一種起重機故障監控方法與流程
2023-06-11 07:28:51
本發明涉及起重機安全監控技術領域，尤其涉及一種適用於大型起重機的故障監控方法及裝置。
背景技術：
大型起重機屬於特種設備，主要用於吊運大型或重型物體。基於安全考慮，起重機上一般配置有過載保護、超速保護、溜鉤保護、限位保護等裝置，其提升機構上還配有工作制動器、應急制動器和安全制動器。但是，由於大型起重機的結構相對複雜，需要兼顧各方各面的安全防護，現有的安全監控及防護方案仍然不夠完善。例如，起重機可能會出現傳動鏈破損故障，所述傳動鏈破損故障是指(設於起重機的電機和捲筒之間的)電機軸、聯軸器、減速機、開式齒輪、捲筒軸等部位出現斷裂破碎等故障。此類故障容易引發事故並造成重大損失，但現有技術中並未採取有效的監控方案。此外，一般大型起重機的提升機構如圖1所示，主要包括電機1、減速箱2、捲筒3以及鉤頭(圖1未示出，捲筒3上繞有纜繩，鉤頭固定在纜繩上以掛載物體)，電機1的傳動經減速箱2減速後帶動捲筒3轉動，通過捲筒3的轉動帶動鉤頭的升降，以吊運物體。在出現故障時，提升機構有可能會出靜態反轉故障或動態反轉故障。其中，靜態反轉故障是指：在提升機構處於停機狀態時，一旦出現制動器抱閘故障或低速軸斷軸故障等情況，捲筒3及其纜繩將會出現鬆動，導致鉤頭向下產生位移這一現象；如果是在帶載情況下出現靜態反轉故障而又沒有及時採取措施，後果將會非常嚴重。動態反轉故障是指：在提升機構處於工作狀態時，一旦出現電機故障，力矩不足以克服載荷重量，導致鉤頭迅速下降；或者由於控制信號、控制電路出現故障，導致起重機實際運行方向同操作方向不一致的現象；這種現象同樣容易引發事故，造成重大損失。但是，現有技術對於靜態反轉故障或動態反轉故障同樣並未採取有效的監控方案。
技術實現要素：
本發明的一個目的在於，提出一種可監控傳動鏈破損故障的起重機故障監控方法，以解決現有技術中的安全監控及防護方案不夠完善的問題，減少起重機安全事故和損失。本發明提出的一種起重機故障監控方法，其包括傳動鏈破損故障監控方法，所述傳動鏈破損故障監控方法包括以下步驟：A1、分別採集起重機電機的轉速信號和捲筒的轉速信號，以確定電機轉速和捲筒轉速；A2、若所述電機轉速和捲筒轉速均不為零，則計算所述電機轉速和捲筒轉速的傳動比，並與傳動比預設值進行比較；A3、若所述傳動比超出傳動比預設值，則確定所述電機與捲筒之間出現傳動鏈破損故障。在本發明的進一步優選方案中，步驟A1中具體包括：A11、通過電機側脈衝編碼器採集電機在單位時間內觸發的脈衝數，以確定電機轉速；通過捲筒側脈衝編碼器採集捲筒在單位時間內觸發的脈衝數，以確定捲筒轉速。本發明的第二個目的是，進一步提出一種可監控靜態反轉故障的起重機故障監控方法，以進一步解決現有技術中的安全監控及防護方案不夠完善的問題，減少起重機安全事故和損失。本發明進一步提出的一種起重機故障監控方法，其還包括靜態反轉故障監控方法，所述靜態反轉故障監控方法包括以下步驟：B1、確定起重機提升機構處於停機狀態；B2、採集起重機捲筒的轉速信號和反轉角度信號，以分別確定捲筒轉速和反轉角度；B3、若所述捲筒轉速超過靜態轉速預設值或反轉角度超過靜態角度預設值，則確定出現靜態反轉故障。在本發明的進一步優選方案中，所述步驟B2具體包括：B21、通過捲筒側脈衝編碼器採集單位時間內所述捲筒觸發的脈衝數以及總脈衝數，分別確定捲筒轉速和反轉角度。5、根據權利要求4所述的起重機故障監控方法，其特徵在於，所述步驟B2中捲筒側脈衝編碼器在第一預設時間內對所述捲筒在單位時間內觸發的脈衝數以及總脈衝數進行持續採集；所述步驟B3具體包括：B31、若在所述第一預設時間內，採集到的捲筒在單位時間內觸發的脈衝數對應的捲筒轉速均超過靜態轉速預設值，則確定出現靜態反轉故障；或者，若在所述第一預設時間內，採集到的捲筒觸發的總脈衝數對應的反轉角度超過靜態角度預設值，則確定出現靜態反轉故障。本發明的第三個目的是，進一步提出一種可監控動態反轉故障的起重機故障監控方法，以進一步解決現有技術中的安全監控及防護方案不夠完善的問題，減少起重機安全事故和損失。