CN101792089A - 起重机失控保护开关装置及相关控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种起重机失控保护开关装置，包括超速度模块、超加速度模块和开关输出模块，超速度模块和超加速度模块分别与开关输出模块相连，超速度模块用于测量起吊物的速度并分析速度是否超过预先设定的速度设定值，超加速度模块用于测量起吊物的加速度并分析加速度是否超过预先设定的加速度设定值，如果速度超过速度设定值和/或加速度超过加速度设定值，开关输出模块启动进行报警。还提供了相关的控制方法。本发明的起重机失控保护开关装置设计巧妙、结构简单、成本低、经济实用、响应快、安全可靠，能够有效地防止起重机失控，对于其它起重机类型如斜拉式皮带机和输送机的位能负载移动也同样有效，适于大规模推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及位能负载移动的安全保护开关装置技术领域，特别涉及起重机安全保护开关装置技术领域，具体是指一种起重机失控保护开关装置及相关控制方法。
背景技术
在日常工业生产和人们生活中，利用机械设备移动大型物体和散货是非常常见的运动控制，如何有效地保护移动物体防止出现可能的失控故障，特别是对于移动有位能的物体，如电梯、起重机、斜拉式皮带机和输送机等，由于失控可能出现下滑现象，使物体在下滑过程中不断加速并积聚大量的动量，从而很难制动导致严重的碰撞事故。
当前起重系统的转轴测量装置只有角速度测量装置，和由此发展的角超速开关。其作用是在起重系统的转轴转速过高时向制动装置发出报警信号，然后制动装置开始工作。
但是在位能系统失控故障后，重物失控下坠，重物开始带动系统转轴转动；在故障前期，重物虽然有极高的下降加速度，系统转轴也有极高的转动角加速度，但此时重物下降速度并不高，系统转轴转速也不高，因此超速开关并不能识别出故障已经发生；因此，对于这类问题，超速开关响应慢，等到其检测到起重系统的转轴转速过高向制动装置发出报警信号时，此时起重系统所提升的重物的运动速度极高，制动力矩和能量都很大(动能是与速度平方成正比的)，制动装置往往超负载工作而易损坏和失效，有的系统由于结构的限制，其制动装置只能制动静态负载，而对于大冲击的动态负载机构本身无法满足，这时就会导致重大事故，机毁人亡。因此当前的起重系统，特别是重型起重系统，单靠超速开关的安全保护装置是有缺陷的。它本身从原理来讲也不是真正意义上的起重物失控状态的传感器。
从上面的描述可以看出，对于物体移动进行安全保护，其婉转地的系统状态描述是物体移动的速度和加速度，两者是独立的、不可替代的物理状态，必须通过对这两个状态的同时测量和分析，才能够准确地分析移动的位能物体，特别是在起重机中是否出现失控状态。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种起重机失控保护开关装置及相关控制方法，该起重机失控保护开关装置设计巧妙、结构简单、成本低、经济实用、响应快、安全可靠，能够有效地防止起重机失控，对于其它起重机类型如斜拉式皮带机和输送机的位能负载移动也同样有效，适于大规模推广应用。
为了实现上述目的，在本发明的第一方面，提供了一种起重机失控保护开关装置，其特点是，包括超速度模块、超加速度模块和开关输出模块，所述超速度模块和所述超加速度模块分别与所述开关输出模块相连，所述超速度模块用于测量起吊物的速度并分析所述速度是否超过预先设定的速度设定值，所述超加速度模块用于测量所述起吊物的加速度并分析所述加速度是否超过预先设定的加速度设定值，如果所述速度超过所述速度设定值和/或所述加速度超过所述加速度设定值，所述开关输出模块启动进行报警。
较佳地，所述起吊物的位移通过旋转式机械结构转变成角位移经主轴转动传入，所述超速度模块和所述超加速度模块分别与所述主轴相连，所述超速度模块通过对所述主轴转动的测量分析得到所述速度是否超过所述速度设定值，所述超加速度模块通过对所述主轴转动的测量分析得到所述加速度是否超过所述加速度设定值。
