儀表設(shè)計(jì)資料(共13頁(yè))

1、大 連 理 工 大 學(xué)研究生作業(yè)(zuy) 作業(yè)題目:儀表設(shè)計(jì)大作業(yè)課程名稱(chēng): 儀表設(shè)計(jì)學(xué) 號(hào): 31404067姓 名： 董文創(chuàng)完成時(shí)間: 2015-06-09作業(yè)成績(jī):授課教師:劉欣 教授起重機(jī)力矩限制器系統(tǒng)(xtng)設(shè)計(jì)1.前言(qin yn)起重機(jī)是指在一定范圍內(nèi)垂直提升和水平搬運(yùn)重物的多動(dòng)作起重機(jī)械。有非常廣泛的應(yīng)用(yngyng)。在工作時(shí)，如果提升的載荷超過(guò)額定載荷，則會(huì)發(fā)生傾覆，產(chǎn)生事故，所以使用力矩限制器來(lái)控制保護(hù)起重機(jī)安全工作。力矩限制器中的測(cè)量系統(tǒng)就顯得十分重要。另外，作為安全(nqun)保護(hù)裝置的力矩限制器必須具有很高的可靠性、穩(wěn)定性和檢測(cè)精度，在此，本文采用單片機(jī)為

2、處理器研制了起重機(jī)力矩限制器系統(tǒng)，其中，系統(tǒng)中采用了一些新技術(shù)和方法，使其測(cè)試精度和抗干擾性能得到了提高。起重機(jī)的力矩限制器系統(tǒng)是一個(gè)完全由計(jì)算機(jī)控制的獨(dú)立的安全操作系統(tǒng)，它能夠自動(dòng)的檢測(cè)出起重機(jī)所吊載的質(zhì)量以及起重臂所處的角度，并能實(shí)時(shí)的顯示出其額定載重量和實(shí)際載荷、工作半徑、起重臂所處的角度等數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)控檢測(cè)起重機(jī)的工做狀況，自帶診斷功能，快速危險(xiǎn)狀況報(bào)警及安全控制，并且具有黑匣子功能，自動(dòng)記作業(yè)時(shí)的危險(xiǎn)工況，為事故分析處理提供依據(jù)。如圖1圖 12.系統(tǒng)(xtng)設(shè)計(jì)如圖2所示，為一臺(tái)起重機(jī)，可伸縮臂長(zhǎng)為L(zhǎng)，臂架與水平線的可變角度為A，上車(chē)回轉(zhuǎn)中心到臂架頂滑輪的水平距離為R（幅度）為防

3、止起重機(jī)傾翻。要設(shè)計(jì)出力矩系統(tǒng)，隨時(shí)檢測(cè)起重機(jī)的實(shí)際吊重與該工況的允許吊重相比較，當(dāng)實(shí)際吊重接近或達(dá)到允許吊重時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警并控制起重機(jī)停止向危險(xiǎn)方向（重物起升、幅度增大(zn d)）動(dòng)作！圖 2根據(jù)以上(yshng)要求，設(shè)定如下具體要求：（1）當(dāng)實(shí)際載荷為額定載荷的90%以下的時(shí)候，顯示器的“正?！睙袅粒划?dāng)實(shí)際載荷達(dá)到額定載荷的90%時(shí)，顯示器的“90%”燈亮，同時(shí)力矩限制器主機(jī)上蜂鳴器開(kāi)始發(fā)出報(bào)警信號(hào)；（2）當(dāng)實(shí)際載荷達(dá)到額定載荷的100%時(shí)，顯示器“100%”燈亮，同時(shí)力矩限制器主機(jī)上蜂鳴器開(kāi)始加快鳴叫報(bào)警；（3）當(dāng)實(shí)際載荷超過(guò)100%時(shí)，顯示器“100%”燈亮，同時(shí)力矩限制器主機(jī)上蜂鳴

4、器長(zhǎng)鳴報(bào)警，其內(nèi)部的繼電器動(dòng)作，使起升動(dòng)作以及起重臂增大工作半徑的操作自動(dòng)停止，防止司機(jī)誤操作和盲目操作造成的事故。要完成(wn chng)以上功能(gngnng)，則力矩(l j)限制器系統(tǒng)應(yīng)包括顯示器、單片機(jī)計(jì)算控制箱、能反映吊重的壓力傳感器、位移傳感器。3系統(tǒng)整體布局本文采用80C196KC單片機(jī)為主控制器。系統(tǒng)整體布局示意圖4傳感器布置即傳動(dòng)(chundng)方案453211-接線(ji xin)頭 2-導(dǎo)線盒1 3-導(dǎo)線 4-激光(jgung)位移傳感器信號(hào)接收端 5-激光位移傳感器信號(hào)發(fā)射端測(cè)量臂長(zhǎng)傳動(dòng)方案圖 其中導(dǎo)線盒1采用類(lèi)似于可收縮式卷尺的原理設(shè)計(jì)，導(dǎo)線采用單芯形式即可，接線

