CN109553006B - 一种智慧起重机健康诊断系统及工作方法 - Google Patents

一种智慧起重机健康诊断系统及工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种智慧起重机健康诊断系统及工作方法，健康诊断系统包括控制器和连接在控制器上的显示屏；在控制器上连接有安装在液压管路系统中的第一流量传感器、安装在绞车滚筒上的第一速度传感器、安装在液压泵上的第二速度传感器、安装在液压泵输出端的第二流量传感器、安装在液压马达上的第三速度传感器和安装在液压马达上的第三流量传感器；工作方法包括液压系统传动装置的健康诊断。利用本发明，能对起重机动力系统进行健康监测。

Description

一种智慧起重机健康诊断系统及工作方法
技术领域
本发明涉及起重机，尤其是智慧起重机健康诊断系统的工作方法。
背景技术
现有的起重机主要包括底座、安装在底座上的回转支承、安装在回转支承上的回转平台、安装在回转平台上的三角架、铰接在回转平台上的吊臂、安装在回转平台上的绞车和连接在绞车上的钢丝绳，还包括油箱、与油箱连通的液压泵、连接在液压泵输出端的液压管路系统和连接在液压管路系统输出的液压马达，液压马达驱动绞车工作。而随着智能化系统的发展，起重机也再向智能化方向发展。
起重机在工作一段时间后，即使能够正常工作，也需要经常对起重机进行检修，而盲目的检修需要花费大量的时间，同时对检修人员的技术性能要求较高，并且难以检测出问题所在。
发明内容
本发明的目的是提供一种智慧起重机健康诊断系统及工作方法，利用本发明，能对起重机动力系统进行健康监测。
为达到上述目的，一种智慧起重机健康诊断系统的工作方法，包括液压系统传动装置的健康诊断；液压系统传动装置的健康诊断方法为：用第一流量传感器检测液压系统的流量Q，并将流量信号传输到控制器中，用第一速度传感器检测绞车滚筒的旋转速度V，单位为：km/h，并将旋转速度V传输到控制器中，用第二速度传感器检测液压泵的转速n，并将转速n输入到控制器中，用第二流量传感器检测液压泵输出端的流量Q泵，单位为L/min，并将流量Q泵传输到控制器中；用第三速度传感器检测液压马达的转速n2，并将转速n2输入到控制器中，用第三流量传感器检测通过液压马达的流量Q马，并将流量Q马输入到控制器中；在控制器中利用如下公式计算理论旋转速度V1，单位为km/h；
V1＝0.1882·Q·D·η1·η2·η3/∑q
其中，Q为液压系统的实际流量，单位为：L/min
D为滚筒的直径，单位为：mm
η1----液压泵的容积效率，对齿轮泵η1＝0.88～0.90，
η2----系统中阀件容积效率,
η3---液压马达容积效率,
∑q为液压系统的总排量，单位为L/min；
在控制器中，用V1与V进行比较，如果旋转速度V偏离理论旋转速度V1所设定的公差值，诊断传动装置出现健康问题；
用如下公式计算液压泵的理论流量Q2；
Figure GDA0002373739500000021
其中，Vg为液压泵的排量，单位为：ml/r，△P为液压泵输入端与输出端之间的压差，单位为：Mpa，n为转速，单位为r/min，ηv1为液压泵的容积效率；
在控制器中，用Q2与Q泵进行比较，如果Q泵偏离Q2所设定的公差值，诊断液压泵有健康问题；
用如下公式计算液压马达的理论流量Q3；
Figure GDA0002373739500000022
其中，Vg为液压马达的排量，单位为：ml/r，△P为液压马达输入端与输出端之间的压差，单位为：Mpa，n2为转速，单位为r/min，ηv2为液压马达的容积效率；
在控制器中，用Q3与Q马进行比较，如果Q马偏离Q3所设定的公差值，诊断液压马达有健康问题。
基于所述的智慧起重机健康诊断系统的工作方法的健康诊断系统，包括控制器和连接在控制器上的显示屏；在控制器上连接有安装在液压管路系统中的第一流量传感器、安装在绞车滚筒上的第一速度传感器、安装在液压泵上的第二速度传感器、安装在液压泵输出端的第二流量传感器、安装在液压马达上的第三速度传感器和安装在液压马达上的第三流量传感器。
