CN105129656B - 一种起重机械制动方法和起重机械制动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种起重机械制动方法和起重机械制动装置，用于在工作过程中检测制动效果并能够防止起重机械发生溜钩，其中方法包括如下步骤：获取电机转轴在制动开始后的变化量；执行一次或多次如下判断：若变化量大于预先设置的该变化量阈值，则控制电机输出使负载瞬时悬停的转矩，然后再次获取当前电机转轴的变化量，否则制动结束；当达到预设的次数后，若变化量大于预先设置的该变化量阈值，则控制电机输出使负载悬停的转矩，否则制动结束；当制动时间大于预设时间阈值后，所述变化量小于该变化量阈值时，制动结束。通过多次判断过程，能够排除由机械配合或电气故障造成的制动信号与制动动作不同步的问题，不容易出现误判。

Description

一种起重机械制动方法和起重机械制动装置

技术领域

本发明涉及领起重机械领域，具体地，涉及一种起重机械制动方法和使用该方法的起重机械制动装置。

背景技术

起重机是一种常见的机械设备，广泛应用多个行业内，如建筑、生产、运输等，以代替人工搬运，具有工作效率高，同时兼具安全的优点，从而为促进社会经济发展奠定了坚实的基础。然而在起重机的运行过程中，由于制动器的机械故障或电气故障，常常会出现溜钩现象，即制动器不能及时制动，因此可能造成起吊的物体损坏，甚至人身安全问题。

现有的一些防溜钩设备，是在制动器一侧外加一些辅助设备，在出现溜钩事故时进行保护。但是这样的方法，不仅使工作成本大幅增加，而且无法确保防溜钩的稳定性和有效性。

针对该问题，中国专利文献CN103663225A公开了一种制动器失效的保护方法、保护装置、保护系统及起重机，包括：

获取起升动作给定信号及起升动作运行信号；

当未获取到所述起升动作给定信号但获取到所述起升动作运行信号时，输出起升动作保护信号；

根据所述起升动作保护信号，启动起升电机按照设定的档位动作。

当未获取到所述起升动作给定信号但获取到所述起升动作运行信号时，还输出报警控制信号；

根据所述报警控制信号启动报警器进行报警。

该专利文献的制动器失效保护方法中，通过检测起升动作运行信号和起升动作给定信号是否同步来确定制动器是否失效，这种方法存在以下缺陷：

该专利文献的制动器失效保护方法中，在判定制动器失效后通过执行预先设定的多组上升下降档位来控制起重机械的升降，在负载砖瓦等易散落物体时，就容易造成晃动进而掉落的危险，实用性不强。

该专利文献的制动器失效保护方法中，在收到起升动作信号和起升给定信号时间不对等的原因有很多，如电气故障、机械配合问题造成的制动信号与制动动作不同步的问题，采用现有的制动器判定方法出现上述情况时会全部判定为制动器失效，影响起重机械正常工作。

该专利文献的制动器失效保护方法中，在操作过程中依赖于工作人员的操作经验，对于起重机械操作年龄较低的人来讲，其学习成本很高，如果出现操作错误，则可能造成严重后果。

发明内容

本发明所要解决的是现有的起重机械制动方法中存在的制动器失效后起重机械的安全性无法保证、对制动器是否失效判定不够准确以及依赖人工操作的技术问题，进而提供了一种能够保证制动器失效后起重机械的安全性、对制动器是否失效判定准确以及基本无需人工经验判定和操作的起重机械制动方法和用于实现所述制动方法的起重机械制动装置。

