CN112723168B - 用于起重机传动机构的检测系统、检测方法及起重机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于起重机传动机构的检测系统、检测方法及起重机，属于检测技术领域。传动机构包括电机、减速器和卷筒，电机用于驱动减速器带动卷筒转动，所述系统包括：第一检测单元，与电机相连接，用于检测电机的转动信息并将电机的转动信息发送至控制单元；第二检测单元，与卷筒相连接，用于检测卷筒的转动信息并将卷筒的转动信息发送至控制单元；以及控制单元，用于基于电机与卷筒之间的传动比，确定电机的转动信息与卷筒的转动信息的第一比较结果，并根据第一比较结果确定传动机构是否发生故障。通过上述方案，互校分析传动机构的状态，具有可靠性好和准确率高的优点，能够为安全限位提供有效的输入，并能提高传动机构的安全性。

Description

用于起重机传动机构的检测系统、检测方法及起重机

技术领域

本发明涉及检测技术领域，具体地涉及一种用于起重机传动机构的检测系统、检测方法及起重机。

背景技术

塔机传动机构包括电机、联轴器、减速器、卷筒和钢丝绳等传动部件，若这些传动部件中任意一者发生故障，均会导致塔机传动机构无法提供有效传动，使得塔机存在运动风险。

针对上述问题，业内普遍采用卷筒端作为位置信息的监测装置，用于限制吊钩运动的减速和停止。但是这类技术依赖于传动链路的完整有效，若传动链路出现中断，位置监测装置将无法获取有效的信息输入，不能正常的对塔机运动安全进行限制。

例如，传动链路可能会出现以下故障：联轴器松动、断裂或脱落等，减速器传动比配置错误，制动功能失效和钢丝绳打搅乱绳等。当出现如上故障中的任意一者时，卷筒端的位置监测装置都无法获得有效的信息输入，传动机构就不能正常的对运动安全进行显示，会存在安全隐患。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种用于起重机传动机构的检测系统、检测方法及起重机，用于解决上述技术问题中的一者或多者。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种用于起重机传动机构的检测系统，所述传动机构包括电机、减速器和卷筒，所述电机用于驱动所述减速器带动所述卷筒转动，所述系统包括：

第一检测单元，与所述电机相连接，用于检测所述电机的转动信息并将所述电机的转动信息发送至控制单元，其中，所述电机的转动信息为电机转动角度；

第二检测单元，与所述卷筒相连接，用于检测所述卷筒的转动信息并将所述卷筒的转动信息发送至控制单元，其中，所述卷筒的转动信息为卷筒转动角度；以及

控制单元，用于每隔预设时间周期通过以下方式确定所述传动机构是否发生故障：确定所述电机转动角度在预设时长内的第一转动积分；确定所述卷筒转动角度在所述预设时长内的第二转动积分；基于所述传动比、所述第一转动积分和所述第二转动积分，确定转动误差；在所述转动误差的绝对值大于第一容许误差的情况下，确定所述传动机构发生故障；在所述传动机构发生故障的情况下，根据所述第一转动积分与第二容许误差的比较结果和所述第二转动积分与第三容许误差的比较结果，确定所述传动机构发生故障的原因；在所述第一转动积分大于所述第二容许误差、所述第二转动积分大于所述第三容许误差的情况下，确定所述传动机构发生故障的原因为减速器传动比配置错误；在所述第一转动积分大于所述第二容许误差，所述第二转动积分小于所述第三容许误差时，若所述第一检测单元无故障，则确定所述传动机构发生故障的原因为所述第一检测单元与所述电机之间的转轴断裂或变频器与电机通讯失效；在所述第一转动积分小于所述第二容许误差，所述第二转动积分大于所述第三容许误差时，若所述第二检测单元无故障，则确定所述传动机构发生故障的原因为所述电机经减速器和卷筒后至所述第二检测单元之间的传动链路故障。