进一步的，η1＝0.96～0.97，η2＝0.985～0.995，η3＝0.97～0.98。
进一步的，旋转速度V偏离理论旋转速度V1的公差值为±1km/h属于正常。
进一步的，实际流量Q泵偏离理论流量Q2的公差值为±1L/min属于正常；实际流量Q马偏离理论流量Q3的公差值为±1L/min属于正常。
上述智慧起重机健康诊断系统及工作方法，在健康诊断过程中，通过获取信号，并对信号利用本发明的计算方法进行计算，从而对液压泵、液压马达和传动装置进行诊断，在本发明中，传动装置为连接在液压马达输出端的变速器和连接在变速器上的绞车。
附图说明
图1为智慧起重机的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步详细说明。
如图1所示，智慧起重机包括底座1、安装在底座上的回转支承2、安装在回转支承上的回转平台3、安装在回转平台上的三角架4、铰接在回转平台上的吊臂5、安装在回转平台上的绞车和连接在绞车上的钢丝绳，还包括油箱、与油箱连通的液压泵、连接在液压泵输出端的液压管路系统和连接在液压管路系统输出的液压马达，液压马达驱动绞车工作；其特征在于：还包括控制器和连接在控制器上的显示屏；在控制器上连接有安装在吊臂上的风向传感器、安装在吊臂上的风速传感器、用于检测液压管路系统中液压油压力的压力传感器、安装在液压泵及液压马达上的温度传感器、安装在液压油箱内的液位传感器、安装在柴油箱内的液位传感器、安装在液压管路系统中的第一流量传感器、安装在绞车滚筒上的第一速度传感器、安装在液压泵上的第二速度传感器、安装在液压泵输出端的第二流量传感器、安装在液压马达上的第三速度传感器、安装在液压马达上的第三流量传感器、安装在液压泵上的压力传感器、安装在钢丝绳上的力传感器和用于检测钢丝绳速度的第四速度传感器。
上述智能起重机的工作方法为包括安全监控方法、健康诊断方法和效能评估方法。监控诊断方法即为健康诊断系统的工作方法。
安全监控方法包括风向监控、风速的监控、液压油压力的监控、液压油温度的监控、液压油容量的监控和柴油容量的监控。
风向的监控为通过风向传感器采集风向输入模拟量然后传输到控制器中，控制器对风向输入模拟量进行计算处理后得到风向实际值，然后通过显示屏显示风向实际值，风向实际值的计算方法为：
y1＝k1×(x1-4)
其中，y1为风向实际值，k1为风向与风向传感器风向模拟量的比例，k1＝360°/16mA＝22.5，x1为风向传感器的输入模拟量，上述计算方法中，计算出y1小于0°时，显示为0°，计算出y1大于360°时，显示为360°。
风速的监控为通过风速传感器采集风速输入模拟量然后传输到控制器中，控制器对风速输入模拟量进行计算处理后得到风速实际值，然后通过显示屏显示风速实际值，风速实际值的计算方法为：
y2＝k2×(x2-4)
其中，y2为风速实际值，k2为风速与风速传感器风速模拟量的比例，k2＝70m/s/16mA＝4.375，x2为风速传感器的输入模拟量，上述计算方法中，计算出y2小于0°时，显示为0°。监控到超风速状态持续3s时通过风速报警器报警。
液压油压力的监控为通过压力传感器采集液压油压力输入模拟量然后传输到控制器中，控制器对液压油压力输入模拟量进行计算处理后得到液压油压力实际值，然后通过显示屏显示液压油压力实际值，液压油压力实际值的计算方法为：
y3＝k3×(x3-4)
其中，y3为液压油压力实际值，k3为按照不同压力传感器量程计算出的常量，k3＝压力传感器最大量程MPa/16mA，x3为液压油压力传感器的输入模拟量。
液压油温度的监控为通过温度传感器采集液压油温度输入模拟量然后传输到控制器中，控制器对液压油温度输入模拟量进行计算处理后得到液压油温度实际值，然后通过显示屏显示液压油温度实际值，液压油温度实际值的计算方法为：
