CN102923573A - 起重机起升机构下降制动距离在线检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种起重机起升机构下降制动距离的在线检测装置及方法。在线检测装置包括起重机运行工况信号检测部分1和测量记录部分2，运行工况信号检测部分1包括编码器、制动器失电检测单元4、起升方向检测单元5；测量记录部分2包括控制器10、信号接口单元9、显示和操作单元11和数据存储单元12；编码器是增量编码器3，或绝对值编码器13。制动距离在线检测方法是测量记录部分2实时监测起升机构下降制动过程，获得下降制动距离数据，计算下降制动距离。测量记录部分2实时测量和记录每次制动距离测算结果，当制动距离接近或超过规定值时发出预警信号，提示制动性能劣化，通过制动性能曲线观察制动性能变化趋势，有助于早期发现制动机构故障，避免因制动性能劣化引发的事故，做到早期预报，有效保障起重机械运行安全。

Description

起重机起升机构下降制动距离在线检测装置及方法

技术领域

本发明涉及特种设备安全检测技术领域，特别涉及一种起重机起升机构下降制动距离的在线检测装置及方法。

背景技术

起重机起升机构下降制动距离是衡量起重机械安全性能的一项重要指标，长期以来，对该指标的检测都是在对起重机作定期性能检测时进行，由于检测周期间隔时间较长，其间因制动性能的劣化导致下滑量的超标不能及时发现和预报，严重威胁起重机械的安全运行。

目前对起重机下降制动距离的检测主要包括目测和专用仪器法，专利申请号200710173656.3、200720077662.4提供了一种起重机起升机构下降制动距离检测装置和方法，这些检测手段和方法仅适用于起重机生产厂出厂产品的制动性能检测，或者是在用起重机的年度检验时对制动下滑量进行检测的场合，均无法做到对该指标的长期连续监测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于位移量测量和起升机构运行状态实时监测的起重机起升机构制动距离在线检测装置及方法，为评估起升机构的制动性能提供依据，实现制动性能劣化自动预报。

本发明通过下述技术方案实现：采用旋转增量编码器或绝对值编码器直接测量起升机构位移量，为了保证测量精度，一般采用以下方式安装编码器。

1）配用拉线装置的编码器，编码器固定在小车上，在吊具上安装耳环用于连接钢丝拉线，直接测量吊具的位移量。

2）编码器直接安装在卷筒轴端，通过测量卷筒的旋转弧度换算吊具的直线位移量。

起重机起升机构下降制动距离在线检测装置，包括起重机运行工况信号检测部分和测量记录部分，起重机运行工况信号检测部分包括编码器、制动器失电检测单元、起升方向检测单元；测量记录部分包括控制器、信号接口单元、显示和操作单元和数据存储单元；测量记录部分包括编码器信号输入通道、开关量输入通道和模拟量输入通道，分别接入编码器信号、起升机构运行方向信号、制动器动作状态信号；起升方向检测单元的起升方向信号通过信号接口单元与控制器连接；信号接口单元以串行或并行数据传输的方式与控制器进行数据交换。

上述测量记录部分具有数据显示和记录功能，能显示和保存制动距离的测量结果，保存的数据可用于制动性能变化趋势分析，帮助用户早期发现制动设备故障隐患。

制动器动作状态信号通过制动器失电检测单元检测，为了保证测量精度，该检测单元必须具有即时响应特性，不能有延迟或滞后。

采用增量编码器时，通过采集下降制动过程累计脉冲数计算制动距离，制动距离计算方法如下：

S=Ps*C                          （1）

Ps：制动过程累计脉冲数

C：结构系数，当采用配用拉线装置的编码器安装方式时，与拉线装置鼓轮直径和编码器分辨率相关；当编码器安装在卷筒轴端时，与编码器分辨率、卷筒直径、钢丝绳直径、绳槽深度、滑轮组倍率相关。