可选的，所述检测系统还包括第三检测单元，用于检测所述传动机构中的钢丝绳动作的长度，所述控制单元还用于基于所述电机与所述卷筒之间的传动比和所述钢丝绳动作的长度，确定所述电机的转动信息与所述卷筒的转动信息的第二比较结果，并根据所述第二比较结果确定所述传动机构是否发生故障。

可选的，所述电机的转动信息为电机转动角度，所述卷筒的转动信息为卷筒转动角度，所述控制单元每隔预设时间周期通过以下方式确定所述传动机构是否发生故障：在所述传动机构中的钢丝绳动作的长度为预设长度时，确定所述电机转动角度在所述预设长度内的第三转动积分，并确定所述卷筒转动角度在所述预设长度内的第四转动积分；基于所述传动比、所述第三转动积分和所述第四转动积分，确定所述转动误差；以及基于所述转动误差与第二容许误差的比较结果确定所述传动机构是否发生故障。

可选的，所述第一检测单元和所述第二检测单元为编码器或者计位器。

另一方面，本发明提供一种用于起重机传动机构的检测方法，所述传动机构包括电机、减速器和卷筒，所述电机用于经过所述减速器带动所述卷筒转动，所述方法包括：检测所述电机的转动信息；检测所述卷筒的转动信息；以及基于所述电机与所述卷筒之间的传动比，确定所述电机的转动信息与所述卷筒的转动信息的比较结果，并根据所述比较结果确定所述传动结构是否发生故障。

可选的，所述电机的转动信息为电机转动角度，所述卷筒的转动信息为卷筒转动角度，所述方法还包括每个预设时间周期，通过以下方式确定所述传动机构是否发生故障：确定所述电机转动角度在所述预设时长内的第一转动积分；确定所述卷筒转动角度在所述预设时长内的第二转动积分；基于所述传动比、所述第一转动积分和所述第二转动积分，确定所述转动误差；以及在所述转动误差的绝对值大于第一容许误差的情况下，确定所述传动机构发生故障。

另一方面，本发明提供一种起重机，所述起重机设置有如上述中任一项所述的用于起重机传动机构的检测系统。

通过上述技术方案，在电机端和卷筒端都布置了相应的检测单元，通过互校分析传动机构的状态，具有可靠性好和准确率高的优点，能够为安全限位提供有效的输入，并能提高传动机构的安全性。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1是本发明实施例提供的用于起重机传动机构的检测系统的结构框图；

图2是本发明实施例提供的用于起重机传动机构的检测系统的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的用于起重机传动机构的检测方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

本发明实施例中的术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

图1是本发明实施例提供的用于起重机传动机构的检测系统的结构框图。如图1所示，传动机构包括依次连接的电机11、减速器12和卷筒13，电机11通过驱动减速器12带动卷筒13转动，以便于起重机设备等可以执行相应操作。图1中示出的用于起重机传动机构的检测系统包括第一检测单元21、第二检测单元22和控制单元23。其中，第一检测单元21与电机11和控制单元23相连接，用于检测所述电机的转动信息并将所述电机11的转动信息发送至控制单元23；第二检测单元22与卷筒13相连接，用于检测所述卷筒13的转动信息并将所述卷筒的转动信息发送至控制单元23；控制单元23将基于电机11与卷筒13之间的传动比，将电机的转动信息与卷筒的转动信息进行比较，并根据相应的比较结果确定传动机构是否发生故障。

本发明该实施例提供的方案，在电机端和卷筒端都布置了相应的检测单元，通过互校分析传动机构的状态，具有可靠性好和准确率高的优点，能够为安全限位提供有效的输入，并能提高传动机构的安全性。