本發明進一步提出的一種起重機故障監控方法，其還包括動態反轉故障監控方法，所述動態反轉故障監控方法包括以下步驟：C1、確定起重機提升機構處於運行狀態；C2、採集起重機捲筒的轉向信號，以確定捲筒轉向；C3、若所述捲筒轉向與操作指令方向相反，則採集起重機捲筒的反轉角度信號，以確定捲筒的反轉角度；C4、若反轉角度超過動態角度預設值，則確定出現動態反轉故障。在本發明的進一步優選方案中，所述步驟C2中通過捲筒側編碼器在第二預設時間內持續採集捲筒的轉向信號；在所述步驟C3中若所述第二預設時間內，捲筒轉向均與操作指令方向相反，則在步驟C4中確定出現動態反轉故障；在所述步驟C4中若在所述第二預設時間內，捲筒側編碼器採集到的捲筒觸發的總脈衝數對應的反轉角度超過動態角度預設值，則在步驟C4中確定出現動態反轉故障。此外，本發明還相應提出一種起重機故障監控裝置，其包括電機信號採集單元、捲筒信號採集單元、計算單元、以及判定單元；其中，所述電機信號採集單元，用於採集起重機電機的轉速信號，以確定電機轉速；所述捲筒信號採集單元，用於採集起重機捲筒的轉速信號，以確定捲筒轉速；所述計算單元，用於在所述電機轉速和捲筒轉速均不為零時，計算所述電機轉速和捲筒轉速的傳動比，並與傳動比預設值進行比較；所述判定單元，用於在所述傳動比超出傳動比預設值時，確定所述電機與捲筒之間出現傳動鏈破損故障。在本發明的進一步優選方案中，還包括運行狀態監控單元；所述運行狀態監控單元用於確定起重機提升機構處於停機狀態；所述捲筒信號採集單元，還用於採集起重機捲筒在靜態反轉中的轉速信號和反轉角度信號，以分別確定靜態反轉中的捲筒轉速和反轉角度；所述計算單元，還用於計算靜態反轉中捲筒轉速是否超過靜態轉速預設值，以及反轉角度是否超過靜態角度預設值；所述判定單元，還用於在靜態反轉中捲筒轉速超過靜態轉速預設值，或者反轉角度超過靜態角度預設值時，確定出現靜態反轉故障。在本發明的進一步優選方案中，所述運行狀態監控單元還用於確定起重機提升機構處於運行狀態；所述捲筒信號採集單元，還用於採集起重機捲筒在動態反轉中的轉向信號和反轉角度信號，以分別確定動態反轉中的捲筒轉向和反轉角度；所述計算單元，還用於在動態反轉中確定捲筒轉向與操作指令方向是否相反，以及計算反轉角度是否超過動態角度預設值；所述判定單元，還用於在動態反轉中捲筒轉向與操作指令方向相反，或並且反轉角度超過動態角度預設值時，確定出現動態反轉故障。本發明至少具有以下有益效果：1、可監控起重機的傳動鏈破損故障，解決了現有技術中的安全監控及防護方案不夠完善的問題，減少了起重機安全事故和損失；2、通過採集電機的轉速信號和捲筒的轉速信號，間接判斷傳動鏈破損故障，實現方便，可靠性高，且不需要花費過多人工和材料成本。3、在電機轉速和捲筒轉速均不為零(排除電機故障或捲筒故障)的情況下，通過計算電機轉速和捲筒轉速的傳動比，並與傳動比預設值進行比較以判斷傳動鏈破損故障，構思獨到，計算簡單，且判斷的可靠性進一步提高。4、進一步可監控起重機靜態反轉故障，通過採集起重機捲筒的轉速信號和反轉角度信號來判斷靜態反轉故障，整體可靠性與安全性進一步提高；5、進一步可監控起重機動態反轉故障，通過採集起重機捲筒的轉向信號和反轉角度信號來判斷動態反轉故障，整體可靠性與安全性再進一步提高。附圖說明圖1是現有技術起重機提升機構的結構示意圖。圖2是實施例一中傳動鏈破損故障監控方法的流程示意圖。圖3是實施例中安裝有脈衝編碼器的提升機構的結構示意圖。圖4是實施例二中靜態反轉故障監控方法的流程示意圖。圖5是實施例三中動態反轉故障監控方法的流程示意圖。圖6是實施例四中起重機故障監控裝置的功能化結構示意圖。圖7是實施例五中起重機故障監控裝置的功能化結構示意圖。圖1和圖3中：1-電機，2-減速箱，3-捲筒，4-電機側脈衝編碼器，5-捲筒側脈衝編碼器5。具體實施方式為了便於本領域技術人員理解，下面將結合附圖以及實施例對本發明進行進一步描述。