一种智能力矩限制器的设计与研究

摘要

塔式起重机是城市化建设中不可或缺的工具，其中安全承载和防碰撞是塔机安全关注的主要问题。安全承载主要依靠塔机力矩限制器实现，而力矩限制器则存在预置锁死点离散分布，散点之间承载能力模糊的问题。防碰撞主要依靠根据现场情况对塔机吊臂和挂钩进行活动区域限制来实现，大大影响了工作效率。因此，本文结合实际项目对以上两个问题进行研究并提出解决方案，做了如下几步工作：
　　研究了国内外塔机力矩限制器的研究背景及现状，提出基于回归分析法的Q-R曲线软件拟合算法，实现了对实际Q-R曲线的高精度预测。将现有载重数据散点图进行了分段式拆分，并针对各个部分的特点进行了相关曲线拟合工作，对其进行了可信度测评，证实相关拟合工作达到了设计要求。
　　提出一种基于能量消耗最优的塔机与障碍物之间防碰撞的解决方案。基于多边形建模障碍避让法，以实际操作为指导，在尽量不影响后续操作并尽可能的节约能量消耗的前提下，提出建立避让缓冲区，针对不同的后续操作与障碍位置情况，确定避让方法。
　　基于回归分析法对 Q-R曲线进行拟合，以及基于能量消耗最优防碰撞算法，设计了基于C8051F330的智能力矩限制器，实现了对塔机Q-R曲线拟合、载荷管理及防碰撞功能。对软硬件系统进行综合调试与测试表明：该系统对塔机的实际承载能力实现了精确管理，提高了塔机的安全性；系统防碰撞机制运转正常，实现了能量消耗最优的防碰撞的设计要求。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 本文研究的目的和意义

1.3 本论文塔机力矩限制器设计思路

1.4 本文主要内容和结构

第二章 相关问题与分析

2.1 塔机Q-R曲线问题与分析

2.2 改进的回归分析算法

2.3 防碰撞系统算法研究

2.4 本章小结

第三章 系统总体架构设计

3.1 系统的功能需求

3.2 方案选取与对比分析

3.3 本章小结

第四章 系统硬件电路设计

4.1 主控芯片选型

4.2 C2接口模块

4.3 显示面板电路

4.4 无线通信电路4.4.1 无线模块介绍

4.5 压力信号采集电路

4.6 “黑匣子”设计

4.7 串口通信模块

4.8 本章小结

第五章 智能力矩限制器软件设计

5.1 开发工具介绍

5.2 多点数据采集与处理模块程序设计

5.3 远程监控模块程序设计

5.4 本章小结

第六章 实验仿真与对比

6.1 几种常用力矩限制器的仿真与对比

6.2 智能避让软件测试结果

6.3 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 全文总结

7.2 下一步工作的展望

参考文献

致谢

附录（硕士期间参与的科研项目）