一种工程机械及其卷扬乱绳监测装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及工程机械技术领域，具体涉及起重机的卷扬乱绳监测装置和方法。本发明还涉及设有所述卷扬乱绳监测装置的起重机。
【背景技术】
[0002]起重机施工作业过程中，卷扬通过缠绕在卷筒上钢丝绳的传递使悬挂在起重机臂头的重物进行升降。
[0003]通常在钢丝绳的收放过程中，要求钢丝绳均匀缠绕在卷扬卷筒上。但在实际操作中，依据现场实际作业情况的不同，卷扬会出现乱绳或者卡绳的情况，存在以下危害:(1)导致吊重物的突放，影响起重平稳性，给具体起重机施工带来潜在安全隐患；(2)损伤钢丝绳，造成钢丝绳报废，增加起重机使用成本；(3)每次乱绳后将花费很长时间对钢丝绳重新有序整理，影响生产的正常进行。
[0004]经分析，卷扬乱绳的原因有以下几方面:(1)吊重量过大，且底层钢丝绳排列不紧时，上层绳圈挤入底层绳圈；(2)空勾起升时，钢丝绳张紧力过小，钢丝绳产生摞绳现象，即钢丝绳不能紧密规律排列，两圈钢丝绳之间交叉、堆叠；(3)在冬季施工时，由于滑轮槽内油泥凝固，增大了钢丝绳的运动阻力，空载或轻载下降时，卷扬转速快，吊钩下降迟缓于卷扬钢丝绳放出速度，导致钢丝绳在卷筒上松弛，排列混乱。
[0005]目前，针对此故障，部分起重机制造商采取的监控、诊断方法及装置，主要有以下几种:
[0006]第一种，现场人工观测，在起重机卷扬运转时增加专人观测钢丝绳状态，以避免卷扬乱绳现象。
[0007]第二种，通过装置感知钢丝绳的弯曲偏移量，并利用反光板反射信号，用红外传感器接收反射信号，将信号传递给报警器，当弯曲偏移量达到一定值时进行报警。
[0008]第三种，出现乱绳之后，通过出槽的钢丝绳直接或间接触碰行程开关，使卷扬机电动机控制回路断电，停止钢丝绳收放动作。
[0009]第四种，在卷扬卷筒后面安置摄像头，起重机操作人员通过传回的图像实时观测卷扬钢丝绳排列状态。
[0010]以上四种现有技术方案大体可分成两大类:
[0011]第一种和第四种为现场实时监测。这种方式无论是现场增派人手观测钢丝绳状态，还是采用摄像头回传实时监控图像，只要卷扬运转，就要及时观察，观测人员的劳动强度大。对于摄像头监控的方法，虽然代替人工，避免了信息传递的时延，但是同样存在观测不精确，易发生误判的问题，而且起重机操作流程复杂、操作界面中需要监控的起重机状态量过多，额外的卷扬状态监控录像势必会分散操作人员的精力，降低工作效率，同样会给整个施工作业带来安全隐患。
[0012]第二种和第三种为机械式的卷扬乱绳报警装置。此类报警装置，均要依赖机械结构感知卷扬乱绳的发生，不仅安装会受到限制，而且由于起重机长期户外工作发生振荡，导致机械结构变形，会降低检测精度，可靠性不高。
[0013]此外，以上检测方法和装置均只能在卷扬已发生乱绳现象后才有检测结果，无法避免乱绳故障的发生。
[0014]因此，如何降低起重机等工程机械的卷扬钢丝绳乱绳风险，是本领域技术人员需要解决的技术问题。
【发明内容】
[0015]针对上述缺陷，本发明提供一种卷扬乱绳监测装置。该装置具有卷扬乱绳预警、报警功能，可使起重机工作可靠性得到更大程度的提升。
[0016]在此基础上，本发明还提供一种卷扬乱绳监测方法以及设有所述监测装置的工程机械。
