CN103552946B - 卷扬钢丝绳安全放绳控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种卷扬钢丝绳安全放绳控制方法和控制系统，控制方法包括下述步骤：选定卷扬钢丝绳的标定位置，将钢丝绳实际置于该标定位置，记录该标定位置；并设定钢丝绳的放绳安全警戒位置；以标定位置为初始位置，并实时检测卷扬的转动圈数；根据初始位置和卷扬的转动圈数，实时获取卷扬钢丝绳当前所处的位置，当前所处位置为放绳安全警戒位置时，限制卷扬继续放绳。该控制系统和控制方法仅根据检测的卷扬转动圈数，即可获得钢丝绳处于放绳安全警戒位置的信息，从而及时地限制钢丝绳的继续放绳，防止钢丝绳过放的控制非常可靠。而且，标定位置可以任选，标定效率极高，能够适用于正常施工场地。

Description

卷扬钢丝绳安全放绳控制方法

技术领域

本发明涉及起重机卷扬技术领域，特别涉及一种卷扬钢丝绳安全放绳控制方法。

背景技术

卷扬为起重机的重要部件之一，卷扬控制钢丝绳的收放，从而提升或下落起吊的重物。

起重机控制系统的安全性至关重要，其中，卷扬钢丝绳过放是影响起重机安全可靠性的问题之一。过放即过度地放绳，在钢丝绳缠绕长度有限时，依然持续放绳，导致吊装事故。为此，目前国内外起重机卷扬均采用防止钢丝绳过放的保护装置。

凸轮机构三圈保护器为较为常用的一种防钢丝绳过放保护装置。凸轮机构安装于卷扬的一侧，凸轮机构具有从动齿轮，卷扬转动收放钢丝绳时会同时带动凸轮机构中的从动齿轮旋转。另外，还设置检测开关，从动齿轮旋转至设定位置时，凸轮机构即可触发检测开关。凸轮机构触发检测开关的位置，即对应于钢丝绳放至安全警戒位置，一般安全警戒位置设定为三圈，即绕绳余量为三圈。如此，当钢丝绳只剩下三圈时，从动齿轮恰好转动至设定位置，检测开关被触发而输出警戒信号，以限制卷扬继续放绳，从而提高安全系数。

然而，上述技术方案存在下述技术问题：

第一、凸轮机构的效用发挥依赖于机械接触，机械磨损很容易导致接触失效或是出现偏差，导致保护失效；

第二、触发位置不容易确定，且卷扬收绳时经常出现空转现象，钢丝绳长度未变，而凸轮机构的从动齿轮继续转动，则下次使用时，钢丝绳放绳至三圈时，从动齿轮尚未转动至设定位置，即三圈保护失效。因此，一旦出现这种情况就必须重新调整，而调试时，必须将钢丝绳不断放出直至三圈位置，这给调试和使用带来很大的不便，实际上，在正常的施工场地，也难以满足上述的调试过程。

第三、上述凸轮机构仅能够在钢丝绳处于三圈时进行放绳控制，对于钢丝绳的其他参数，例如出绳长度、绕绳余量等无法监测，难以满足精准控制的要求。

有鉴于此，如何提高卷扬过放控制的可靠性，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的为提供一种卷扬钢丝绳安全放绳控制方法和控制系统，该控制方法和控制系统能够可靠地控制卷扬过放，提高卷扬放绳的安全性。

本发明提供一种卷扬钢丝绳安全放绳控制方法，包括下述步骤：

选定卷扬钢丝绳的标定位置，将钢丝绳实际置于该标定位置，记录该标定位置；并设定钢丝绳的放绳安全警戒位置；

以标定位置为初始位置，并实时检测卷扬的转动圈数；

根据初始位置和卷扬的转动圈数，实时获取卷扬钢丝绳当前所处的位置，当前所处位置为放绳安全警戒位置时，限制卷扬继续放绳。

优选地，根据卷扬的具体类型，预存不同层数钢丝绳的缠绕半径，以及出绳长度和/或绕绳余量，据此获得标定位置处钢丝绳的出绳长度和/或绕绳余量，以便根据缠绕半径、转动圈数获取当前的出绳长度和/或绕绳余量。

