CN102070091A - 卷扬机 - Google Patents

Abstract

本发明提供具备高精度地推测卷扬机的寿命的功能的卷扬机。该卷扬机具备感应电动机，利用感应电动机进行安装有起重机吊钩的钢索的卷扬动作和降下动作，该卷扬机的特征在于，包括：用于获得作用在上述感应电动机上的由上述起重机吊钩吊起的吊荷的荷重信息的荷重信息取得单元；记录每种上述吊荷的荷重的运转时间的运转时间记录单元；根据每种上述吊荷的荷重的运转时间推测寿命的寿命推测单元；和输出每种上述吊荷的荷重的运转时间及所推测的寿命的输出单元。

Description

卷扬机

技术领域

本发明涉及一种具备推测寿命的功能的卷扬机。

背景技术

作为推测提升机等卷扬机的寿命的方法，利用总运转时间和所搬运的每种吊荷的质量即每种荷重的运转时间来进行推测。对于运转时间来说，存在通过计数器等装置进行计测的方法，对于荷重而言，存在通过测定钢索的伸长来获得荷重信息的方法。(例如，参照专利文献1)

由于利用提升机等卷扬机进行货物的搬运中荷重会发生变化，所以在推测每种荷重的寿命时，有时由使用者主观判断每种荷重的运转时间，推测卷扬机的寿命。

另外，作为保存每种荷重的运转次数以推测寿命的方法，也存在使用当电流值成为一定值时使触点开闭的记录继电器和计数器的方法(例如，参照专利文献2)。

在现有的荷重计或通过测定钢索的伸长来获得荷重信息的方法中，需要使用本来没有必要在卷扬装置中使用的特别的装置，浪费成本。

在每种荷重的寿命推测中，若使用上述的使用者的主观方法，则不能高精度地推测卷扬机的寿命，或者在寿命的推测中耗费时间。

另外，根据在专利文献2中公开的技术，既不能利用记录继电器和计数器保存每种荷重的运转次数以推测寿命，也不能利用运转次数来高精度地推测提升机等卷扬机的寿命，由于没有表示作为用于推测寿命的明确的判断值，所以在推测寿命中仍然会耗费时间。

专利文献1：日本公开昭58-220085号公报

专利文献2：专利第2623774号公报

发明内容

本发明的目的在于，提供一种能够高精度地获得荷重信息并高精度地推测卷扬机的寿命的装置。

为了解决上述课题，例如，本发明提供具备感应电动机的卷扬机，其利用感应电动机进行安装有起重机吊钩的钢索的卷扬动作和降下动作，该卷扬机的特征在于，包括：用于获得作用在上述感应电动机上的由上述起重机吊钩吊起的吊荷的荷重信息的荷重信息取得单元；记录每种上述吊荷的荷重的运转时间的运转时间记录单元；根据每种上述吊荷的荷重的运转时间推测寿命的寿命推测单元；和输出每种上述吊荷的荷重的运转时间及所推测的寿命的输出单元。

根据本发明，能够高精度地推测卷扬机的寿命。

附图说明

图1是表示变频(inverter)式起重装置的整体结构的立体图。

图2是表示变频式起重装置的控制结构的框图。

图3是表示卷扬变频器装置的结构的框图。

图4是表示变频式起重装置的卷扬动作及再生驱动信号的定时的时序图。

图5是每种荷重的运转时间的记录例。

图6是用于计算在寿命推测中所必需的荷重谱系数(spectrum coefficient)的图。

图7是根据荷重谱系数决定期待寿命的图。

附图标记说明：

1变频式起重装置

2起重机吊钩

3钢索

4卷扬感应电动机

5卷扬用装置

6横行感应电动机

7横行用装置

8横行用梁架

9走行感应电动机

10走行用装置

11走行用梁架

12卷扬·横行用变频器装置

13卷扬·横行变频器控制部

14输入装置

15卷扬用变频器

16横行用变频器

17感应电动机用制动器

18走行用变频器装置

19走行变频器控制部

20走行用变频器

21整流部

22整流电容器

23驱动元件部

24再生能量处理部

25再生驱动开关

26再生电阻

27电压监测部

28卷筒

具体实施方式

下面，参照图1～图7对本发明的最佳实施方式进行说明。首先通过图1、图2对变频式起重装置1的整体构成和动作进行说明。

在变频式起重装置1中，为了通过利用钢索3来进行卷绕从而使安装于起重机吊钩2的货物在Z、-Z方向卷扬降下，具有装备有卷扬感应电动机4的卷扬用装置5，且具有用于使该货物在X、-X方向移动的装备有横行感应电动机6的横行用装置7和横行用梁架8，为了使该货物在Y、-Y方向移动，将装备有走行感应电动机9的走行用装置10与移动用梁架11组合。

