CN108792948A - 铸造起重机防钢包倾斜提升监测诊断系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种铸造起重机防钢包倾斜提升监测诊断系统，涉及铸造起重机安全领域。包括钢包吊梁倾角传感器、提升钢丝绳无损检测模块、轴承振动传感器、制动器摩擦材料磨损CCD图像传感器、钢包、吊钩、信息计算处理芯片、显示器。每个传感器和提升钢丝绳无损检测模块将检测到的信息传送给信息计算处理芯片。系统检测到钢包倾斜或其它异常信号时，系统将停止铸造起重机工作并报警。信息计算处理芯片根据内置程序和实时信息判断钢包倾斜或异常信号的原因并在司机室的显示器上显示，同时将异常信息和分析结果通过互联网数据共享。本发明便于实时监测铸造起重机运行状态，及时找到故障源和消除隐患，保障钢包吊运的安全。

Description

铸造起重机防钢包倾斜提升监测诊断系统

技术领域

本发明涉及铸造起重机安全领域，具体涉及铸造起重机防钢包倾斜提升监测诊断系统。

背景技术

铸造起重机吊运的是液态熔融金属，一旦发生事故，轻则设备财产受到损失，重则发生人身安全事故，故铸造起重机的安全运行一直是安全生产的保证。

铸造起重机在进行钢包提升的过程中，应使钢包保持水平，若钢包在提升过程中发生倾斜会导致高温钢液流出造成重大事故。起升机构应用频繁，且一旦发生事故，就必须停机导致生产损失，直接影响经济效益。实时监测是以监测设备实时状态为手段的设备运行状态预报技术，能够随时掌握设备的运行状态，通过它来了解设备的健康状况，尽量提高设备运行的可靠性、安全性，在设备发生故障之前发现问题，减少设备故障导致的维修时间和维修费用，从而提高生产效率和效益。

采用传感器采集数据监测能够发现维修人员不易察觉的设备初期故障，而不是等发生事故才去修理，造成重大财产损失还延误生产，从另一方面提高了生产效率，降低故障发生率，杜绝灾难性故障，将获得最大和最长远的回报。

发明内容

本发明的目的是提供铸造起重机防钢包倾斜提升监测诊断系统，以通过传感器监测钢包（6）的状态和关键部件的运行状态。钢包（6）发生倾斜时通过监测信息分析出钢包（6）倾斜的原因。同时，本发明的目的还在于提供事故历史数据记录与分析结果，并且通过互联网实现数据共享。

铸造起重机钢包平稳提升监测系统，包括钢包吊梁倾角传感器（3）、轴承振动传感器（9）、制动器摩擦材料磨损CCD图像传感器（13）、提升钢丝绳无损检测模块（10）、吊钩（2）、信息计算处理芯片与显示器等。将钢包吊梁倾角传感器（3）安装在吊钩（2）横梁的上表面，在吊钩（2）的横梁两端布置四个钢包吊梁倾角传感器（3），每端两个。在钢包吊梁倾角传感器（3）的底部铺置外形一致的由隔热材料制成的隔热块（4）。钢包吊梁倾角传感器（3）实时监测吊钩（2）横梁的水平度，且把检测到的信息传送给信息计算处理芯片进行数据处理。

铸造起重机工作时，将四个钢包吊梁倾角传感器（3）检测到的倾角信息传送给信息计算处理芯片，当隔热块（4）未发生变形时，四个钢包吊梁倾角传感器（3）检测的倾角相同，若四个钢包吊梁倾角传感器（3）测到的倾角不同，则将信息传送到司机室的显示器上并发出警报，便于工作人员及时进行校准调整钢包吊梁倾角传感器（3）的安装，确保所测得倾角数据的准确性。

