CN116119534B - 一种基于起升变频器技术检测起重机起升载荷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于起升变频器技术检测起重机起升载荷的方法，包括：在起重机对应工况下，将起重机起升货物的最大速度平均分成四档，并计算每个档位下的起升变频器频率；在起重机的平稳运行过程中，计算在不同起重机工况下每个档位下的折损系数，并求出所有折损系数的平均值；在实际起重机的运行过程中，选择起重机的运行工况，通过起升变频器的实际输出电压和电流结合折损系数均值，计算出起重机的实际起升载荷；若计算出的起重机起重载荷未超过起重机对应工况下的标准载荷，进行载荷的起升；否则，切断动力控制回路，进行自动超载保护。本发明能够避免由于超载故障造成重大事故，对起重机进行二次冗余保护。

Description

一种基于起升变频器技术检测起重机起升载荷的方法

技术领域

本发明涉及变频器技术领域，具体地，涉及一种基于起升变频器技术检测起重机起升载荷的方法。

背景技术

无论哪一种形式的起重机，都有其额定的起重量，当起重机工作在超载状态时，就有可能发生断臂、倾覆等重大安全事故。因此，起重量限制器在起重机中是必不可少的。起重机的起重量限制器按国标GB12602-90的基础下为设计标准的依据，由仪表主机、电源控制模块、受力传感器组成，实时显示额定起重量和实时起重量，并按起重机额定载荷提供报警控制信号，超载信号能够及时切断动力控制回路，实现自动超载保护。

起重机起重量限制器是港口起重机设备上必不可少的重要重大部件，目前行业主要现状和存在的问题：1、起升载荷保护完全依靠起重机起重量限制器，是起重载荷的唯一保护装置，一旦起重量限制器出现精度偏差，重量误差，而当司机室在不知情的情况下起吊货物，就会引起重大安全事故；2、有个别司机，为了追求多干多得的利益，将起重机起重量限制器超载信号屏蔽，从而引起重大安全事故；3、起重量限制器取力装置不够合理，当重量变化时，起重量限制器精度不够灵敏，误差大。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于起升变频器技术检测起重机起升载荷的方法，通过变频器技术，在上升过程中，自动计算起重载荷，不需要人工的参与，从技术上解决起重量限制器有异常下，出现起升的超载情况，避免了由于超载故障造成重大事故，对起重机进行二次冗余保护。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于起升变频器技术检测起重机起升载荷的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤S1、在起重机对应工况下，将起重机起升货物的最大速度平均分成四档，并计算每个档位下的起升变频器频率；

步骤S2、在起重机的平稳运行过程中，计算在不同起重机工况下每个档位下的折损系数，并求出所有折损系数的平均值；

步骤S3、在实际起重机的运行过程中，选择起重机的运行工况，迅速将起重机的档位拉到第4挡，并通过对应的起升变频器频率读取起升变频器的实际输出电压和电流结合折损系数均值，计算出起重机的实际起升载荷；

步骤S4、若计算出的起重机起重载荷未超过起重机对应工况下的标准载荷，进行载荷的起升；否则，将起重机的档位降档，只要有一个档位计算出的起重机起重载荷未超过起重机对应工况下的标准载荷，进行载荷的起升；否则，切断动力控制回路，进行自动超载保护。

进一步地，所述起重机工况包括：抓斗和吊钩。

进一步地，步骤S1中将起重机起升货物最大速度的25％，对应于第一档；起重机起升货物最大速度的50％，对应于第二档；起重机起升货物最大速度的75％，对应于第三档；起重机起升货物最大速度的100％，对应于第四档。

进一步地，每个档位下的起升变频器频率的计算过程为：

其中，f₁为对应档位下的起升变频器频率，V_货物为对应档位下的起升货物速度，i为起升减速器的传动比，V_电机为起升电机的运行速度，D为起升卷筒的直径。

进一步地，起重机的平稳运行过程指：起重机在某一档位下进行匀速运动。

进一步地，所述折损系数的计算过程为：

其中，K为折损系数，为对应工况下的标准载荷，g为重力加速度，V_货物为对应档位下的起升货物速度，U为起升变频器实际输出电压，I为起升变频器实际输出电流。

进一步地，所述起重机的实际起升载荷M的计算过程为：

其中，K_平均为所有折损系数的平均值，U为起升变频器实际输出电压，I为起升变频器实际输出电流，g为重力加速度，V_货物为对应档位下的起升货物速度。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明基于起升变频器技术检测起重机起升载荷的方法在现有的起重机超载保护装置的基础上，增加一种起重载荷测量方法，通过对起重载荷进一步计算和测量，达到双重冗余保护的目的，实现对钢丝绳冲击造成受力结构出现测量误差，对传感器长时间使用出现精度漂移的各种异常情况下，对起重机载荷进行二次保护，防止出现更大安全事故。本发明利用变频器技术，对起重机平稳运行过程中不同起重机工况下每个档位下的折损系数计算，结合起升变频器的实际输出电压和电流，计算出实际起升载荷，与对应工况下的标准载荷进行比较，实现超载保护。本发明基于起升变频器技术检测起重机起升载荷的方法具有简单实用的特点，在不改变任何机械结构的基础上，通过PLC系统采集变频器输出的实时电压和电流信号，对抓取物料的起升重量进行实时监测，整个过程不需要人工进行控制，成本低，智能化程度高，极大的提高了设备的本质安全性、智能性，对实现起重机超载情况的二次冗余保护，对起升超负荷装置的二次验证，在安全保护方面起到至关重要的一步。