对于卷扬感应电动机4和横行感应电动机6来说，收容于卷扬·横行用变频器装置12中的图2的卷扬·横行变频器控制部13，通过读入来自输入装置14的指示并输出信号来控制卷扬用变频器15和横行用变频器16，从卷扬用变频器15和横行用变频器16将需要的频率、电压施加于卷扬感应电动机4和横行感应电动机6，并立即对感应电动机用制动器17解除控制，由此，使安装于起重机吊钩2的货物不会落下地在Z、-Z方向移动。在横行用装置7的情况下，使卷扬用装置5沿横行用梁架8在X、-X方向移动。

同样，对于安装于走行用装置10的走行感应电动机9来说，通过由收容于走行用变频器装置18的图2的走行变频器控制部19读入来自输入装置14的指示并输出信号，从而控制走行用变频器20，从走行用变频器20将需要的频率、电压施加于走行感应电动机9，并立即对感应电动机用制动器17解除控制，由此，使卷扬用装置5沿走行用梁架11在Y、-Y方向移动。

使用图3、图4对变频式起重装置1的卷扬用变频器15的结构及动作进行说明。

卷扬用变频器15包含：将主电源三相交流转换为直流的整流部21和整流电容器22、进行频率转换的驱动元件部23和将再生能量以热能消耗的再生能量处理部24、再生能量处理部24内的再生驱动开关25和再生电阻26、读取直流母线间电压V_DC的变化的电压监测部27。

根据来自输入装置14的操作信号，卷扬·横行变频器控制部13对驱动元件部23输出变频器驱动控制信号，对卷扬感应电动机4施加必需的频率、电压，使卷绕有钢索2的卷筒28旋转从而使货物移动。在进行降下或卷扬减速时，卷扬感应电动机4成为发电机，产生再生能量并作为电荷储蓄于整流电容器22，直流母线间电压V_DC上升。若这样置之不理，则整流电容器22上会被施加过电压，卷扬用变频器15会发生破损，所以电压监测部27对卷扬·横行变频器控制部13输出监视直流母线间电压V_DC而得的电压监测信号。

卷扬·横行变频器控制部13对电压监测信号进行监视，在上升至再生驱动电压的情况下，输出驱动再生驱动开关25的再生驱动信号，利用再生电阻26进行电力消耗，使直流母线间电压V_DC降低。然后，在电压监测信号降低到再生驱动电压以下时切断再生驱动信号。切断后，如果再次产生再生能量，则直流母线间电压V_DC上升。

由于产生再生能量的降下和卷扬减速为连续动作，所以再生驱动信号反复输出·切断。即，如图4所示，再生驱动信号成为每周期Δ小时的脉冲信号的反复。

对于判别荷重的方法，不能够根据受卷扬用装置5的个体差及电源的电压变动的影响的、产生有偏差的电流来判断荷重，而是根据不受卷扬用装置5的个体差及电源的电压变动的影响的、不产生偏差的再生驱动信号即再生电阻26的通电率对荷重进行判断。在此，由于卷扬减速时再生能量的产生很微小，因此能够忽略。

下面对根据再生电阻26的通电率来判断荷重的原理进行说明。如图3所示，在质量M[kg]在降下方向(铅垂方向)移动h[m]时，下式所示的势能得到再生。

【式1】

再生能量E_T＝M·g·h  [J]

g：重力加速度[m/s²]

所产生的再生能量E_T[J]，由包含机械损耗在内的卷扬感应电动机4的效率损耗E_M[J]、驱动元件部23的热损耗E_I[J]、再生电阻26的热消耗E_R[J]和整流电容器22的电阻成分的热损耗E_C[J]所消耗，故而得到下式。

【式2】

E_T＝E_M+E_I+E_R+E_C  [J]

包含机械损耗在内的卷扬感应电动机4的效率损耗E_M[J]能够通过下式求得。

【式3】

E_M＝[β·T_BR·ω+γ·T_BR·ω]·t_u[J]

在此，T_BR＝r·F_BR

β：电动机损耗

γ：机械损耗率

T_BR：制动转矩[N·m]

F_BR：产生制动力[N]

ω：卷扬感应电动机角频率[rad/s]

t_u：卷扬感应电动机通电时间[s]

r：卷筒半径[m]

驱动元件部23的热损耗E_I[J]能够由下式求得。

【式4】

$E_I=[V_{\mathrm{CE}1}\·I_C+{\∫}_0^{t_u}{V}_{\mathrm{CE}1}\left(t\right)\·I_C\left(t\right)\·{\mathrm{SW}}_C\mathrm{dt}]\·t_u+$