a₀=(a₁+a₂+a₃+a₄)/4式中a₁和a₂为最左侧两个钢包吊梁倾角传感器（3）测得的倾角，a₃和a₄为右侧两个钢包吊梁倾角传感器（3）测得的倾角，a₀为四者求后求平均的倾角。这种方式可以在其中一个钢包吊梁倾角传感器（3）因意外损坏的情况下，仍可以保持监测系统正常工作。同时在不同位置检测倾角信息求和后求平均，减小测量的误差，提高所测数据的精确度。吊钩（2）和钢包（6）的连接方式是如图1所示，吊钩（2）吊梁的上表面与钢包上表面保持平行，即测得的吊钩（2）吊梁的上表面的倾角等于钢包（6）上表面的倾角。铸造起重机在进行作业前，确定吊钩（2）的挂钩（7）和钢包耳轴（8）正确挂接，空包提升一次，分析采集到的数据，若提升钢丝绳（1）的钢丝没有发生断裂，钢包（6）产生倾斜且倾角恒定，则两个卷筒（5）直径不相等，应更换直径相同的卷筒（5）。若钢包未发生倾斜，则卷筒（5）直径相等，满足铸造起重机安全作业的要求。当更换提升钢丝绳（1）时，钢包吊梁倾角传感器（3）可以起到标准的作用，使提升钢丝绳（1）的安装满足使钢包（6）工作过程中保持水平的要求。

将提升钢丝绳无损检测模块（10）安装在定滑轮组（11）上，实时监测提升钢丝绳（1）是否发生钢丝断裂，将测到的钢丝绳信息传送给信息计算处理芯片。当检测到提升钢丝绳（1）发生钢丝断裂时,在显示器显示钢丝断裂的警报信息，指示工作人员及时检修。由以下公式。

σ_t≈1.2S/(iπδ²/4)

式中σ_t为钢丝绳拉应力，S为钢丝绳的静拉力，1.2为考虑到钢丝绳螺旋角及应力分布不均匀的系数，i为钢丝绳中的钢丝总数，δ为钢丝直径。在提升过程中钢包和龙门吊具质量不变，即钢丝绳的静拉力S不变，所以当部分钢丝发生断裂，即i减小时，由等式关系可得σ_t变大。由以下公式。

F=KX

式中F为钢丝绳的受力，K为钢丝绳的强度系数，X为钢丝绳受力的形变。当钢丝绳发生断丝后，F不变，K减小，则X增大，吊钩（2）两侧的钢丝绳形变不同，会导致吊钩（2）发生倾斜，即钢包（6）发生倾斜，影响铸造起重机的正常工作。

若钢包吊梁倾角传感器（3）测得的倾角为恒定值，且未检测到提升钢丝绳（1）发生钢丝断裂，则在显示器上显示挂钩（7）和钢包耳轴（8）没有正常连接。如当挂钩（7）顶尖在钢包耳轴（8）的轴杆中侧，形成挂钩（7）与钢包耳轴（8）“线”接触，如图3和图4所示。

如图5所示为挂钩（7）和钢包耳轴（8）没有正常连接的力学模型，直线hj为钢包（6），长度为W,点m为hj的中点，点n为挂钩（7）和钢包耳轴（8）没有正常连接后钢包重心偏移到的点，设钢包（6）重心偏移后点n距右端点为3W/4，F₁为吊钩（2）左侧钢丝绳拉力，F₂为吊钩（2）右侧钢丝绳拉力，G为钢包（6）的重力。若挂钩（7）和钢包耳轴（8）正常连接，由以下公式。

F₁+F₂=G

F₁W=GW/2

由式得F₁= G/2，F₂=G/2，吊钩（2）两侧钢丝绳拉力相等。若挂钩（7）和钢包耳轴（8）未正常连接，使钢包（6）发生倾斜，重心偏移，由以下公式。

F₁+F₂=G

F₁W=3GW/4

由式可得F₁=3G/4，F₂=G/4，吊钩（2）两侧钢丝绳拉力不相等，钢丝绳受力不相等，发生的形变不相等，吊钩（2）发生倾斜，即钢包（6）发生倾斜。

当吊工站位不正确时，只能看到一侧的挂钩（7）和钢包耳轴（8）的连接，从而造成未发现钢包（6）错误挂接，钢包（6）受力不均匀、倾斜，随时有坠包的可能，容易造成重大事故。发出警报后，停止浇铸工作，提示工作人员检查钢包的挂接方式。

若钢包吊梁倾角传感器（3）测得的倾斜角度为恒定值，且两侧提升钢丝绳（1）的钢丝未发生断裂，挂钩（7）与钢包耳轴（8）正常挂接，则信息计算处理芯片判定发生倾斜原因为提升钢丝绳（1）在卷筒（5）上的固定方式发生破坏，并显示在屏幕上，便于检修人员及时排除故障。

若钢包吊梁倾角传感器（3）测得的倾角不是恒定值，采集实时倾角信息，通过确定倾角波动时的幅值和幅值之间间距的时间，确定振动周期T，f₁=1/T。f₁为钢包（6）摆动的频率。将测得的倾摆的实时信息传送给铸造起重机的运行控制系统和制动系统，可以根据钢包（6）的实际状态采取平稳停车的措施。