5、頭采用針孔插入式插頭，可以插入儀表的相應(yīng)插孔。6531241-接線頭 2-導(dǎo)線盒2 3-導(dǎo)線 4-纜線 5-壓力傳感器 6-重物測(cè)量吊重方案圖 接線盒2與接線盒1的設(shè)計(jì)方法相同，導(dǎo)線與接線頭也均與測(cè)量(cling)臂長(zhǎng)的方案相同。3615421-接線(ji xin)頭 2-導(dǎo)線盒3 3-導(dǎo)線 4-激光位移(wiy)傳感器信號(hào)接收端 5-激光位移傳感器信號(hào)發(fā)射端 6-重錘測(cè)量角度傳動(dòng)方案圖接線盒3與接線盒1的設(shè)計(jì)方法相同，導(dǎo)線與接線頭也均與測(cè)量臂長(zhǎng)的方案相同。其中L是固定長(zhǎng)度，測(cè)得重錘線的長(zhǎng)度S，利用公式得到角度大小。OSGACBD起重機(jī)臂架受理與變形圖其中：直線OC為變形前的臂架，曲線OC為變

6、形后的臂架；S為臂架頭部合力在變形方向的分力（N）；G臂架自身重力（N）；為臂架根部角度（rad）;為臂架頭部角度（rad）;為臂架變形角度（rad）;OB為測(cè)量幅度（m）;OD為實(shí)際幅度（m）。5系統(tǒng)(xtng)接口電路圖主控制接口(ji ku)電路圖模擬信號(hào)輸入(shr)單元電路圖數(shù)字信號(hào)輸入(shr)單元電路圖輸出(shch)控制單元原理圖6軟件(run jin)流程圖軟件(run jin)流程圖6.1鍵盤(pán)(jinpn)管理子程序本文采用鍵盤(pán)顯示芯片8279通過(guò)中斷方式實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話(huà)，主要完成了歷史記錄數(shù)據(jù)的查詢(xún)與傳送和系統(tǒng)工作參數(shù)的設(shè)置。該系統(tǒng)具有“黑匣子”的功能特點(diǎn)，當(dāng)出現(xiàn)超載報(bào)警限動(dòng)

7、等異常情況時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)把當(dāng)前的工作幅度、額定起重量、實(shí)際起重量及其發(fā)生的時(shí)間寫(xiě)入X5045，作為事故發(fā)生原因分析的原始數(shù)據(jù)，用戶(hù)可通過(guò)面板上的按鍵查詢(xún)。一般力矩限制器采用硬件調(diào)零、標(biāo)定。為方便用戶(hù)，本系統(tǒng)采用軟件調(diào)零和標(biāo)定，標(biāo)定參數(shù)保存在X5045中，開(kāi)機(jī)時(shí)由初始化程序讀出，用戶(hù)可通過(guò)設(shè)置在面板上的按鍵進(jìn)行調(diào)零和修改，然后保存在X5045中的標(biāo)定參數(shù)。主要參數(shù)的修改須輸入密碼方能進(jìn)行，可有效防止非法操作，保證系統(tǒng)正常安全地工作。6.2 中斷(zhngdun)服務(wù)程序用T0作為定時(shí)器，定時(shí)采集起重量和動(dòng)臂傾角數(shù)據(jù)。T0定時(shí)時(shí)間到，則轉(zhuǎn)入采樣中斷處理服務(wù)子程序。采樣子程序完成對(duì)當(dāng)前起重量、動(dòng)臂傾角

