技术领域
[0001] 本
发明涉及举升机领域，具体是一种柱式举升机磁悬浮同步导向和状态监测装置及方法。
背景技术
[0002]
汽车举升机作为汽车维修行业的
基础工具，随着汽车产业的发展壮大也得到了长足的发展。传统柱式举升机主要有以下特点：
[0003] 滑车运动方式一般都是在滑车上安装鼓轮，由
液压缸提供动
力，滑车鼓轮沿立柱向上爬行，实行滑车的竖直方向运动。这种运动方式由于存在
滚动摩擦，导致机械磨损严重，增加了举升机负载，并对立柱
刚度要求高。由于磁悬浮技术的发展，在很多传统机械导向的场合都采用了磁悬浮导向技术，中国
专利公布号CN102689830A公布了一种磁悬浮
电梯导向技术和导向方法，但由于举升机与电梯相比存在一个倾覆力矩，故该技术并不适合在举升机领域应用。举升机维修保养和故障诊断需要依靠工人经验，对设备进行定期维修保养，并且无法对机械本身损耗状态进行检测，因此不能及时发现潜在问题，大大降低了举升机使用的安全性和可靠性，减少了举升机使用寿命。
[0004] 由于汽车举升机应用越来越广泛，发挥的作用也越来越重要，汽保行业对汽车举升机性能与安全要求越来越高。
[0005] 发明内容 本发明的目的是提供一种柱式举升机磁悬浮同步导向和状态监测装置及方法，以解决
现有技术存在的问题，并避免滑车与立柱的摩擦，使立柱受力均匀，同时又能实时监测和显示举升机本身工作状态，及时发现潜在问题，为故障诊断和维修提供依据。
[0006] 为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
[0007] 一种柱式举升机磁悬浮同步导向和状态监测装置，其特征在于：包括一对竖向设置的立柱，两立柱左右对称，两立柱上端之间连接有横梁构成
支架，每个立柱为竖直的U形方柱结构，且两立柱彼此相对的一面为U形口，还包括左、右滑车，每个滑车分别由
水平滑台和竖直滑台构成车体，其中水平滑台为水平放置的U形方柱结构，水平滑台的上、下
侧壁为U形侧面，所述竖直滑台为竖直的空心方柱结构，竖直滑台其中一个侧面作为连接面与水平滑台的U形底面连接为一体，竖直滑台中与连接面相对的另一个侧面安装有
定位卡条，竖直滑台其余两个侧面的上、下端分别设有四个电磁
铁，且竖直滑台中不同侧面相同端的电
磁铁位置一一对应，同侧面不同端的电磁铁位置一一对应，每个电磁铁分别为竖直放置的U形槽结构，总共八个电磁铁分别通过U形底面连接在竖直滑台侧面，电磁铁的U形槽内位于U形底面处、U形
槽口壁处分别设有凸台，凸台上分别缠绕有线圈，左、右滑车中竖直滑台分别滑动装配在对应侧的立柱U形口内，且左、右滑车的水平滑台彼此相对，所述立柱的U形侧面内壁与竖直滑台上电磁铁所在的侧面一一对应相对，立柱的每个U形侧面内壁对应竖直滑台侧面每两个上下对应的电磁铁位置分别沿竖向设置有
磁性导轨，且磁性导轨分别卡入竖直滑台侧面上下对应的两个电磁铁的U形口中，并被上下对应的两个电磁铁U形口中凸台在三面包围，电磁铁与立柱无
接触间隙配合；每个水平滑台的两端分别安装有可伸缩的托臂，托臂上分别设有托盘；所述支架中还设有分别驱动左、右滑车移动的液压缸，液压缸由液压回路供油，且液压缸通过
活塞杆推动滑车在竖直方向移动；
[0008] 还包括参数监测系统，参数监测系统由
控制器以及接入控制器的位移
传感器、油温油压传感器、力传感器构成，其中位移传感器分别安装在电磁铁所在的竖直滑台每个侧面上靠近上、下端电磁铁位置，油温油压传感器安装在液压回路中，力传感器安装在托臂上，位移传感器、油温油压传感器、力传感器采集的数据分别送入控制器，由控制器进行处理。
