CN105683085A - 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

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识别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扭刚度确定机构，用于确定所述绳索的绳索抗扭刚度，其中所述评估单元提供与确定的绳索抗扭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，已尝试在起重机中使用由合成纤维、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，其在安全性尚未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重载工况下能可靠地运行的简单的检测装置用于工程机械。

根据本发明，上述任务通过根据权利要求1所述的设备以及根据权利要求13所述的起重机实现。本发明的优选设计方案是附属权利要求的主题。

还提出，监测绳索抗扭刚度并且根据所述绳索抗扭刚度确定报废状态。绳索的抗扭刚度是指对被扭转的绳索的绳索阻力或阻力矩。为了使绳索段的端区段沿绳索长度方向互相扭转，就是说使所述绳索扭绞或扭转，需要施加一定的扭矩，以实现所述扭转，其中所述扭矩取决于绳索的刚度。根据本发明，检测装置包括抗扭刚度确定机构，抗扭刚度确定机构用于确定绳索的抗扭刚度，其中，评估装置提供与确定的绳索抗扭刚度相关的报废信号。在钢丝绳索的情况下不会发生抗扭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硬。所述绳索的抗扭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扭刚度可靠并精准地确定报废状态。绳索扭转试验表明借助于新绳索得出相当小的抗扭刚度，而被操作直至断裂点的绳索由于长时间和高强度的载荷而显示出极其大的抗扭刚度，其相对于绳索的初始状态升高许多倍。所述抗扭刚度的增大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，所述抗扭刚度确定机构具有旋转器，其可集成至绳索驱动机构或用于吊起绳索。这样的旋转器有时也称为绳索旋转器；其通常包括两个旋转器部分，它们可绕绳索长度方向、尤其绕与绳索的纵轴线共轴的转动轴线相互扭转，其中固定的旋转器部分例如能够沿纵向不可转动地固定于起重机起重臂上，而可转动的旋转器部分不可转动地连接至绳索。为了使用这样的已知的旋转器确定绳索抗扭刚度，在本发明的进一步方案中可设置有用于迫使两个旋转器部分相对于彼此的转动的旋转驱动机构，该旋转驱动机构尤其能够集成至旋转器的内空间，其中旋转驱动机构可以是电动马达，如有必要可以与传动机构结合使用。

所述旋转驱动机构坐置于两个旋转器部分之间并且关于两个旋转器部分、即关于绕旋转器轴线的扭转被可旋转地支承。特别地，旋转驱动机构的驱动轴，例如传动机构输出轴，能够与可转动的旋转器部分连接，在该可转动的旋转器部分上不可转动地固定有绳索，而马达壳体与不可转动的旋转器部分、或者与仅具有限定的旋转性的部分不可转动地连接。

在本发明的进一步的实施例中，旋转器设置有扭矩测量器和/或扭转角测量器或扭角测量器，以确定当旋转器被迫转动时施加的扭矩，或者记录或确定当旋转器被迫转动时两个旋转器部分相对于彼此的扭转角。

原则上，所述扭矩测量器或扭角测量器能够是不同的设计。例如，在本发明的进一步的实施例中，扭矩测量器可以集成至旋转驱动机构，例如当使用电马达时，扭矩测量器能够记录电控制变量、诸如电流和电压以确定产生的扭矩。作为该驱动参数测量器的替代或补充，扭矩测量器还可以确定通过固定的旋转器部分在其保持件中—该保持件例如呈起重臂的形式—产生的反作用扭矩。作为替代或补充，扭矩测量器还能够被安装于驱动传动机构或可转动的旋转器部分中，例如位于驱动传动机构和可转动的旋转器部分之间，例如被安装于扭矩测量凹窝等形式的部分中。