實施例一請參閱圖2，實施例提出一種起重機故障監控方法，包括傳動鏈破損故障監控方法，所述傳動鏈破損故障監控方法主要包括以下步驟S100至S300：S100、分別採集起重機電機的轉速信號和捲筒的轉速信號，以確定電機轉速和捲筒轉速。在所述步驟S100中，採集電機的轉速信號和捲筒的轉速信號的方式可以是多種多樣，本實施例優選通過脈衝編碼器來採集。具體地，請參閱圖3(包括現有的電機1、減速箱2以及捲筒3等)，在現有的提升機構上分別安裝電機側脈衝編碼器4和捲筒側脈衝編碼器5，由此所述步驟S100可具體包括步驟S110：S110、通過電機側脈衝編碼器採集電機在單位時間內觸發的脈衝數，以確定電機轉速；通過捲筒側脈衝編碼器採集捲筒在單位時間內觸發的脈衝數，以確定捲筒轉速。S200、若所述電機轉速和捲筒轉速均不為零，則計算所述電機轉速和捲筒轉速的傳動比，並與傳動比預設值進行比較。若電機轉速或捲筒轉速有一者為零，則有可能是電機本身故障或捲筒本身故障，因此步驟S200中排除了電機轉速或捲筒轉速均為零的情況，以排除幹擾因素，提高可靠性。所述傳動比是指當前電機轉速與捲筒轉速的比值；所述傳動比預設值優選為電機與捲筒在正常狀態下固有傳動比值(因不同設備而異)的90％至110％；當然，設置為90％至110％是為防止後續步驟誤判，本實施例還可根據需要設置為其他合適的範圍。S300、若所述傳動比超出傳動比預設值，則確定所述電機與捲筒之間出現傳動鏈破損故障。在所述步驟S300中，由於排除了是電機本身故障或捲筒本身故障的可能，若所述傳動比超出傳動比預設值，則自然是電機與捲筒之間出現傳動鏈破損故障。在步驟S300中確定所述電機與捲筒之間出現傳動鏈破損故障，可進一步輸出控制信號，控制相關制動器進行制動，以確保載荷安全，避免事故發生，並減少損失。實施例二請參閱圖4，實施例二提出的一種起重機故障監控方法，在實施例一的基礎上，還包括靜態反轉故障監控方法，所述靜態反轉故障監控方法主要包括以下步驟M100至M300：M100、確定起重機提升機構處於停機狀態。所述步驟M100中，提升機構處於停機狀態包括斷電狀態，在提升機構處於停機狀態時可確定需要採取的是靜態反轉故障監控措施，以此作為執行後續步驟的依據。M200、採集起重機捲筒的轉速信號和反轉角度信號，以分別確定捲筒轉速和反轉角度。所述步驟M200中，採集捲筒的轉速信號和反轉角度信號的方式同樣可以是多種多樣，本實施例優選通過圖3所示的捲筒側脈衝編碼器來採集。由此所述步驟M200具體可包括步驟M210：M210、通過捲筒側脈衝編碼器採集單位時間內所述捲筒觸發的脈衝數以及總脈衝數，分別確定捲筒轉速和反轉角度。在步驟M210中根據單位時間內所述捲筒觸發的脈衝數可以得到捲筒轉速，根據採集到的總脈衝數可以確定捲筒的反轉角度。M300、若所述捲筒轉速超過靜態轉速預設值或反轉角度超過靜態角度預設值，則確定出現靜態反轉故障。在步驟M300中，靜態轉速預設值和靜態角度預設值可根據具體設備情況結合日常經驗進行設置，本實施例不做特別限制。此外，為了排除幹擾，提高可靠性，在上述步驟M200至M300中在第一預設時間內(例如1s-10s)，持續執行，以最終確定是否出現靜態反轉故障，具體如下：所述步驟M200中捲筒側脈衝編碼器在第一預設時間內對所述捲筒在單位時間內觸發的脈衝數進行持續採集；所述步驟M300具體包括：M310、若在所述第一預設時間內，採集到的捲筒在單位時間內觸發的脈衝數對應的捲筒轉速均超過靜態轉速預設值，則確定出現靜態反轉故障；或者，若在所述第一預設時間內，採集到的捲筒觸發的總脈衝數對應的反轉角度超過靜態角度預設值，則確定出現靜態反轉故障。在步驟M300(或M310)確定出現靜態反轉故障後，可進一步輸出控制信號，控制相關制動器進行制動，以確保載荷安全，避免事故發生，並減少損失。實施例三請參閱圖5，實施例三提出的一種起重機故障監控方法，在實施例一或實施例二的基礎上，還包括動態反轉故障監控方法，所述動態反轉故障監控方法主要包括以下步驟L100至L400：L100、確定起重機提升機構處於運行狀態。