（武汉软件工程职业学院机械工程学院，武汉，430205）

摘要：对液压步进式爬架的超载控制系统进行了设计，介绍了超载控制系统设计原理图并分析了传感器的选择、比较控制器及声光电路和数字显示电路的工作原理，为超载控制提供了一套可行的实施方案。

关键词：爬架; 超载控制系统; 设计

0 引言

液压步进式爬架在建筑工业中广泛应用于对高层和超高层建筑的结构施工及装修作业。在超载情况下，脚手架需要实施超载报警停机的功能。超载控制系统常常是一套由传感器和控制装置等组成的自动控制系统。该套系统能够完成信号采集、分析与处理功能，并能根据信号的变化给予响应。

1 超载控制系统设计

液压步进式爬架超载控制系统控制组成框图如图1 所示，在液压爬升机构上安装压力传感器，当执行机构工作时，控制系统通过对压力传感器电信号进行运算放大并比较，自动完成载荷显示和报警功能。

图1 超载控制系统组成框图

根据框图，设计控制原理图如图2 所示，其工作原理如下： 芯片7660 给力敏传感器提供优质工作电源，芯片A1(5G-7650) 作为传感器信号的放大电路，为后面比较控制器和A/D 转换器提供合适的信号电平。芯片A2、A3(CA3140) 是一种精密运算放大器，在本电路中共同构成电压比较控制器，当超过预定载荷时， CW9561 实现声报警，报警灯H1 和H2 进行光报警。芯片5G-14433 和芯片5G-4511 实现载荷大小的适时显示。本电路可适时显示载荷值，任意设定报警值，自动声、光报警并可切断动力源，实现自动控制。

2 传感器的选择

电阻应变式压力传感器能够将爬架外部承受的载荷压力大小值转化为微机控制的电信号，可以满足超载控制系统的功能要求。电阻应变式压力传感器主要由电阻应变片、弹性体和检测电路组成。由于爬架的水平梁为钢结构，可以承受压力传感器所受的外力，并能产生一个高品质的应变场，故选择爬架的水平梁为弹性体，将压力传感器的贴片位置固定在水平梁架的中间位置，使粘贴在此区的电阻应变片能比较理想地完成电信号的转换任务。

检测电路的功能是把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出。因为惠斯登电桥具有很多优点，如可以抑制温度变化的影响，抑制侧向力干扰，可以比较方便的解决压力传感器的补偿问题等，所以采用全桥式等臂电桥检测电路，见图3。

图3 全桥式等臂电桥检测电路

这种压力传感器由应变电阻构成电桥回路，电桥回路有外加电压，当应变电阻受载荷作用就会产生变形，从而引起电阻变化，这样就会使电桥处于不均匀状态，就得到了与压力成正比的输出电压。当传感器受力时，应变片产生变形，其阻值发生变化，。其中，ΔR 为应变片的阻值变化；S 为传感器灵敏系数；R 为应变片的额定阻值； P 为传感器所受压力值。

在应变片桥臂加上电压Ei，将有电压Eo 输出，Eo=ΔR×Ei/ R=SEiP, 得到了与所受压力成正比的电压信号。此信号经A1(5G-7650) 用RC 型低通滤波器滤除干扰噪声后放大到VF1, 送往比较器和A/D 转换器。若其放大倍数为k, 则VF1= kEo，VF1 最大值为2V。根据脚手架在工作时不同范围的载荷值（本方案中为108KN），选用量程不同的传感器，而传感器输出信号范围不变，均为0 － 20mv。图2 中，电位器RP1 是用于调满载输出，RP2 用于调零。

3 比较控制器及声光电路

比较控制器及声光电路是本电路中较为关键的部分，它决定了报警和控制精度。两个运放A2、A3（CA3140）构成较高精度的电压比较器，其基准电压为VF2 和VF3，比较电压为A1 的输出VF1， 如图2 所示。通过调整图中RP3 的阻值，可设定A2 为110% 的电压比较器，A3 为90% 的电压比较器。KA1 为控制继电器，有两对常开触点(KA1-1、KA1-3) 和两对常闭触点(KA1-2、KA1-4)。H1（黄灯）和H2（红灯）均为报警灯，其中H1 为预报警灯。CW9561 为声音集成块，通过控制触点KA1-4 的通断来改变芯片1 脚和2 脚的接法，从而改变发出的声音（预报警声和报警声）。该电路的工作原理如下：

当脚手架的工作荷载小于设计值的90％时，传感器信号经A1 放大送往比较控制器，此时VF1 小于VF2 和VF3，A2、A3 呈正饱和，输出高电平，VT5、VT6 均截止，脚手架工作正常。

当脚手架的工作荷载达到并超过设计值的90％时，传感器信号经A1 放大送往比较控制器，此时VF1 大于VF3，由于正反馈， A3 迅速达到负饱和，输出低电平，VT5 导通，黄灯亮，喇叭发出预报报警声。