若钢包吊梁倾角传感器（3）测得的倾角是紊乱不规则的，且其它采集的信号均无异常，则信息计算处理芯片将把导致钢包（6）发生倾斜的原因判定为电气控制系统发生故障，并将故障原因在显示器上显示，工作人员应重新调整程序，重新启动。

在每个轴承座上安装轴承振动传感器（9），检测轴承的振动量，将监测到的信息传送给信息计算处理芯片。确定报警值采用相对法，以轴承正常状态的振动值作为基数，再实时采集数据和报警值相比较。当轴承发生异常振动时，立即停止浇铸工作，将钢包缓慢放下，在显示器上显示警报及原因，指示工作人员及时检修，避免发生轴承断裂损坏造成更大的事故。轴承仅有10%的产品使用周期达到设计寿命。主要原因有：40%由于润滑不良造成失效；30%由于不对中等装配原因引起故障；20%是由于过载使用或制造上的原因导致故障，所以实时了解轴承状态很重要。采用振动实时监测的方法，判断设备是处于稳定状态或正在恶化，采取主动维修或基于可靠性的维护，在设备发生故障之前发现问题，减少设备故障导致的维修时间和维修费用，从而提高生产效率和效益。

将制动器摩擦材料磨损CCD图像传感器（13）安装在工作制动器上,将监测到的信息传送给信息计算处理芯片，当制动器摩擦材料磨损CCD图像传感器（13）检测到工作制动器（12）表面的制动衬料破损时，系统发出警报并在显示器上显示，提示工作人员及时检修。制动衬料即能增大摩擦因数，同时又能减少对制动轮（盘）的磨损。当制动衬料破损时，制动力矩将变小，在制动时容易因制动力矩不够造成钢包坠落。

信息计算处理芯片将接收到的信息处理后在显示器上显示，同时当系统检测到钢包（6）发生倾斜或其它异常信号时，显示屏上会显示警告信息，因铸造起重机的工作环境噪音较大，当警报发生时，不仅有蜂鸣器的警报声，而且有红色警报灯闪烁引起司机的注意。并通过系统采集到传感器信息和系统内置程序判断出钢包（6）发生倾斜或其它异常信号的原因，然后在显示器上显示。

信息计算处理芯片是有记录和联网功能的，它将发生过的故障记录统计并通过联网实现数据共享。

C_i=∑X（i=1,2,3…)

A=∑C_i(i=1,2,3…)

P(C_i)=C_i/A (i=1,2,3…)

式中C_i为因同一种原因使钢包（6）发生倾斜的总次数，X表示同一种原因使钢包（6）发生倾斜的次数，A表示钢包（6）发生倾斜的总次数，P(C_i)为一种原因使钢包（6）发生倾斜次数占钢包（6）发生倾斜总次数的比例。操作人员可以在显示器上调出如上统计好的历史记录。同时这些信息将通过车间无线网络，将信息接入到互联网中，管理人员也可以在办公室查看钢包（6）发生倾斜的历史记录和原因、维护情况。当发生严重故障或短时间内同一原因多次导致钢包发生倾斜时，将信息自动发送给管理人员，使其无论身处何地都可以第一时间掌握起重机的重要信息。上述功能可以很好的解决传统人工管理逐级上报存在的问题，提高工作效率。

附图说明

图1为铸造起重机正视图。（2）为吊钩，（5）为卷筒，（6）为钢包。

图2为铸造起重机局部示意图。（1）为提升钢丝绳，（2）为吊钩，（3）钢包吊梁倾角传感器，（4）隔热块。

图3为龙门吊钩局部示意图。（7）为挂钩，（8）为钢包耳轴。

图4为钢包倾斜示意图。（7）为挂钩，（8）为钢包耳轴。

图5为挂钩和钢包的耳轴没有正常连接的力学模型示意图。

图6为铸造起重机俯视图。

图7为铸造起重机局部俯视图。（9）为轴承振动传感器，（10）为提升钢丝绳无损检测模块，（11）为定滑轮组，（12）为工作制动器，（13）为制动器摩擦材料磨损CCD图像传感器。