本发明实施例提供的控制单元，可以是通用处理器、专用处理器、常规处理器、数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processing)、多个微处理器、与DSP核心关联的一个或多个微处理器、控制器、微控制器、专用集成电路(ASIC，Application SpecificIntegrated Circuit)、现场可编程门阵列(FPGA，Field-Programmable Gate Array)电路、其他任何类型的集成电路(IC，Integrated Circuit)和状态机等。其还可与传动机构所处工程机械内执行与传动动作相关或与工程机械相关的控制的控制器为同一控制器。

可选的，在第一检测单元和第二检测单元检测的转动信息属于转动角度的情况下，所述第一检测单元和所述第二检测单元为编码器或者计位器等角度检测设备。其中，所述第一检测单元和所述第二检测单元可以是同种类型传感器，也可以是不同类型传感器。

考虑到传动机构可能会存在非连续稳定工作，而频繁对检测单元的复位较为繁琐，在此基础上，本发明实施例还提供了一种可以确定任意时间段内传动机构是否发生故障的检测方法。

例如，在第一检测单元能够检测电机转动角度，第二检测单元能够检测卷筒转动角度的情况下，控制单元可以基于以下方式确定传动机构是否发生故障：确定所述电机转动角度在预设时长内的第一转动积分；确定所述卷筒转动角度在所述预设时长内的第二转动积分；基于所述传动比、所述第一转动积分和所述第二转动积分，确定转动误差；以及在所述转动误差的绝对值大于第一容许误差的情况下，确定所述传动机构发生故障。

具体的，控制单元基于以下公式确定传动机构是否发生故障：

其中，K为传动比，T为预设时长，t为计时时间点，θ_A为电机转动角度，θ_B为卷筒转动角度，δ为容许误差(可根据实际需求自行设定，例如10°等)。

进一步地，在传动机构持续工作的过程中，控制单元可以每隔预设时间周期确定一次传动机构在该预设时间周期内是否出现故障。其中，在控制单元确定传动机构在预设时间周期内是否出现故障时，预设时长可以为所述预设时间周期，也可以为在所述预设时间周期内的任意时间段。

本发明该实施例提供的方案，可以确定任意时间段内的传动机构是否发生故障，并且传动机构是否故障的确定结果不会受到传动机构在非本时间段内动作的影响。

考虑到传动机构中有多个部件，为了便于工作人员后续的检修工作，本发明实施例还提供了一种能够确定传动机构发生故障的原因的方法，该方法主要包括：将所述电机转动角度在预设时长内的第一转动积分与第二容许误差相比较以得到的第一比较结果，将卷筒转动角度在预设时长内的第二转动积分与第三容许误差相比较以得到第二比较结果，在确定了传动机构发生故障的情况下，基于所述第一比较结果和第二比较结果就可以确定传动机构发生故障的具体原因。

具体的，在所述第一转动积分大于所述第二容许误差、所述第二转动积分大于所述第三容许误差的情况下，确定所述传动机构发生故障的原因为减速器传动比配置错误。其对应的判定公式为：

且

其中，t为计时时刻，T为预设时间段，θ_A为电机转动角度，δ_A为第二容许误差，θ_B为卷筒转动角度，δ_B为第三容许误差。

在所述第一转动积分大于所述第二容许误差，所述第二转动积分小于所述第三容许误差时，若所述第一检测单元无故障，则确定所述传动机构发生故障的原因为所述第一检测单元与所述电机之间的转轴断裂或变频器与电机通讯失效。其对应的判定公式为：

且

其中，t为计时时刻，T为预设时间段，θ_A为电机转动角度，δ_A为第二容许误差，θ_B为卷筒转动角度，δ_B为第三容许误差。

在所述第一转动积分小于所述第二容许误差，所述第二转动积分大于所述第三容许误差时，若所述第二检测单元无故障，则确定所述传动机构发生故障的原因为所述电机经减速器和卷筒后至所述第二检测单元之间的传动链路故障。其对应的判定公式为：

