CN105683084B - 用于检测用于起重设备的高强度纤维绳索的报废状态的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明总体涉及使用高强度纤维绳索来代替钢丝绳索的诸如起重机的起重设备。在此方面，本发明特别地涉及用于检测在这种起重设备中使用的高强度纤维绳索的报废状态的设备，其包括用于检测至少一个绳索参数的检测装置，还包括用于评估绳索参数并依据绳索参数的评估提供报废信号的评估单元。根据本发明，所述检测装置包括抗弯刚度确定机构，用于确定绳索的抗弯刚度，其中所述评估单元提供与确定的绳索抗弯刚度相关的报废信号。

Description

用于检测用于起重设备的高强度纤维绳索的报废状态的设备
技术领域
本发明总体涉及使用高强度纤维绳索来代替钢丝绳索的诸如起重机的起重设备。特别地，本发明涉及用于检测在这种起重设备中使用的高强度纤维绳索的报废状态的设备，其包括用于检测至少一个绳索参数的检测装置，和用于评估绳索参数并依据对绳索参数的评估提供报废信号的评估单元。
背景技术
近来，已尝试起重机使用由合成纤维、诸如芳基酰胺纤维(HMPA)、芳酰胺/碳纤维混合物、高模量聚乙烯纤维(HMPE)或聚对苯基苯并二噁唑纤维(PBO)制成的高强度纤维绳索来代替已成功使用多年的钢丝绳索。这种高强度纤维绳索的优点在于它们的轻质。这种高强度纤维绳索在相同绳索直径和相同或较高的拉伸强度的情况下比相应的钢丝绳索轻很多。特别对于具有相对长的绳索长度的高起重机，实现了较大的重量节省，该重量节省计入在起重机的净重载荷并在起重机的其它方面的结构设计不改变的情况下获得相对高的有效载荷。
但是，这种高强度纤维绳索的不利特性在于它们在没有明显的长期初始迹象的情况下损坏或失效。而在钢丝绳索中磨损是明显可见的并以较长的时间提前提供失效信号，例如通过容易检测到的各钢丝的断裂以及相应的断开，高强度纤维绳索几乎不会显示出肉眼可容易察觉的、实际失效之前在较长时间段内明显地示出的其自身的任何过度磨损的迹象。在此方面，需要智能监测测量以便及时地检测高强度纤维绳索的报废状态。
由WO2012/100938A1已知，为了检测起重机上的高强度纤维绳索的报废状态，检验根据绳索使用时间和载荷变化的各种绳索报废标准。在这种情况下，所述绳索直径、以绳索夹紧时产生横向抗压刚度的横截面变化和连续的载荷循环数作为绳索报废标准被监测。然而这些单独的报废标准的信息价值是有限的，这意味着需要在相当复杂的监测过程中监测并评估这些报废标准的相互作用，以便确实可靠地识别所述报废状态。
发明内容
基于此，本发明的任务是提供一种用于检测高强度纤维绳索的报废状态的改进的设备，其避免现有技术的缺点并进一步地以有利的方式改良了现有技术。优选地，应当实现报废状态的简单但仍可靠的、精确的检测，其在未使安全性面临危险的情况下经济地利用纤维绳索的剩余使用寿命，并且可以通过即使在建筑机械的重载工况下也能可靠地运行的简单的检测装置。