更佳地，所述超速度模块和所述超加速度模块分别与所述主轴对接式轴连接或套筒式轴连接，或者所述超速度模块和所述超加速度模块分别通过齿轮或链条与所述主轴相连。
在本发明的第二方面，提供了一种上述的起重机失控保护开关装置的控制方法，其特点是，所述控制方法包括以下步骤：
(1)初始化所述起重机失控保护开关装置，设定速度设定值和加速度设定值；
(2)通过所述超速度模块测量所述起吊物的速度并分析所述速度是否超过所述速度设定值；通过所述超加速度模块测量所述起吊物的加速度并分析所述加速度是否超过所述加速度设定值；
(3)如果所述速度超过所述速度设定值和/或所述加速度超过所述加速度设定值，所述开关输出模块启动进行报警。
较佳地，在所述步骤(3)之后，所述控制方法还包括步骤(4)：如果所述速度不超过所述速度设定值和所述加速度不超过所述加速度设定值，进行所述步骤(2)。
较佳地，在所述步骤(2)中，所述起吊物的位移通过旋转式机械结构转变成角位移经主轴转动传入，所述超速度模块和所述超加速度模块分别与所述主轴相连，所述超速度模块通过对所述主轴转动的测量分析得到所述速度是否超过所述速度设定值，所述超加速度模块通过对所述主轴转动的测量分析得到所述加速度是否超过所述加速度设定值。
更佳地，所述超速度模块和所述超加速度模块分别与所述主轴对接式轴连接或套筒式轴连接，或者所述超速度模块和所述超加速度模块分别通过齿轮或链条与所述主轴相连。
较佳地，所述控制方法通过软件方法、硬件方法或物理方法实现。
更佳地，所述物理方法为光、机械、电和/或磁方法。
本发明的有益效果具体如下：
1、本发明综合考虑移动物体(即起吊物)的速度和加速度，并且构成一个完整的移动物体的状态进行判断，设计巧妙、经济实用，结构简单，成本也很低，安全可靠，适用范围广泛，特别是对起重机的失控保护非常有效，对于其它起重机类型的位能负载移动，如斜拉式皮带机和输送机也同样有效。
2、本发明的超速度模块和超加速度模块，两者互补成为一个整体达到对起吊物失控状态的完整检测，两者不可割裂，不可互换，不可替代，当起吊物的速度超过速度设定值和/或加速度超过加速度设定值，开关输出模块启动输出开关信号进行报警，响应快、安全可靠，适于大规模推广应用。
3、本发明的起重机失控保护开关装置是一个独立装置，即可以不通过其它外部设备或控制器就可以给出安全保护开关信号，作为一个安全保护开关这一点是至关重要的，可以独立于其它外部设备或控制器工作，安全可靠。
附图说明
图1为本发明的起重机失控保护开关装置的一具体实施例的功能结构示意图。
图2为本发明的起重机失控保护开关装置的控制方法的一具体实施例的流程示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。
请参见图1所示，本发明的起重机失控保护开关装置6包括超速度模块3、超加速度模块4和开关输出模块5，所述超速度模块3和所述超加速度模块4分别与所述开关输出模块5相连，所述超速度模块3用于测量起吊物1的速度并分析所述速度是否超过预先设定的速度设定值，所述超加速度模块4用于测量所述起吊物1的加速度并分析所述加速度是否超过预先设定的加速度设定值，如果所述速度超过所述速度设定值和/或所述加速度超过所述加速度设定值，所述开关输出模块5启动进行报警。
较佳地，所述起吊物1的位移通过旋转式机械结构2转变成角位移经主轴(未标出)转动传入，所述超速度模块3和所述超加速度模块4分别与所述主轴相连，所述超速度模块3通过对所述主轴转动的测量分析得到所述速度是否超过所述速度设定值，所述超加速度模块4通过对所述主轴转动的测量分析得到所述加速度是否超过所述加速度设定值。
所述超速度模块3和所述超加速度模块4与所述主轴的连接方式可以采用任何合适的连接方式。所述超速度模块3和所述超加速度模块4与所述主轴可以是对接式轴连接，也可以是套筒式轴连接，还可以是齿轮或链条等其它方式连接。在本发明的具体实施例中，所述超速度模块3和所述超加速度模块4分别与所述主轴对接式轴连接。
上述的起重机失控保护开关装置6的控制方法包括以下步骤：
(1)初始化所述起重机失控保护开关装置6，设定速度设定值和加速度设定值；