附图说明

图1为本发明基于起升变频器技术检测起重机起升载荷的方法的流程图；

图2为实施例中起重机性能参数。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步地解释说明。

如图1为本发明基于起升变频器技术检测起重机起升载荷的方法的流程图，该基于起升变频器技术检测起重机起升载荷的方法具体包括如下步骤：

步骤S1、在起重机对应工况下，将起重机起升货物的最大速度平均分成四档，并计算每个档位下的起升变频器频率；具体地，将起重机起升货物最大速度的25％，对应于第一档；起重机起升货物最大速度的50％，对应于第二档；起重机起升货物最大速度的75％，对应于第三档；起重机起升货物最大速度的100％，对应于第四档；每个档位下的起升变频器频率的计算过程为：

其中，f₁为对应档位下的起升变频器频率，V_货物为对应档位下的起升货物速度，i为起升减速器的传动比，V_电机为起升电机的运行速度，D为起升卷筒的直径。

本发明中起重机工况包括：抓斗和吊钩两种工况，在两种工况下，起重机起升货物的标准载荷不同，起升货物的最大速度也不同，从而导致不同档位下起升货物的速度不同，以及不同档位下的变频器频率不同。

步骤S2、在起重机的平稳运行过程中，即：起重机在某一档位下进行匀速运动，计算在不同起重机工况下每个档位下的折损系数，并求出所有折损系数的平均值；

根据变频器的性能特性，其中，U为对应工况下的起升变频器频率读取的起升变频器实际输出电压，I为对应工况下的起升变频器频率读取的起升变频器实际输出电流，COSΦ为起升变频器的功率因数，Pe为起升变频器的有功功率；根据起重机设计规范GB/T 3811-2008中起重机稳态下运行的静功率/>其中，/>为对应工况下的标准载荷，g为重力加速度，V_货物为对应档位下的起升货物速度，η为起重机的功率因数；当起重机处于加速运行时，变频器有功功率大于货物克服自身重力产生的功率即起重机稳态下运行的静功率；当起重机处于减速运行时，变频器有功功率小于起重机稳态下运行的静功率；只有当起重机处于匀速上升运动时，起升载物才处于受力平衡状态，此时，起升变频器的有功功率等于货物克服自身重力产生的功率即起重机稳态下运行的静功率，得出：/>因此，折损系数K为：

根据折损系数K的计算公式，求取出不同起重机工况下所有档位的折损系数，在理想状态下，所有的起重机的折损系数值是一样，但是在实际运行中，由于不同速度、不同重量下，机械传动效率不同、摩擦系数不同，变频器的输出效率和无功功率也不同，故实际运行中折损系数存在一定偏差，为了保证折损系数尽量准确，减小折损系数偏差，将所有折损系数取平均值。

步骤S3、在实际起重机的运行过程中，选择起重机的运行工况，同时，通常情况下，码头为了装卸效率和生产率，操作港机设备尽量按港机设备最大额定速度运行，从而可提高港机设备装卸效率，减短船舶靠港时间，提高泊位利用率，因此，迅速将起重机的档位拉到第4挡，并通过对应的起升变频器频率读取起升变频器的实际输出电压和电流结合折损系数均值，计算出起重机的实际起升载荷；

本发明中起重机的实际起升载荷M的计算过程为：

其中，K_平均为所有折损系数的平均值，U为起升变频器实际输出电压，I为起升变频器实际输出电流，g为重力加速度，V_货物为对应档位下的起升货物速度。

步骤S4、若计算出的起重机起重载荷未超过起重机对应工况下的标准载荷，进行载荷的起升；否则，将起重机的档位降档，只要有一个档位计算出的起重机起重载荷未超过起重机对应工况下的标准载荷，进行载荷的起升；否则，切断动力控制回路，进行自动超载保护。本发明利用变频器技术，对起重机平稳运行过程中不同起重机工况下每个档位下的折损系数计算，结合起升变频器的实际输出电压和电流，计算出实际起升载荷，与对应工况下的标准载荷进行比较，实现超载保护。

