专利名称：桩架倾角测量前置机械放大装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测量装置，具体地说是一种桩架倾角测量前置机械放大装置。
背景技术：
目前较为先进的打桩船，其起重打桩系统采用微机全自动控制，并具有实时动态显示及报警功能。打桩船桩架有吊桩、打桩和倒架等多种工况，各种工况限制了桩架的倾角范围。为保证打斜桩的精度、提供吊桩时的超力矩报警和在微机上动态显示桩架倾角状态，必须精确测出桩架的倾角值。
桩架倾角是指桩架与船体垂线间的夹角，目前倾角测量仪器种类很多，技术也已非常成熟。最简单的就是一个带刻度的圆盘中心挂一个悬锤，便可直观地显示倾角大小，但与电控仪器连接困难，在全自动控制系统中难于应用。最新的倾角仪采用电解液的办法，在封闭容器中盛装电解液，电解液中插入激励电极，当容器倾斜后，电解液面将仍然保持水平，从而引起电极间电位差的变化，以此测得倾角值的。但该办法对温度敏感，在打桩船打桩工况等强冲击情况和海浪环境下数据不容易稳定。
对于环境恶劣的海上环境，采用相对稳定可靠的编码器来测量桩架倾角，是一个不错的选择。但由于打桩船桩架支撑座孔直径将近一米，且为定轴设计，因此，无法用编码器对桩架倾角进行直接测量。

发明内容
本实用新型要解决的是现有的倾角测量仪器存在的上述不足，提供一种改进型的桩架倾角测量前置机械放大装置，利用平行四连杆机构引出桩架倾角，并在连杆上加装了齿轮放大机构，从而实现用编码器来测量桩架倾角。解决上述技术问题采用的技术方案是桩架倾角测量前置机械放大装置，其外壳内设有一个由驱动杆、水平连杆、摇杆和固定杆首尾铰接而成的平行四连杆机构，所述的驱动杆固定到所述的桩架上，所述的固定杆固定到所述的桩架支撑座上；一个与所述的平行四连杆机构平面相垂直的大齿轮轴，其上设置有大齿轮，并且一端固定在所述驱动杆与水平连杆的铰接处；一个与所述的大齿轮轴平行的小齿轮轴，其上设置有与所述大齿轮相啮合的小齿轮，并且一端经联轴器与编码器相连，另一端铰接到所述摇杆与水平连杆的铰接端。
本实用新型的桩架倾角测量前置机械放大装置，大齿轮轴将大齿轮与驱动杆固定在一起，同时所述的驱动杆又固定到所述的桩架的，当桩架倾角θ时，由于平行四连杆机构的固定杆不动，且连杆始终保持水平，故驱动杆与摇杆也移动θ角，进而带动大齿轮相对连杆也转过θ角，并带动小齿轮相对连杆转过i*θ角(其中i为齿轮副传动比)。小齿轮与小齿轮轴固定，经联轴器将角度值i*θ输入编码器，编码器将此转角值i*θ经编码后送往微机处理。
本实用新型利用平行四连杆机构引出桩架倾角，并巧妙地在连杆上加装了齿轮放大装置，从而实现用编码器来测量桩架倾角，同时提高了编码器对桩架倾角的测量分辨率，提高了测量精度，使其满足精度要求。
作为本实用新型的进一步改进，所述的水平连杆整体上为一密闭的壳体，将齿轮传动系统与外界密封，对其实现可靠的保护。所述的大齿轮呈扇形状，该扇形的张角以110°～130°为宜，以减小整个装置的外形尺寸。所述大齿轮上还设有限位卡板。为保证精度，除应严格控制各杆件、轴件的加工误差外，还需在各个连接部位加设弹簧，使齿轮副和各铰接点单面啮合以消除侧隙误差。所述的摇杆作成可调长度杆，以在必要时做微调用。
作为本实用新型的再进一步改进，所述的驱动杆为桩架本身，所述的固定杆为桩架支撑座本身。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。


