CN101264851A - 起重机乱绳报警方法、装置及使用该装置的起重机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种起重机乱绳报警方法，包括以下步骤：S10、获取钢丝绳在卷扬处的速率V₁及钢丝绳在臂顶过线滑轮处的速率V₂；S20、判断V₁/V₂是否在乱绳区，同时，起重机非处于刚启动或刚停止状态且传感器非处于冲击状态；所述乱绳区的判断条件为以下两个条件之一：V₁/V₂≥2；或者，吊钩非处于跌落状态时V₁/V₂≤1.5；若是，进入S10步骤；若否，进入S30步骤；S30、发出起重机钢丝绳乱绳报警信号。本发明的方法，在钢丝绳乱绳初期即发出警报，避免钢丝绳进入乱绳中、后期，可有效消除钢丝绳乱绳的危害。在此基础上，本发明还公开一种起重机乱绳报警装置，以及一种使用该乱绳报警装置的起重机。

Description

起重机乱绳报警方法、装置及使用该装置的起重机

技术领域

本发明涉及提升机械领域，具体是一种起重机乱绳报警的方法、装置，其特别适于在汽车起重机中使用，本发明还涉及一种使用该乱绳报警装置的起重机。

背景技术

对于以绳索牵引物体升降的提升机械而言，乱绳是其经常发生的一种现象。这种乱绳现象的危害极大，不仅加快钢丝绳的磨损，减少钢丝绳的使用寿命，还存在因潜在断绳而造成重大安全事故的隐患。如何防止乱绳，特别是及时对乱绳进行报警，以减小乱绳现象的危害，一直是提升机械领域中迫切需要解决的一个问题。目前，防止乱绳的较成熟方案有两种，简述如下：

其一是增加排绳机构等机械装置的方式，主要应用于绞车、塔吊等领域。由于起重机与上述种类的机械存在结构上的重大差异，这种方式不便于在起重机上安装、维护，同时还增加起重机的整车成本。

其二是采用机械与电路装置相结合的方式，主要在矿井用提升机械中使用。通过一个接近的感应开关对钢丝绳的位置进行判断，发生乱绳(一般是由钢丝绳下垂引起)时，切断控制电路而实现限载、限速与乱绳报警要求；或者分别测量钢丝绳不同点的速率，以间接判断是否发生松绳，并进而采取必要的措施。由于起重机发生乱绳时钢丝绳的状况与矿井用提升机显著不同，这种方式难以在起重机上实现。

实际上，起重机乱绳发生的机理十分复杂，其不仅与卷扬提升机构本身的机械结构有关，也与钢丝绳绕入角度、钢丝绳的材质、钢丝绳的半径、编织方式等因素有关。因此，在解决起重机乱绳问题时，必须全面考虑上述多种因素，单从机械结构方面进行改进，其技术方案将异常复杂，甚至会难以实现其防止乱绳的意图。

目前，国内外的起重机都不具备乱绳报警功能，也未见该方面的有关文献资料。

发明内容

有鉴于此，本发明解决的技术问题在于，提供一种起重机乱绳报警方法，以及一种起重机乱绳报警装置，可以在乱绳初期进行报警，避免钢丝绳损坏，延长钢丝绳使用寿命，减少人工排绳劳动强度。在此基础上，本发明还提供一种使用该乱绳报警装置的起重机。

为解决以上技术问题，本发明提供的起重机乱绳报警方法，包括以下步骤：

S10、获取钢丝绳在卷扬处的速率V₁及钢丝绳在臂顶过线滑轮处的速率V₂；

S20、判断V₁/V₂是否在乱绳区，同时，起重机非处于刚启动或刚停止状态且传感器非处于冲击状态；所述乱绳区的判断条件为以下两个条件之一：V₁/V₂≥2；或者，吊钩非处于跌落状态时V₁/V₂≤1.5；

若是，进入S10步骤；

若否，进入S30步骤；

S30、发出起重机钢丝绳乱绳报警信号。

优选地，所述步骤S20根据修正乱绳区进行判断；所述修正乱绳区的判断条件为以下两个条件之一： $\underset{i=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{L}_i{\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_i=\mathrm{2,3,4,5},$ 并且 ${\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_1\≥2;$ 或者，吊钩非处于跌落状态时 ${\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_1\≤1.5;$ 其中， ${\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_i\∉A_K$ 时， $L_i{\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_i=1,$ 否则， $L_i{\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_i=0;$