[0009] 所述的一种柱式举升机磁悬浮同步导向和状态监测装置，其特征在于：所述滑车中，水平滑台的上、下侧壁之间连接有加强板。
[0010] 所述的一种柱式举升机磁悬浮同步导向和状态监测装置，其特征在于：所述滑车中，竖直滑台连接面与水平滑台上侧壁之间连接有一对斜拉的加强板。
[0011] 所述的一种柱式举升机磁悬浮同步导向和状态监测装置，其特征在于：所述水平滑台上、下侧壁两端分别设有供托臂连接的销孔。
[0012] 所述的一种柱式举升机磁悬浮同步导向和状态监测装置，其特征在于：所述托臂由连接在水平滑台上的托臂后臂以及滑动安装在托臂后臂中的托臂前臂构成，由托臂前臂和托臂后臂构成可伸缩的托臂。
[0013] 所述的一种柱式举升机磁悬浮同步导向和状态监测装置，其特征在于：所述参数监测系统还包括显示器、
存储器，显示器、存储器分别接入控制器。
[0014] 一种柱式举升机的磁悬浮同步导向和状态监测装置的控制方法，其特征在于：假设电磁铁Ui对导轨三个方向吸力为Fi1，Fi2 ，Fi3 ，其中Fi1，Fi2 反向且与举升机横梁轴向平行，Fi3 与Fi1，Fi2垂直；
[0015] 当举升机未举升时，先将举升机微举，控制每
块电磁铁输入
电流，使导轨与电磁铁间隙保持在设定范围内，在平衡状态有Fi1=Fi2, Fi3大小相等，相对位置方向相反；
[0016] 当举升机空载举升时，滑车的竖直滑台中上端的四个电磁铁对导轨吸力F11 =F21 =F31 =F41=0，下端的四个电磁铁对导轨吸力F52=F62=F72 =F82=0，Fi3大小相等，相对位置方向相反；F12=F22 =F32 =F42 =F51=F61 =F71 =F81，控制F12、F22 、F32 、F42 、F51、F61 、F71 、F81的大小使其合力矩M与托臂对竖直滑台B中
心轴线的倾覆力矩N平衡，从而实现滑车平衡；
[0017] 当举升机带负载举升时，安装在举升机托臂上的力传感器读出负载大小，在控制器中计算托臂与汽车形成的总负载对竖直滑台B中心轴线的倾覆力矩N，并控制上端的四个电磁铁对导轨吸力F11 =F21 =F31 =F41=0，下端的四个电磁铁对导轨吸力F52=F62 =F72 =F82=0，Fi3大小相等，相对位置方向相反；控制F12=F22 =F32 =F42 =F51=F61 =F71 =F81，且F12、F22 、F32 、F42 、F51、F61 、F71 、F81的大小使其合力矩M与N平衡，从而实现滑车平衡。
[0018] 一种柱式举升机的磁悬浮同步导向和状态监测装置的参数监测方法，其特征在于：
[0019] 安装在滑车上的位移传感器测出每个滑车的被举升高度Hi，在控制器中比较，通过控制液压缸升降使滑车同步度保持在一定误差范围内，实现举升机无
钢绳同步;当Hi等于设定的最大举升高度H1时，使举升机停止运动，实现自动停机；
[0020] 安装在滑车上的位移传感器记录每次举升停止时的高度H2，在控制器中计算a1= H2 /H1 ,将每次得到的a1累加求得A1，保存在存储器中并实时显示在显示器中；
[0021] 安装在举升机托臂上的力传感器测出举升实时负载Fi，在控制器中计算每次举升时的平均负载F2 ，计算a2= F2 / F1,其中F1是举升机允许举升的最大负载。将每次得到的a2累加得到A2，保存在存储器中并显示在显示器中；