采用绝对值编码器时，通过采集编码器在下降制动过程开始和结束时的位置值计算制动距离，制动距离计算方法如下：

S=∣P1-P2∣*C                   （2）

P1：制动过程开始时编码器的位置值

P2：制动过程结束时编码器的位置值

C：结构系数，当采用配用拉线装置的编码器安装方式时，与拉线装置鼓轮直径和编码器分辨率相关；当编码器安装在卷筒轴端时，与编码器分辨率、卷筒直径、钢丝绳直径、绳槽深度、滑轮组倍率相关。

依据国家标准相关规定，确定下滑超标判断基准值，获取制动距离S后，可对起升机构的制动性能进行判断。《GB6067.1-2010 起重机械安全规程 第1部分：总则》4.2.6.3规定：对于钓钩起重机，起吊物下降制动的制动距离是控制器在下降速度最低档稳定运行，拉回零位后，从制动器断电至物品停止时的下滑距离，起吊物下降制动的制动距离不应大于1 min内稳定起升距离的1/65，据此

设：   最低档稳定起升运行1min的距离为Sn

则：   下滑超标判断基准值为Sn/65。

考虑到载荷与下降制动距离的相关性，载荷为L时的标准制动距离按下式计算：

Sa=So+（Sn/65-So）L/Ln          （3）

 其中

So：空载制动距离,在空载状态下实测获取

Ln：额定载荷

定义标称制动距离比：

Rs=S/Sa                                                 （4）

Rs的意义在于：Rs反映了起升机构下降制动性能，当起升机构下降制动距离满足标准要求时，Rs总是小于1。据此可以判断起升机构制动性能，当Rs接近于1时，发制动性能劣化预警信号；当Rs >1时，发制动性能劣化报警信号。

按时间顺序将Rs通过二维坐标系表示，获得制动性能曲线：Rs -t，该曲线反映了制动性能的变化趋势。

本发明的有益效果：1、本发明是一种在线检测装置及方法，测量、记录和分析均在起重机日常运行过程中进行；2、测量记录部分实时测量和记录每次制动距离测算结果，当制动距离接近或超过规定值时发出预警信号，提示制动性能劣化；3、通过制动性能曲线观察制动性能变化趋势，有助于早期发现制动机构故障，避免因制动性能劣化引发的事故。本发明对制动距离的实时监测和制动性能变化趋势的在线分析可以及时发现制动下滑超标，做到早期预报，有效保障起重机械运行安全。

附图说明

图1是采用增量编码器的起重机起升机构下降制动距离在线检测装置结构图。

图2是采用绝对值编码器的起重机起升机构下降制动距离在线检测装置结构图。

图3是采用增量编码器结构的一组实测数据显示图。

图4是采用绝对值编码器结构的一组实测数据显示图。

图5是制动性能曲线示意图。

图6是反映制动性能改进前后状况的制动性能曲线图。

图中1. 起重机运行工况信号检测部分；2. 测量记录部分；3. 增量编码器；4. 制动器失电检测单元；5. 起升方向检测单元；6. 方向脉冲检出单元；7、8. 具有计数始能控制端的正反向计数单元；9. 信号接口单元；10. 控制器；11. 显示和操作单元；12. 数据存储单元；13. 绝对值编码器；14.编码器接口单元。

具体实施方式

实施方案一采用增量编码器3检测位移量，增量编码器3安装在卷筒轴端。

图1是采用增量编码器3的起重机起升机构下降制动距离在线检测装置结构图，包括起重机运行工况信号检测部分1和测量记录部分2。

起重机运行工况信号检测部分1包括增量编码器3、制动器失电检测单元4和起升方向检测单元5。

测量记录部分2包括控制器10、方向脉冲检出单元6、具有计数始能控制端的正反向计数单元7、8、信号接口单元9、显示和操作单元11和数据存储单元12。

增量编码器3正交方波脉冲A、B接入方向脉冲检出单元6；制动器失电检测单元4提供计数使能/禁止信号，接入正反向计数单元7、8；起升方向检测单元5的起升方向信号通过信号接口单元9与控制器10连接。