为当前数据， $\left(\frac{V_1}{V_2}\right)i(i=2~5)$ 为当前数据之前的4个历史数据，A_K为设定第K种臂段、角度、倍率下起重机正常工作时

的范围。

优选地，所述步骤S20中：先判断是否满足， $\underset{i=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{L}_i{\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_i=\mathrm{2,3,4,5},$ 并且 ${\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_1\≥2;$ 后判断是否满足，吊钩非处于跌落状态时 ${\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_1\≤1.5.$

优选地，在步骤S10之前还包括初始化步骤S0，具体是：设置脉冲端口的步骤，用以确定计数方式；开启定时器的步骤，用以设定定时器的时长与间隔；设定判断范围的步骤，根据臂长、角度、倍率设定起重机正常工作时

的范围A_K。

优选地，所述步骤S0后还包括：判断定时输出控制量是否到时的步骤，如是，进入步骤S10。

优选地，定时输出控制量到时前，还包括以下步骤：分析起重机的状态；分析吊钩的状态；分析传感器的状态。

本发明提供的起重机乱绳报警装置，包括：

第一传感器，安装于起重机卷扬处，用于检测并输出钢丝绳在卷扬处的速率信号；

第二传感器，安装于起重机臂顶过线滑轮处，用于检测并输出钢丝绳在臂顶过线滑轮处的速率信号；

控制器，用于接收各种传感器输出的信号，并根据预定的控制策略进行逻辑判断，输出钢丝绳乱绳报警信号；所述控制器还存储各种与控制有关的数据；

终端设备，根据接收的钢丝绳乱绳报警信号发出警报；

当该装置启动时，所述控制器按照以下策略进行控制：根据所述第一传感器、第二传感器输出的速率信号，计算钢丝绳在卷扬处的速率V₁及钢丝绳在臂顶过线滑轮处的速率V₂；当V₁/V₂在乱绳区，同时，起重机非处于刚启动或刚停止状态且传感器非处于冲击状态时，发出乱绳报警信号；所述乱绳区的判断条件为以下两个条件之一：V₁/V₂≥2；或者，吊钩非处于跌落状态时V₁/V₂≤1.5。

优选地，所述乱绳区为修正的乱绳区，其判断条件为以下两个条件之一： $\underset{i=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{L}_i{\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_i=\mathrm{2,3,4,5},$ 并且 ${\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_1\≥2;$ 或者，吊钩非处于跌落状态时 ${\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_1\≤1.5;$ 其中， ${\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_i\∉A_K$ 时， $L_i{\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_i=1,$ 否则， $L_i{\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_i=0;$

为当前数据， $\left(\frac{V_1}{V_2}\right)i(i=2~5)$ 为当前数据之前的4个历史数据，A_K为设定第K种臂段、角度、倍率下起重机正常工作时

的范围。

优选地，所述第一传感器、第二传感器为电感式接近开关；所述第一传感器安装在卷扬的挡轮器上，所述第一传感器对准所述挡轮器边缘均匀焊接的感应铁帽；所述第二传感器安装在臂顶过线滑轮的滑轮转盘上，所述第二传感器对准所述滑轮转盘上均匀焊接的感应铁帽。

优选地，所述挡轮器边缘焊接的感应铁帽为8个；所述滑轮转盘上焊接的感应铁帽为4个。

优选地，所述第一传感器、第二传感器为速度传感器。

优选地，还包括5个定时器，用于向所述控制器输出定时控制量；设定所述每个定时器时长为3S，间隔为600ms。

优选地，所述控制器通过CAN2.0通讯端口向所述终端设备上传钢丝绳乱绳报警信息。

优选地，所述终端设备为力矩限制器的显示屏。

使用该乱绳报警装置的起重机，所述终端设备为起重机力矩限制器的显示屏，由所述控制器通过CAN2.0通讯端口上传钢丝绳乱绳报警信息。

优选地，采用5个定时器，用于向所述控制器输出定时控制量；设定所述定时器时长为3S，间隔为600ms。

本发明提供的起重机乱绳报警方法，可以成功地解决困扰整个行业的乱绳问题，其关键在于，通过分析起重机正常工作时钢丝绳在卷扬处速率与钢丝绳在臂顶滑轮处速率的比值范围，合理地确定钢丝绳进入乱绳区的临界点，从而在钢丝绳乱绳初期及时进行报警。具体是：实时获取钢丝绳在臂顶过线滑轮处速率与钢丝绳在卷扬处速率的比值；当钢丝绳在卷扬处速率与钢丝绳在臂顶滑轮处速率的比值范围，进入乱绳区时，判断起重机钢丝绳进入乱绳状态；从而，在乱绳刚发生时及时进行报警，提醒操作人员停止动作，避免乱绳进一步发展。由此，本发明提供的方法，在钢丝绳乱绳状态初期，即发出警报，由此避免乱绳进入中、后期状态，避免钢丝绳损坏，从而增加钢丝绳的使用寿命，为使用者节约费用。

