一种起重机故障监控方法与流程

本发明涉及起重机安全监控技术领域，尤其涉及一种适用于大型起重机的故障监控方法及装置。

背景技术：
大型起重机属于特种设备，主要用于吊运大型或重型物体。基于安全考虑，起重机上一般配置有过载保护、超速保护、溜钩保护、限位保护等装置，其提升机构上还配有工作制动器、应急制动器和安全制动器。但是，由于大型起重机的结构相对复杂，需要兼顾各方各面的安全防护，现有的安全监控及防护方案仍然不够完善。例如，起重机可能会出现传动链破损故障，所述传动链破损故障是指(设于起重机的电机和卷筒之间的)电机轴、联轴器、减速机、开式齿轮、卷筒轴等部位出现断裂破碎等故障。此类故障容易引发事故并造成重大损失，但现有技术中并未采取有效的监控方案。此外，一般大型起重机的提升机构如图1所示，主要包括电机1、减速箱2、卷筒3以及钩头(图1未示出，卷筒3上绕有缆绳，钩头固定在缆绳上以挂载物体)，电机1的传动经减速箱2减速后带动卷筒3转动，通过卷筒3的转动带动钩头的升降，以吊运物体。在出现故障时，提升机构有可能会出静态反转故障或动态反转故障。其中，静态反转故障是指：在提升机构处于停机状态时，一旦出现制动器抱闸故障或低速轴断轴故障等情况，卷筒3及其缆绳将会出现松动，导致钩头向下产生位移这一现象；如果是在带载情况下出现静态反转故障而又没有及时采取措施，后果将会非常严重。动态反转故障是指：在提升机构处于工作状态时，一旦出现电机故障，力矩不足以克服载荷重量，导致钩头迅速下降；或者由于控制信号、控制电路出现故障，导致起重机实际运行方向同操作方向不一致的现象；这种现象同样容易引发事故，造成重大损失。但是，现有技术对于静态反转故障或动态反转故障同样并未采取有效的监控方案。

技术实现要素：
本发明的一个目的在于，提出一种可监控传动链破损故障的起重机故障监控方法，以解决现有技术中的安全监控及防护方案不够完善的问题，减少起重机安全事故和损失。本发明提出的一种起重机故障监控方法，其包括传动链破损故障监控方法，所述传动链破损故障监控方法包括以下步骤：A1、分别采集起重机电机的转速信号和卷筒的转速信号，以确定电机转速和卷筒转速；A2、若所述电机转速和卷筒转速均不为零，则计算所述电机转速和卷筒转速的传动比，并与传动比预设值进行比较；A3、若所述传动比超出传动比预设值，则确定所述电机与卷筒之间出现传动链破损故障。在本发明的进一步优选方案中，步骤A1中具体包括：A11、通过电机侧脉冲编码器采集电机在单位时间内触发的脉冲数，以确定电机转速；通过卷筒侧脉冲编码器采集卷筒在单位时间内触发的脉冲数，以确定卷筒转速。本发明的第二个目的是，进一步提出一种可监控静态反转故障的起重机故障监控方法，以进一步解决现有技术中的安全监控及防护方案不够完善的问题，减少起重机安全事故和损失。本发明进一步提出的一种起重机故障监控方法，其还包括静态反转故障监控方法，所述静态反转故障监控方法包括以下步骤：B1、确定起重机提升机构处于停机状态；B2、采集起重机卷筒的转速信号和反转角度信号，以分别确定卷筒转速和反转角度；B3、若所述卷筒转速超过静态转速预设值或反转角度超过静态角度预设值，则确定出现静态反转故障。在本发明的进一步优选方案中，所述步骤B2具体包括：B21、通过卷筒侧脉冲编码器采集单位时间内所述卷筒触发的脉冲数以及总脉冲数，分别确定卷筒转速和反转角度。5、根据权利要求4所述的起重机故障监控方法，其特征在于，所述步骤B2中卷筒侧脉冲编码器在第一预设时间内对所述卷筒在单位时间内触发的脉冲数以及总脉冲数进行持续采集；所述步骤B3具体包括：B31、若在所述第一预设时间内，采集到的卷筒在单位时间内触发的脉冲数对应的卷筒转速均超过静态转速预设值，则确定出现静态反转故障；或者，若在所述第一预设时间内，采集到的卷筒触发的总脉冲数对应的反转角度超过静态角度预设值，则确定出现静态反转故障。本发明的第三个目的是，进一步提出一种可监控动态反转故障的起重机故障监控方法，以进一步解决现有技术中的安全监控及防护方案不够完善的问题，减少起重机安全事故和损失。