优选地，钢丝绳不同层数的缠绕半径按照下述步骤获取：

获取不同层数钢丝绳的理论缠绕半径，以及缠满时，最外层钢丝绳至卷扬边缘的理论距离；

将钢丝绳实际缠绕至卷扬直至缠满；

测量最外层钢丝绳至卷扬边缘的实际距离；

根据实际距离和理论距离的差值，获得不同层数钢丝绳的缠绕半径。

优选地，按照下述步骤将卷扬钢丝绳置于选定的标定位置：

根据卷扬的具体类型，预存不同层数钢丝绳至卷扬边缘的距离；

标定时，测量当前钢丝绳最外层至卷扬边缘的距离，根据预存的距离，判断当前钢丝绳所处的层数，再通过收绳或放绳以使钢丝绳自当前位置缠绕至标定位置。

优选地，将不同层数钢丝绳至卷扬边缘的距离对应地标刻于卷扬的端部。

本发明还提供一种卷扬钢丝绳放绳安全控制系统，包括控制器、驱动卷扬转动的驱动部件，以及获取卷扬转动圈数的检测器；

所述控制器包括：

存储单元，设定钢丝绳放绳安全警戒位置；

标定单元，当卷扬钢丝绳实际置于标定位置时，记录该标定位置；

计算单元，以标定位置为初始位置，并根据所述检测器实时检测的卷扬的转动圈数，实时获取卷扬钢丝绳当前所处的位置；

输出单元，当前所处位置为放绳安全警戒位置时，输出单元输出信号至所述驱动部件，以限制卷扬继续放绳。

优选地，所述存储单元根据卷扬的具体类型，预存不同层数对应的钢丝绳的缠绕半径，以及出绳长度和/或绕绳余量，标定单元据此标定标定位置处钢丝绳的出绳长度和/或绕绳余量；所述计算单元根据缠绕半径、转动圈数获取当前的出绳长度和/或绕绳余量。

优选地，还包括显示器，以实时显示所述计算单元获取的钢丝绳当前所处位置、出绳长度和/或绕绳余量。

优选地，所述显示器设有标定按钮，当卷扬钢丝绳置于标定位置时，所述标定按钮被触发以发送标定信号至所述标定单元，所述标定单元标定标定位置以及对应的出绳长度和/或绕绳余量。

优选地，还包括强制开关，当前所处位置为放绳安全警戒位置且所述强制开关开启时，所述卷扬能够继续放绳。

本发明提供的控制系统和控制方法仅根据检测的卷扬转动圈数，即可获得钢丝绳处于放绳安全警戒位置的信息，从而及时地限制钢丝绳的继续放绳。相较于背景技术中需要在特定位置进行机械触发控制，卷扬转动圈数的检测显然不易于失效和出现偏差，使得防止钢丝绳过放的控制非常可靠。

另外，仅需要将钢丝绳置于标定位置进行标定即可实现后续的位置计算。而背景技术中凸轮机构与检测开关触发位置还需要与三圈位置对应，显然，本发明的标定较为简单，易于调整。据此，当卷扬出现空转而需要重新调整时，钢丝绳重新置于标定位置的操作也相对简单；而且，标定位置可以任选，标定效率极高，能够适用于正常施工场地，而无需如背景技术所述的每次调整时均将钢丝绳不断放出至三圈位置。

附图说明

图1为本发明所提供卷扬钢丝绳安全放绳控制方法一种具体实施方式的流程图；

图2为本发明所提供卷扬钢丝绳安全控制系统一种具体实施方式的结构框图；

图3为钢丝绳处于第三层的结构示意图；

图4为卷扬处于第六层的结构示意图。

图2-4中：

11钢丝绳、12卷筒、20显示器、30控制器、40驱动部件、50计数器

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1，图1为本发明所提供卷扬钢丝绳安全放绳控制方法一种具体实施方式的流程图；图2为本发明所提供卷扬钢丝绳安全控制系统一种具体实施方式的结构框图。

该实施例中，卷扬钢丝绳安全放绳控制方法，具体包括下述步骤：

S11、选定卷扬钢丝绳11的标定位置，将钢丝绳11实际置于该标定位置，记录该标定位置；并设定钢丝绳11的放绳安全警戒位置；

标定位置即钢丝绳11所处的层数和圈数。

放绳安全警戒位置可反应需要限制卷扬继续放绳时钢丝绳11的余量。一般，放绳安全警戒位置为钢丝绳11具有三圈的绕绳余量(缠绕在卷筒上的钢丝绳)，即钢丝绳11处于第一层，且缠绕圈数为三圈。当然，根据不同的安全等级，可设定其他的放绳安全警戒位置。

本发明还提供一种卷扬钢丝绳11安全控制系统，包括控制器30，控制器30包括存储单元和标定单元，上述的标定位置可由标定单元标定，而放绳安全警戒位置可记录于存储单元内。标定位置可以随机选取，可以根据实际绕绳状态进行标定，比如，当前钢丝绳11处于第二层，则可以将第二层作为标定位置的层数。