本发明提供的起重机乱绳报警装置，在卷扬处及臂顶滑轮处分别安装传感器，用以测量钢丝绳在卷扬处及臂顶滑轮处的速率；将传感器输出信号引入起重机的控制器中，由控制器判断钢丝绳在卷扬处速率与钢丝绳在臂顶滑轮处速率的比值是否进入乱绳区；在进入乱绳区时，控制器输出报警信号，并上传到终端设备，由终端设备发出声、光等警报，从而实现在钢丝绳乱绳初期报警，避免发生中、后期的乱绳危害。

使用该乱绳报警装置的起重机，仅需安装两个传感器，而控制器及终端设备可利用起重机中的现有设备。因无需增加其他硬件，其结构简单，成本低廉，适用范围广泛。

附图说明

图1是本发明方法第一实施例的流程图；

图2是本发明方法第二实施例的流程图；

图3是本发明方法第三实施例的流程图；

图4是本发明装置的结构图；

图5是图4中传感器的安装位置示意图；

图6是图4中第一传感器在卷扬处的安装方式示意图；

图7是图4中第二传感器在臂顶滑轮处的安装方式示意图(正视)；

图8是图4中第二传感器在臂顶滑轮处的安装方式示意图(侧视)。

具体实施方式

本发明的基本构思是，研究钢丝绳乱绳的发生规律，确定钢丝绳进入乱绳状态的判断条件；通过实时获取钢丝绳在卷扬处、臂顶滑轮处的速率，判断钢丝绳是否进入乱绳状态；一旦钢丝绳进入乱绳初期，立即发出乱绳警报，提醒操作人员停止动作，避免钢丝绳进入乱绳中、后期。

为了便于进行说明，下面对起重机乱绳发生的规律进行分析。

起重机钢丝绳发生乱绳时的状况与其他提升机构显著不同，一般可分为三个阶段：初期，中期和后期。在乱绳初期，钢丝绳一般表现为两种状况：其一，钢丝绳跳槽并直接缠绕在旁边一股的钢丝绳上，使得上面的钢丝绳局部挤压下面的钢丝绳，因受力不均而导致两者相互扎伤；其二，在吊物重量较小、卷扬放绳过快的情况下，缠绕的钢丝绳变松，缠绕半径变大，此时，如起重机继续起吊和放吊钩作业，将导致钢丝绳进入较为严重的中期乱绳状态。在乱绳中期，钢丝绳一般表现为：缠绕较松的钢丝绳在弯曲应力的作用下，在各圈钢丝绳里无规则跳动，最终在压绳器作用下被卡死；当最外层乱绳状况扩散到次外层的时，就进入乱绳最严重的后期。在乱绳后期，起重机基本无法正常作业，此时，钢丝绳已被散股或被折弯，甚至还会造成压绳器、卷扬挡轮器等部件损坏。

由此可见，在起重机乱绳的三个阶段中，对钢丝绳造成的损坏，以及恢复起重机正常工作状态所需的工作量完全不同：在乱绳初期，基本没有损坏，一般可通过吊钩的拉力进行自动恢复；在中、后期，往往对钢丝绳会造成严重损坏，甚至导致钢丝绳直接报废。如能在乱绳初期进行报警，并及时提醒操作人员采取必要的措施，如停止操作、手动排绳等，就可避免钢丝绳进入损坏严重的乱绳中、后期，从而消除乱绳的危害。

以上分析，也给出解决乱绳危害技术问题的启示，即：如在乱绳初期及时报警，提醒操作人员减慢或停止操作，就可避免更严重的乱绳状况发生，消除乱绳危害的问题就会迎刃而解。其关键在于，如何准确及时地捕捉到乱绳发生的临界点，即确定钢丝绳是否进入乱绳状态的判断条件，下面进一步进行分析：

通过对起重机提升机构结构的研究，及调试现场大量的实验观察，可以得知：起重机发生乱绳时，钢丝绳在卷扬处的速率V₁与钢丝绳在臂顶过线滑轮处的速率V₂存在较大的差异，通常是前者大于后者；这种差异与具体型号无关，而且在作业过程中得以保持甚至逐步加大。在起重机正常工作状态时，对应不同臂段、角度、倍率的各种条件下，测试出钢丝绳在卷扬处的速率V₁及钢丝绳在臂顶过线滑轮处的速率V₂，并得出其比值