控制器10是一种工业控制计算机系统；信号接口单元9以串行或并行数据传输方式与控制器10进行数据交换。

数据存储单元11有足够的数据存储容量用于连续记录和长期保存制动距离测量数据。

显示和操作单元12用于装置的运行参数设置，测量数据显示等人机交互操作。

检测方法如下：

定义：正向/反向脉冲分别为下降/上升计数脉冲。

当系统检测到起升机构处于下降运行状态时，启动制动距离检测程序，实时监测制动器失电状态信号，此时下降计数器7和上升计数器8初始值分别为Na1和Nb1；

当制动器处于得电打开状态时，制动器失电检测单元4输出计数禁止信号，两个计数通道均被禁止计数操作，计数器初始值保持为Na1和Nb1。

当起升机构下降过程结束时，下降制动过程启动，制动器失电，测量和记录装置检测到制动器处于失电制动状态，两个计数通道均被允许计数操作，对下降和上升方向脉冲计数，制动过程完成后,下降和上升计数器当前值分别为Na2和Nb2，下降制动位移量对应的脉冲数：

Ps=（Na2-Na1）-（Nb2-Nb1）      （5）

采用上述计数和计算方法，可消除单一方向计数因制动过程可能产生的卷筒来回摆动所引起的测量误差。

制动距离（制动下滑量）：

S=Ps*C

其中

 

同时，按式（3）计算标准制动距离Sa；

按式（4）计算标称制动距离比Rs，判断制动性能；

上述测量计算结果保存至存储单元11。

图3是该实施方案的一组实测数据，图3中列出了系统的机械结构参数及一段时间内每次下降制动过程的相关数据，包括：下降制动位移量对应的脉冲数Ps、制动距离S、标称制动距离比Rs，这些数据以及标称制动距离比Rs依时间顺序描绘出图5的制动性能曲线均在显示和操作单元12显示。

当采用配用拉线装置的增量编码器时，编码器固定在小车上，在吊具上安装耳环用于连接钢丝拉线，直接测量吊具的位移量，C的计算方法如下：

。

 实施方案二采用绝对值编码器13检测位移量，绝对值编码器13安装在卷筒轴端。

图2是采用绝对值编码器13的起重机起升机构下降制动距离在线检测装置结构图，包括起重机运行工况信号检测部分1和测量记录部分2。

起重机运行工况信号检测部分1包括绝对值编码器13、制动器失电检测单元4和起升方向检测单元5。

绝对值编码器13的特点是不要计数器，在转轴的任意位置都可读出一个固定的与位置相对应的数字码。实际应用时宜选用多圈型编码器，其允许旋转圈数应不小于起升机构运行全程对应的卷筒旋转圈数。

测量记录部分2包括控制器10、绝对值编码器接口单元13、信号接口单元9、显示和操作单元11和数据存储单元12。

控制器10通过编码器接口单元14读取编码器位置值，编码器接口单元14要根据绝对值编码器13的位置信号传输方式（SSI或并行数据）和编码方式（格雷码或二进制码等）选配。

起升方向检测单元5的起升方向信号通过信号接口单元9与控制器10连接。

控制器10是一种工业控制计算机系统；信号接口单元9以串行或并行数据传输方式与控制器10进行数据交换。 

数据存储单元12有足够的数据存储容量用于连续记录和长期保存制动距离测量数据。

显示和操作单元11用于装置的运行参数设置，测量数据显示等人机交互操作。

检测方法如下：

当系统检测到起升机构处于下降运行状态时的制动器失电状态信号时，控制器读取并保存当前时刻编码器位置值P1，延时数秒确定起升机构稳定停止后再读取编码器位置值P2。

制动距离（制动下滑量）：

S=∣P1-P2∣*C

     其中

 