原则上，扭角测量器或扭转测量器也可以是不同的设计，例如被集成至驱动传动机构或其驱动马达。作为替代或补充，扭转测量器可以直接记录两个旋转器部分相对于彼此的扭转。

绳索的抗扭刚度可由抗扭刚度确定机构根据预定的扭矩实现的绳索的扭转和/或根据预定的扭转所需的扭矩进行检测。在本发明的进一步的实施例中，该两个检测标准还可以相互结合使用，从而尤其能够确定对于预定的扭转所需的力以及通过预定的扭矩能够发生的扭转，从而考虑可通过抗扭刚度产生的非线性。

为了避免由于绳索上的应力和张紧力对绳索的抗扭刚度的测量产生的歪曲或影响，抗扭刚度确定装置包括张紧力调节器，其在绳索上针对绳索的抗扭刚度的重复检测设定相同的张紧力条件。特别地，所述张紧力调节器包括张紧力释放装置，其在确定绳索的抗扭刚度的情况下基本上完全地释放绳索的张紧力。

所述张紧力释放装置可以是不同的设计。在本发明的优选的实施例中，张紧力释放装置可以包括用以沿纵向方向保持绳索的保持机构，该保持机构优选为用于夹紧绳索的至少一个绳索夹，其尤其用于截断在吊钩上和要对绳索的抗扭刚度进行测试的绳索段的起重负载，所述保持机构例如可以设置在塔式起重机的行车上，以释放位于行车和旋转器之间的绳索段。优选地，绳索的抗扭刚度的检测可以在吊钩上无负载的情况下执行，吊钩优选地通过控制装置或手动地移动至预定的高度，以实现根据绳索的净重的预定的张紧力并且具有用于检测的确定的绳索长度。

在本发明的进一步优选的实施例中，抗扭刚度确定机构包括旋转补偿器，其在绳索的抗扭刚度确定之前消除或至少在很大程度上减小绳索可能存在的任何扭转。通常，缠绕在绳索卷筒上或绕绳索滑轮延伸的绳索发生扭转。为了避免对绳索抗扭刚度的测量造成失真，优选这样的扭转可在进行抗扭刚度测量之前被消除。优选地，旋转补偿器同样可集成至前述旋转器或与之相关联。例如，旋转补偿器可包括旋转方向传感器，其帮助确定绳索扭转的旋转方向或作用方向，这意味着可根据相应的旋转方向信号操作旋转驱动机构，以使绳索通过旋转器或者其可转动的旋转器部分沿预期的转动方向转动。必要时，通过绳索的扭转在旋转器处产生的扭矩的水平可通过上述类型的扭矩传感器确定，进而致动旋转驱动机构，直到在开始抗扭刚度测试前由绳索的扭转产生的检测的或确定的扭矩接近于零。

用于提供报废信号的评估装置原则上可以不同方法和方式工作，例如通过监测绳索抗扭刚度出现的变化和/或监测绳索抗扭刚度的绝对值。尤其评估单元可构造成当所述绳索抗扭刚度和/或其变化超过相关的临界值时，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，使得在运行中出现的绳索抗扭刚度的百分比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。尤其当绳索的抗扭刚度升高超过仍可承受的临界值时，可提供所述报废信号。作为补充或替代，所监测的且在运行中持续地或周期性地检测的绳索抗扭刚度与通过生产商针对一定类型的绳索或具体的绳索确定的绝对临界值进行比较，以便当达到或超过该临界值时提供报废信号。作为补充或替代，可当通过测量确定的绳索抗扭刚度变化的变化进行地太快和/或太慢时、即绳索的抗扭刚度的变化速度在给定的时间内超过或保持低于临界值时提供报废信号。在给定时间内的变化速度可以是关于例如借助于载荷循环计数器记录并能够通过评估装置评估的载荷循环数的变化速度。替代地或除此以外，所述变化速度也可仅考虑绳索的抗扭刚度的测量次数，例如当在一定次数的测量之后、例如在十次测量之后检测的绳索的抗扭刚度变化超过确定的临界值时，提供报废信号。