在剔除个别随机数据的影响后，就可以确定起重机正常工作的范围，并进而得出钢丝绳是否进入乱绳状态的判断条件；根据上述判断条件，准确无误地甄别钢丝绳进入乱绳状态后，就可在乱绳初期发出警报，避免发生更严重的乱绳危害。

为获得钢丝绳在卷扬处的速率V₁及钢丝绳在臂顶过线滑轮处的速率V₂，通常在卷扬处及臂顶过线滑轮两处位置安装速率传感器。而且，为了保证数据的可靠性，至少应采集起重机钢丝绳在4倍率、8倍率、12倍率下的速率数据，其中，各个倍率下应分别对基本臂长、25米臂长、全伸臂长三个臂段，而每个臂段下又分别对大、中、小三种角度进行数据采集。通过大量采集钢丝绳在卷扬、臂顶过线滑轮两点处的速率数据，并深入分析

的分布规律后，就可以确定钢丝绳是否进入乱绳状态的判断条件。

当然，在确定以上基本判断条件后，还需采取多种方式进行验证：一、进行各个工况下的正常运行，确定是否误报；二，人为模拟各种乱绳状况，确定是否准确及时报警。此外，为进一步提高报警可靠性，减少误报率，还需对该判断条件进行修正。

请参见表1，该表列出的

数据，为52T某型起重机的部分实验数据，其具有典型性，可充分反应钢丝绳在正常状态时与乱绳状态时的运动规律。

表1  钢丝绳在卷扬处及臂顶过线滑轮处的速率比值(起吊高度25.4米)

由表1可以看出，一般地，在 $\frac{V_1}{V_2}\&GreaterEqual;2.5$ 时，极易发生乱绳现象；进一步的理论分析与实验表明，在满足 $2\&le;\frac{V_1}{V_2}<2.5,$ 或 $\frac{V_1}{V_2}\&le;1.5$ 时，也可能发生乱绳现象；而在满足 $1.5<\frac{V_1}{V_2}<2$ 时，不会发生乱绳现象；因此，可将钢丝绳是否进入乱绳状态的基本判断条件确定为 $\frac{V_1}{V_2}\text{\&GreaterEqual;2,}$ 或者，吊钩非处于跌落状态时， $\frac{V_1}{V_2}\&le;1.5.$

通过对大量的数据分析表明，按照 $\frac{V_1}{V_2}\&GreaterEqual;2,$ 或吊钩非处于跌落状态时 $\frac{V_1}{V_2}\&le;1.5$ 判断乱绳，可经受乱绳极限实验下的验证。特别地，经过修正后的判断条件，不但能准确及时地报警，还能够有效地防止误报，具体是，

$\underset{i=1}{\overset{5}{\mathrm{\&Sigma;}}}{L}_i{\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_i=\mathrm{2,3,4,5},$ 并且 ${\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_1\&GreaterEqual;2---\left(1\right)$

或者，吊钩非处于跌落状态时， ${\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_1\&le;1.5---\left(2\right)$

上式中，

分别表示

的当前数据及之前的4个历史数据的逻辑值，其中： ${\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_i\&NotElement;A_K$ 时， $L_i{\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_i=1;$ 否则， $L_i{\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_i=0.$ 式中，A_K为给定第K种臂段、角度、倍率下，起重机正常工作的

范围，其可通过有限的实验获得；一般地，A_K由厂商设定，使用者按照有关手册选定具体参数即可。

为方便起见，以下将满足 ${\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_1\&GreaterEqual;2,$ 或 ${\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_1\&le;1.5$ 判断条件的工作状态，称为乱绳区；将满足 $\underset{i=1}{\overset{5}{\mathrm{\&Sigma;}}}{L}_i{\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_i=\mathrm{2,3,4,5},$ 并且 ${\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_1\&GreaterEqual;2,$ 或者，吊钩非处于跌落状态时， ${\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_1\&le;1.5$ 判断条件的工作状态，称为修正乱绳区。

此外，根据上述乱绳区或修正乱绳区判断钢丝绳是否进入乱绳状态，还需排除一些异常状态，包括起重机处于跌落状态、起重机处于刚启动或停止状态、传感器处于冲击状态等，以防止乱绳误报。