图8为钢包水平监测系统工作原理图。

图9为轴承振动监测工作原理图。

具体实施方式

为了能更清楚地了解本发明的技术内容，特以具体实时方式进行详细说明。

铸造起重机防钢包倾斜提升监测诊断系统，包括钢包吊梁倾角传感器（3）、轴承振动传感器（9）、制动器摩擦材料磨损CCD图像传感器（13）、提升钢丝绳无损检测模块（10）、吊钩（2）、信息计算处理芯片与显示器等。将钢包吊梁倾角传感器（3）安装在吊钩（2）的上表面，在吊钩（2）的横梁两端布置四个钢包吊梁倾角传感器（3），每端两个，并在钢包吊梁倾角传感器（3）的底部铺置外形一致的由隔热材料制成的隔热块（4）。钢包吊梁倾角传感器（3）实时监测吊钩（2）横梁的水平度，并把监测到的信息传送给信息计算处理芯片进行数据处理。

系统工作时，四个钢包吊梁倾角传感器（3）将检测到的倾角信息传送给信息计算处理芯片，当隔热块（4）未发生变形时，四个钢包吊梁倾角传感器（3）检测的倾角相同，若信息计算处理芯片监测到四个钢包吊梁倾角传感器（3）测到的倾角不同，则将信息传送到显示器上并发出警报，便于工作人员对钢包吊梁倾角传感器（3）及时进行校准调整，确保所测得数据的准确性。

由公式a₀=(a₁+a₂+a₃+a₄)/4式中a₁和a₂为最左侧两个钢包吊梁倾角传感器（3）测得的倾角，a₃和a₄为右侧两个钢包吊梁倾角传感器（3）测得的倾角，a₀为四者求后求平均的倾角。这种方式可以在其中一个钢包吊梁倾角传感器（3）因意外损坏的情况下，仍可以保持监测系统正常工作。同时在不同位置检测倾角信息求和后求平均，减小测量的误差，提高所测数据的精确度。铸造起重机在进行作业前，确定挂钩（7）和钢包耳轴（8）正确挂接，空包提升一次，分析采集到的数据，若提升钢丝绳（1）的钢丝没有发生断裂，钢包（6）产生倾斜且倾角恒定，则两个卷筒（5）直径不相等，应更换直径相同的卷筒（5）。若钢包（6）未发生倾斜，则卷筒（5）直径相等，满足铸造起重机安全作业的要求。当更换钢丝绳时，钢包吊梁倾角传感器（3）可以起到标准的作用，使提升钢丝绳（1）的安装满足使钢包（6）工作过程中保持水平的要求。

将提升钢丝绳无损检测模块（10）安装在定滑轮组（11）上，实时检测提升钢丝绳（1）是否发生钢丝断裂，将测到的钢丝绳信息传送给信息计算处理芯片。当检测到提升钢丝绳（1）发生钢丝断裂时,在显示器显示钢丝断裂的警报信息，提示工作人员及时检修。

若钢包吊梁倾角传感器（3）测得的倾角为恒定值，且未检测到提升钢丝绳（1）发生钢丝断裂，则在显示器上显示挂钩（7）和钢包耳轴（8）没有正常连接。如果挂钩（7）顶尖在钢包耳轴（8）的轴杆中侧，形成挂钩（7）与钢包耳轴（8）“线”接触。且吊工站位不对时，只能看到一侧的挂钩（7）和钢包耳轴（8）的连接，从而造成钢包（6）的错误挂接。发出警报后，立即停止浇铸工作，提示工作人员检查钢包的挂接方式。

若钢包吊梁倾角传感器（3）所测得的倾角为恒定值，且两侧提升钢丝绳（1）未发生变损坏，挂钩（7）与钢包耳轴（8）正常挂接，则信息计算处理芯片判定发生倾斜原因为提升钢丝绳（1）在卷筒（5）上的固定方式发生破坏，并显示在屏幕上，提示检修人员排除故障。

若钢包吊梁倾角传感器（3）测得的倾角不是恒定值，采集实时倾角的信息，通过确定倾角波动时的幅值和幅值之间间距的时间，确定振动周期T，f₁=1/T。f₁为钢包摆动的频率。将钢包（6）的倾摆的实时信息传送给铸造起重机的运行控制系统和制动系统，可以根据钢包（6）的实际状态采取平稳停车的措施。