本发明进一步提出的一种起重机故障监控方法，其还包括动态反转故障监控方法，所述动态反转故障监控方法包括以下步骤：C1、确定起重机提升机构处于运行状态；C2、采集起重机卷筒的转向信号，以确定卷筒转向；C3、若所述卷筒转向与操作指令方向相反，则采集起重机卷筒的反转角度信号，以确定卷筒的反转角度；C4、若反转角度超过动态角度预设值，则确定出现动态反转故障。在本发明的进一步优选方案中，所述步骤C2中通过卷筒侧编码器在第二预设时间内持续采集卷筒的转向信号；在所述步骤C3中若所述第二预设时间内，卷筒转向均与操作指令方向相反，则在步骤C4中确定出现动态反转故障；在所述步骤C4中若在所述第二预设时间内，卷筒侧编码器采集到的卷筒触发的总脉冲数对应的反转角度超过动态角度预设值，则在步骤C4中确定出现动态反转故障。此外，本发明还相应提出一种起重机故障监控装置，其包括电机信号采集单元、卷筒信号采集单元、计算单元、以及判定单元；其中，所述电机信号采集单元，用于采集起重机电机的转速信号，以确定电机转速；所述卷筒信号采集单元，用于采集起重机卷筒的转速信号，以确定卷筒转速；所述计算单元，用于在所述电机转速和卷筒转速均不为零时，计算所述电机转速和卷筒转速的传动比，并与传动比预设值进行比较；所述判定单元，用于在所述传动比超出传动比预设值时，确定所述电机与卷筒之间出现传动链破损故障。在本发明的进一步优选方案中，还包括运行状态监控单元；所述运行状态监控单元用于确定起重机提升机构处于停机状态；所述卷筒信号采集单元，还用于采集起重机卷筒在静态反转中的转速信号和反转角度信号，以分别确定静态反转中的卷筒转速和反转角度；所述计算单元，还用于计算静态反转中卷筒转速是否超过静态转速预设值，以及反转角度是否超过静态角度预设值；所述判定单元，还用于在静态反转中卷筒转速超过静态转速预设值，或者反转角度超过静态角度预设值时，确定出现静态反转故障。在本发明的进一步优选方案中，所述运行状态监控单元还用于确定起重机提升机构处于运行状态；所述卷筒信号采集单元，还用于采集起重机卷筒在动态反转中的转向信号和反转角度信号，以分别确定动态反转中的卷筒转向和反转角度；所述计算单元，还用于在动态反转中确定卷筒转向与操作指令方向是否相反，以及计算反转角度是否超过动态角度预设值；所述判定单元，还用于在动态反转中卷筒转向与操作指令方向相反，或并且反转角度超过动态角度预设值时，确定出现动态反转故障。本发明至少具有以下有益效果：1、可监控起重机的传动链破损故障，解决了现有技术中的安全监控及防护方案不够完善的问题，减少了起重机安全事故和损失；2、通过采集电机的转速信号和卷筒的转速信号，间接判断传动链破损故障，实现方便，可靠性高，且不需要花费过多人工和材料成本。3、在电机转速和卷筒转速均不为零(排除电机故障或卷筒故障)的情况下，通过计算电机转速和卷筒转速的传动比，并与传动比预设值进行比较以判断传动链破损故障，构思独到，计算简单，且判断的可靠性进一步提高。4、进一步可监控起重机静态反转故障，通过采集起重机卷筒的转速信号和反转角度信号来判断静态反转故障，整体可靠性与安全性进一步提高；5、进一步可监控起重机动态反转故障，通过采集起重机卷筒的转向信号和反转角度信号来判断动态反转故障，整体可靠性与安全性再进一步提高。附图说明图1是现有技术起重机提升机构的结构示意图。图2是实施例一中传动链破损故障监控方法的流程示意图。图3是实施例中安装有脉冲编码器的提升机构的结构示意图。图4是实施例二中静态反转故障监控方法的流程示意图。图5是实施例三中动态反转故障监控方法的流程示意图。图6是实施例四中起重机故障监控装置的功能化结构示意图。图7是实施例五中起重机故障监控装置的功能化结构示意图。图1和图3中：1-电机，2-减速箱，3-卷筒，4-电机侧脉冲编码器，5-卷筒侧脉冲编码器5。具体实施方式为了便于本领域技术人员理解，下面将结合附图以及实施例对本发明进行进一步描述。