以上对本发明的理论基础进行了阐述，下面结合附图与具体实施例对本明进行详细阐述。

请参考图1，该图为本发明方法第一实施例的流程图。本发明的方法，包括以下步骤：

110、根据定时控制量，获取钢丝绳在卷扬处的速率V₁及钢丝绳在臂顶过线滑轮处的速率V₂，用以计算其比值

120、判断起重机是否刚启动或刚停止，

若是，进入110步骤；

若否，进入130步骤。

起重机刚启动或刚停止状态，存在一定的冲击过载，此时，钢丝绳测得的速率不能真实反应钢丝绳的运动状况，将其剔除后，有利于乱绳报警的可靠。

130、判断钢丝绳在卷扬处速率V₁与钢丝绳在臂顶过线滑轮处速率V₂的比值是否进入乱绳区，即满足 $\frac{V_1}{V_2}\&GreaterEqual;2,$ 或者，吊钩非处于跌落状态，且 $\frac{V_1}{V_2}\&le;1.5;$

若否，进入110步骤；

若是，进入140步骤。

在吊钩处于跌落状态时，吊钩及吊物自重会影响钢丝绳的速率，从而对乱绳发生造成影响。剔除吊钩跌落状态，有利于保证乱绳报警的可靠性。

140、判断传感器是否处于冲击状态，

若是，进入110步骤；

若否，进入150步骤。

剔除传感器冲击状态，是因为传感器上电瞬间可能输出大的冲击信号，从而导致数据采集出错，并造成乱绳报警的误判。

需指出的是，上述120、130、140三个步骤并非必须依次执行；实际上，对三者任一组合方式的执行顺序，都可以实现本发明的目的；当然，若采用本实施例之外的执行顺序，对计算量的大小有一定的影响；因此，上述三个步骤具体采用哪一种执行顺序，可根据硬件配置情况进行选择。

150、发出起重机钢丝绳乱绳报警信号。

其中，乱绳报警信号可采取声、光等各类信号，一般地，其持续时间为3S以上，以提醒操作人员停止动作，避免乱绳进一步发生。按照上述方法，在钢丝绳乱绳状态初期，即发出警报，由此避免乱绳进入中、后期状态，避免钢丝绳损坏，从而增加钢丝绳的使用寿命，为使用者节约费用。

按照上述第一实施例，仅对V₁/V₂的当前数据进行判断，就可以解决起重机钢丝绳乱绳报警问题。但由于V₁/V₂的样本过小，在随机因素的影响下，偶尔也会出现误报。基于上述原因，通过增加V₁/V₂样本数量，可消除随机因素的影响，进一步解决乱绳误报问题。具体说明如下：

请参考图2，该图为本发明方法第二实施例的流程图。本发明的方法，包括以下步骤：

210、根据定时控制量，获取钢丝绳在卷扬处的速率V₁及钢丝绳在臂顶过线滑轮处的速率V₂，用以计算其比值

211、计算

的当前数据及之前的4个历史数据的逻辑值之和

其中， ${\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_i\&NotElement;A_K$ 时， $L_i{\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_i=1;$ 否则， $L_i{\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_i=0.$

式中，A_K为给定第K种臂段、角度、倍率下，起重机正常工作时的范围，其可通过有限的实验获得，其具体数据可在初始化时读取。

220、判断起重机是否刚启动或刚停止，

若是，进入210步骤；

若否，进入230步骤。

230、判断钢丝绳在卷扬处速率V₁与钢丝绳在臂顶过线滑轮处速率V₂的比值是否进入修正的乱绳区，也就是满足

的当前数据及之前的4个历史数据的逻辑值之和大于等于2，即 $\underset{i=1}{\overset{5}{\mathrm{\&Sigma;}}}{L}_i{\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_i=\mathrm{2,3,4,5},$ 并且 ${\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_1\&GreaterEqual;2,$ 或者，吊钩非处于跌落状态时，且 ${\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_1\&le;1.5;$

若否，进入110步骤；

若是，进入140步骤。

此步骤中，引入了5个数据，从而对乱绳区的判断条件进行了加严，主要目的是消除随机因素的影响，以防止乱绳误报。

240、判断传感器是否处于冲击状态，

若是，进入210步骤；

若否，进入250步骤。

250、发出起重机钢丝绳乱绳报警信号。

上述实施例中，需要对定时控制量等进行初始化，有关初始化的参数，可从外部单元获取，也可从内部控制器读取。同时，钢丝绳是否进入乱绳的判断条件的具体顺序，也可进行一定的组合。如下所述：