在步驟L100中提升機構處於運行狀態時可確定需要採取的是動態反轉故障監控措施，以此作為執行後續步驟的依據。L200、採集起重機捲筒的轉向信號，以確定捲筒轉向。所述步驟L200中採集捲筒的轉向信號的方式同樣可以是多種多樣，本實施例優選同樣通過圖3所示的捲筒側脈衝編碼器來採集。L300、若所述捲筒轉向與操作指令方向相反，則採集起重機捲筒的反轉角度信號，以確定捲筒的反轉角度。在步驟L300中，若所述捲筒轉向與操作指令方向相反才有必要採集起重機捲筒的反轉角度信號，否則便可確定不存在動態反轉故障；同時採集捲筒的反轉角度信號同樣可以通過圖3所示的捲筒側脈衝編碼器來執行。L400、若反轉角度超過動態角度預設值，則確定出現動態反轉故障。在步驟L400中，動態轉速預設值和動態角度預設值可根據具體設備情況結合日常經驗進行設置，本實施例不做特別限制。此外，為了排除幹擾，提高可靠性，在上述步驟L200至L400中在第二預設時間內(例如1s-10s)，持續執行，以最終確定是否出現動態反轉故障，具體如下：所述步驟L200中通過捲筒側編碼器在第二預設時間內持續採集捲筒的轉向信號；在所述步驟L300中若所述第二預設時間內，捲筒轉向均與操作指令方向相反，則在步驟L400中確定出現動態反轉故障；在所述步驟L400中若在所述第二預設時間內，捲筒側編碼器採集到的捲筒觸發的總脈衝數對應的反轉角度超過動態角度預設值，則在步驟L400中確定出現動態反轉故障。在步驟L400確定出現動態反轉故障時，可進一步輸出控制信號，控制相關制動器進行制動，以確保載荷安全，避免事故發生，並減少損失。實施例四請參閱圖6，實施例四提出的一種起重機故障監控裝置，與前述實施例一提出一種起重機故障監控方法相對應，其包括電機信號採集單元10、捲筒信號採集單元20、計算單元30、以及判定單元40，其中：所述電機信號採集單元10，用於採集起重機電機的轉速信號，以確定電機轉速。所述捲筒信號採集單元20，用於採集起重機捲筒的轉速信號，以確定捲筒轉速。所述計算單元30，用於在所述電機轉速和捲筒轉速均不為零時，計算所述電機轉速和捲筒轉速的傳動比，並與傳動比預設值進行比較。所述判定單元40，用於在所述傳動比超出傳動比預設值時，確定所述電機與捲筒之間出現傳動鏈破損故障。特別地，所述電機信號採集單元10和捲筒信號採集單元20具體均可指脈衝編碼器，分別設在電機側和捲筒側。實施例四的工作原理及有益效果與實施例一對應，這裡不再贅述。實施例五請參閱圖7，實施例五提出的一種起重機故障監控裝置，在實施例四的基礎上，還包括運行狀態監控單元50；所述運行狀態監控單元50用於確定起重機提升機構處於停機狀態.所述捲筒信號採集單元20，還用於採集起重機捲筒在靜態反轉中的轉速信號和反轉角度信號，以分別確定靜態反轉中的捲筒轉速和反轉角度。所述計算單元30，還用於計算靜態反轉中捲筒轉速是否超過靜態轉速預設值，以及反轉角度是否超過靜態角度預設值。所述判定單元40，還用於在靜態反轉中捲筒轉速超過靜態轉速預設值，或者反轉角度超過靜態角度預設值時，確定出現靜態反轉故障。實施例五的工作原理及有益效果與實施例二對應，這裡不再贅述。實施例六實施例六提出的一種起重機故障監控裝置，在實施例五的基礎上，做了進一步限定，具體如下：所述運行狀態監控單元50還用於確定起重機提升機構處於運行狀態.所述捲筒信號採集單元20，還用於採集起重機捲筒在動態反轉中的轉向信號和反轉角度信號，以分別確定動態反轉中的捲筒轉向和反轉角度。所述計算單元30，還用於在動態反轉中確定捲筒轉向與操作指令方向是否相反，以及計算反轉角度是否超過動態角度預設值。所述判定單元40，還用於在動態反轉中捲筒轉向與操作指令方向相反，或並且反轉角度超過動態角度預設值時，確定出現動態反轉故障。實施例六的工作原理及有益效果與實施例三對應，這裡不再贅述。以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。