报废信号可简单地例如通过声音和/或可视地显示给起重机操作者，或者可使绳索驱动机构停止运转。

在本发明的优选进一步方案中，所述抗扭刚度确定机构可被牢固地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状态下能持续地监测绳索的抗扭刚度，而不必将起重设备转变为特殊的检测状态。作为补充或替代，抗扭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。

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示出根据本发明的优选实施例的呈回转塔式起重机形式的起重设备的示意性视图，其起重索和/或可设计成用于可俯仰起重臂的牵索可构造为纤维绳索，其中抗扭刚度确定机构紧固至起重索的端部，该起重索自绳索卷筒延伸并且穿过位于起重臂的端部处的行车；

图2示出根据本发明的优选实施例的呈回转塔式起重机形式的起重设备的示意性视图，其起重臂是可俯仰的，其中起重索自绳索卷筒延伸出并且穿过起重臂端部，并且抗扭刚度确定机构紧固至位于起重臂的端部处的绳索端；

图3以纵剖视图示出集成至图1的起重机起重索的绳索驱动机构中的抗扭刚度确定机构的旋转器的示意图，其示出旋转器的旋转驱动机构，和

图4示出抗扭刚度确定机构的旋转器的旋转驱动机构的横截面，其中示出了扭矩支承和面向旋转驱动机构的扭矩测量器。

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，塔21安装在托架或牢固的基座上。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2所示。

如图1所示，回转塔式起重机20可设置具有行车式起重臂。在运行状态下可移动的行车55被放置在所述起重机上、尤其放置在水平取向的起重臂23上，所述行车55例如可借助于行车绳索移动，所述行车绳索可在起重臂末端经由转向滑轮导向。

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，如图2所示，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。

在两种情况中，所述起重索能够借助于旋转器4被紧固至起重机的起重臂23。

为了监测或检测所述纤维绳索的与报废状态有关的参数，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，抗扭刚度确定机构2优选包括前述旋转器4，其在图3和图4中更详细地示出。所述旋转器4包括两个旋转器部分4a和4b，它们能相对于彼此在绳索长度方向上转动。旋转器部分4a形成固定的或不可转动的旋转器部分，其相对于所述绳索的长度方向牢固地安装在起重臂23上。可以具有通过第一支撑轴线6的摆动的、悬挂的或直立的布置或者通过第二支撑轴线7的平放的、同样摆动的布置，上述布置允许横向于绳索长度方向的摆动或旋转运动但阻止旋转器部分4a沿绳索长度方向的扭转。

另一个旋转器部分4b形成可旋转的旋转器部分，绳索1不可转动地紧固至其该旋转器部分4b。所述可旋转的旋转器部分4b能够通过滚动轴承关于绳索的长度方向可转动地安装于固定的旋转器部分4a上，该滚动轴承例如呈轴向轴承8和径向轴承9的形式。

可旋转的旋转器部分4b可优选连接至旋转驱动机构5，旋转驱动机构5可优选安放在旋转器4的内部中。为此，例如所述固定的旋转器部分4a可构造为钟形或套筒形，以便为旋转驱动机构5提供容置空间。然而也可针对可旋转器部分4b设置钟形或套筒形轮廓的相反构造，从而可以包围固定的旋转器部分4a。

所述旋转驱动机构5可包括例如电马达，其可选地通过传动机构或也可直接借助于输出轴不可转动地连接至可旋转的旋转器部分4b。旋转驱动机构5的驱动壳体10能够被固定从而防止在固定的旋转器部分4a上扭转，例如借助于能够通过在旋转器部分4a上的止挡或其它合适的支承轮廓被支承的一个或多个扭矩支承14，参见图4。