请参考图3，该图为本发明方法第三实施例的流程图。本发明的方法，还包括：

300、初始化步骤，具体是：301、设置脉冲端口，优选地采用低速计数方式；302、开启定时器，优选地采用5个定时器，每个定长3S，间隔600ms，相对1个定时器，可以提高定时精度，提高乱绳预报可靠性；303、设定判断范围，可根据臂长、角度、倍率设定较小的A_K范围，减少计算量。

304、定时输出控制量，决定本发明方法开始执行的时间。

308、判断定时器是否到时，若是，启动本发明报警程序。

优选地，在定时器到时前，执行以下三个步骤：305、分析起重机状态，起重机处于刚启动或刚停止时，予以排除；306、分析吊钩状态，通过吊钩拉力与自重的受力分析得出吊钩状态，吊钩处于跌落状态时，予以排除；307、分析传感器状态，传感器处于冲击时号，予以排除。

由此，排除起重机刚启动或刚停止状态、吊钩跌落状态、传感器冲击状态，剔出随机数据的影响，保证钢丝绳乱绳报警的可靠性。

以下310、311、320、330、340、350步骤分别与前述第二实施例中的210、211、220、230、240、250基本相同。其中，步骤330中包括以下具体步骤：

331、判断的当前数据及之前的4个历史数据的逻辑值是否大于或等于2，即 $\underset{i=1}{\overset{5}{\mathrm{\&Sigma;}}}{L}_i{\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_i=\mathrm{2,3,4,5},$ 以避免误报；

332、同时判断

是否超出乱绳区上界，即， ${\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_1\&GreaterEqual;2;$

或者，

333、判断

是否超出乱绳区值下界，即， ${\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_1\&le;1.5;$

334、同时判断吊钩是否处于跌落状态，以进行下一步的判断。

当然，先执行步骤331与步骤332，而后执行步骤333与步骤334，还是先执行步骤333与步骤334，而后执行步骤331与步骤332，对于判断结果没有影响。鉴于本实施例的其它步骤与上述第二实施例相同，在此不再赘述。

以上对本发明起重机乱绳报警的方法进行了详尽的说明，按照所上述方法，可相应地获得起重机乱绳报警的装置，具体说明如下：

请参考图4，该图是本发明装置的结构图，请同时参考图5，该图是图4中传感器的安装位置示意图。本发明的装置，包括：

第一传感器sensor1，安装于起重机卷扬1处，用于检测并输出钢丝绳在卷扬1处的速率信号；

第二传感器sensor2，安装于起重机臂顶过线滑轮2处，用于检测并输出钢丝绳在臂顶过线滑轮2处的速率信号；

控制器3，用于接收传感器各种传感器输出的信号，根据预定的控制策略进行逻辑判断，输出钢丝绳乱绳报警信号；所述控制器3还存储各种与控制有关的数据；

终端设备4，根据接收的报警信号发出警报；所述警报可为声、光等信号；

当该装置启动时，所述控制器3按照以下策略进行控制：不断获取钢丝绳在卷扬处的速率V₁及钢丝绳在臂顶过线滑轮处的速率V₂；当V₁/V₂在乱绳区，并且，起重机处于非刚启动或停止状态、传感器处于非冲击状态时，发出乱绳报警信号；所述乱绳区为钢丝绳在卷扬处速率V₁与钢丝绳在臂顶过线滑轮处速率V₂的比值V₁/V₂大于或等于2，或者，在非跌落状态时，钢丝绳在卷扬处速率V₁与钢丝绳在臂顶过线滑轮处速率V₂的比值小于或等于1.5。

上述装置，在进入乱绳区时，控制器3输出乱绳报警信号，终端设备4接收乱绳报警信号后发出警报，提醒操作人员及时采取措施，避免发生中后期的乱绳危害。

优选地，在控制器3与终端设备4之间采用CAN2.0通讯端口，控制器3内按照特定的算法进行两点速率判断，并把钢丝绳是否乱绳的状态信息上传到终端设备4。优选地，所述终端设备4为力矩限制器的显示屏，由于力矩限制器为17T以上起重机的必配设备，从而可以节省成本。一旦发生乱绳，控制器3能在乱绳初期发出乱绳报警信号，显示屏立刻在屏幕处显示警报信息，并且持续3秒以上，提醒操作人员及时采取必要的措施。