S12、以标定位置为初始位置，并实时检测卷扬的转动圈数；

将钢丝绳11置于标定位置处并记录后，卷扬即可开始工作，标定位置即为最初的初始位置，随着卷扬的转动，钢丝绳11的位置相较于初始位置将发生变化。本实施例的控制系统还包括获取卷扬转动圈数的检测器，转动圈数反应出卷扬相对于初始位置的变化量。

检测器可以采用计数器50，计数器50为一种增量式编码器，卷扬带动计数器50转动时，计数器50可以从零开始计算，从而准确获取卷扬转动的圈数。当然，本领域技术人员也可以采用其他能够测量卷扬转动圈数的检测器。

S13、根据初始位置和卷扬的转动圈数，实时获取卷扬钢丝绳11当前所处的位置；

控制器30还包括计算单元，根据检测器实时检测的转动圈数，计算单元可计算出卷扬钢丝绳11当前所处的位置。比如，标定位置为钢丝绳11处于第6层且绕至满圈，即钢丝绳11恰好绕满第6层，而计数器50记录了钢丝绳11正转(放绳)28圈，假设该卷扬每层绕有20圈的钢丝绳11，则计算单元计算钢丝绳11当前所处位置为：第5层第12圈。

S14、判断当前所处位置是否为放绳安全警戒位置时，是，则进入步骤S15，否，则返回步骤S13。

S15、限制卷扬继续放绳。

继续以步骤S13中数据为例，假设放绳安全警戒位置为第1层第3圈，当计数器50记录的转动圈数为117圈时，钢丝绳11所处的位置恰好为放绳安全警戒位置，控制器30的输出单元即可输出信号至卷扬的驱动部件40，以限制卷扬继续放绳。卷扬的驱动部件40可以包括驱动泵以及主阀，控制器30可控制驱动泵停止泵送，或主阀关闭，油液回油，则卷扬停止转动，从而自动地限制继续放绳。

由上述描述可知，本实施例的控制系统和控制方法仅根据检测的卷扬转动圈数，即可获得钢丝绳11处于放绳安全警戒位置的信息，从而及时地限制钢丝绳11的继续放绳。相较于背景技术中需要在特定位置进行机械触发控制，卷扬转动圈数的检测显然不易于失效和出现偏差，使得防止钢丝绳11过放的控制非常可靠。

另外，本实施例中仅需要将钢丝绳11置于标定位置进行标定即可实现后续的位置计算。而背景技术中凸轮机构与检测开关触发位置还需要与三圈位置对应，显然，本实施例的标定较为简单，易于调整。据此，当卷扬出现空转而需要重新调整时，钢丝绳11重新置于标定位置的操作也相对简单；而且，标定位置可以任选，比如直接选取缠满时的最外层位置为标定位置，则直接重新标定即可，标定效率极高，能够适用于正常施工场地，而无需如背景技术所述的每次调整时均将钢丝绳11不断放出至三圈位置。

进一步地，可以根据卷扬的具体类型，预存不同层数钢丝绳11的缠绕半径，以及出绳长度和/或绕绳余量。不同类型的卷扬，其各项参数可能会有所差异。比如，大型号的卷扬，其卷筒12的半径、钢丝绳11半径较大、卷扬长度较长，对应的单层绕绳的圈数、钢丝绳11绕至的总层数也较多，单层绕绳圈数即钢丝绳11满绕卷筒12一层时的总圈数。此处，针对要控制的具体卷扬，可以根据其出厂数据或实际测量，获得对应的参数，以存储于控制器30的存储单元中，便于标定单元的标定。

下文给出又一卷扬钢丝绳11安全放绳控制方法的实施例，具体步骤如下：

S21、根据卷扬的具体类型，预存不同层数钢丝绳11的缠绕半径，以及出绳长度和/或绕绳余量；选定卷扬钢丝绳11的标定位置；并设定钢丝绳11的放绳安全警戒位置；

请参考表1，表1为一种具体类型的卷扬和钢丝绳11参数统计表。

上表中，单位均为mm，卷扬钢丝绳11缠满时，总绕至层数为9层。可以根据实际需要预存所需的数值，比如，也可以预存钢丝绳总长、出绳长度以及绕绳余量等。

为便于存储数据的获得，上表的数据均以各层钢丝绳11缠满状态进行统计，相应地，标定位置也优选地选取为缠满的某一层。

S22、将钢丝绳11实际置于标定位置，记录标定位置：并据此获得标定位置处钢丝绳11的出绳长度和/或绕绳余量；

当选定标定位置进行标定时，根据上表数据，可查找到与标定位置对应的缠绕半径以及出绳长度，钢丝绳11的总长是固定的，相应地，也可获得钢丝绳11的绕绳余量。表中的数据均可以存储于控制器30的存储单元内，标定单元可直接从存储单元中调出数据从而迅速地进行记录标定。比如，钢丝绳11置于第3层的标定位置时，标定单元将记录绕绳余量为312272.58mm。