且

其中，t为计时时刻，T为预设时间段，θ_A为电机转动角度，δ_A为第二容许误差，θ_B为卷筒转动角度，δ_B为第三容许误差。

其中，第二容许误差和第三容许误差可以基于实际需求自行设定的，本发明实施例对此不进行具体限定。

对于起重机传动机构来说，在电机驱动减速器带动卷筒转动的同时，钢丝绳会对应的伸出或者缩回。在此基础上，本发明实施例还提供了一种基于钢丝绳动作长度的传动机构故障检测方法。

具体的，本发明实施例提供的用于起重机传动机构的检测系统还包括第三检测单元，其用于检测传动机构中的钢丝绳动作的长度，所述检测系统中的控制单元还用于执行以下操作：基于所述电机与所述卷筒之间的传动比和所述钢丝绳动作的长度，确定所述电机的转动信息与所述卷筒的转动信息的第二比较结果，并根据所述第二比较结果确定所述传动机构是否发生故障。

在电机的转动信息为电机转动角度和卷筒的转动信息为卷筒转动角度的情况下，控制单元可以基于以下方式确定传动机构是否发生故障：在所述传动机构中的钢丝绳动作的长度为预设长度时，确定所述电机转动角度在所述预设长度内的第三转动积分，并确定所述卷筒转动角度在所述预设长度内的第四转动积分；基于所述传动比、所述第三转动积分和所述第四转动积分，确定所述转动误差；以及基于所述转动误差与第二容许误差的比较结果确定所述传动机构是否发生故障。

具体的，控制单元基于以下公式确定传动机构是否发生故障：

其中，K为传动比，L为预设长度，l为钢丝绳初始长度，θ_A为电机转动角度，θ_B为卷筒转动角度，δ为容许误差(可根据实际需求自行设定等)。

进一步地，在传动机构持续工作的过程中，控制单元可以每隔预设时间周期确定一次传动机构在该钢丝绳每动作预设长度内是否出现故障。其中，在控制单元确定传动机构在预设时间周期内是否出现故障时，所述预设长度可以是所述钢丝绳在所述预设时间周期内的任意动作长度，也可以是所述钢丝绳在所述预设时间周期内的总动作长度。

本发明该实施例提供的方案，可以确定在钢丝绳每动作至一定长度内的传动机构是否发生故障，并且传动机构是否故障的确定结果不会受到传动机构在其他阶段动作的影响。

另外，与上述实施例提供的发动机故障具体原因的确定方式类似，也可以基于电机转动角度在钢丝绳动作了预设长度内的第三转动积分与电机转动容许误差和卷筒转动角度在钢丝绳动作了预设长度内的第四转动积分与卷筒转动容许误差确定传动机构是否故障以及传动机构发生故障的具体原因。其具体判定过程与上述实施例提供的判定过程相似，于此不再赘述。

现结合图2，解释本发明实施例提供的用于起重机传动机构的检测系统。

如图2所示，电机5经转轴2连接至减速器6，再经过转轴3连接至卷筒7，所述电机5与变频器9通信连接，能够接受来自变频器9的驱动指令。

在图2中，与电机5连接的转轴1上安装可获取其运转信息的传感器A，在于卷筒7连接的转轴4上安装可获取其运转信息的传感器B。将传感器A和传感器B在同一时间内(可以时间表征，也可用卷筒的钢丝绳长度表征)采集的运转信息同一转化成角度量纲，在控制器8内互相比较和分析这两个传感器采集的动作信息的差异，当差异超出容许误差时，诊断为传动机构中的传动链出现了故障。

其中，在确定传动机构出现故障时，控制器8会发出限速指令并将其传输至变频器9，以限制电机的运转(或制动减速)，从而保护起重机机构。

在图2中示出的转轴1和转轴2，可以是同一根转轴，也可以是不同转轴。

在电机5与传感器A之间，可以是没有传动比同轴连接，也可以是增加了传动比的连接。

例如，电机5与传感器A之间的传动比是M，则可以基于如下公式判定传动机构是否出现故障：

或者

其中，K为电机与卷筒的传动比，M为电机与传感器A的传动比，T为预设时长，t为计时时间点，L为预设长度，l为钢丝绳初始长度，θ_A为电机转动角度，θ_B为卷筒转动角度，δ为容许误差。

