一种起重机在线平衡检测装置及判定方法

技术领域

本发明属于起重机机械及智能检测领域，具体涉及一种起重机在线平衡检测装置及判定方法。

背景技术

大吨位的型桥式起重机一般会有两套起升机构，也就是有两个吊钩，分别为主钩和副钩。而一般单钩不存在平衡机制，只有主钩存在平衡机制。

主钩主要使用的龙门吊钩形式，一般为较大的双钩，倍率多，提升慢，起重量大的工作以主钩为主。起重机大部分时间的工作都是依靠主钩完成的。由于起重机械在正常工作时，起重机主钩与被吊物(铁水包、钢包)耳轴作为安全接触点，也是唯一的接触点，而起重机目前还是由人工进行操作，并且驾驶室是在被吊物的一侧，操作人员通过视线只能确认一侧板钩是否处于正常位置。因此单靠操作人员无法实现对双侧主钩挂钩时的安全状态确认。为了保证主钩在挂钩时的安全状态，目前都是以人为辅助确认的方式进行，以地面人员配合进行对主钩双侧安全挂钩状态的确认工作。而起重机在冶金作业中属于高频率、高强度作业，并且作业中几乎都是以主钩进行起吊，这样造成每次挂钩时都需要地面人员进行配合协助确认的现象，直接影响到人员配置方面使用的成本问题，并且由于人工介入确认时不可避免的会有一定的失误率。一旦主钩在挂钩时产生异常(顶轴、卡法兰等)将造成严重的高空吊物坠落的生产事故。

绝对多数冶金企业对起重机在起吊铁水、钢水包是以要求起重机操作人员、地面人员对每次起吊前左、右双侧挂钩状态进行有效确认，观察板钩位置是否在铁水、钢水包耳轴的中心位置。避免由于板钩挂偏而发生的顶轴、卡法兰情况，造成吊物在起吊后由于移动产生的震动发生倾斜甚至坠落的恶性严重事故。而对于地面人员来说在无法做到自动确认的状态下必须保持极高的责任心，需要依靠大量人力去进行多次的确认，这样给驾驶人员和地面人员带来一定程度上的不便同时也增加了非常大的工作量和人力配置。

申请号为：202020640927.2的实用新型申请，公开了“一种起重机平衡重检测装置”，其包括主体、高度检测装置、第一检测装置、第二检测装置与重力感应器；重力感应器设置在主体的底部；主体顶部设置有检测台与滑轨，滑轨沿主体的长度方向延伸，检测台位于滑轨上方，检测台用于承托平衡重；第一检测装置与第二检测装置均滑移连接在滑轨上，高度检测装置可伸缩地设置在主体上，且用于与平衡重的顶面抵触以测定平衡重的高度；第一检测装置与第二检测装置均用于移动至检测位置以对平衡重检测。

此专利利用重力感应器以及滑轨的形式作为平衡判定，与本专利中的所提出的起重机龙门架的平衡判定形式完全不同，判定机理和介入保护手段都存在差异。

申请号为：202010331421.8的发明申请，公开了“一种起重机平衡吊梁”，，包括主横梁，主横梁上对称滑动安装有挂件器，挂件器上设置有滑轮与配送块，且配送块的表面开设有螺纹口，主横梁的两端固定连接有电机，且电机的驱动端连接有螺纹杆，电机通过螺纹杆与挂件器上的配送块螺纹连接，主横梁的两端还固定连接有延展杆，且延展杆的末端转动连接有限位块，限位块通过紧固螺栓与延展杆固定连接，延展杆上穿设有配装块，配装块的中央位置处开设有长方形的通口，通口上设置有拼接块，延展杆的表面开设有配装孔，配装块通过拼接块安插在延展杆的配装孔内；本发明在挂载货物时，两边即使挂载不同重量的货物，也能通过吊梁的调节重新处于平衡状态，并且更加方便快捷高效。