还提出，监测绳索抗弯刚度并且根据所述绳索抗弯刚度确定报废状态。根据本发明，评估装置包括抗弯刚度确定机构，抗弯刚度确定机构用于确定所述绳索的绳索抗弯刚度，其中所述评估装置提供与确定的绳索抗弯刚度相关的报废信号。在钢丝绳索的情况下不会发生抗弯刚度与绳索使用寿命相关的显著变化，而这在高强度纤维绳索的情况下是不同的。在绳索投入使用开始时还弯曲柔韧的绳索丝由于拉应力和弯曲应力逐渐地变硬并且所述绳索更刚性。所述绳索的抗弯刚度的提升是容易测定的，这意味着能根据所监测的绳索抗弯刚度可靠并精准地确定报废状态。绳索弯曲试验表明借助于新绳索呈现相当小的抗弯刚度，而运行直至断裂点的绳索由于长时间和高强度的载荷而最终呈现出极其高的抗弯刚度，其相对于绳索的初始状态升高许多倍。所述抗弯刚度随着疲劳损坏循环数持续地升高，并且在绳索断裂时达到最高点，这意味着所述评估装置能相对简单地确定所述报废状态。
在本发明的进一步方案中，所述抗弯刚度确定机构具有两个相互间隔开的绳索支承件以及用于对绳索施加剪切力的至少一个剪切力冲头，其中剪切力冲头和/或绳索支承件可横向于绳索的长度方向移动，从而使绳索弯曲。优选地，可侧向移动的剪切力冲头被布置在两个相互间隔的绳索支承件之间，并且基本上横向于经两个绳索支承件的连接直线移动，其中可移动性可这样实现，即剪切力冲头的压头或作用头可以向所述连接线移动且优选越过所述连接线。原则上也可行的是，不将剪切力冲头布置在所述两个绳索支承件之间，而是位于所述两个绳索支承件的一侧，尤其位于超过两个绳索支承点的连接直线的延长区域内，从而剪切力冲头作用于如伸出的弯梁的绳索上。
在剪切力冲头在布置在两个绳索支承件之间的前述布置的情况下，所述布置优选这样实现，即将两个绳索支承件布置在绳索的一侧，而剪切力冲头布置在绳索的相反侧。
在本发明的进一步方案中，剪切力冲头和/或绳索支承件可设有测力计和/或行程测量计，以测量横向于待检测的绳索的长度方向施加的剪切力冲头和/或绳索支承件的剪切力和/或行程。代替这样的行程测量计，也可设置有挠曲传感器，其直接测量横向于绳索长度方向的绳索的挠曲或位移。
绳索抗弯刚度可由抗弯刚度确定机构根据可借助于预定的剪切力实现的绳索挠曲和/或根据要达到预定的挠曲所需的剪切力确定。在本发明的进一步方案中，所述两个确定标准也可相互结合应用，尤其以如下方式，既确定预定的挠曲需要多大的力又确定在预定剪切力的情况下出现多大挠曲，以便考虑到剪切应力刚度中可能出现的非线性的情况。
在本发明的优选的进一步方案中，在不吸收可能产生的弯矩和扭矩的情况下，绳索仅通过绳索支承件和/或剪切力冲头被支承。特别地，绳索支承件和剪切力冲头尤其这样构造针对绳索的扭转或弯曲无弯矩阻力。例如，绳索支承件和剪切力冲头可形成单侧支撑点或支承面，其基本上仅吸收横向于绳索长度方向的力而不将弯矩传递至绳索。
为了使绳索抗弯刚度的测量不会因作用于绳索上的张紧力产生的应力造成伪值，抗弯刚度确定机构包括张紧力调节器，其针对绳索抗弯刚度的重复测定总是在绳索上设置相同的张紧力条件。特别地，所述张紧力调节器可包括张紧力释放装置，当绳索抗弯刚度被确定时，其使绳索基本上完全释放张紧力。
所述张紧力释放装置在此原则上可构造为不同形式。在本发明的进一步方案中，所述张紧力释放装置可包括用于沿绳索的长度方向保持绳索的保持机构、优选地用于夹住绳索的至少一个绳索夹，以便尤其吸收位于吊钩处的起重载荷且释放待检测绳索抗弯刚度的绳索区段。特别地，所述绳索夹可在抗弯刚度确定机构的背向于绳索卷筒的一侧与绳索相关联，从而在绳索被夹住的情况下可通过释放被夹住的绳索或通过绳索卷筒放出绳索实现对待检测的绳索区段的张紧力近似完全的释放。相应的控制机构可控制绳索卷筒，以使其放出一段预定的距离或使其沿下放低负载的方向操作，从而在绳索夹和绳索卷筒之间形成松弛绳索。