y4＝k4×(x4-4)+a；y4为液压油温度实际值，x4液压油温度输入模拟量，k4为按照不同温度传感器量程计算出的常量，a为温度传感器量程下限。当监测到液压油温度大于65℃时，通过油温预警器预警。
液压油容量的监控为通过安装在液压油箱中的液位传感器检测是否有液压油的信号，然后通过显示屏显示。
柴油容量的监控为通过安装在柴油箱中的液位传感器检测是否有柴油的信号，然后通过显示屏显示。
健康诊断方法包括液压系统传动装置的健康诊断；液压系统传动装置的健康诊断方法为：用第一流量传感器检测液压系统的流量Q，并将流量信号传输到控制器中，用第一速度传感器检测绞车滚筒的旋转速度V，单位为：km/h，并将旋转速度V传输到控制器中，用第二速度传感器检测液压泵的转速n，并将转速n输入到控制器中，用第二流量传感器检测液压泵输出端的流量Q泵，单位为L/min，并将流量Q泵传输到控制器中；用第三速度传感器检测液压马达的转速n2，并将转速n2输入到控制器中，用第三流量传感器检测通过液压马达的流量Q马，并将流量Q马输入到控制器中；在控制器中利用如下公式计算理论旋转速度V1，单位为km/h；
V1＝0.1882·Q·D·η1·η2·η3/∑q
其中，Q为液压系统的实际流量，单位为：L/min
D为滚筒的直径，单位为：mm
η1----液压泵的容积效率，对齿轮泵η1＝0.88～0.90，
η2----系统中阀件容积效率,
η3---液压马达容积效率,
∑q为液压系统的总排量，单位为L/min；
η1＝0.96～0.97，η2＝0.985～0.995，η3＝0.97～0.98。
在控制器中，用V1与V进行比较，如果旋转速度V偏离理论旋转速度V1所设定的公差值，诊断传动装置出现健康问题；其中，旋转速度V偏离理论旋转速度V1的公差值为±1km/h属于正常，否则有健康问题。
用如下公式计算液压泵的理论流量Q2；
Figure GDA0002373739500000061
其中，Vg为液压泵的排量，单位为：ml/r，△P为液压泵输入端与输出端之间的压差，单位为：Mpa，n为转速，单位为r/min，ηv1为液压泵的容积效率；
在控制器中，用Q2与Q泵进行比较，如果Q泵偏离Q2所设定的公差值，诊断液压泵有健康问题；实际流量Q泵偏离理论流量Q2的公差值为±1L/min属于正常，否则有健康问题。
用如下公式计算液压马达的理论流量Q3；
Figure GDA0002373739500000062
其中，Vg为液压马达的排量，单位为：ml/r，△P为液压马达输入端与输出端之间的压差，单位为：Mpa，n2为转速，单位为r/min，ηv2为液压马达的容积效率；
在控制器中，用Q3与Q马进行比较，如果Q马偏离Q3所设定的公差值，诊断液压马达有健康问题；实际流量Q马偏离理论流量Q3的公差值为±1L/min属于正常，否则有健康问题。
效能评估方法为：用压力传感器检测液压泵的液压压力P泵，单位为Mpa，并将液压压力P泵传输到控制器中，用第二流量传感器检测液压泵输出端的流量Q泵，单位为L/min，并将流量Q泵传输到控制器中，在控制器中用如下公式计算液压泵的实际功率N，单位为KW；
N＝PQ/60η
其中，η为液压泵的总效率；η取0.85～～0.9；
用力传感器检测吊装货物或人的拉力F，单位为KN，并将拉力F输入到控制器中，用第四速度传感器检测与货物或人连接的钢丝绳的速度V，单位为Km/h，并将速度V输入到控制器中，在控制器中用如下公式计算吊装功率P吊，单位为KW；
P吊＝FV
在控制器中，计算出P吊与N的比值i，利用时间作为X轴，用时间对应的i值作为Y轴，在控制器中形成时间与i的曲线关系，并通过显示屏显示时间与i的曲线图。
在本发明中，可传感器与控制器连接，控制器与显示屏连接。传动装置为连接在液压马达输出端的变速器和连接在变速器上的绞车。液压系统即液压管路系统。