此专利利用平面滑动挂件器的形式做为平衡机制的主导，与本专利中的所提出的起重机龙门架的平衡判定形式完全不同，判定机理和介入保护手段都存在差异。

申请号为：201811388358.0的发明申请，公开了“一种高效的起重船舶平衡系统及其工作方法”，包括船体、平衡水槽、调谐平衡水箱、升力风扇、自平衡起重机、PLC控制系统及压载传送装置；所述平衡水槽设在船体两侧的船舷上，所述调谐平衡水箱设在在船体内的首部和尾部，所述调谐平衡水箱包括主水箱和副水箱，所述升力风扇分别设在船体四周的甲板上，所述甲板上设有两组起重轨道，所述起重轨道上设有自平衡起重机，所述自平衡起重机平衡臂上设有固定配重块和可变配重水箱装置，所述压载传送装置设在船舱底部。

此专利涉及环境为船舶系统，所处动态的环境中，通过压载传送装置，调节平衡。与本专利中的所提出的起重机龙门架的平衡判定形式完全不同，判定机理和介入保护手段都存在差异。

通过检索，发现以上三项公开或申请中的专利，与本发明的出发点以及工作理念存在不同。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种起重机在线平衡检测装置及判定方法，其技术方案具体如下：

一种起重机在线平衡检测装置，其特征在于：

包括有龙门架倾斜警示机构及警示无效后的切断电源、强制自保护机构。

根据本发明的一种起重机在线平衡检测装置，其特征在于：

所述龙门架倾斜警示机构包括有设于龙门架卷筒两侧定滑轮上的称重传感器及配合称重传感器进行计算判定的倾斜判定机构。

根据本发明的一种起重机在线平衡检测装置，其特征在于：

所述警示无效后的切断电源机构具体设置如下：

于龙门架本体上设有固定支架(1)及拖圈支架(2)，

于拖圈支架(2)上设有拖圈(3)；

于固定支架(1)与拖圈支架(2)之间设有水平杆(4)；

所述水平杆(4)以设于固定支架(1)上的转轴为支点，以可相对于固定支架摆动的方式设置，

所述水平杆(4)在摆动过程中形成其中一端端部在拖圈内部上下摆动的动作；

于拖圈上设有上触点及下触点。

根据本发明的一种起重机在线平衡检测装置，其特征在于：

所述水平杆(4)为弹性钢管。

根据本发明的一种起重机在线平衡检测装置，其特征在于：

所述水平杆(4)以转轴为起始点延伸向拖圈支架的长度大于以转轴为起始点延伸向相反方向的长度；

并于水平杆(4)的以转轴为起始点、向与伸向拖圈支架方向相反方向延伸的部分设有砝码，以转轴中心为支撑点，使水平杆在水平位保持平衡。

根据本发明的一种起重机在线平衡检测装置，其特征在于：

于拖圈的上触点及下触点分别设有磁吸式延时接触传感器，

所述磁吸式延时接触传感器作为触发断电的触发信号。

一种起重机在线平衡检测判定方法，其特征在于：

通过设置的起重机在线平衡检测装置形成对龙门架的实时倾斜判定，并根据实时倾斜判定形成警示及警示无效后的切断电源动作。

根据本发明的一种起重机在线平衡检测判定方法，其特征在于：

所述的根据实时倾斜判定形成警示，具体包括如下步骤：

S1：于龙门架卷筒两侧的定滑轮上分别设置第一称重传感器、第二称重传感器；

S2：所述第一、第二称重传感器分别实时将测量值传输给设定的倾斜判定机构；

S3：倾斜判定机构接收称重传感器的实时数值，并进行实时安全监控与计算；

S4：若计算结果为不安全，则启动警示信息；若为安全则进行下一个实时值的安全监控与计算。

根据本发明的一种起重机在线平衡检测判定方法，其特征在于：

所述的警示无效后的切断电源动作通过设置的警示无效后的切断电源机构实现，所述警示无效后的切断电源机构包括有：

设于龙门架本体上的固定支架，

设于固定支架上的转轴，

以转轴为支点形成绕轴摆动的水平杆(4)，

所述水平杆在受力不平衡情形下形成绕轴摆动，并在触碰到设置的上触点或下触点的情形下，通过设于上触点或下触点的磁吸式延时接触传感器、形成切断电源的触发信号。

根据本发明的一种起重机在线平衡检测判定方法，其特征在于：

于所述的倾斜判定机构设有安全阈值单元、实时数值计算单元；

步骤S3中所述的实时安全监控与计算具体包括如下步骤：

S31：实时数值计算单元接收称重传感器传输的实时测量值，并将两个实时测量值差值的绝对值与当前标定重物的数值进行比值计算，输出比值计算结果；

S32：将比值计算结果送入安全阈值单元与设定的安全阈值进行比较；

S33：若比值计算落在设定的安全阈值区间，则输出为安全；若比值计算结果不落在设定的安全阈值区间，则输出为不安全。

根据本发明的一种起重机在线平衡检测判定方法，其特征在于：

于龙门架本体上还设有拖圈支架及设于拖圈支架上的拖圈；

所述水平杆(4)设于固定支架(1)与拖圈支架(2)之间，并在摆动过程中形成其中一端端部在拖圈内部上下摆动的动作；

所述上触点与下触点设于拖圈上。

本发明的一种起重机在线平衡检测装置及判定方法，对起重机在线吊运状态进行实时监控，针对目前大型起重设备吊运作业过程中产生的异常设定了自动判别、自动警示及断电保护；形成对于起重机在吊运初期时发生的异常情形进行判断以及预警和自保护介入机制；在实际生产中能有效解决起重机在吊运时由于人为判断失误导致的板钩顶轴问题，从而提高起重安全作业率，并可有效避免被吊物坠落事故。