S23、以标定位置为初始位置，并实时检测卷扬的转动圈数；

S24、根据初始位置和卷扬的转动圈数，实时获取卷扬钢丝绳11当前所处的位置；且根据缠绕半径、转动圈数获取当前的出绳长度和/或绕绳余量；

当前的出绳长度和/或绕绳余量同样可以由控制器30的计算单元计算获得。进一步地，控制系统可以设置显示器20，显示器20与计算单元连接，从而实时显示计算获取的钢丝绳11当前所处的位置、当前出绳长度和/或绕绳余量，当前所处的位置即钢丝绳11当前所处的层数和圈数。显示器20直接显示有助于操作人员直观地获取钢丝绳11工况信息，为钢丝绳11的实时监控提供便利。

可见，该实施例除了能够起到防止钢丝绳11过放的作用外，还可以根据缠绕半径、转动圈数获取当前的出绳长度和/或绕绳余量、当前所处的位置，从而更为全面地监控卷扬钢丝绳11的出绳状态。

S25、判断当前所处位置是否为放绳安全警戒位置，是，则进入步骤S26，否，则返回步骤S24；

S26、限制卷扬继续放绳。

需要说明的是，上述各实施例中，控制器30可以实时记忆计算出的钢丝绳11当前位置以及出绳长度、绕绳余量等参数，即使此时关机断电，再次上电后，控制器30可以读取断电前记录的数据，作为接下来计算的初始状态，而无需重新标定。

当设置显示器20时，可在显示器20上设置标定按钮，则步骤S22中，当卷扬钢丝绳11处于标定位置时，操作人员可触发标定按钮以发送标定信号至标定单元，标定单元即从存储单元中调取标定位置的相关信息，以便标定标定位置以及对应的出绳长度和/或绕绳余量。标定按钮的设置进一步实现了标定的智能化操控，提高标定效率。

另外，控制系统可以设置强制开关。钢丝绳11当前所处位置为放绳安全警戒位置时，控制器30可以控制驱动部件40停止驱动卷扬，即限制继续放绳，以确保安全；但，若继续放绳较短长度即可达到实际工况需求，则可以允许继续放绳。

因此，当钢丝绳11处于放绳安全警戒位置，而操作人员要求强制放绳，则可开启强制开关，控制器30接收强制开关的开启信号后，可控制驱动部件40动作以继续放绳。此工况下，由于上述实施例可以实时监控绕绳余量，则可有效避免脱绳事故的发生。

请结合图3-4理解，图3为钢丝绳处于第三层的结构示意图；图4为钢丝绳处于第六层的结构示意图。即本实施例可选取第3层、第6层的位置进行标定。

上述步骤S22中，标定位置确定的具体过程可如下：

步骤S21中可根据卷扬的具体类型，预存不同层数钢丝绳11至卷扬边缘的距离S，如表1所示，并可参考图3、4的标识。钢丝绳11至卷扬边缘的距离可以根据钢丝绳11的半径、卷扬卷筒12的半径，以及卷筒12边缘至卷筒12筒体的距离推算出，此处的数据均可根据测量或是出厂数据获得；也可以实际缠绕钢丝绳11至各层，依次测量获得。

标定时，测量当前钢丝绳11(最外层钢丝绳11)至卷扬边缘的距离S，根据预存的距离，可判断当前钢丝绳11所处的层数，再通过适当地收绳或放绳以使钢丝绳11自当前位置缠绕至标定位置。假设标定位置为第3层(满圈)，以表1卷扬型号为例，测量后获得当前钢丝绳11至卷扬边缘的距离为93.61，对照表1可知，目前的钢丝绳11应当处于第8层，则可控制卷扬放绳，直至处于第3层。同理，可以按照该步骤将钢丝绳11调整至其他标定位置。

该实施例，以钢丝绳11至卷扬边缘距离为基准进行当前钢丝绳11位置的判断，使得位置判断较为迅速，从而提高标定位置的快速定位。具体地，可以将不同层数钢丝绳11至卷扬边缘距离S对应地标刻于卷扬的端部，则进行标定时，操作人员只需读取卷扬当前最外层钢丝绳11对应的刻度，即可判断钢丝绳11的当前位置。当然，采用其他方式将钢丝绳11置于标定位置也是可行的，比如，测量钢丝绳11的出绳长度，再对照表1查询钢丝绳11当前所处的位置；或者，直接将钢丝绳11完全放绳再重新缠绕至标定位置等，相较而言，上述通过钢丝绳11至卷扬边缘距离S的判断方式显然十分便捷、高效，也适用于施工现场的标定。