优选地，所述第一传感器sensor1、第二传感器sensor2均为电感式接近开关。例如选用P+F公司的NBN8-18GM50-E0三线制接近开关，其包括电源端VCC、地线端GND、信号端SIGNAL，可以方便地检测钢丝绳的速率。其感应信号端SIGNAL与控制器3相连，可方便地将检测信号引入控制器3中，由控制器3根据两点速率比值判断钢丝绳乱绳。

请参考图6，图6是图4中第一传感器在卷扬处的安装方式示意图。第一传感器sensor1安装在卷扬1处，其具体安装在卷扬的挡轮器5上。所述挡轮器5的边缘均匀焊接4个以上突出的感应铁帽(图6未示)，所述第一传感器sensor1对准所述感应铁帽，以方便对钢丝绳速率进行检测。安装感应铁帽时，应满足以下公式：

π*D/n＜l，

其中：π为圆周率3.14；D为卷扬直径；n为焊接点数；l为卷扬中心到回转中心距离。

一般地，增加感应铁帽的数量，有利于提高检测精度。但综合考虑到焊接成本、漏焊可能、最高转速约束等因素，在有限硬件条件下，优选地，安装8个感应铁帽。

请参考图7、图8，图7是图4中第二传感器在臂顶滑轮处的安装方式示意图(正视)，图8是图4中第二传感器在臂顶滑轮处的安装方式示意图(侧视)。第二传感器sensor2安装在臂顶过线滑轮2处。同样地，臂顶过线滑轮2的滑轮转盘7上均匀焊接突出的感应铁帽6，所述第二传感器sensor2对准所述感应铁帽6，以方便对钢丝绳的速率进行检测。因臂顶过线滑轮2的半径较小，此处感应铁帽的数量为4个。

需指出的是，本实施例中，第一传感器sensor1、第二传感器sensor2采用接近开关的方式，其对钢丝绳的速率采用间接测量得出。由于起重机的工况较多，卷扬1处和臂顶过线滑轮2处的钢丝绳速率变化十分复杂，短时间内钢丝绳震荡较大，这给基于电磁感应原理的接近开关造成很大的困难。有时，由于随机因素的影响，也有可能造成一定的误报，因此有必要对其控制策略进行一定的修正。

一种简便的方法是，控制器3根据

的当前数据及之前4个历史数据进行判断，从而对判断条件进行加严，以减少乱绳误报率。换言之，控制器3根据修正的乱绳区进行判断，具体条件是：

$\underset{i=1}{\overset{5}{\mathrm{\&Sigma;}}}{L}_i{\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_i=\mathrm{2,3,4,5},$ 并且 ${\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_1\&GreaterEqual;2,$ 或者，非跌落状态时， ${\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_1\&le;1.5.$ 式中，A_K为给定第K种臂段、角度、倍率下，起重机正常工作的

范围。一般地，A_K由厂商设定，使用者按照有关手册选定具体参数即可。

此外，为了对本发明的装置进行控制，还设置定时器，用于向控制器3输出定时控制量。在定时控制量到时，控制器3开始进行逻辑判断，在满足设定的判断条件时，发出乱绳报警信号。优选地，设置5个定时器，设定所述5个定时器时长为3S，间隔为600ms，以提高精度。

此外，作为本发明装置的一种改进形式，可以通过安装专门的速度传感器、角速度传感器等代替接近开关，但需要另增加专门的器件来获得传感器的信号和保证整个系统的可靠性。这在增加成本的同时，会给安装、维护代来一定的困难。

使用上述乱绳报警装置的起重机，仅需安装两个传感器，而控制器及终端设备可利用起重机中的现有设备。因无需增加其他硬件，其结构简单，成本低廉，适用范围广泛。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (16)

1、一种起重机乱绳报警方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10、获取钢丝绳在卷扬处的速率V₁及钢丝绳在臂顶过线滑轮处的速率V₂；

S20、判断V₁/V₂是否在乱绳区，同时，起重机非处于刚启动或刚停止状态且传感器非处于冲击状态；所述乱绳区的判断条件为以下两个条件之一：V₁/V₂≥2；或者，吊钩非处于跌落状态时V₁/V₂≤1.5；

若是，进入S10步骤；

若否，进入S30步骤；

S30、发出起重机钢丝绳乱绳报警信号。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S20根据修正乱绳区进行判断；所述修正乱绳区的判断条件为以下两个条件之一： $\underset{i=1}{\overset{5}{\mathrm{\&Sigma;}}}{L}_i{\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_i=\mathrm{2,3,4,5},$ 并且 ${\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_1\&GreaterEqual;2;$ 或者，吊钩非处于跌落状态时 ${\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_1\&le;1.5;$ 其中， ${\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_i\&NotElement;A_K$ 时， $L_i{\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_i=1,$ 否则， $L_i{\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_i=0;$