附图说明

图1为本发明的警示无效后的切断电源机构结构示意图；

图2为本发明的龙门架倾斜警示机构中的称重传感器安装示意图；

图3为本发明的一种起重机在线平衡检测判定方法中的根据实时倾斜判定形成警示步骤示意图；

图4为本发明实施例中的计算原理示意图。

图中，

1-固定支架；

2-拖圈支架；

3-拖圈；

4-水平杆。

具体实施方式

下面，根据说明书附图和具体实施方式对本发明的一种起重机在线平衡检测装置及判定方法作进一步具体说明。

如图1、2所示的一种起重机在线平衡检测装置，

包括有龙门架倾斜警示机构及警示无效后的切断电源强行自保护机构。

其中，

所述龙门架倾斜警示机构包括有设于龙门架卷筒两侧定滑轮上的称重传感器及配合称重传感器进行计算判定的倾斜判定机构。

其中，

所述警示无效后的切断电源机构具体设置如下：

于龙门架本体上设有固定支架(1)及拖圈支架(2)，

于拖圈支架(2)上设有拖圈(3)；

于固定支架(1)与拖圈支架(2)之间设有水平杆(4)；

所述水平杆(4)以设于固定支架(1)上的转轴为支点，以可相对于固定支架摆动的方式设置，

所述水平杆(4)在摆动过程中形成其中一端端部在拖圈内部上下摆动的动作；

于拖圈上设有上触点及下触点。

其中，

所述水平杆(4)为弹性钢管。

其中，

所述水平杆(4)以转轴为起始点延伸向拖圈支架的长度大于以转轴为起始点延伸向相反方向的长度；

并于水平杆(4)的以转轴为起始点、向与伸向拖圈支架方向相反方向延伸的部分设有砝码，以转轴中心为支撑点，使水平杆在水平位保持平衡。

其中，

于拖圈的上触点及下触点分别设有磁吸式延时接触传感器，

所述磁吸式延时接触传感器作为触发断电的触发信号。

一种起重机在线平衡检测判定方法，通过设置的起重机在线平衡检测装置形成对龙门架的实时倾斜判定，并根据实时倾斜判定形成警示及警示无效后的切断电源动作。

其中，

所述的根据实时倾斜判定形成警示，如图3所示，具体包括如下步骤：

S1：于龙门架卷筒两侧的定滑轮上分别设置第一称重传感器、第二称重传感器；

S2：所述第一、第二称重传感器分别实时将测量值传输给设定的倾斜判定机构；

S3：倾斜判定机构接收称重传感器的实时数值，并进行实时安全监控与计算；

S4：若计算结果为不安全，则启动警示信息；若为安全则进行下一个实时值的安全监控与计算。

其中，

所述的警示无效后的切断电源动作通过设置的警示无效后的切断电源机构实现，所述警示无效后的切断电源机构包括有：

设于龙门架本体上的固定支架，

设于固定支架上的转轴，

以转轴为支点形成绕轴摆动的水平杆(4)，

所述水平杆在受力不平衡情形下形成绕轴摆动，并在触碰到设置的上触点或下触点的情形下，通过设于上触点或下触点的磁吸式延时接触传感器，形成切断电源的触发信号。