原则上，用于提供报废信号的评估装置可以不同方法和方式工作，例如通过监测绳索抗弯刚度变化和/或监测绳索抗弯刚度的绝对值。特别地，所述评估装置可这样构造，即当所述绳索抗弯刚度和/或其变化超过一定的临界值时，提供报废信号。
例如可借助于新绳索进行一个或多个参考测量，从而在运行期间出现的按百分比计的绳索的抗弯刚度的变化与变化的临界值比较并且在超过或达到该临界值时提供报废信号。尤其当绳索抗弯刚度升高超过仍可承受的临界值时，可提供报废信号。作为替代或补充，所监测的在运行中持续地或周期地确定的绳索抗弯刚度能够与由制造商针对一定类型的绳索或具体的绳索提供的绝对临界值比较，并且在超过该临界值时提供报废信号。作为补充或替代，可当由所述测量确定的绳索抗弯刚度变化从时间上观察进行得太快和/或太慢、即绳索抗弯刚度的变化速度超过或低于临界值时提供报废信号。关于时间的变化速度在这种情况下可以是关于载荷循环数的变化速度，其例如可借助于载荷循环计数器获知且被评估装置考虑。作为替代或补充，变化速度也可仅根据绳索抗弯刚度的测量次数考虑，例如以如下方式，即当在一定次数的测量之后、例如在十次测量之后，所检测的绳索抗弯刚度变化超过为此预定的临界值时，提供报废信号。
所述报废信号可简单地例如通过声音和/或可视地传达给起重机司机，或者可为此使绳索驱动机构停止运转。
在本发明的优选进一步方案中，所述抗弯刚度确定机构可被固定安装于起重设备的绳索驱动机构中，从而能够在运行期间、即在起重设备的操作准备就绪状态下能持续地监测绳索的抗弯刚度，而不必将起重设备转变为特殊的检测状态。替代地或除此以外，抗弯刚度确定机构也可被设置成可移除单元，以便能在不同的起重设备中使用。
在本发明的优选进一步方案中，所述抗弯刚度确定机构配设至绳索驱动机构的经受最大程度的交变弯曲的绳索区段。在回转塔式起重机的起重索的情况下，所述绳索区段例如可以是预定在行车上的转向滑轮和吊钩上的转向滑轮绕行的绳索区段。根据所述起重设备的构造和绳索的走向或绕法，所述绳索区段可以是不同的绳索区段。
附图说明
接下来将借助于优选实施例和附图进一步阐述本发明。在附图中：
图1示出根据本发明优选实施例的呈回转塔式起重机形式的根据本发明的起重设备的示意性视图，其起重索和/或其可俯仰起重臂的牵索可构造为纤维绳索，
图2示出图1中起重机的绳索驱动机构机构和与该绳索驱动机构相关的抗弯刚度确定机构的示意性视图，其中所述确定机构以初始状态示出，绳索在该状态下无应力且能在起重机运行期间被卷起和放出，
图3示出所述绳索驱动机构和与该绳索驱动机构相关的抗弯刚度确定机构的类似于图2的示意性视图，其中所述抗弯刚度确定机构以激活检测的状态示出，绳索在该状态下被夹住并且不受张紧力，但受到弯曲应力。
具体实施方式
图1以顶部回转塔式起重机20的形式示出作为根据本发明的有利实施例的起重设备，它的塔21安装在托架或静止基部上。起重臂23以已知的方式连接于塔21并且经由牵拉装置24牵拉。所述牵拉装置24可构造为刚性的，例如呈牵拉杆形式，然而也可构造为呈牵拉分配装置的形式从而能够进行调节，其可通过牵索绞盘25改变其长度，以便可以改变起重臂23的工作角度。
如图1所示，回转塔式起重机20可设置具有行车式起重臂。在运行状态下行车55被水平安装在所述起重机上、尤其放置在水平取向的起重臂23上，所述行车55例如可借助于行车索移动，所述行车索可在起重臂末端经由转向滑轮引导。
