围大量的辅助机械和设备也会破坏同步装置，从而使该方法失效。

为了解决同步装置的间隙要求和容易损坏的问题，德国的Gotting公司发明了一种无线电位置检测装置，沿轨道的地面预先均匀埋设一系列无线电应答装置，每个应答装置内置位置编码，在起重机行走机构上安装一个发射/接收天线，当天线经过无线电应答装置时，天线发出一定频率的磁场，磁场覆盖区域内的无线电应答装置返回其位置编码的无线电波，天线接收返回的信号，经解码后得到行走机构的位置。该装置采用非接触式测量，精度可达到3mm，但是需要在基础建设时预先埋设应答装置，一旦应答装置失效，更换非常麻烦。过高的价格也是影响其推广的因素之一。

直线编码器从根源上消除了旋转编码器的累积误差，沿轨道铺设含有永磁体的测量单元，在行走机构上安装读写头，当读写头与测量单元保持一定间隙经过测量单元时，利用霍尔效应计算出绝对位置，精度可达0.1mm。该装置要求间隙均匀，同时也存在容易损坏的问题，并且容易受磁场影响，不适用于矿石堆场。直线编码器目前的成本较高，随着轨道长度增加而线性增加。

激光测距方法速度快、精度高、没有累积误差，但要求激光器和目标之间没有遮挡、在雨雾等恶劣天气下不能工作。起重机工作时的振动容易使光斑偏离目标位置，使激光器无法正常工作。

GPS定位不需要考虑轨道附近的情况，采用差分技术的GPS可以实现2cm精度的定位，需要在地面建立基站、并在起重机上安装卫星天线，要求基站和天线没有遮挡。但GPS信号容易受到天气影响，容易中断，通常还需要保留编码器备用。此外，GPS昂贵的价格也使得用户望而却步。

目前，现有技术中有采用超声波进行测距和位置定位。超声波是指频率高于20KHz的机械波，超声波测距和位置定位的原理是利用超声波传播的时间来计算测量目标的距离。从超声测距装置发射出的超声波碰到目标后，一部分被反射回来，被测距装置的接收器接收，假设从发射到接收经过的时间为t，超声波传播的速度为c，则从超声波测距装置到目标的距离为d＝c·t/2。

目前超声波测距被广泛应用于倒车雷达、固体或液体的料位检测等场合。但是由于超声波在空气中传播速度不高(约340m/s)，并且衰减快，造成超声波测距的距离有限，目前市场上超声波测距产品的测量范围均在数米至数十米，并且所发射的超声波发散角约5度，测量精度为距离的0.2％。

超声波测距装置由超声波传感器和相应的信号处理电路组成。超声波传感器产生超声波和接收超声波，也称为超声波换能器或超声波探头。用于产生超声波时称为发送器，用于接收超声波时成为接收器，发送器和接收器可用不同的换能器实现，也可以用同一个换能器实现。超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换为机械能，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。信号处理电路对接收到的信号进行放大、处理，得到目标距离并输出。