[0022] 安装在液压回路中的油压传感器测出举升实时油压Pi，并在控制器中计算每次举升平均油压P2 ，计算a3= P2 / P1,其中P1是液压缸允许的最大油压，将每次得到的a3累加得到A3，保存在存储器中并显示在显示器中；
[0023] 安装在液压回路中的油温传感器测出举升实时油温Ti，并显示在显示器中，操作人员可在油温过高时停止举升机；
[0024] 举升机用户可以选择将传感器采集到的数据上传到举升机制造厂家的远程服务器，制造厂家可以通过分析
服务器数据及时发现潜在问题，从而提供专业售后服务，并对产品进行调研，以供后续的研发和改进。
[0025] 在存储器中保存并显示A1 、A2 、A3三个加权平均值来描述举升机损耗状态，以供操作人员维修保养时参考；通过监测Hi来实现举升机工作的同步，通过监测Ti来防止液压油油温过高；通过用户可选的服务器功能，可以方便制造商与使用者之间的信息交互，完善售后与研发工作。
[0026] 本发明的优点在于：
[0027] （一）通过磁悬浮导向机构彻底避免了立柱与滑车之间的摩擦，从而彻底避免了滑车的机械磨损，并减小了举升负载。由于改变了传统立柱的受力方式，使立柱受力更加均匀，从而减小了立柱
变形。
[0028] （二）通过位移传感器测量出举升高度，实现举升机举升的同步控制，从而去掉了
钢丝绳同步机构，简化了结构，避免了因钢丝绳磨损造成的安全隐患。
[0029] （三）通过对参数A1、A2和A3的检测，为设备维修提供了依据，方便操作人员实时了解举升机的工作状态。可以根据所测参数数值及时发现潜在问题，大大提高了举升机使用的安全性和可靠性，延长了举升机使用寿命。
附图说明
[0030] 图1是总装配图。
[0031] 图2是滑车和立柱装配体俯视图。
[0032] 图3是滑车轴测图。
[0033] 图4是和滑车底面视图。
[0034] 图5是电磁铁俯视图。
[0035] 图6是U形立柱俯视图。
具体实施方式
[0037] 如图1—图7所示，一种柱式举升机磁悬浮同步导向和状态监测装置，包括一对竖向设置的立柱1，两立柱左右对称，两立柱上端之间连接有横梁3构成支架，每个立柱1为竖直的U形方柱结构，且两立柱彼此相对的一面为U形口，还包括左、右滑车，每个滑车2分别由水平滑台A和竖直滑台B构成车体，其中水平滑台A为水平放置的U形方柱结构，水平滑台A的上、下侧壁为U形侧面，竖直滑台B为竖直的空心方柱结构，竖直滑台B其中一个侧面作为连接面与水平滑台A的U形底面连接为一体，竖直滑台B中与连接面相对的另一个侧面安装有定位卡条16，竖直滑台B其余两个侧面的上、下端分别设有四个电磁铁12、13、14、15和21、22、23、24，且竖直滑台B中不同侧面相同端的电磁铁13与14、12与15、21与24、22与23位置一一对应，同侧面不同端的电磁铁12与21、13与22、14与23、15与24位置一一对应，每个电磁铁分别为竖直放置的U形槽结构，总共八个电磁铁分别通过U形底面连接在竖直滑台B侧面，电磁铁的U形槽内位于U形底面处、U形槽口壁处分别设有凸台27、28、29，凸台27、28、29上分别缠绕有线圈，左、右滑车中竖直滑台B分别滑动装配在对应侧的立柱U形口内，且左、右滑车的水平滑台A彼此相对，立柱1的U形侧面内壁与竖直滑台B上电磁铁所在的侧面一一对应相对，立柱1的每个U形侧面内壁对应竖直滑台B侧面每两个上下对应的电磁铁位置分别沿竖向设置有磁性导轨11，且磁性导轨11分别卡入竖直滑台B侧面上下对应的两个电磁铁的U形口中，并被上下对应的两个电磁铁U形口中凸台在三面包围，电磁铁与立柱无接触间隙配合；每个水平滑台A的两端分别安装有可伸缩的托臂，托臂上分别设有托盘10；支架中还设有分别驱动左、右滑车移动的液压缸，液压缸由液压回路供油，且液压缸通过