所述回转塔式起重机还包括起重索1，其可以经由在起重臂末端的转向滑轮从起重臂末端降下，并且连接有起重机吊钩29，或者在根据图1的实施例中可以经由所述可移动行车55和设置于可移动行车55的转向滑轮延伸，并且可以连接有起重机吊钩29。在两种情况中，所述起重索1均在起重绞盘30上延伸。
所述起重索1和/或牵索可以构造为纤维绳索，其可以由合成纤维、诸如芳酰胺纤维或芳酰胺/碳纤维混合物构成。
为了监测或检测与报废状态有关的纤维绳索参数，提供可以设置在起重机上的检测装置，其与评估检测到的参数的评估装置3一起可以连接至或集成至电子起重机控制单元31。
如图2和图3所示，抗弯刚度确定机构2优选包括两个绳索支承件4，其例如构造为彼此间隔开的刚性的滑动支承座或绳滑轮，使得该两个绳索支承件在横向于绳索长度方向的绳区段支撑绳索1。在所述间隔开的绳索支承件4之间设置有剪切力冲头5，其可横向于绳索长度方向对绳索1施加剪切力。有利地，一方面所述剪切力冲头5且另一方面所述绳索支承件4布置在绳索1的相反两侧，并且剪切力冲头5和绳索支承件4可共同安装在支承板6或其它合适的支承体上。
如图2和图3所示，剪切力冲头5可横向于绳索长度方向移动，使得靠置在绳索支承件4上的绳索挠曲。所述剪切力冲头5尤其可在两个绳索支承件4之间的连接线区域内且可以超出所述连接线。为了使所述剪切力冲头5移动，可设置有具有控制杆的、例如呈压力缸或电马达形式的控制致动器7。
剪切力冲头5的头部可类似于绳索支承件4地构造为滑动支承座或优选地构造为绳滑轮，以防止沿绳索长度方向向绳索1施加力。
为了使用于抗弯刚度测量的绳索1释放张紧力中，张紧力释放装置8包括绳索夹9，绳索夹9可由例如呈压力缸形式的控制致动器10操作，以夹住并保持绳索。
有利地，所述绳索夹9布置在吊钩侧或布置在抗弯刚度确定机构2的背向于绳索卷筒的一侧，使得作用在吊钩上的载荷和绳索重力不会在待检测的绳索区段中引起绳索张紧力。
此外，所述张紧力释放装置8还包括用于这样控制绳索卷筒的控制机构，即在被绳索夹9夹住的绳索1中，绳索1多放出一段，以使绳在所述绳索卷筒和绳索夹9之间松弛以使绳索不会受到张紧力。
绳索1的抗弯刚度可优选以下列步骤确定：
-首先使绳索移动至待测量的位置，为此可使用吊钩的起重位置测量装置。尤其使绳索区段移动至抗弯刚度确定机构2中，所述绳索区段将为预定承受最大程度的交变弯曲和/或载荷循环。必要时也可使多个绳索区段连续移动至抗弯刚度确定机构2，以确定不同绳索区段处的抗弯刚度。
-绳索由夹紧装置或绳索夹9固定。
-绳索1通过从所述绳索卷筒行进短的行程而松开，从而使绳索1释放张紧力。
-剪切力冲头5从图1中示出的静止位置移出并且移动至绳索1，以形成在图3中示出的绳索挠曲。在这种情况下测量所述绳索的抗弯强度。一方面，这可包括测量达到预定挠曲所需的力。作为替代或补充，可测量在受到预定的剪切力时发生的剪切力冲头5的行程和/或绳索的侧向位移。为此，控制致动器7和/或绳索支承件4可配有测力计或力传感器和/或行程传感器。
由此确定的绳索1的抗弯强度值被保存在抗弯刚度确定机构2的存储器中并且与可允许的预定值比较。
-在测量之后，抗弯刚度确定机构2回到如其在图1中所示的其初始或静止状态。
-然后绳索1可以移动，以检测其它绳索区段，重复前述步骤。作为替代或补充，当完成所期望的测量时，绳索可移动在至重机运行中。