(2)通过所述超速度模块3对所述主轴转动的测量分析得到所述速度是否超过所述速度设定值，通过所述超加速度模块4对所述主轴转动的测量分析得到所述加速度是否超过所述加速度设定值；
(3)如果所述速度超过所述速度设定值和/或所述加速度超过所述加速度设定值，所述开关输出模块5启动进行报警；
(4)如果所述速度不超过所述速度设定值和所述加速度不超过所述加速度设定值，进行所述步骤(2)。
上述步骤(1)设定的速度设定值和加速度设定值分别为起吊物1的最大速度和最大加速度，一旦起吊物1的速度超过最大速度和/或加速度超过最大加速度，表明起吊物1失控，开关输出模块5启动输出开关信号进行报警。
上述控制方法中(2)中超速度模块3的工作和超加速度模块4的工作不分先后，但每次对起重机失控的判断时必须保证两个状态作为一个整体同时满足要求；另外，上述控制方法的实现可以是通过软件方法，也可以是硬件方法，以及其它物理方法，如光、机、电、磁等物理方法。
本发明的起重机失控保护开关装置6的实现可以有多种形式，举例如下：
1)可以采用全机械式，如利用被测物体(如起吊物1)移动通过旋转式机械结构2带动测量模块(如所述超速度模块3和所述超加速度模块4)中的转动部分旋转，由于有速度或/和加速度发生，对于测量模块中一个有惯量和转动惯量的旋转物体，速度正比于离心力、加速度正比于扭力，因此速度或/和加速度可以通过测量力来获取；由于有力发生，对于一个弹性物体，力正比于位移，因此力可以通过测量位移来获取。设定的速度设定值或/和加速度设定值在这个系统中也可以对应于一个给定的位移距离，在这个距离上设置一个机械开关，当速度或/和加速度引起的位移达到给定的代表速度设定值或加速度设定值时触发机械开关，并输出开关信号，从而实现机械式起重机失控保护开关装置功能。
2)也可以采用光电或电磁式，被测物体(如起吊物1)移动通过旋转式机械结构2带动测量模块(如所述超速度模块3和所述超加速度模块4)中的转动部分旋转，由于转动部分在旋转时与相对的固定部分发生相互的位移，通过安装在它们上面的电磁或光电等方式的测量装置可以容易地转换成与位移角度成正比的正弦信号变化或脉冲个数，因此位移的速度可以通过计算单位时间内位移引起的正弦信号变化或脉冲个数来获取；而位移的加速度可以通过计算单位时间内速度的变化来获取。由于上述的正弦信号变化或脉冲量本身就是以数字的电信号，设定的速度或/和加速度极限值也可以对应于一个给定的数字电信号量，通过与给定的数字电信号量进行比较，数字的电信号可以触发电或机械开关，从而实现光电或电磁式起重机失控保护开关装置功能。
3)还可以是机械和光电磁混合式，被测物体(如起吊物1)移动通过旋转式机械结构2带动测量模块(如所述超速度模块3和所述超加速度模块4)中的转动部分旋转，由于有速度或/和加速度发生，对于测量模块中一个有惯量和转动惯量的旋转物体，速度正比于离心力、加速度正比于力，因此速度或/和加速度可以通过测量力来获取；由于有力发生，对于一个弹性物体，力正比于位移，因此力可以通过测量位移来获取。对于力或位移通过安装在它们上面的光、电、磁等方式的测量装置可以容易地得到与速度或/和加速度信号成正比的模拟或数字电信号，设定的速度或/和加速度极限值也可以对应于一个给定的模拟或数字电信号量，通过与给定的电信号量进行比较，触发电或机械开关，从而实现混合式旋转起重机失控保护开关装置功能。
本发明的起重机失控保护开关装置6对于移动有位能的物体如起吊物1进行速度和加速度的安全监测，起吊物1的位移通过旋转式机械结构2转变成角位移经主轴转动传入，本发明的起重机失控保护开关装置6的超速度模块3和超加速度模块4分别与主轴相连，超速度模块3和超加速度模块4，两者互补成为一个整体达到对起吊物1失控状态的完整检测，当被测物体如起吊物1的速度超过速度设定值和/或加速度超过加速度设定值，开关输出模块5启动输出开关信号进行报警。因此，超速度模块3和超加速度模块4两个模块都需要利用到旋转物体的信息，如位置、速度、力等信号，它们可以在性能、体积、机械结构等方面进行共享，形成一体式的起重机失控保护开关装置6，但其包含了独立的超速开关和超加速开关的功能，并且根据需要可以单独使用。