$[V_{\mathrm{CE}2}\·I_{\mathrm{BR}}+{\∫}_0^{t_u}{V}_{\mathrm{CE}2}\left(t\right)\·I_{\mathrm{BR}}\left(t\right)\·{\mathrm{SW}}_{\mathrm{BR}}\mathrm{dt}]\·t_u\left[J\right]$

V_CE1：驱动元件的CE电压[V]

V_CE2：再生电阻驱动元件的CE电压[V]

I_C：卷扬感应电动机驱动电流[A]

I_BR：再生电阻通电电流[A]

SW_C：驱动元件部的转换频率[Hz]

在令图2的每1周期Δ的消耗电力为PΔ的情况下，再生电阻26的热消耗E_R[J]通过下式求得。

【式5】

$E_R={\∫}_0^{t_u}{P}_{\mathrm{\Δ}}\mathrm{dt}=\frac{{\left(V_{\mathrm{BR}}\right)}^2}{R_{\mathrm{BR}}}\·D\·t_u\left[j\right]$

$P_{\mathrm{\Δ}}=\frac{{\left(V_{\mathrm{BR}}\right)}^2}{R_{\mathrm{BR}}}\·D$

D：再生电阻通电率[％]＝(σ/Δ)·100

R_BR：再生电阻电阻值[Ω]

V_BR：再生驱动电压[V]

整流电容器22的电阻成分的热损耗E_C[J]能够由下式求得，但因为很微小所以计算上可以忽略。

【式6】

E_C＝I²·R_C    [J]

I：波形电流[A]

R_C：正切部分的电阻值[Ω]

在(式2)中代入(式1)、(式5)，并且由于(式2)的E_C很微小故而作为0，如下式所示以质量M展开。

【式7】

在此，通过使

h[m]/t_u[s]＝V_RH[m/s]   P_M：卷扬感应电动机的效率损耗[W]

E_M[J]/t_u[s]＝P_M[W]     P_I：驱动元件的热损耗[W]

E_I[J]/t_u[s]＝P_I[W]     V_RH：降下速度[m/s]，

能够得到下式。

【式8】

$M=\frac{1}{g\·V_{\mathrm{RH}}}\·[\frac{{\left(V_{\mathrm{BR}}\right)}^2\·D}{R_{\mathrm{BR}}}+P_M+P_I]\left[\mathrm{kg}\right]$

(式8)的P_M、P_I、R_BR、V_BR、g在事先获得值。另外，因为V_RH、D由卷扬·横行变频器控制部21读取，所以能够判断质量M即荷重。例如，g＝9.80[m/s²]、V_RH＝0.1[m/s]、V_RB＝700[V]、R_BR＝20[Ω]、D＝40[％]、P_M＝4700[W]、P_I＝300[W]时的荷重能够判断为15.1[t]。

如上所述，能够不受卷扬用装置5的个体差及电源的电压变动影响地高精度地获得荷重信息。

另外，由于没有使用特别的装置，所以能够实现成本的降低。

而且，不只是荷重，只要事先存在例如卷扬感应电动机的效率损耗P_M以外的数据，则就能够通过测定再生电阻通电率D和降下速度V_RH来测定卷扬感应电动机的效率损耗P_M。

另外，在控制基板131中，为了判断荷重，也能够对卷扬感应电动机4的电流值进行检测，根据检测到的电流间接地推定荷重。在此，为了根据电流值推定荷重，只要事先测定每种荷重的电流值并将该值作为荷重推定的参数即可。

接着，对运转时间的测定和寿命推测进行说明。运转时间由卷扬·横行变频器控制部13所具备的控制基板131进行测定。控制基板例如存在按每2ms或10ms执行的程序区域，所以在该区域内进行运转时间的计数。在此，若采用通过程序测定运转时间的方法，可能会因其它程序的影响而不能进行正确的时间测定。因此，通过将事先由程序测定的时间和实际上由时钟等测定的时间的差作为修正系数添加到由程序测定的时间上，能够进行高精度的时间测定。

控制基板131测定运转时间的定时，是从卷扬·横行变频器控制部13对感应电动机用制动器17解除控制时起到进行施以制动的控制的时间。

由于为了推测寿命需要每种荷重的运转时间，所以通过上述方法求得荷重并将每种荷重的运转时间按照图5所示的方式进行记录。例如在能够吊起的荷重(额定荷重)为2t的情况下，按每0.1t分割为20份，记录各分区的运转时间。