为当前数据， $\left(\frac{V_1}{V_2}\right)i(i=2~5)$ 为当前数据之前的4个历史数据，A_K为设定第K种臂段、角度、倍率下起重机正常工作时

的范围。

3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S20中：先判断是否满足， $\underset{i=1}{\overset{5}{\mathrm{\&Sigma;}}}{L}_i{\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_i=\mathrm{2,3,4,5},$ 并且 ${\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_1\&GreaterEqual;2;$ 后判断是否满足，吊钩非处于跌落状态时 ${\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_1\&le;1.5.$

4、如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，在步骤S10之前还包括初始化步骤S0，具体是：设置脉冲端口的步骤，用以确定计数方式；开启定时器的步骤，用以设定定时器的时长与间隔；设定判断范围的步骤，根据臂长、角度、倍率设定起重机正常工作时

的范围A_K。

5、如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤S0后还包括：判断定时输出控制量是否到时的步骤，如是，进入步骤S10。

6、如权利要求5所述的方法，其特征在于，定时输出控制量到时前，还包括以下步骤：分析起重机的状态；分析吊钩的状态；分析传感器的状态。

7、一种起重机乱绳报警装置，其特征在于，包括：

第一传感器，安装于起重机卷扬处，用于检测并输出钢丝绳在卷扬处的速率信号；

第二传感器，安装于起重机臂顶过线滑轮处，用于检测并输出钢丝绳在臂顶过线滑轮处的速率信号；

控制器，用于接收各种传感器输出的信号，并根据预定的控制策略进行逻辑判断，输出钢丝绳乱绳报警信号；所述控制器还存储各种与控制有关的数据；

终端设备，根据接收的钢丝绳乱绳报警信号发出警报；

当该装置启动时，所述控制器按照以下策略进行控制：根据所述第一传感器、第二传感器输出的速率信号，计算钢丝绳在卷扬处的速率V₁及钢丝绳在臂顶过线滑轮处的速率V₂；当V₁/V₂在乱绳区，同时，起重机非处于刚启动或刚停止状态且传感器非处于冲击状态时，发出乱绳报警信号；所述乱绳区的判断条件为以下两个条件之一：V₁/V₂≥2；或者，吊钩非处于跌落状态时V₁/V₂≤1.5。

8、如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述乱绳区为修正的乱绳区，其判断条件为以下两个条件之一： $\underset{i=1}{\overset{5}{\mathrm{\&Sigma;}}}{L}_i{\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_i=\mathrm{2,3,4,5},$ 并且 ${\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_1\&GreaterEqual;2;$ 或者，吊钩非处于跌落状态时 ${\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_1\&le;1.5;$ 其中， ${\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_i\&NotElement;A_K$ 时， $L_i{\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_i=1,$ 否则， $L_i{\left(\frac{V_1}{V_2}\right)}_i=0;$

为当前数据， $\left(\frac{V_1}{V_2}\right)i(i=2~5)$ 为当前数据之前的4个历史数据，A_K为设定第K种臂段、角度、倍率下起重机正常工作时

的范围。

9、如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一传感器、第二传感器为电感式接近开关；所述第一传感器安装在卷扬的挡轮器上，所述第一传感器对准所述挡轮器边缘均匀焊接的感应铁帽；所述第二传感器安装在臂顶过线滑轮的滑轮转盘上，所述第二传感器对准所述滑轮转盘上均匀焊接的感应铁帽。

10、如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述挡轮器边缘焊接的感应铁帽为8个；所述滑轮转盘上焊接的感应铁帽为4个。

11、如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第一传感器、第二传感器为速度传感器。

12、如权利要求7-11任一项所述的装置，其特征在于，还包括5个定时器，用于向所述控制器输出定时控制量；设定所述每个定时器时长为3S，间隔为600ms。

13、如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述控制器通过CAN2.0通讯端口向所述终端设备上传钢丝绳乱绳报警信息。

14、如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述终端设备为力矩限制器的显示屏。

15、使用如权利要求7-11任一项所述装置的起重机，其特征在于，所述终端设备为起重机力矩限制器的显示屏，由所述控制器通过CAN2.0通讯端口上传钢丝绳乱绳报警信息。

16、如权利要求15所述的起重机，其特征在于，采用5个定时器，用于向所述控制器输出定时控制量；设定所述定时器时长为3S，间隔为600ms。

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