为防止由于实际操作中起吊时，龙门架所受的冲击将可能导致水平杆接触托圈，因此在机构中安装延迟接触传感器，主要目的为防止水平杆的数据精确。

其中，

于所述的倾斜判定机构设有安全阈值单元、实时数值计算单元；

步骤S3中所述的实时安全监控与计算具体包括如下步骤：

S31：实时数值计算单元接收称重传感器传输的实时测量值，并将两个实时测量值差值的绝对值与当前标定重物的数值进行比值计算，输出比值计算结果；

S32：将比值计算结果送入安全阈值单元与设定的安全阈值进行比较；

S33：若比值计算落在设定的安全阈值区间，则输出为安全；若比值计算结果不落在设定的安全阈值区间，则输出为不安全。此为瞬时数据，将作为一级警示机构。

其中，

于龙门架本体上还设有拖圈支架及设于拖圈支架上的拖圈；

所述水平杆(4)设于固定支架(1)与拖圈支架(2)之间，并在摆动过程中形成其中一端端部在拖圈内部上下摆动的动作；

所述上触点与下触点设于拖圈上。

工作原理及实施例

本实施例中通过设置的龙门架倾斜警示机构及警示无效后的切断电源机构分别建立龙门架倾斜的警示及警示无效后的断电保护机制，所述的龙门架倾斜警示机构包括有设于龙门架卷筒两侧定滑轮上的称重传感器(如图2所示)及配合称重传感器进行计算判定的倾斜判定机构，于所述的倾斜判定机构设有安全阈值单元、实时数值计算单元；所述安全阈值设定原理如下：

如图4所示，假设在平衡情况下，龙门架处于水平位AB线，重心位置为G，板钩的两侧分别受力为F1、F2，F1*AG＝F2*BG，AG＝BG，F1＝F2。

设定(F1-F2)％≤|a|，a≤0.5，实际运用中，a量需要允许误差。

假设板钩发生顶轴后出现高低差，龙门架处于倾斜位AC线，以ACD三角寻找重心位置，重心位为ACD三条边的中心线交点H，板钩的两侧分别受力为F1’、F2’，F1’*AH＝F2’*BH，因为AHF2’。

因此，判断在两侧板钩出现高低偏差时，所在低位(顶轴板钩)的一侧将受力增大，而另一侧高位(耳轴内板钩)将受力减小，从而打破两侧板钩的平衡。

要将此算法应用到实际情况中：

已知板钩一侧顶轴，造成一侧板钩下降X＝AD，产生重心为H，

勾股定理：AD2+DC2＝AC2

F1’*AH＝F2’*BH；F1’/F2’＝BH/AH；F1’＝(F2’*BH)/AH

假设：F2’＝6，BH＝3，AH＝2的话，则F1’＝9

因此，F1’与F2’之间的关系是BH与AH的关系。

现以长度为10米的桥式起重机龙门架为例，标定重物(铁水包)300吨，平衡情况下左、右两侧的重量各为150吨。板钩钩头与钢衬距离50CM，板钩根据标准相对误差在2％以内。