8、進(jìn)行采樣，計(jì)算出實(shí)際起吊重量和工作幅度值并送8279顯示(xinsh)，然后根據(jù)當(dāng)前實(shí)際工作幅度，查表求出對(duì)應(yīng)的額定起重量，并完成比較和位置相關(guān)標(biāo)志位，用位操作通過(guò)P1.5、P1.6端口發(fā)出預(yù)警、報(bào)警信號(hào)，驅(qū)動(dòng)繼電器等執(zhí)行部件，保護(hù)限動(dòng)時(shí)則記錄超載數(shù)據(jù)至X4050中以供查詢(xún)。一般單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)檢測(cè)信號(hào)時(shí)含有各種噪音和干擾(gnro)，會(huì)導(dǎo)致較大的測(cè)量誤差，影響系統(tǒng)正常工作，故本系統(tǒng)在軟件上采用算術(shù)平均值濾波法抑制這些干擾。一般起重機(jī)的起重量工作幅度曲線不是標(biāo)準(zhǔn)曲線，即使對(duì)其進(jìn)行回歸運(yùn)算等處理得到相應(yīng)的起重曲線的計(jì)算公式，但編制相應(yīng)軟件的工作十分麻煩，同時(shí)也會(huì)影響單片機(jī)的運(yùn)行速度。因此程序中預(yù)先

9、將起重機(jī)的額定起重量曲線以表格的形式存入程序存儲(chǔ)器中，工作過(guò)程中系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前動(dòng)臂傾角計(jì)算出實(shí)際工作幅度，然后根據(jù)實(shí)際工作幅度在程序存儲(chǔ)器中查表，再采用線性插值的方法得出對(duì)應(yīng)的額定起重值。這樣使單片機(jī)避開(kāi)了復(fù)雜且耗時(shí)的數(shù)學(xué)運(yùn)算，同時(shí)又能保證取到起重量工作與幅度曲線上的任一點(diǎn)，大大提高了程序的運(yùn)行速度。7儀表外形(wi xn)設(shè)計(jì)及電氣(dinq)接線圖7.1儀表外形(wi xn)設(shè)計(jì)儀表工作的環(huán)境比較的復(fù)雜，噪聲大、振動(dòng)強(qiáng)、有時(shí)操作人員手上有汗，因此設(shè)計(jì)儀表應(yīng)具有抗震性、防水性。儀表盡量安裝在有遮擋的地方，但是又不能影響視線，高度如圖2所示。另外，對(duì)儀表結(jié)構(gòu)本身得多加考慮，內(nèi)部設(shè)計(jì)和外部設(shè)計(jì)都要

10、注意。內(nèi)部設(shè)計(jì)上，盡量讓電子元件在空間上垂直放置，有利于排水；外部設(shè)計(jì)上，盡量把外殼設(shè)計(jì)成圓形的，即使在上面有水分，也能夠方便倒掉，或者在自然狀況下，水珠不易積累在外表面上。同時(shí)，也要注意儀表外殼的一些鏈接縫隙，要求公差比較小，比如按鈕和殼體之間，縫隙就不能太大。外殼體的上下蓋間可以加上橡皮圈，減小縫隙。如下圖，為設(shè)計(jì)出的儀表外形。儀表外形圖以上顯示器是采用8段LED數(shù)碼管，在該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要求實(shí)時(shí)顯示實(shí)際吊重，允許吊重；實(shí)際角度，實(shí)際臂長(zhǎng)；重物最大提升高度，以及工作幅度。按照數(shù)字最多三位顯示，那么8個(gè)8段LED數(shù)碼管最多組成三個(gè)顯示框。7.2電氣接線圖根據(jù)上文及起重機(jī)工作環(huán)境狀況，畫(huà)出該系統(tǒng)儀

11、表的電氣接線圖如下圖。儀表(ybio)接線圖8 參考文獻(xiàn)1 劉欣, 張?jiān)? 屈福政, 等. 履帶式起重機(jī)力矩(l j)限制器J. 工程機(jī)械與維修, 1998, 10. 2 梁桂航, 宋正河, 毛恩榮, 等. 汽車(chē)起重機(jī)全力矩限制器的研制(ynzh)J. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2005, 10(1): 52-55.3 陳嘉懿. 日本多田野汽車(chē)起重機(jī)的力矩限制器及其檢修方法J. 建筑機(jī)械化, 1983, 2: 013.4 劉勇. 履帶起重機(jī)力矩限制器傳感器選型J. 知識(shí)經(jīng)濟(jì), 2011 (16): 123-123.5 趙海濤. 履帶起重機(jī)力矩限制器系統(tǒng)研 究與設(shè)計(jì)D. 大連理工大學(xué), 2009.6 吳邦春, 周洪, 陳可群, 等. 一種新型汽車(chē)起重機(jī)力矩限制器的研制J. 微計(jì)算機(jī)信息, 2006, 21(11Z): 112-113.7 梁桂航. 汽車(chē)起重機(jī)全力矩限制器的研制D.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué),2005.8 苑瑋琦. 汽車(chē)起重機(jī)力矩限制器J. 沈陽(yáng)建筑工程學(xué)報(bào),1994,03:303-308.9 高繼勇