另外，钢丝绳11通常会有直径公差，公差一般控制在+(2～4)％范围内；且钢丝绳11在承受25％的最小破断拉力时，会有直径收缩的现象，不同类型钢丝绳11的直径收缩率不等，比如进口钢丝绳11收缩量小于3‰，而国产的则可达19‰。除此之外，起重机在吊重过程中，单根钢丝绳11所承载的力比较大，这样外层钢丝绳11就会对内层钢丝绳11造成一定的压迫，钢丝绳11界面就会有轻微变扁，这同样也会造成钢丝绳11实际缠绕半径比理论值偏小。

在实时进行出绳长度计算时，需要获知钢丝绳11不同层数的缠绕半径，据此，可对上述实施例作出进一步改进，即上述实施例中钢丝绳11缠绕半径按照下述步骤获取：

a、获取不同层数钢丝绳11的理论缠绕半径，以及缠满时最外层钢丝绳11至卷扬边缘的理论距离S_理论；

钢丝绳11的理论缠绕半径主要取决于钢丝绳11的半径以及卷筒12的半径，钢丝绳11每增加一层，钢丝绳11的理论缠绕半径需要加上钢丝绳11的半径；

缠满时最外层的层数根据卷扬的具体类型而定，比如上述表1中钢丝绳11共有9层，最外层即第9层；最外层钢丝绳11至卷扬的理论距离，也是根据卷扬的具体类型而定，卷扬类型确定后，卷筒12的规格已知，则根据理论值计算可获得不同层数至卷扬边缘的理论距离S_理论，即表1最后一栏所示的距离S；

b、将钢丝绳11实际缠绕至卷扬直至缠满；

c、测量最外层钢丝绳11至卷扬边缘的实际距离S_实际；

d、根据实际距离S_实际和理论距离S_理论的差值，获得不同层数钢丝绳11的缠绕半径。

由上述描述可知，随着层数的增加，钢丝绳11实际缠绕半径的偏小量就会越大。假设第一层钢丝绳11缠绕半径比理论缠绕半径偏小△d，第二层就应该偏小2△d，依次类推，钢丝绳11缠满时最外层(第n层)就比理论缠绕半径小n△d。则获得下述关系式：

S_实际-S_理论＝n△d

获得△d后，可根据层数，将表1中的各项数据进行相应地修正，修正后数据更符合实际工况，从而使钢丝绳11的监控更为精准。

以上对本发明所提供的一种卷扬钢丝绳安全放绳控制方法和控制系统均进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种卷扬钢丝绳安全放绳控制方法，包括下述步骤：

选定卷扬钢丝绳的标定位置，将钢丝绳实际置于该标定位置，记录该标定位置；并设定钢丝绳的放绳安全警戒位置；

以标定位置为初始位置，并实时检测卷扬的转动圈数；

根据初始位置和卷扬的转动圈数，实时获取卷扬钢丝绳当前所处的位置，当前所处位置为放绳安全警戒位置时，限制卷扬继续放绳；

预存不同层数钢丝绳的缠绕半径，以及出绳长度和/或绕绳余量，据此获得标定位置处钢丝绳的出绳长度和/或绕绳余量，以便根据缠绕半径、转动圈数获取当前的出绳长度和/或绕绳余量；

钢丝绳不同层数的缠绕半径按照下述步骤获取：

获取不同层数钢丝绳的理论缠绕半径，以及缠满时，最外层钢丝绳至卷扬边缘的理论距离；

将钢丝绳实际缠绕至卷扬直至缠满；

测量最外层钢丝绳至卷扬边缘的实际距离；

根据实际距离和理论距离的差值，获得不同层数钢丝绳的缠绕半径。

2.如权利要求1所述的卷扬钢丝绳安全放绳控制方法，其特征在于，按照下述步骤将卷扬钢丝绳置于选定的标定位置：

根据卷扬的具体类型，预存不同层数钢丝绳至卷扬边缘的距离；

标定时，测量当前钢丝绳最外层至卷扬边缘的距离，根据预存的距离，判断当前钢丝绳所处的层数，再通过收绳或放绳以使钢丝绳自当前位置缠绕至标定位置。

3.如权利要求2所述的卷扬钢丝绳安全放绳控制方法，其特征在于，将不同层数钢丝绳至卷扬边缘的距离对应地标刻于卷扬的端部。