作为进行记录的单元，保存在搭载于位于卷扬·横行变频器控制部21中的CPU的主存储器中。另外，也可以保存在硬盘或软盘(注册商标)等外部储存装置中。

使用图5、图6、图7对推测寿命的方法进行说明。图6是ISO标准的荷重谱模型(spectrum model)图。根据该图计算用于推测寿命所必需的荷重谱系数，根据同样为ISO标准的图7所示的表来决定期待寿命时间。

【式9】

$\mathrm{Km}=\frac{t_1}{t_T}{\left(\frac{P_1}{P_{\max }}\right)}^3+\frac{t_2}{t_T}\·{\left(\frac{P_2}{p_{\max }}\right)}^3+\frac{t_3}{t_T}\·{\left(\frac{P_3}{P_{\max }}\right)}^3\·\·\·\frac{t_n}{t_T}\·{\left(\frac{P_n}{P_{\max }}\right)}^3$

Km＝荷重谱系数

P_max＝额定荷重

P₁～P_n将额定荷重按规定的范围进行划分

t₁～t_n＝荷重P₁～P_n的各运转时间

t_T＝总运转时间

例如，若如图5所示进行测定，则根据图6能够计算出荷重谱系数Km。

【式10】

$\mathrm{Km}=0.1\·{\left(\frac{1.0}{2.0}\right)}^3+0.2\·{\left(\frac{1.5}{2.0}\right)}^3+0.4\·{\left(\frac{1.8}{2.0}\right)}^3+0.3\·{\left(\frac{2.0}{2.0}\right)}^3\≈0.688$

通过使Km的值与图7的公称荷重谱系数中的最接近的值中较高的值对应，能够判别荷重的状态，因此可知在计算出的Km≈0.688的情况下，荷重的状态对应为“重”。例如若将等级设定为M5，则通过荷重的状态读取总运转时间为3200小时。由于测定的总运转时间为5000小时，所以超过了图7的3200小时。因此，由于超出期待寿命时间，所以使卷扬·横行变频器控制部21输出警报。

警报的输出单元，通常由搭载于卷扬·横行变频器控制部13的数字显示器显示。另外，也可以使用LED等灯。进而，不只是警报，若将图5的信息用搭载于卷扬·横行变频器控制部13的数字显示器加以显示，也会对检查时提供帮助。

如上，由于长期保存总运转时间和搬运的每种荷重的运转时间，因此能够高精度地推测寿命。

另外，由于显示了明确的寿命推测值，所以不依赖于使用者的主观意见，能够实现寿命管理的效率化。

另外，由于没有使用特别的装置，所以能够实现成本的降低。

Claims (8)

1.一种卷扬机，具备：

变频器控制部；

由所述变频器控制部控制的卷扬用变频器部；和

由所述卷扬用变频器部驱动，进行安装有起重机吊钩的钢索的卷扬动作和降下动作的卷扬感应电动机，

该卷扬机的特征在于，

所述卷扬用变频器部包括：

进行频率变换的驱动元件部；

再生驱动开关；

再生电阻；和

检测直流母线间电压VDC的电压监测部，

所述变频器控制部根据所述再生电阻的通电率计算荷重。

2.如权利要求1所述的卷扬机，其特征在于：

所述变频器控制部，在所述电压监测部检测出的所述直流母线间电压VDC为规定值以上的情况下，驱动所述再生驱动开关，使所述再生电阻通电。

3.一种卷扬机，用于进行卷扬和降下动作，该卷扬机具备感应电动机和钢索，该卷扬机的特征在于：

具备根据再生能量计算卷扬的负荷的荷重的单元。

4.一种具备感应电动机的卷扬机，其利用感应电动机进行安装有起重机吊钩的钢索的卷扬动作和降下动作，该卷扬机的特征在于，包括：

用于获得作用在所述感应电动机上的由所述起重机吊钩吊起的吊荷的荷重信息的荷重信息取得单元；

记录每种所述吊荷的荷重的运转时间的运转时间记录单元；

根据每种所述吊荷的荷重的运转时间推测寿命的寿命推测单元；和

输出每种所述吊荷的荷重的运转时间和所推测的寿命的输出单元。

5.如权利要求4所述的卷扬机，其特征在于：

所述荷重信息取得单元根据再生能量计算荷重。

6.如权利要求4所述的卷扬机，其特征在于：

所述荷重信息取得单元使用所述感应电动机的电流值计算荷重。

7.如权利要求4所述的卷扬机，其特征在于：

在所述运转时间记录单元中记录有每种吊荷的荷重的运转时间。

8.如权利要求4所述的卷扬机，其特征在于：

将额定荷重按规定的范围分区，运转时间按每个分区记录在所述运转时间记录单元中。

Images