实施例一请参阅图2，实施例提出一种起重机故障监控方法，包括传动链破损故障监控方法，所述传动链破损故障监控方法主要包括以下步骤S100至S300：S100、分别采集起重机电机的转速信号和卷筒的转速信号，以确定电机转速和卷筒转速。在所述步骤S100中，采集电机的转速信号和卷筒的转速信号的方式可以是多种多样，本实施例优选通过脉冲编码器来采集。具体地，请参阅图3(包括现有的电机1、减速箱2以及卷筒3等)，在现有的提升机构上分别安装电机侧脉冲编码器4和卷筒侧脉冲编码器5，由此所述步骤S100可具体包括步骤S110：S110、通过电机侧脉冲编码器采集电机在单位时间内触发的脉冲数，以确定电机转速；通过卷筒侧脉冲编码器采集卷筒在单位时间内触发的脉冲数，以确定卷筒转速。S200、若所述电机转速和卷筒转速均不为零，则计算所述电机转速和卷筒转速的传动比，并与传动比预设值进行比较。若电机转速或卷筒转速有一者为零，则有可能是电机本身故障或卷筒本身故障，因此步骤S200中排除了电机转速或卷筒转速均为零的情况，以排除干扰因素，提高可靠性。所述传动比是指当前电机转速与卷筒转速的比值；所述传动比预设值优选为电机与卷筒在正常状态下固有传动比值(因不同设备而异)的90％至110％；当然，设置为90％至110％是为防止后续步骤误判，本实施例还可根据需要设置为其他合适的范围。S300、若所述传动比超出传动比预设值，则确定所述电机与卷筒之间出现传动链破损故障。在所述步骤S300中，由于排除了是电机本身故障或卷筒本身故障的可能，若所述传动比超出传动比预设值，则自然是电机与卷筒之间出现传动链破损故障。在步骤S300中确定所述电机与卷筒之间出现传动链破损故障，可进一步输出控制信号，控制相关制动器进行制动，以确保载荷安全，避免事故发生，并减少损失。实施例二请参阅图4，实施例二提出的一种起重机故障监控方法，在实施例一的基础上，还包括静态反转故障监控方法，所述静态反转故障监控方法主要包括以下步骤M100至M300：M100、确定起重机提升机构处于停机状态。所述步骤M100中，提升机构处于停机状态包括断电状态，在提升机构处于停机状态时可确定需要采取的是静态反转故障监控措施，以此作为执行后续步骤的依据。M200、采集起重机卷筒的转速信号和反转角度信号，以分别确定卷筒转速和反转角度。所述步骤M200中，采集卷筒的转速信号和反转角度信号的方式同样可以是多种多样，本实施例优选通过图3所示的卷筒侧脉冲编码器来采集。由此所述步骤M200具体可包括步骤M210：M210、通过卷筒侧脉冲编码器采集单位时间内所述卷筒触发的脉冲数以及总脉冲数，分别确定卷筒转速和反转角度。在步骤M210中根据单位时间内所述卷筒触发的脉冲数可以得到卷筒转速，根据采集到的总脉冲数可以确定卷筒的反转角度。M300、若所述卷筒转速超过静态转速预设值或反转角度超过静态角度预设值，则确定出现静态反转故障。在步骤M300中，静态转速预设值和静态角度预设值可根据具体设备情况结合日常经验进行设置，本实施例不做特别限制。此外，为了排除干扰，提高可靠性，在上述步骤M200至M300中在第一预设时间内(例如1s-10s)，持续执行，以最终确定是否出现静态反转故障，具体如下：所述步骤M200中卷筒侧脉冲编码器在第一预设时间内对所述卷筒在单位时间内触发的脉冲数进行持续采集；所述步骤M300具体包括：M310、若在所述第一预设时间内，采集到的卷筒在单位时间内触发的脉冲数对应的卷筒转速均超过静态转速预设值，则确定出现静态反转故障；或者，若在所述第一预设时间内，采集到的卷筒触发的总脉冲数对应的反转角度超过静态角度预设值，则确定出现静态反转故障。在步骤M300(或M310)确定出现静态反转故障后，可进一步输出控制信号，控制相关制动器进行制动，以确保载荷安全，避免事故发生，并减少损失。实施例三请参阅图5，实施例三提出的一种起重机故障监控方法，在实施例一或实施例二的基础上，还包括动态反转故障监控方法，所述动态反转故障监控方法主要包括以下步骤L100至L400：L100、确定起重机提升机构处于运行状态。