如图3和图4所示，旋转器4除了旋转驱动机构5还设置有测量装置，以检测所述两个旋转器部分4a和4b在彼此相对转动的情况下的扭转角度以及所述两个旋转器部分4a和4b的扭转所需的扭矩还有各自的旋转方向。为此设置的扭角测量器12、扭矩测量器11和旋转方向测量器13原则上可以是不同地构造并且例如可包括用以测量用于旋转驱动机构5的马达的运行参数的装置。例如，扭矩可由驱动马达的运行参数电流和电压确定。作为补充或替代，扭矩测量器11可以配设于抵靠着旋转器部分4a的所述扭矩支承14或旋转驱动机构5，以便测量扭矩并能够使用控制装置15。所述旋转方向传感器13可被配设于扭矩支承14，例如与所述扭矩测量器11结合组成检测单元，其检测抵靠旋转器部分4a的止挡轮廓的扭矩支承的压力。

作为补充或替代，扭矩测量器11和/或旋转方向测量器13也可集成至连接件16，绳索1借助于所述连接件连接至可旋转的旋转器部分4b。

扭角测量器12或相应的转数传感器可例如连接至两个旋转器部分4a和4b之间的交界面处，以便能直接检测所述两个旋转器部分的相对扭转。作为补充或替代，扭角测量器12还可配属于旋转驱动机构5，或布置在旋转驱动机构5的传动轴或输出轴上。

绳索1的抗扭刚度可优选以下列步骤确定：

-首先使绳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。尤其可使吊钩移动至确定的起重高度且必要时使所述行车移动至确定的位置或使起重臂移动至确定的俯仰位置。

-在首次使用新绳索时，绳索1的抗扭刚度在初始状态下被测量，作为进一步测量的参考基础。为此可将所确定的绳索检测长度L设定为确定值并保存，例如通过使吊钩移动至确定的起重高度且使行车移动至确定的位置或使起重臂移动至确定的俯仰位置。这可通过合适的定位或位置传感器检测并保存，以便能够在后续的测量中再次以所期望的方式设定参考绳索长度L。如图1所示，在具有行车的回转塔式起重机中，被检测的绳索区段及其长度L可位于旋转器4和行车的转向滑轮之间。在具有可俯仰的起重臂23的回转塔式起重机中，绳区段及其长度L可位于所述旋转器和吊钩或吊钩护套之间。

-所述检测可优选地在钩上以无载荷的方式进行，从而在后续的检测中总存在相同的绳索牵引力。

-在开始抗扭刚度检测时，首先尽可能地补偿存在于绳索1中的扭转。为此，通过绳索的扭转产生于旋转器4的扭矩可以通过上述扭矩测量器11测量。然后控制装置15根据所确定的扭矩及其方向控制旋转驱动机构5，使得由绳索的扭转产生的扭矩趋近于零。因此，这是实际抗扭刚度测量的起点。

-在绳索1的所述区段L中，发生的预定量的旋转并且测量所产生的扭矩。为此，相应地操作旋转驱动机构5并且测量扭转所需的扭矩。

-作为补充或替代，所述旋转驱动机构可通过控制装置15控制，从在绳索1中产生确定的扭矩，通过扭角测量器测量所产生的转速或所产生的扭转角。

-通过所测量的扭矩和扭转角确定绳索的抗扭刚度。在这种情况下，在固定的预给定转速的情况下，直接使用为此所需的扭矩作为所述抗扭刚度的量度，而在固定的预给定扭矩的情况下，可使用所产生的转速或所产生的转动角作为抗扭刚度的量度。特别地，将扭矩和转角的测量值保存在控制装置15的存储器中，以便用作后续测量的参考基础。

-在预给定的时间间隔中再次对抗扭刚度如上所述进行测量并且对其结果与之前的测量、尤其对新绳索的测量相比较，所述时间间隔必要时采用能够通过载荷循环计数器记录的预定的载荷循环次数或弯曲交变次数的形式。

-评估装置3通过上述方式评估所述绳索的抗扭刚度和/或其相对于新绳索的变化是否超过预定的临界值。

-在新绳索评估中对于安全的起重机操作的抗扭刚度的最大允许的临界值或允许变化的最大允许的临界值可被存储在控制装置15中并且在抗扭刚度测量中作为比较基础使用。在本发明的进一步方案中，能够在接近所述临界值时进行预警告，即表示需要更换绳索。在未注意到已达到或超过临界值的情况下，控制装置15可使用由评估装置3产生的报废信号以自动地停止绳索的操作。