图2中示出的传感器A的检测数据会经变频器9再传输至控制器8，此外，传感器A的检测数据还可以不经变频器9而直接传输至控制器8。

图3是本发明实施例提供的用于起重机传动机构的检测方法的流程示意图。所述传动机构包括电机、减速器和卷筒，所述电机用于经过所述减速器带动所述卷筒转动，如图3所示，所述检测方法包括：检测所述电机的转动信息；检测所述卷筒的转动信息；以及基于所述电机与所述卷筒之间的传动比，确定所述电机的转动信息与所述卷筒的转动信息的比较结果，并根据所述比较结果确定所述传动结构是否发生故障。

在一些可选实施例中，所述电机的转动信息为电机转动角度，所述卷筒的转动信息为卷筒转动角度，所述用于起重机传动机构的检测方法还包括在每个预设时间周期，通过以下方式确定传动机构是否发生故障：确定所述电机转动角度在所述预设时长内的第一转动积分；确定所述卷筒转动角度在所述预设时长内的第二转动积分；基于所述传动比、所述第一转动积分和所述第二转动积分，确定所述转动误差；以及在所述转动误差的绝对值大于第一容许误差的情况下，确定所述传动机构发生故障。

在一些可选实施例中，在传动机构发生故障的情况下，还可以根据所述第一转动积分与第二容许误差的比较结果和所述第二转动积分与第三容许误差的比较结果，确定所述传动机构发生故障的原因。

具体的，在所述第一转动积分大于所述第二容许误差、所述第二转动积分大于所述第三容许误差的情况下，确定所述传动机构发生故障的原因为减速器传动比配置错误；在所述第一转动积分大于所述第二容许误差，所述第二转动积分小于所述第三容许误差时，若所述第一检测单元无故障，则确定所述传动机构发生故障的原因为所述第一检测单元与所述电机之间的转轴断裂或变频器与电机通讯失效；在所述第一转动积分小于所述第二容许误差，所述第二转动积分大于所述第三容许误差时，若所述第二检测单元无故障，则确定所述传动机构发生故障的原因为所述电机经减速器和卷筒后至所述第二检测单元之间的传动链路故障。

在一些可选实施例中，还可以检测传动机构中的钢丝绳的动作长度，并基于所述电机与所述卷筒之间的传动比和所述钢丝绳动作的长度，确定所述电机的转动信息与所述卷筒的转动信息的第二比较结果，并根据所述第二比较结果确定所述传动机构是否发生故障。

具体的，在电机的转动信息为电机转动角度，卷筒的转动信息为卷筒转动角度的情况下，所述用于起重机传动机构的检测方法还包括在每个预设时间周期，通过以下方式确定传动机构是否发生故障：在所述传动机构中的钢丝绳动作的长度为预设长度时，确定所述电机转动角度在所述预设长度内的第三转动积分，并确定所述卷筒转动角度在所述预设长度内的第四转动积分；基于所述传动比、所述第三转动积分和所述第四转动积分，确定所述转动误差；以及基于所述转动误差与第二容许误差的比较结果确定所述传动机构是否发生故障。

有关于本发明上述实施例提供的用于起重机传动机构的检测方法的具体细节和益处，可参阅上述针对本发明提供的用于起重机传动机构的检测系统的具体细节及益处，于此不再赘述。

本发明实施例还提供了一种起重机，所述起重机设置有本发明上述中任一实施例提供的用于起重机传动机构的检测系统。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (6)