当一侧(左)发生顶轴时，龙门架发生倾斜，左右板钩高度差在50CM，测得左侧(顶轴)重量为159吨，右侧重量为141吨。

此时左右板钩比平衡情况下差+-6％，此6％根据159和141的差值与159和141的总和的比值确定；顶轴情况下左、右板钩总和差为12％，加上相对误差的2％，可以得出结论在顶轴情况下最大相差量是平衡状态下的+-14％。

在本实施例中安全阈值的的保护区间设置为+-(10％——14％)。因为存在相对误差2％；而上述的+-14％的落在此区间范围，故而不发出不安全警示。

上述中，在出现板钩一侧顶轴时，取较为安全保护的数值可选择左右最大相差数值的一半，也就是14％的一半为7％，取此数值的目的是在一个安全范围内，左右板钩数值在相差7％时即可判定为顶轴现象，采取安全介入措施。

所述的警示无效后的切断电源机构，是指通过警示后，仍然无视，a值继续增大，通过介入的第二机制进行判定，从而强制切断电源。如图1所示，包括有设于龙门架本体上的固定支架(1)及拖圈支架(2)，于拖圈支架(2)上设有拖圈(3)；于固定支架(1)与拖圈支架(2)之间设有水平杆(4)；所述水平杆(4)以设于固定支架(1)上的转轴为支点，以可相对于固定支架摆动的方式设置，所述水平杆(4)在摆动过程中形成其中一端端部在拖圈内部上下摆动的动作；于拖圈上设有上触点及下触点；所述水平杆(4)为弹性钢管。所述水平杆(4)以转轴为起始点延伸向拖圈支架的长度大于以转轴为起始点延伸向相反方向的长度；并于水平杆(4)的以转轴为起始点、向与伸向拖圈支架方向相反方向延伸的部分设有砝码。于拖圈的上触点及下触点分别设有磁吸式延时接触传感器，所述磁吸式接触传感器作为触发断电的触发信号。龙门架在发生倾斜时的状态(倾斜状态以一种为例)，先启动一级警示模式；再一级警示启动后，若在设定的时间内警示仍未取消，则启动警示无效后的切断电源机构，该机构在龙门架发生倾斜后，其固定在龙门架本体上的支架与托圈将随龙门架倾斜而发生位置变化。但是由于水平杆是被调整为两端相对重量相等，水平杆将始终处于水平状态，水平杆所采用的是弹性钢管材料，在短侧内部加注砝码来调节重量，使水平杆平衡。通过转动轴(即上述的转轴)为连接支点，其支点两侧保持一种左、右重量平衡的状态。在左、右板钩发生异常状态(此处释为一侧顶轴)后，龙门架将发生倾斜，而水平杆在保持水平状态下，相对触点位置将会接触由固定支架所支撑的托圈的上下两端(支架与托圈随龙门架倾斜而改变位置)，通过触点上的磁吸式延时接触传感器导通回路，将作为触发强行自保护断电的触发信号，此为延时数据判定，将作为二级介入断电自保护机构。从而实现在线进行对龙门架平衡度的二级判定。

本发明的一种起重机在线平衡检测装置及判定方法，对起重机在线吊运状态进行实时监控，针对目前大型起重设备吊运作业过程中产生的异常设定了自动判别、自动警示及断电保护；形成对于起重机在吊运初期时发生的异常情形进行判断以及预警和自保护介入机制；在实际生产中能有效解决起重机在吊运时由于人为判断失误导致的板钩顶轴问题，从而提高起重安全作业率，并可有效避免被吊物坠落事故。