-为确定抗扭刚度而移动绳索区段可自动或手动地编程控制。

Claims (14)

1.用于检测用于起重设备尤其是起重机的高强度纤维绳索(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，所述检测装置具有用于确定绳索(1)的抗扭刚度的抗扭刚度确定机构(2)，并且所述评估装置(3)根据所确定的绳索抗扭刚度提供报废信号。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述抗扭刚度确定机构(2)包括旋转驱动机构(5)和检测机构，所述旋转驱动机构(5)用于使绳索区段扭转预定的转动角和/或以预定扭矩扭转，所述检测机构用于检测由所述绳索区段的扭转产生的扭矩和/或转动角，其中，所述评估装置(3)根据所确定的扭矩和/或所确定的转动角确定绳索的抗扭刚度。

3.根据前述权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述抗扭刚度确定机构(2)包括旋转器(4)，该旋转器(4)具有两个沿绳索的长度方向能够相互扭转的旋转器部分(4a,4b)，该两个旋转器部分(4a,4b)能够通过旋转驱动机构进行驱动从而相对于彼此扭转。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述旋转器(4)不可转动地连接至绳索端部并且不可转动地紧固至基础部分，尤其固定至起重臂。

5.根据权利要求3或4所述设备，其特征在于，所述旋转器(4)设置有扭矩测量器(11)和/或扭角测量器(12)，其中，绳索的抗扭刚度能够通过所述抗扭刚度确定机构(2)根据通过预定扭矩实现的扭转和/或对于预定的扭转需要的扭矩确定。

6.根据前述权利要求之一所述的设备，其特征在于，所述旋转驱动机构(5)被集成至所述旋转器(4)，特别地，所述旋转驱动机构(5)被布置在由旋转器部分(4a)包围的内部空间中。

7.根据前述权利要求之一所述的设备，其特征在于，设置有旋转补偿器，用于补偿在确定绳索的抗扭刚度前存在的绳索扭转。

8.根据引用权利要求5的权利要求7所述的设备，其特征在于，所述旋转补偿器包括控制部件，该控制部件用于根据由所述旋转器上的所述扭矩测量器(11)确定的扭矩和/或根据由旋转方向测量器(13)确定的绳索(1)作用在所述旋转器(4)上的绳索扭转的转动方向来控制所述旋转驱动机构(5)，其中所述控制部件构造成使得所述旋转驱动机构(5)能够被致动从而使由所述扭矩测量器(11)测量的扭矩趋近于零。

9.根据前述权利要求之一所述的设备，其特征在于，所述扭矩测量器(11)和/或扭角测量器(12)和/或所述旋转方向测量器(13)被集成至旋转器(4)和/或旋转驱动机构(5)。

10.根据前述权利要求之一所述的设备，其特征在于，所述抗扭刚度确定机构(2)具有用于自动调节绳索(1)中的预定张紧力的张紧力调节装置和/或用于调节要进行抗扭刚度检测的绳区段的预定长度L的长度调节装置。

11.根据前述权利要求之一所述的设备，其特征在于，所述评估装置(3)当由所述抗扭刚度确定机构(2)确定的绳索抗扭刚度和/或其改变超过规定的临界值时提供报废信号。

12.根据前述权利要求之一所述的设备，其特征在于，为了确定在不同绳索区段处的绳索抗扭刚度，所述抗扭刚度确定机构(2)包括用于使不同的绳索区段自动定位的绳索定位机构，所述绳索区段优选为不同长度的绳索区段。

13.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、尤其是回转塔式起重机、移动式起重机、港口移动式起重机、船舶起重机或车辆悬臂式起重机。

14.根据权利要求13所述的起重机，其特征在于，所述抗扭刚度确定机构(2)被牢固地安装并配设于起重机的绳索驱动机构，或者被构造为移除下的单元，使得绳索的抗扭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。