为了实现上述目的，本发明提供一种起重机械制动方法，包括如下步骤：

获取电机转轴在制动开始后的变化量；

执行一次或多次如下判断：若变化量大于预先设置的该变化量阈值，则控制电机输出使负载瞬时悬停的转矩，然后再次获取当前电机转轴的变化量，否则制动结束；

当达到预设的次数后，若变化量大于预先设置的该变化量阈值，则控制电机输出使负载悬停的转矩，否则制动结束；

所述当前电机转轴的变化量为前一次使负载瞬时悬停的位置为零点，计算当前位置与零点位置的距离作为所述当前电机转轴的变化量。

所述变化量为电机主轴或其从动轴的角变化量。

所述角变化量为角位移变化量或角速度变化量。

执行2-3次上述判断。

所述处理单元控制电机输出使负载悬停的转矩的过程，包括：所述处理单元根据电机转轴在制动前的运动方向，控制电机反转以输出相反方向的转矩，使负载悬停。

所述获取电机转轴在制动开始后的变化量的过程，包括：

以发出制动器闭合命令后检测到的电机转轴的位置为零点，计算当前位置与零点位置的距离作为所述制动开始后的变化量。

制动单元，接收制动命令后执行制动，

检测单元，获取电机转轴在制动开始后的变化量；

控制单元，包括：

循环子单元：执行一次或多次如下判断：若变化量大于预先设置的该变化量阈值，则控制电机输出使负载瞬时悬停的转矩，然后再次获取电机转轴的变化量，否则制动结束；

悬停输出子单元：当达到预设的次数后，若变化量大于预先设置的该变化量阈值，处理单元控制电机输出使负载悬停的转矩，否则制动结束；

制动结束子单元：当制动时间大于预设时间阈值后，所述变化量小于该变化量阈值时，制动结束。

所述控制单元为变频器或伺服驱动器，所述获取单元为编码器。

所述编码器与电机主轴或其从动轴关联设置，以检测电机主轴或其从动轴的角位移或角速度。

所述循环子单元中，执行两次上述判断过程。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

(1)本发明的起重机械制动方法，通过执行一次或多次如下判断：若变化量大于预先设置的该变化量阈值，则控制电机输出使负载瞬时悬停的转矩，然后再次获取当前电机转轴的变化量，否则制动结束；当一次变化量超过变化量阈值时，认为可能是由于机械配合或电气故障引起的制动器失效，因此输出瞬时转矩使负载瞬时悬停，后再次获取电机转轴的变化量，当再次超过变化量阈值时，则认为是制动器失效造成的，因此能够排除制动信号与制动动作不同步进而造成误判断的问题，从而提供了一种判定精准的制动方法。

(2)本发明的起重机械制动方法，制动器在执行一次或多次判断后被判定为制动器失效，本发明的制动方法会控制电机输出使负载悬停的瞬时转矩或保持悬停的持续转矩，因此能够保证在制动器失效的时候起重机械不会发生溜钩事故，同时工作人员可以在悬停时选择控制电机将负载放至到地面，或悬停住负载对制动器进行排查，不仅保证了安全性，同时方便工作人员的进一步检修。

(3)本发明的起重机械制动方法，其在判定失效与否、失效后自动控制负载悬停以及信号自动反馈处理的过程中均无需人工干涉，若制动器失效，无需人工操作即可保证起重机构的安全性，使其更具有实用性，相比于现有技术中依靠工作人员工作经验的判定方式，也降低了对工作人员的要求。

(4)本发明的起重机械制动装置，变频器或伺服驱动器作为起重机械的常用控制装置，选其作为控制单元不会增加额外成本，并且能够节省容置空间和成本的优点。

(5)本发明的起重机械制动装置，其在电机停转的情况下，控制单元自动判定为进入制动状态，因此实现了在任何情况下，对起重机构制动状态进行实时的监控与保护，进一步增添了本方法的安全性和实用性。

(6)本发明的起重机械制动装置，使用编码器检测电机主轴在制动开始后的累积角位移量并设定判定阈值，使判定方法简单、直观，相比于常见的测算制动直线距离的方法具有精准度更高、误差小的优点。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中，

图1是本发明实施例1中起重机械制动方法的原理示意图；

图2是本发明实施例2中起重机械制动装置的原理示意图。

附图标记说明：

1-控制单元；2-检测单元；3-制动单元；4-电机；11-循环子单元；12-制动结束子单元；13-悬停输出子单元。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的起重机械制动方法进行详细说明。

实施例1：

如图1所示，起重机械制动方法，用于检测并防止起重机械发生溜钩，一种起重机械制动方法，包括如下步骤：

获取电机转轴在制动开始后的变化量，制动开始后的变化量是指在制动器呈抱闸状态作用在电机转轴上以后，电机转轴的变化量，如下述的变化量包括：角位移变化量或者角速度变化量，若在一定时间积累的过程中，角位移或角速度的值大于根据实际起重机械自身负载情况设定的阈值，说明制动器在这个过程中并没有起到良好的制动效果。

执行一次或多次如下判断：若变化量大于预先设置的该变化量阈值，则控制电机输出使负载瞬时悬停的转矩，然后再次获取当前电机转轴的变化量，否则制动结束。执行一次判断是在第一次的判断过程中，电机转轴的变化量并没有超过阈值，因此能够判定此时制动器有效，因此判断过程到此为止。而执行多次判断是在第一次判断中制动器被判定为失效，而对应的，电机转轴会输出使负载瞬时悬停的转矩，所述转矩是下述控制单元根据负载重量自动输出的瞬时转矩，当负载瞬时悬停后的下一个时间，负载会在重力的作用下继续运动，因此可以通过再次采集电机转轴的变化量，来判定此次判断过程中制动器是否失效。这样就能够避免由于电气故障或机械配合问题造成的制动信号和制动动作不同步问题，以排除误判断。

需要理解的是，判定次数可以是人工设定的，并不仅限于上述的两次，在每次的判断过程中电机都会输出瞬时让负载悬停的转矩，在最后一次判定后输出让负载保持悬停的转矩，应是本领域技术人员能够理解的，而当达到预设的次数后，若变化量大于预先设置的该变化量阈值，则控制电机输出使负载悬停的转矩，否则制动结束。