-用于确定抗弯刚度的绳索区段移动可自动编程控制地进行或也可这样手动进行，即在确定的绳索长度上以适当间隔移动至不同的测量位置。

Claims (12)

1.用于检测用于起重设备的高强度纤维绳索(1)的报废状态的设备，其具有用于检测至少一个绳索参数的检测装置和用于评估绳索参数并根据对绳索参数的评估提供报废信号的评估装置(3)，其特征在于，所述评估装置具有用于确定绳索(1)的抗弯刚度的抗弯刚度确定机构(2)，并且所述评估装置(3)根据所确定的绳索抗弯刚度提供报废信号；
其中所述抗弯刚度确定机构(2)包括用于使绳索在抗弯刚度检测期间释放张紧力的张紧力释放装置(8)；
其中所述张紧力释放装置(8)具有用于在所述抗弯刚度确定机构(2)的背向于绳索卷筒的一侧夹住绳索(1)的至少一个绳索夹(9)和控制机构，该控制机构这样控制所述绳索卷筒以使得绳索(1)在绳索夹(9)夹紧的的情况下放出一段预定距离。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述抗弯刚度确定机构(2)具有两个相互间隔开的绳索支承件(4)和用于对绳索(1)施加剪切力的剪切力冲头(5)，其中所述剪切力冲头(5)和/或绳索支承件(4)能够横向于绳索的长度方向移动从而使绳索(1)产生弯曲。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述剪切力冲头(5)和/或绳索支承件(4)配有测力计(11)和/或行程测量计(12)，其中绳索抗弯刚度能够通过所述抗弯刚度确定机构(2)根据能够借助于预定的剪切力实现的挠曲和/或根据预定挠曲所需的剪切力确定。
4.根据权利要求2或3所述的设备，其特征在于，所述剪切力冲头(5)沿绳索长度方向观察布置在所述绳索支承件(4)之间。
5.根据权利要求2或3所述的设备，其特征在于，所述绳索支承件(4)和/或剪切力冲头(5)形成单侧支承，绳索(1)能够在其上自由地弯曲和/或旋转。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，其中所述绳索支承件和所述剪切力冲头(5)包括用于对绳索(1)侧向加载的可旋转的绳滑轮。
7.根据权利要求2或3所述的设备，其特征在于，所述评估装置(3)在由所述抗弯刚度确定机构(2)确定的绳索抗弯刚度和/或其改变超过一定的临界值时，提供报废信号。
8.根据权利要求2或3所述的设备，其特征在于，所述抗弯刚度确定机构(2)包括绳索定位机构，用于使不同绳索区段自动定位以确定不同绳索区段的绳索抗弯刚度。
9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述起重设备是起重机。
10.具有根据前述权利要求之一所述的用于检测高强度纤维绳索的报废状态的设备的起重机。
11.根据权利要求10所述的起重机，其特征在于，所述抗弯刚度确定机构(2)固定安装并配设于起重机的绳索驱动机构，或者被这样构造为可移除的单元，使得绳索的抗弯刚度能在处于起重机运行就绪状态下的起重机中进行检测。
12.根据权利要求10或11所述的起重机，其特征在于，所述抗弯刚度确定机构(2)布置成使绳索区段能通过抗弯刚度确定机构(2)检测，其中所述绳索区段按照预期承受最大程度的交变弯曲和/或载荷循环。
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