1.一种用于起重机传动机构的检测系统，其特征在于，所述传动机构包括电机、减速器和卷筒，所述电机用于驱动所述减速器带动所述卷筒转动，所述系统包括：

第一检测单元，与所述电机相连接，用于检测所述电机的转动信息并将所述电机的转动信息发送至控制单元，其中，所述电机的转动信息为电机转动角度；

第二检测单元，与所述卷筒相连接，用于检测所述卷筒的转动信息并将所述卷筒的转动信息发送至控制单元，其中，所述卷筒的转动信息为卷筒转动角度；以及

控制单元，用于每隔预设时间周期通过以下方式确定所述传动机构是否发生故障：

确定所述电机转动角度在预设时长内的第一转动积分；

确定所述卷筒转动角度在所述预设时长内的第二转动积分；

基于所述传动比、所述第一转动积分和所述第二转动积分，确定转动误差；

在所述转动误差的绝对值大于第一容许误差的情况下，确定所述传动机构发生故障；

在所述传动机构发生故障的情况下，根据所述第一转动积分与第二容许误差的比较结果和所述第二转动积分与第三容许误差的比较结果，确定所述传动机构发生故障的原因；

在所述第一转动积分大于所述第二容许误差、所述第二转动积分大于所述第三容许误差的情况下，确定所述传动机构发生故障的原因为减速器传动比配置错误；

在所述第一转动积分大于所述第二容许误差，所述第二转动积分小于所述第三容许误差时，若所述第一检测单元无故障，则确定所述传动机构发生故障的原因为所述第一检测单元与所述电机之间的转轴断裂或变频器与电机通讯失效；

在所述第一转动积分小于所述第二容许误差，所述第二转动积分大于所述第三容许误差时，若所述第二检测单元无故障，则确定所述传动机构发生故障的原因为所述电机经减速器和卷筒后至所述第二检测单元之间的传动链路故障。

2.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述检测系统还包括第三检测单元，用于检测所述传动机构中的钢丝绳动作的长度，

所述控制单元还用于基于所述电机与所述卷筒之间的传动比和所述钢丝绳动作的长度，确定所述电机的转动信息与所述卷筒的转动信息的第二比较结果，并根据所述第二比较结果确定所述传动机构是否发生故障。

3.根据权利要求2所述的检测系统，其特征在于，所述电机的转动信息为电机转动角度，所述卷筒的转动信息为卷筒转动角度，所述控制单元每隔预设时间周期通过以下方式确定所述传动机构是否发生故障：

在所述传动机构中的钢丝绳动作的长度为预设长度时，确定所述电机转动角度在所述预设长度内的第三转动积分，并确定所述卷筒转动角度在所述预设长度内的第四转动积分；

基于所述传动比、所述第三转动积分和所述第四转动积分，确定所述转动误差；以及

基于所述转动误差与第二容许误差的比较结果确定所述传动机构是否发生故障。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的检测系统，其特征在于，所述第一检测单元和所述第二检测单元为编码器或者计位器。

5.一种用于起重机传动机构的检测方法，其特征在于，所述传动机构包括电机、减速器和卷筒，所述电机用于经过所述减速器带动所述卷筒转动，所述方法包括：

检测所述电机的转动信息，所述电机的转动信息为电机转动角度；

检测所述卷筒的转动信息，所述卷筒的转动信息为卷筒转动角度；以及

基于所述电机与所述卷筒之间的传动比，确定所述电机的转动信息与所述卷筒的转动信息的比较结果，并根据所述比较结果确定所述传动结构是否发生故障；

每隔预设时间周期，通过以下方式确定所述传动机构是否发生故障：

确定所述电机转动角度在所述预设时长内的第一转动积分；

确定所述卷筒转动角度在所述预设时长内的第二转动积分；

基于所述传动比、所述第一转动积分和所述第二转动积分，确定所述转动误差；以及

在所述转动误差的绝对值大于第一容许误差的情况下，确定所述传动机构发生故障。

6.一种起重机，其特征在于，所述起重机设置有如权利要求1至4中任一项所述的用于起重机传动机构的检测系统。

Images