上述智慧起重机及工作方法，利用安装在吊臂上的风向传感器、安装在吊臂上的风速传感器、用于检测液压管路系统中液压油压力的压力传感器、安装在液压泵及液压马达上的温度传感器、安装在液压油箱内的液位传感器、安装在柴油箱内的液位传感器检测到相应的信号，并对信号进行精确的计算，获得相应的数据，该数据显示到显示屏上，并对超过设定范围值的信号进行报警，这样，处理的精度高，能精确的起到安全警示的作用。
在健康诊断过程中，通过获取信号，并对信号利用本发明的计算方法进行计算，从而对液压泵、液压马达和传动装置进行诊断，在本发明中，传动装置为连接在液压马达输出端的变速器和连接在变速器上的绞车。
通过获取液压马达的功率和吊装的功率计算能效，并形成曲线图，使得操作人员在操作时看到能效数据，也可以查看历史能效数据，便于对该起重机的能效进行评估。

Claims (5)

1.一种智慧起重机健康诊断系统的工作方法，其特征在于：包括包括液压系统传动装置的健康诊断；液压系统传动装置的健康诊断方法为：用第一流量传感器检测液压系统的流量Q，并将流量信号传输到控制器中，用第一速度传感器检测绞车滚筒的旋转速度V，单位为：km/h，并将旋转速度V传输到控制器中，用第二速度传感器检测液压泵的转速n，并将转速n输入到控制器中，用第二流量传感器检测液压泵输出端的流量Q泵，单位为L/min，并将流量Q泵传输到控制器中；用第三速度传感器检测液压马达的转速n2，并将转速n2输入到控制器中，用第三流量传感器检测通过液压马达的流量Q马，并将流量Q马输入到控制器中；在控制器中利用如下公式计算理论旋转速度V1，单位为km/h；
V1＝0.1882·Q·D·η1·η2·η3/∑q
其中，Q为液压系统的实际流量，单位为：L/min
D为滚筒的直径，单位为：mm
η1----液压泵的容积效率，对齿轮泵η1＝0.88～0.90，
η2----系统中阀件容积效率,
η3---液压马达容积效率,
∑q为液压系统的总排量，单位为L/min；
在控制器中，用V1与V进行比较，如果旋转速度V偏离理论旋转速度V1所设定的公差值，诊断传动装置出现健康问题；
用如下公式计算液压泵的理论流量Q2；
Figure FDA0002373739490000011
其中，Vg为液压泵的排量，单位为：ml/r，△P为液压泵输入端与输出端之间的压差，单位为：Mpa，n为转速，单位为r/min，ηv1为液压泵的容积效率；
在控制器中，用Q2与Q泵进行比较，如果Q泵偏离Q2所设定的公差值，诊断液压泵有健康问题；
用如下公式计算液压马达的理论流量Q3；
Figure FDA0002373739490000021
其中，Vg为液压马达的排量，单位为：ml/r，△P为液压马达输入端与输出端之间的压差，单位为：Mpa，n2为转速，单位为r/min，ηv2为液压马达的容积效率；
在控制器中，用Q3与Q马进行比较，如果Q马偏离Q3所设定的公差值，诊断液压马达有健康问题。
2.根据权利要求1所述的智慧起重机健康诊断系统的工作方法，其特征在于：η1＝0.96～0.97，η2＝0.985～0.995，η3＝0.97～0.98。
3.根据权利要求1所述的智慧起重机健康诊断系统的工作方法，其特征在于：旋转速度V偏离理论旋转速度V1的公差值为±1km/h属于正常。
4.根据权利要求1所述的智慧起重机健康诊断系统的工作方法，其特征在于：实际流量Q泵偏离理论流量Q2的公差值为±1L/min属于正常；实际流量Q马偏离理论流量Q3的公差值为±1L/min属于正常。
5.一种基于权利要求1所述的智慧起重机健康诊断系统的工作方法的健康诊断系统，其特征在于：包括控制器和连接在控制器上的显示屏；在控制器上连接有安装在液压管路系统中的第一流量传感器、安装在绞车滚筒上的第一速度传感器、安装在液压泵上的第二速度传感器、安装在液压泵输出端的第二流量传感器、安装在液压马达上的第三速度传感器和安装在液压马达上的第三流量传感器。
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