活塞杆推动滑车2在竖直方向移动；
[0038] 还包括参数监测系统，参数监测系统由控制器以及接入控制器的位移传感器、油温油压传感器、力传感器构成，其中位移传感器分别安装在电磁铁所在的竖直滑台每个侧面上靠近上、下端电磁铁位置，油温油压传感器安装在液压回路中，力传感器安装在托臂上，位移传感器、油温油压传感器、力传感器采集的数据分别送入控制器，由控制器进行处理。
[0039] 滑车2中，水平滑台的上、下侧壁之间连接有加强板20。
[0040] 滑车2中，竖直滑台B连接面与水平滑台A上侧壁之间连接有一对斜拉的加强板17。
[0041] 水平滑台A上、下侧壁两端分别设有供托臂连接的销孔18、19。
[0042] 托臂由连接在水平滑台A上的托臂后臂8以及滑动安装在托臂后臂8中的托臂前臂9构成，由托臂前臂9和托臂后臂8构成可伸缩的托臂。
[0043] 参数监测系统还包括显示器、存储器，显示器、存储器分别接入控制器。
[0044] 本发明中，如图1所示，举升机主要结构包括立柱1、滑车2，滑车沿立柱导轨运动，从而完成举升和降落运动。机械
锁块4对滑车进行定位与机械锁止，操作杆6用于解锁。销孔19用于安装定位齿块实现托臂的定位。
[0045] 如图2所示，柱式举升机磁悬浮导向装置，包括滑车2和立柱1。其中：
[0046] 如图3所示，滑车2由水平滑台A和竖直滑台B组成。水平滑台A其基体为一U形槽，槽内有一加强板20，槽上开有销孔18、19，以安装托臂和锁止定位块。竖直滑台B其基体为一空心方钢，在方钢其中两个侧面上安装有8块电磁铁，其中四块分别为电磁铁12编号U1，电磁铁13编号U2，电磁铁14编号U3，电磁铁15编号U4。
[0047] 如图4所示，方钢底端的电磁铁21、22、23、24设置与电磁铁12、13、14、15位置相同，编号分别为U5 、U6、U7 、U8 。且在底面开有定位槽25，与立柱地面上的定位凸台7相互配合，即可保证各电磁铁与各磁性导轨的间隙在误差要求范围内。在B另一侧面安装卡位条16。滑台A与滑台B之间有加强板17。
[0048] 如图5所示，电磁铁为三面内壁上带有凸台27、28、29的U形槽。在凸台上缠绕线圈。
[0049] 如图6所示，立柱包括U形方柱结构的基体26和磁性导轨11。电磁铁与立柱无接触相互配合，保持气隙在一定误差范围内。
[0050] 一种柱式举升机的磁悬浮同步导向和状态监测装置的控制方法，参照附图说明如下：
[0051] 如图2所示建立平面直
角坐标系，在滑车滑台B两侧面靠近电磁铁U1 、U2、U3、U4 一端分别安装位移传感器，可以测得滑台B外侧面与立柱内壁在X方向距离L1和在Y方向距离L2；同理在滑车滑台B两侧面靠近电磁铁U5 、U6、U7、U8 一端分别安装位移传感器，可以测得滑台B外侧面与立柱内壁在X方向距离L3和在Y方向距离L4；当滑车与立柱正确安装或滑车处于平衡状态时，L1 =L3 ，L2=L4。由于电磁体、滑台B和立柱的尺寸确定，所以可以由L1 、L2 、L3 、L4计算每块电磁铁三个凸
台面与磁性导轨的气隙。所以，只要保证L1 、L2 、L3 、L4在一定误差范围内，就可以保证每块电磁铁三个凸台面与磁性导轨的气隙在一定范围内。假设当Lmin