图1是本实用新型的结构示意图。
图2是图1在A-A向的剖视放大图。
图3是本实用新型的使用状态图。
图4是本实用新型的测量原理图。
图5是本实用新型的结构原理图。
图6是整个桩架角度测量监控系统的原理框图。
具体实施方式
参照图1、2、3，本实用新型的桩架倾角测量前置机械放大装置，具有上壳体12和下壳体13，所述的壳体内设有一个由驱动杆1、水平连杆2、摇杆3和固定杆4首尾铰接而成的平行四连杆机构，所述的驱动杆1固定到所述的桩架18上，所述的固定杆4固定到所述的桩架支撑座16上。固定杆4和驱动杆1的铰接正好位于桩架支撑座16的轴心17上。
一对齿轮副设置在与所述的平行四连杆机构平行的平面上，对应的齿轮轴则与该平面相垂直。其中大齿轮轴7一端固定在所述驱动杆1与水平连杆2的铰接处。小齿轮轴8一端经联轴器9与编码器10相连，另一端铰接到所述摇杆3与水平连杆2的铰接端。所述的编码器10固定在编码器固定座14上，外面设有编码器保护罩15。
水平连杆2整体上为一壳体结构，对齿轮传动系统实现密闭，除传递运动外，兼对齿轮副进行防护。为应付严酷的海水腐蚀问题，除对连杆设计成密闭的壳体结构外，小齿轮轴和小齿轮分别采用不锈钢和铝青铜制造，对其余传动零件实行表面氧化处理。为减小装置尺寸，大齿轮做成120°扇形状固定在大齿轮轴上桩架活动范围+22°~-72°。所述大齿轮上还设有限位卡板。为保证精度，除应严格控制各杆件、轴件的加工误差外，还需加弹簧，使齿轮副和各铰接点单面啮合以消除侧隙误差。另外，本装置对安装误差比较敏感，应预先在桩架支撑轴中心加工定位孔，通过定位摇杆和定位连杆确定大齿轮轴在桩架上的安装位置和摇杆下端铰支在支撑座上的安装位置。摇杆做成可调长度杆，以在必要时做微调用。编码器用RS448与监控微机相连。
参照图4、5，由于本测量放大装置是由平行四连杆机构和齿轮放大装置两部分有机结合而成的，当桩架倾角θ时，因连杆2始终保持水平，故大齿轮5相对连杆2也转过θ角，并带动小齿轮6相对连杆2转过i*θ角i为齿轮副传动比。小齿轮6与小齿轮轴8固定，经联轴器9将角度值i*θ输入编码器10，编码器将此转角值i*θ经编码后送往微机处理。
参照图6，以目前国内最先进的全自动微机控制的85米桩打柱船为例，其桩架倾角显示误差要求≤±0.1°，显示角度范围+22°～-25°退出油缸滑塞杆角度；桩架倾角显示保护装置要求在“大倾斜位置”+21°提前报警，+22°发出限制信号送控制PLC；“打桩位置”±18.5°报警并暂停变幅，人工干预后方可继续；“倒架工况”至-25°暂停变幅，人工干预后继续后倒。
本装置位于编码器之前，是引出桩架倾角并放大的装置，角度值经编码器编码后送往PC机处理。这里选用256位高精度绝对值多圈编码器，齿轮副传动比为16，则桩架倾角测量分辨率为0.088°，从而满足精度要求。
上述实施例的平行四连杆机构是独立的，整个机构可以单独取出，只需在使用时将驱动杆固定到桩架上，以及将固定杆固定到桩架支撑座上，并使驱动杆和固定杆的铰接点与支撑座的轴心重合，同时保证水平连杆和固定杆的处在水平状态。本实用新型还可以用以下方式实施，与前述实施方式不同之处在于大齿轮轴直接固定在桩架上，桩架本身形成一根驱动杆。连杆与摇杆的连接不变，摇杆的另一端铰接在桩架支撑座的轴心，这样桩架支撑座形成四连杆最后一根固定杆。其余结构与前一实施方式相同，也能取得相同的效果。