实施例

以图2对应的起重机性能参数为例，进一步解释本发明的内容。

在抓斗工况下，标准载荷为20t，起升货物最大速度为55m/min，在此工况下：

第4档的起货速度为55m/min，对应的变频器频率为

第3档的起货速度为41.25m/min，对应的变频器频率为54.91Hz；

第2档的起货速度为27.5m/min，对应的变频器频率为36.61Hz；

第1档的起货速度为13.75m/min，对应的变频器频率为18.30Hz；

在吊钩工况下，标准载荷为40t，起升货物最大速度为30m/min，在此工况下：

第4档的起货速度为30m/min，对应的变频器频率为

第3档的起货速度为22.5m/min，对应的变频器频率为29.951Hz；

第2档的起货速度为15m/min，对应的变频器频率为19.97Hz；

第1档的起货速度为7.5m/min，对应的变频器频率为9.98Hz。

当在20t(标准载荷)工况下，起重机在第1档匀速运行时，计算出折损系数K1；起重机在第2档匀速运行时，计算出折损系数K2；起重机在第3档匀速运行时，计算出折损系数K3；起重机在第4档匀速运行时，计算出折损系数K4；

当在40t(标准载荷)工况下，起重机在第1档匀速运行时，计算出折损系数K5；起重机在第2档匀速运行时，计算出折损系数K6；起重机在第3档匀速运行时，计算出折损系数K7；起重机在第4档匀速运行时，计算出折损系数K8；

将折损系数K1～K8来求取平均值，结合对应工况第4档位下的起升变频器频率读取起升变频器的实际输出电压和电流用于该起重机实际运行过程中起升载荷的计算，并将计算的起升载荷与对应工况下的标准载荷进行比较，若计算出的起重机起重载荷未超过起重机对应工况下的标准载荷，进行载荷的起升；否则，将起重机的档位降档，只要有一个档位计算出的起重机起重载荷未超过起重机对应工况下的标准载荷，进行载荷的起升；否则，切断动力控制回路，进行自动超载保护。

本发明基于起升变频器技术检测起重机起升载荷的方法具有简单实用的特点，在不改变任何机械结构的基础上，通过PLC系统采集变频器输出的实时电压和电流信号，对抓取物料的起升重量进行实时监测，整个过程不需要人工进行控制，成本低，智能化程度高，极大的提高了设备的本质安全性、智能性，对实现起重机超载情况的二次冗余保护，对起升超负荷装置的二次验证，在安全保护方面起到至关重要的一步。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于起升变频器技术检测起重机起升载荷的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤S1、在起重机对应工况下，将起重机起升货物的最大速度平均分成四档，并计算每个档位下的起升变频器频率；

步骤S2、在起重机的平稳运行过程中，计算在不同起重机工况下每个档位下的折损系数，并求出所有折损系数的平均值；

所述折损系数的计算过程为：

其中，K为折损系数，为对应工况下的标准载荷，g为重力加速度，V_货物为对应档位下的起升货物速度，U为起升变频器实际输出电压，I为起升变频器实际输出电流；

步骤S3、在实际起重机的运行过程中，选择起重机的运行工况，迅速将起重机的档位拉到第4挡，并通过对应的起升变频器频率读取起升变频器的实际输出电压和电流结合折损系数均值，计算出起重机的实际起升载荷；

步骤S4、若计算出的起重机起重载荷未超过起重机对应工况下的标准载荷，进行载荷的起升；否则，将起重机的档位降档，只要有一个档位计算出的起重机起重载荷未超过起重机对应工况下的标准载荷，进行载荷的起升；否则，切断动力控制回路，进行自动超载保护。

2.根据权利要求1所述的一种基于起升变频器技术检测起重机起升载荷的方法，其特征在于，所述起重机工况包括：抓斗和吊钩。

3.根据权利要求1所述的一种基于起升变频器技术检测起重机起升载荷的方法，其特征在于，步骤S1中将起重机起升货物最大速度的25％，对应于第一档；起重机起升货物最大速度的50％，对应于第二档；起重机起升货物最大速度的75％，对应于第三档；起重机起升货物最大速度的100％，对应于第四档。

4.根据权利要求1或3所述的一种基于起升变频器技术检测起重机起升载荷的方法，其特征在于，每个档位下的起升变频器频率的计算过程为：

其中，f₁为对应档位下的起升变频器频率，V_货物为对应档位下的起升货物速度，i为起升减速器的传动比，V_电机为起升电机的运行速度，D为起升卷筒的直径。

5.根据权利要求1所述的一种基于起升变频器技术检测起重机起升载荷的方法，其特征在于，起重机的平稳运行过程指：起重机在某一档位下进行匀速运动。

6.根据权利要求1所述的一种基于起升变频器技术检测起重机起升载荷的方法，其特征在于，所述起重机的实际起升载荷M的计算过程为：

其中，K_平均为所有折损系数的平均值，U为起升变频器实际输出电压，I为起升变频器实际输出电流，g为重力加速度，V_货物为对应档位下的起升货物速度。