[0052] 如图5所示，假设电磁铁Ui的凸台27对导轨吸力为Fi1，凸台29对导轨吸力为Fi2 ，凸台28对导轨吸力为Fi3 ，其中Fi1，Fi2 反向且与举升机横梁轴向平行。Fi3 与Fi1，Fi2垂直。
[0053] 当举升机未举升时，先调整滑车
姿态，具体控制方法如下：
[0054] 步骤一 先将举升机微举。控制安装在支架内部的液压缸，将滑车轻微举起直滑台B脱离地面。
[0055] 步骤二 在X方向对气隙实现控制，控制每块电磁铁输入电流，使Lmin
L1 , 电磁铁U1 、U2 与导轨X方向气隙减小, F13、F23增大，电磁铁U3 、U4 与导轨X方向气隙增大, F33、F43减小，故减小电磁铁U1 、U2 的相应凸台28的输入电流，使F33=F43 > F13=F23 从而使L1 增大，然后增大电磁铁U1 、U2 的相应凸台28的输入电流，直至使Lmin[0056] 步骤三，在Y方向对气隙实现类似控制，即控制每块电磁铁输入电流，使Lmin
L2,则电磁铁U1、U2的凸台29和电磁铁U3 、U4的凸台27，与磁性导轨侧面气隙减小；电磁铁U1、U2的凸台27和电磁铁U3、U4的凸台29与磁性导轨侧面气隙增加。故增大电磁铁U1、U2的凸台27和电磁铁U3、U4的凸台29的输入电流，从而使L2增大，然后减小电磁铁U1、U2的凸台27和电磁铁U3、U4的凸台29的输入电流，直至使Lmin[0057] 当举升机空载举升时，具体控制方法如下：
[0058] 步骤一 控制输入电流，使U1,U2,U3,U4对导轨吸力F11=F21=F32=F42=0，U5,U6,U7,U8对导轨吸力F52=F62=F71=F81=0，Fi3大小相等，相对位置方向相反。F12=F22 =F32 =F42 =F51=F61 =F71 =F81。
[0059] 步骤二 通过对托臂的设计计算，求出托臂对竖直滑台B中心轴线的倾覆力矩N。使F12、F22 、F32 、F42 、F51、F61 、F71 、F81的大小使其合力矩M与N平衡，从而实现滑车平衡。
[0060] 步骤三 控制X方向气隙。控制每块电磁铁输入电流，使Lmin
L1 , 电磁铁U1 、U2 与导轨X方向气隙减小, F13、F23增大，电磁铁U3 、U4 与导轨X方向气隙增大, F33、F43减小，故减小电磁铁U1 、U2 的输入电流，使F33=F43 > F13=F23 从而使L1 增大，然后增大电磁铁U1 、U2 的输入电流，直至使Lmin[0061] 步骤四 控制Y方向气隙。若存在扰动使Lmin>L2,则电磁铁U1、U2的凸台29和电磁铁U3 、U4的凸台27，与磁性导轨侧面气隙减小；电磁铁U1、U2的凸台27和电磁铁U3、U4的凸台29与磁性导轨侧面气隙增加。故增大电磁铁U1、U2的凸台27和电磁铁U3、U4的凸台29的输入电流，从而使L2增大，然后减小电磁铁U1、U2的凸台27和电磁铁U3、U4的凸台29的输入电流，直至使Lmin
[0062] 当举升机带负载举升时，具体控制方法如下：
[0063] 步骤一 控制输入电流，使U1,U2,U3,U4对导轨吸力F11=F21=F32=F42=0，U5,U6,U7,U8对导轨吸力F52=F62=F71=F81=0，Fi3大小相等，相对位置方向相反。F12=F22 =F32 =F42 =F51=F61 =F71 =F81。