若钢包吊梁倾角传感器（3）所测得的倾角是紊乱不规则的，且其它采集的信号均无异常，则信息计算处理芯片将把导致钢包（6）发生倾斜的原因判定为电气控制系统发生故障，并将故障原因在显示器上显示，工作人员应重新调整程序，重新启动。

在每个轴承座上安装轴承振动传感器（9），检测轴承的振动量，确定报警值采用相对法，以轴承正常状态的振动值作为基数，再实时采集数据和报警值相比较。当轴承发生异常振动时，立即停止浇铸工作，将钢包（6）缓慢放下，在显示器上显示警报及原因，提示工作人员及时检修，避免发生轴承断裂损坏造成更大的事故。

将制动器摩擦材料磨损CCD图像传感器（13）安装在工作制动器上（12）,将监测到的信息传送给信息计算处理芯片，当制动器摩擦材料磨损CCD图像传感器（13）检测到工作制动器（12）表面的制动衬料破损时，系统发出警报并在显示器上显示，提示工作人员及时检修。制动衬料即能增大摩擦因数，同时又能减少对制动轮（盘）的磨损。当制动衬料破损时，制动力矩将变小，在制动时容易因制动力矩不够造成钢包（6）坠落。

信息计算处理芯片将接收到的信息处理后在显示器上显示，同时当系统检测到钢包（6）发生倾斜或其它异常信号时，显示屏上会显示警告信息，因铸造起重机的工作环境噪音较大，当警报发生时，不仅有蜂鸣器的警报声，而且有红色警报灯闪烁引起司机的注意。并通过系统采集到传感器信息和系统内置程序判断出钢包（6）发生倾斜或其它异常信号的原因，然后在显示器上显示。

信息计算处理芯片是有记录和联网功能的，它会将以经发生过的故障记录统计，由以下公式。

C_i=∑X(i=1,2,3…)

A=∑C_i(i=1,2,3…)

P(C_i)=C_i/A(i=1,2,3…)

式中C_i为因同一种原因使钢包发生倾斜的总次数，X表示同一种原因使钢包（6）发生倾斜的次数，A表示钢包（6）发生倾斜的总次数，P(C_i)为一种原因使钢包（6）发生倾斜次数占钢包（6）发生倾斜总次数的比例。操作人员可以在显示器上调出如上统计好的历史记录。同时这些信息将通过车间无线网络，将信息接入到互联网中，管理人员也可以在办公室查看钢包（6）发生倾斜的历史记录和原因、维护情况。当发生严重故障或短时间内同一原因多次导致钢包（6）发生倾斜时，将信息自动发送给管理人员，使其无论身处何地都可以第一时间掌握起重机的重要信息。上述功能可以很好的解决传统人工管理逐级上报存在的问题，提高工作效率。

Claims (5)

1.铸造起重机防钢包倾斜提升监测诊断系统，其包括钢包吊梁倾角传感器、提升钢丝绳无损检测模块、轴承振动传感器、制动器摩擦材料磨损CCD图像传感器、钢包、吊钩、信息计算处理芯片、显示器，每个传感器和提升钢丝绳无损检测模块将检测到的信息传送给信息计算处理芯片，当监测到钢包倾斜或其它异常信号时，系统将停止铸造起重机工作并报警，信息计算处理芯片根据内置程序和实时信息判断钢包倾斜或异常信号原因并显示在显示器上。

2.根据权利要求1所述的铸造起重机防钢包倾斜提升监测诊断系统，其特征在于，钢包吊梁倾角传感器安装在龙门吊钩横梁的上表面，提升钢丝绳无损检测模块安装在定滑轮组上，轴承振动传感器安装在每个轴承座上，制动器摩擦材料磨损CCD图像传感器安装在工作制动器上。

3.根据权利要求1所述的铸造起重机防钢包倾斜提升监测诊断系统，其特征在于，当钢包发生倾斜时，系统可以通过钢包吊梁倾角传感器监测到并报警，并通过信息计算处理芯片内置程序和其它传感器信息判断出故障源并在显示器上显示。

4.根据权利要求1所述的铸造起重机防钢包倾斜提升监测诊断系统，其特征在于，当轴承振动传感器检测到轴承发生异常振动时，系统将在显示器上显示轴承振动异常并报警，消除事故隐患。

5.根据权利要求1所述的铸造起重机防钢包倾斜提升监测诊断系统，其特征在于，当制动器摩擦材料磨损CCD图像传感器检测到制动器表面的制动衬料破损时，系统将在显示器上显示制动器异常并报警。