[0017]本发明提供一种卷扬乱绳监测装置，包括卷扬乱绳预警单元和卷扬乱绳报警单元;
[0018]其中，所述卷扬乱绳预警单元包括:
[0019]第一检测部件，用于获取卷扬起吊重量信息；
[0020]第二检测部件，用于获取卷扬的卷筒旋转信息；
[0021]控制器，用于根据所述起吊重量信息，获取卷扬钢丝绳拉力F，并根据所述卷筒旋转信息，获取卷扬钢丝绳收放速度V，并判断所述钢丝绳拉力F或钢丝绳收放速度V是否超过限定值，若判断结果为是，则输出预警信息；
[0022]其中，所述卷扬乱绳报警单元包括:
[0023]卷扬监控摄像部件，用于实时采集卷扬卷筒上的钢丝绳图像；
[0024]图像处理设备，用于从采集到的钢丝绳图像中提取钢丝绳位置信息并进行平行度分析，并判断钢丝绳平行度指标是否超出阈值，若判断结果为是，则输出报警信息。
[0025]优选地，所述控制器按照公式F = G/N计算钢丝绳拉力F，其中G为卷扬起吊重量，N为钢丝绳滑轮组倍率。
[0026]优选地，所述控制器按照公式V = η.π.R/%计算钢丝绳收放速度V，其中?\为限定时间，η为限定时间内卷扬转动圈数，R为钢丝绳在卷扬上的缠绕直径。
[0027]优选地，所述控制器按照下述方式判断所述钢丝绳拉力F和钢丝绳收放速度V是否超过限定值:
[0028]预设钢丝绳拉力范围[Fi，F2]和钢丝绳收放速度范围[^2]，其中匕、匕分别为设定的钢丝绳拉力下限值和上限值，V1、v2分别为设定的钢丝绳收放速度下限值和上限值；
[0029]若钢丝绳拉力F超出预设范围[Fi，F2]，或钢丝绳收放速度V超出预设范围[Vi，v2]，则判断结果为是，反之，判断结果为否。
[0030]优选地，所述图像处理设备按照下述方式提取钢丝绳位置信息并进行平行度分析:
[0031]通过卷扬监控摄像部件实时采集钢丝绳图像；
[0032]对采集的钢丝绳图像进行预处理，减少噪声干扰，提高系统准确度和鲁棒性，且当图像信息微弱、无法识别时，对图像进行增强、集合调整；
[0033]进行图像分割，定位分理出待识别物体，此环节输入整幅图像，输出像元图像；
[0034]抽取图像特征，利用图像检测技术，对滤波后的图像进行图像提取，获得钢丝绳线性信息；
[0035]根据钢丝绳线性信息，获取钢丝绳倾斜角度，并判断钢丝绳倾斜角度是否超出阈值。
[0036]优选地，所述控制器按照下述方式输出报警信息:
[0037]设定不同等级的钢丝绳平行度指标阈值；
[0038]判断钢丝绳平行度指标是否超过设定的各阈值，若判断结果为是，则输出与不同等级阈值相对应的不同等级报警信息。
[0039]本发明提供一种卷扬乱绳监测方法，包括以下步骤:
[0040]卷扬乱绳预警:
[0041 ] 获取卷扬起吊重量信息；
[0042]获取卷扬的卷筒旋转信息；
[0043]根据所述起吊重量信息，获取卷扬钢丝绳拉力F，并根据所述卷筒旋转信息，获取卷扬钢丝绳收放速度V，并判断所述钢丝绳拉力F或钢丝绳收放速度V是否超过限定值，若判断结果为是，则输出预警信息；
[0044]卷扬乱绳报警:
[0045]实时采集卷扬卷筒上的钢丝绳图像；
[0046]从采集到的钢丝绳图像中提取钢丝绳位置信息并进行平行度分析，并判断钢丝绳平行度指标是否超出阈值，若判断结果为是，则输出报警信息。
[0047]进一步地，按照公式F = G/N计算