[0064] 步骤二 安装在举升机托臂上的力传感器读出负载大小，在控制器中计算托臂与汽车形成的总负载对竖直滑台B中心轴线的倾覆力矩N。控制每块电磁铁输入电流，使F12、F22 、F32 、F42 、F51、F61 、F71 、F81的大小使其合力矩M与N平衡，从而实现滑车平衡。
[0065] 步骤三 控制X方向气隙。控制每块电磁铁输入电流，使Lmin
L1 , 电磁铁U1 、U2 与导轨X方向气隙减小, F13、F23增大，电磁铁U3 、U4 与导轨X方向气隙增大, F33、F43减小，故减小电磁铁U1 、U2 的输入电流，使F33=F43 > F13=F23 从而使L1 增大，然后增大电磁铁U1 、U2 的输入电流，直至使Lmin[0066] 步骤四 控制Y方向气隙。若存在扰动使Lmin>L2,则电磁铁U1、U2的凸台29和电磁铁U3 、U4的凸台27，与磁性导轨侧面气隙减小；电磁铁U1、U2的凸台27和电磁铁U3、U4的凸台29与磁性导轨侧面气隙增加。故增大电磁铁U1、U2的凸台27和电磁铁U3、U4的凸台29的输入电流，从而使L2增大，然后减小电磁铁U1、U2的凸台27和电磁铁U3、U4的凸台29的输入电流，直至使Lmin
[0067] 一种柱式举升机的磁悬浮同步导向和状态监测装置的参数监测方法，结合图7说明：
[0068] 监测系统有传感器、嵌入式控制系统、显示器、存储器和远程服务器组成，其中，传感器包括：安装在滑车上的位移传感器、安装在液压回路中的油温油压传感器、安装在托臂前臂9上的力传感器。嵌入式控制系统以
微处理器为控制中心，由于控制系统要求实时性强、多任务，所以可以运行μc/os-II、μcLinux、VxWorks等硬实时
内核的
操作系统。系统主要运行以下任务：各
传感器数据监测、按键检测、电磁铁控制器控制、液压缸控制器控制、数据显示与存储、数据上传等。
[0069] 具体监测方法如下：
[0070] 步骤一 位移传感器测出每个滑车的被举升高度Hi，在控制器中比较，通过控制液压缸升降使滑车同步度保持在一定误差范围内，实现举升机无钢绳同步;当Hi等于设定的最大举升高度H1时，使举升机停止运动，实现自动停机。
[0071] 步骤二 位移传感器记录每次举升停止时的高度H2，在控制器中计算a1= H2 /H1 ,将每次得到的a1累加求得A1，保存在存储器中并实时显示在显示器中。
[0072] 步骤三 力传感器测出举升实时负载Fi，在控制器中计算每次举升时的平均负载F2 ，计算a2= F2 / F1,其中F1是举升机允许举升的最大负载。将每次得到的a2累加得到A2，保存在存储器中并显示在显示器中。
[0073] 步骤四 安装在液压回路中的油压传感器测出举升实时油压Pi。并在控制器中计算每次举升平均油压P2 ，计算a3= P2 / P1,其中P1是液压缸允许的最大油压。将每次得到的a3累加得到A3，保存在存储器中并显示在显示器中。
[0074] 步骤五 安装在液压回路中的油温传感器测出举升实时油温Ti，并显示在显示器中，操作人员可在油温过高时停止举升机。
[0075] 步骤六 用户可以选择将数据上传到生产厂家的远程服务器，生产厂家通过对数据进行专业分析，可以帮助用户发现问题、解决问题，完善售后服务，并对自己的产品进行实时监控，从而为后续的研发和新产品的设计提供依据。
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