从以上分析可知，本实用新型的桩架倾角测量前置机械放大装置具有以下优点1、本装置结构简单，工作可靠，成本低。
2、适用于垂直仰角、水平方位角和倾斜平面偏转角等多种角度测量，测量角度范围大。
3、适用于吊臂、转臂等各中低速场合的角度测量，应用范围广。
4、易于改进，可用于高、中、低各种精度要求的角度测量。
5、便于与微机连接，实现自动控制。
本实用新型不局限于上述实施方式，不论其形状或结构作任何变化，凡是采用平行四连杆机构和齿轮放大装置的桩架倾角测量前置机械放大装置，均落在本实用新型保护范围之内。
权利要求1.桩架倾角测量前置机械放大装置，包括外壳、其特征在于所述的外壳内设有一个由驱动杆(1)、水平连杆(2)、摇杆(3)和固定杆(4)首尾铰接而成的平行四连杆机构，所述的驱动杆(1)固定到所述的桩架上，所述的固定杆(4)固定到所述的桩架支撑座上；一个与所述的平行四连杆机构平面相垂直的大齿轮轴(7)，其上设置有大齿轮(5)，并且一端固定在所述驱动杆(1)与水平连杆(2)的铰接处；一个与所述的大齿轮轴(7)平行的小齿轮轴(8)，其上设置有与所述大齿轮(5)相啮合的小齿轮(6)，并且一端经联轴器(9)与编码器(10)相连，另一端铰接到所述摇杆(3)与水平连杆(2)的铰接端。
2.如权利要求1所述的桩架倾角测量前置机械放大装置，其特征在于所述的水平连杆(2)整体上为一密闭的壳体结构。
3.如权利要求1所述的桩架倾角测量前置机械放大装置，其特征在于所述的大齿轮(5)呈扇形状。
4.如权利要求3所述的桩架倾角测量前置机械放大装置，其特征在于所述的扇形大齿轮(5)的张角为110°～130°。
5.如权利要求4所述的桩架倾角测量前置机械放大装置，其特征在于所述大齿轮(5)上还设有限位卡板。
6.如权利要求1所述的桩架倾角测量前置机械放大装置，其特征在于所述的铰接部位设有弹簧。
7.如权利要求1所述的桩架倾角测量前置机械放大装置，其特征在于所述的摇杆(3)为可调长度杆。
8.如权利要求1～7任何一项所述的桩架倾角测量前置机械放大装置，其特征在于所述的驱动杆(1)为桩架本身。
9.如权利要求1～7任何一项所述的桩架倾角测量前置机械放大装置，其特征在于所述的固定杆(4)为桩架支撑座本身。
专利摘要本实用新型公开了一种桩架倾角测量前置机械放大装置，其外壳内设有由驱动杆、水平连杆、摇杆和固定杆首尾铰接而成的平行四连杆机构；大齿轮轴，一端固定在所述驱动杆与水平连杆的铰接处；小齿轮轴，其上设一端经联轴器与编码器相连，另一端铰接到所述摇杆与水平连杆的铰接端。当桩架倾角θ时，驱动杆与摇杆也移动θ角，进而带动大齿轮相对连杆也转过θ角，并带动小齿轮相对连杆转过i＊θ角，联轴器将该角度值输入编码器编码后送往微机处理。本实用新型利用平行四连杆机构引出桩架倾角，并巧妙地在连杆上加装了齿轮放大装置，从而实现用编码器来测量桩架倾角，同时提高了编码器对桩架倾角的测量分辨率，提高了测量精度，使其满足精度要求。
文档编号G01C9/00GK2709935SQ200320122938
公开日2005年7月13日 申请日期2003年12月24日 优先权日2003年12月24日
发明者陆学富, 王顺顺, 徐万平 申请人:杭州江河机电装备工程有限公司, 上海港务工程公司