在步骤L100中提升机构处于运行状态时可确定需要采取的是动态反转故障监控措施，以此作为执行后续步骤的依据。L200、采集起重机卷筒的转向信号，以确定卷筒转向。所述步骤L200中采集卷筒的转向信号的方式同样可以是多种多样，本实施例优选同样通过图3所示的卷筒侧脉冲编码器来采集。L300、若所述卷筒转向与操作指令方向相反，则采集起重机卷筒的反转角度信号，以确定卷筒的反转角度。在步骤L300中，若所述卷筒转向与操作指令方向相反才有必要采集起重机卷筒的反转角度信号，否则便可确定不存在动态反转故障；同时采集卷筒的反转角度信号同样可以通过图3所示的卷筒侧脉冲编码器来执行。L400、若反转角度超过动态角度预设值，则确定出现动态反转故障。在步骤L400中，动态转速预设值和动态角度预设值可根据具体设备情况结合日常经验进行设置，本实施例不做特别限制。此外，为了排除干扰，提高可靠性，在上述步骤L200至L400中在第二预设时间内(例如1s-10s)，持续执行，以最终确定是否出现动态反转故障，具体如下：所述步骤L200中通过卷筒侧编码器在第二预设时间内持续采集卷筒的转向信号；在所述步骤L300中若所述第二预设时间内，卷筒转向均与操作指令方向相反，则在步骤L400中确定出现动态反转故障；在所述步骤L400中若在所述第二预设时间内，卷筒侧编码器采集到的卷筒触发的总脉冲数对应的反转角度超过动态角度预设值，则在步骤L400中确定出现动态反转故障。在步骤L400确定出现动态反转故障时，可进一步输出控制信号，控制相关制动器进行制动，以确保载荷安全，避免事故发生，并减少损失。实施例四请参阅图6，实施例四提出的一种起重机故障监控装置，与前述实施例一提出一种起重机故障监控方法相对应，其包括电机信号采集单元10、卷筒信号采集单元20、计算单元30、以及判定单元40，其中：所述电机信号采集单元10，用于采集起重机电机的转速信号，以确定电机转速。所述卷筒信号采集单元20，用于采集起重机卷筒的转速信号，以确定卷筒转速。所述计算单元30，用于在所述电机转速和卷筒转速均不为零时，计算所述电机转速和卷筒转速的传动比，并与传动比预设值进行比较。所述判定单元40，用于在所述传动比超出传动比预设值时，确定所述电机与卷筒之间出现传动链破损故障。特别地，所述电机信号采集单元10和卷筒信号采集单元20具体均可指脉冲编码器，分别设在电机侧和卷筒侧。实施例四的工作原理及有益效果与实施例一对应，这里不再赘述。实施例五请参阅图7，实施例五提出的一种起重机故障监控装置，在实施例四的基础上，还包括运行状态监控单元50；所述运行状态监控单元50用于确定起重机提升机构处于停机状态.所述卷筒信号采集单元20，还用于采集起重机卷筒在静态反转中的转速信号和反转角度信号，以分别确定静态反转中的卷筒转速和反转角度。所述计算单元30，还用于计算静态反转中卷筒转速是否超过静态转速预设值，以及反转角度是否超过静态角度预设值。所述判定单元40，还用于在静态反转中卷筒转速超过静态转速预设值，或者反转角度超过静态角度预设值时，确定出现静态反转故障。实施例五的工作原理及有益效果与实施例二对应，这里不再赘述。实施例六实施例六提出的一种起重机故障监控装置，在实施例五的基础上，做了进一步限定，具体如下：所述运行状态监控单元50还用于确定起重机提升机构处于运行状态.所述卷筒信号采集单元20，还用于采集起重机卷筒在动态反转中的转向信号和反转角度信号，以分别确定动态反转中的卷筒转向和反转角度。所述计算单元30，还用于在动态反转中确定卷筒转向与操作指令方向是否相反，以及计算反转角度是否超过动态角度预设值。所述判定单元40，还用于在动态反转中卷筒转向与操作指令方向相反，或并且反转角度超过动态角度预设值时，确定出现动态反转故障。实施例六的工作原理及有益效果与实施例三对应，这里不再赘述。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。