同时，按式（3）计算标准制动距离Sa；

按式（4）计算标称制动距离比Rs，判断制动性能；

上述测量计算结果保存至数据存储单元11。

图4是该实施方案的一组实测数据，图中列出了系统的机械结构参数及一段时间内每次下降制动过程的相关数据，包括：下降制动位移量对应的位置变化值∣P1-P2∣、制动距离S、标称制动距离比Rs。

根据图3的Rs列数据描绘的制动性能曲线见图6，曲线显示了该起升机构制动性能劣化及改善后的状况。

图3中前半部分（顺序号1~22）显示制动性能的Rs值已经非常接近或大于1，提示该起升机构的制动性能已严重劣化，需停机检查和排除制动机构故障隐患；图3中后半部分（顺序号23~42）是在上述故障隐患检查排除后，起重机恢复运行测得的数据，图3中显示Rs在0.6附近波动，制动性能明显改善，下降制动距离已经满足标准规定。

当采用配用拉线装置的绝对值编码器时，编码器固定在小车上，在吊具上安装耳环用于连接钢丝拉线，直接测量吊具的位移量，C的计算方法如下：

 

。

Claims (8)

1.起重机起升机构下降制动距离在线检测装置，包括起重机运行工况信号检测部分（1）和测量记录部分（2），其特征是起重机运行工况信号检测部分（1）包括编码器、制动器失电检测单元（4）、起升方向检测单元（5）；测量记录部分（2）包括控制器（10）、信号接口单元（9）、显示和操作单元（11）和数据存储单元（12）；测量记录部分（2）包括编码器信号输入通道、开关量输入通道和模拟量输入通道，分别接入编码器信号、起升机构运行方向信号、制动器动作状态信号；起升方向检测单元（5）的起升方向信号通过信号接口单元（9）与控制器（10）连接；信号接口单元（9）以串行或并行数据传输的方式与控制器进行数据交换。

2.如权利要求1所述的起重机起升机构下降制动距离在线检测装置，其特征是编码器安装在起重机的卷筒轴端，或者编码器配用拉线装置，编码器固定在小车上，在吊具上安装耳环用于连接钢丝拉线。

3.如权利要求1所述的起重机起升机构下降制动距离在线检测装置，其特征是编码器是增量编码器（3），增量编码器（3）正交方波脉冲接入方向脉冲检出单元（6）、方向脉冲检出单元（6）接入正反向计数单元（7、8）与控制器（10）连接；制动器失电检测单元（4）接入正反向计数单元（7、8）与控制器（10）连接。

4.如权利要求1所述的起重机起升机构下降制动距离在线检测装置，其特征是编码器是绝对值编码器（13），绝对值编码器（13）接入绝对值编码器接口单元（14）与控制器（10）连接，制动器失电检测单元（4）接入信号接口单元（9）与控制器（10）连接。

5.采用如权利要求1、2和3所述的检测装置的起重机起升机构下降制动距离在线检测方法，其特征是测量记录部分（2）实时监测起升机构下降制动过程，获得下降制动距离数据，下降制动距离的计算方法是S=Ps*C

其中：

Ps：制动过程累计脉冲数

C：结构系数。

6. 采用如权利要求1、2和4所述的检测装置的起重机起升机构下降制动距离在线检测方法，其特征是测量记录部分（2）实时监测起升机构下降制动过程，获得下降制动距离数据，下降制动距离的计算方法是S=∣P1-P2∣*C

其中：

P1：制动过程开始时编码器的位置值

P2：制动过程结束时编码器的位置值

C：结构系数。

7.如权利要求5所述的起重机起升机构下降制动距离在线检测方法，其特征是编码器安装在起重机的卷筒轴端时，结构系数C的计算方法是：

；

编码器配用拉线装置时，结构系数C的计算方法是：

。

8.如权利要求6所述的起重机起升机构下降制动距离在线检测方法，其特征是编码器安装在起重机的卷筒轴端时，结构系数C的计算方法是：

；

编码器配用拉线装置时，结构系数C的计算方法是：

。

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