本发明的起重机失控保护开关装置6是一个独立装置，即可以不通过其它外部设备或控制器就可以给出安全保护开关信号，作为一个安全保护开关这一点是至关重要的，可以独立于其它外部设备或控制器工作，因此该保护开关装置6也可以对其它外部设备或控制器失误引起的起重机的失控进行有效避免。
综上，本发明的起重机失控保护开关装置设计巧妙、结构简单、成本低、经济实用、响应快、安全可靠，能够有效地防止起重机失控，对于其它起重机类型如斜拉式皮带机和输送机的位能负载移动也同样有效，适于大规模推广应用。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以做出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
Claims (9)
1.一种起重机失控保护开关装置，其特征在于，包括超速度模块、超加速度模块和开关输出模块，所述超速度模块和所述超加速度模块分别与所述开关输出模块相连，所述超速度模块用于测量起吊物的速度并分析所述速度是否超过预先设定的速度设定值，所述超加速度模块用于测量所述起吊物的加速度并分析所述加速度是否超过预先设定的加速度设定值，如果所述速度超过所述速度设定值和/或所述加速度超过所述加速度设定值，所述开关输出模块启动进行报警。
2.根据权利要求1所述的起重机失控保护开关装置，其特征在于，所述起吊物的位移通过旋转式机械结构转变成角位移经主轴转动传入，所述超速度模块和所述超加速度模块分别与所述主轴相连，所述超速度模块通过对所述主轴转动的测量分析得到所述速度是否超过所述速度设定值，所述超加速度模块通过对所述主轴转动的测量分析得到所述加速度是否超过所述加速度设定值。
3.根据权利要求2所述的起重机失控保护开关装置，其特征在于，所述超速度模块和所述超加速度模块分别与所述主轴对接式轴连接或套筒式轴连接，或者所述超速度模块和所述超加速度模块分别通过齿轮或链条与所述主轴相连。
4.一种根据权利要求1所述的起重机失控保护开关装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：
(1)初始化所述起重机失控保护开关装置，设定速度设定值和加速度设定值；
(2)通过所述超速度模块测量所述起吊物的速度并分析所述速度是否超过所述速度设定值；通过所述超加速度模块测量所述起吊物的加速度并分析所述加速度是否超过所述加速度设定值；
(3)如果所述速度超过所述速度设定值和/或所述加速度超过所述加速度设定值，所述开关输出模块启动进行报警。
5.根据权利要求4所述的起重机失控保护开关装置的控制方法，其特征在于，在所述步骤(3)之后，所述控制方法还包括步骤(4)：如果所述速度不超过所述速度设定值和所述加速度不超过所述加速度设定值，进行所述步骤(2)。
6.根据权利要求4所述的起重机失控保护开关装置的控制方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，所述起吊物的位移通过旋转式机械结构转变成角位移经主轴转动传入，所述超速度模块和所述超加速度模块分别与所述主轴相连，所述超速度模块通过对所述主轴转动的测量分析得到所述速度是否超过所述速度设定值，所述超加速度模块通过对所述主轴转动的测量分析得到所述加速度是否超过所述加速度设定值。
7.根据权利要求6所述的起重机失控保护开关装置的控制方法，其特征在于，所述超速度模块和所述超加速度模块分别与所述主轴对接式轴连接或套筒式轴连接，或者所述超速度模块和所述超加速度模块分别通过齿轮或链条与所述主轴相连。
8.根据权利要求4所述的起重机失控保护开关装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法通过软件方法、硬件方法或物理方法实现。
9.根据权利要求8所述的起重机失控保护开关装置的控制方法，其特征在于，所述物理方法为光、机械、电和/或磁方法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20100804 |