在每次获得变化量时，会预先设置一个时间阈值，当达到该时间阈值后，当前的位置和零点位置的距离则为此次获得的变化量。当制动时间大于预设时间阈值后，所述变化量小于该变化量阈值时，说明制动器有效且能够将电机转轴抱紧而不发生相对转动，因此制动结束。

优选的，执行2-3次上述判断。

以下详细说明本实施例中，判断过程中参数的选用：

进一步，所述当前电机转轴的变化量为前一次使负载瞬时悬停的位置为零点，计算当前位置与零点位置的距离作为所述当前电机转轴的变化量。

更进一步，所述变化量为电机主轴或其从动轴的角变化量，编码器能够准确的检测到角变化量，且电机的转轴或其从动轴在工作过程中容易与编码器保持相对固定、不发生晃动，因此相比于现有技术中通过测定制动下降距离的来判定制动器是否失效的方法，本实施例中所述通过测定电机转轴角变化量的方式更加精确。

此外，所述角变化量为角位移变化量或角速度变化量，角速度的变化量同样能够表征制动状态，因此能够被应用于本实施例中与角速度阈值进行比对，进而判定制动器是否失效。

需要理解的是，本实施例中所提供的判断方法并不限于测定电机转轴的变化量，如通过传感器测定制动下降距离、在钢绳上涂画刻度以及测定角加速度等方式测定能够表征制动状态的参数，本领域技术人员能够容易实施的方式皆应属于本发明的保护范围之内。

具体地，所述处理单元根据电机转轴在制动前的运动方向，控制电机反转以输出相反方向的转矩，使负载悬停。

所述获取电机转轴在制动开始后的变化量的过程，包括：

以发出制动器闭合命令后检测到的电机转轴的位置为零点，计算当前位置与零点位置的距离作为所述制动开始后的变化量。

实施例2：

下面给出一个具体应用实施例1方案的实例。本方案主要实施在变频器控制的起重系统，而且不需要添加任何外部设备，必要条件为电机侧有装光电编码器。具体实现步骤为：

1.起重系统上电后立刻进入实时保护程序。

2.当正常起升或下放重物停止时，变频器控制电机减速停机到达一个比较低的频率运行，此时发出制动器闭合命令，以此时变频器接受到的编码器信号点位零点。

3.如果制动器已经故障，重物会在制动器闭合后仍然下落，此时变频器可以通过光电编码器得到下落的反馈信号，当此信号累积过一定范围值后，变频器输出力矩(可设定)去阻碍重物下落，但为了防止由于机械配合误差造成的误动作，第一次电机输出力矩只是瞬间的，不会保持长久。

4.如果在第一次输出力矩后仍然可以检测到编码器信号，则在累积到同样范围值后，变频器再次输出一个瞬时力矩(可设定)，也作为误动作稳定系统状态。

5.而当第二次力矩输出后仍然监测到编码器动作，而且此信号累积到同样范围值，则变频器判定制动器已经失效，溜钩现象已经发生，则变频器将会持续输出矢量零速力矩，把重物下降的速度降为零，并且可以使重物停在空中，等待工作人员检修。

本实施例中的该方案，通过三次检测判定溜钩，通过多重检测，防止由于机械配合误差造成的误动作，可以完全避免溜钩现象的产生，减少溜钩事故，保护工地工人生命和财产安全。本方法可以做到制动器完全失效的情况下，只使用零伺服保护功能，都可以在不超载的情况下，进行正常的起升下降重物，不溜钩。

实施例3：

如图2所示，一种实现上述的起重机械制动方法的起重机械制动装置，包括：

制动单元3，接收制动命令后执行制动，

检测单元2，获取电机转轴在制动开始后的变化量；

控制单元1，包括：

循环子单元11：执行一次或多次如下判断：若变化量大于预先设置的该变化量阈值，则控制电机输出使负载瞬时悬停的转矩，然后再次获取电机转轴的变化量，否则制动结束；

悬停输出子单元13：当达到预设的次数后，若变化量大于预先设置的该变化量阈值，处理单元控制电机输出使负载悬停的转矩，否则制动结束；

制动结束子单元12：当制动时间大于预设时间阈值后，所述变化量小于该变化量阈值时，制动结束。

其中所述的制动结束是指认为制动器有效，制动程序结束，不执行动作。

上述起重机械制动装置的工作过程是：制动单元3在接受到制动命令后执行制动，并通过检测单元2来获取电机转轴在制动开始后的变化量，检测单元2将检测到的变化量反馈给控制单元1；进而，循环子单元11执行一次或多次如下判断若变化量大于预先设置的该变化量阈值，则悬停输出子单元13控制电机输出使负载瞬时悬停的转矩，然后再次获取电机转轴的变化量，否则制动结束；当达到预设次数且变化量值大于变化量阈值时，控制单元1控制电机将负载保持悬停；当制动时间大于预设时间阈值后，所述变化量小于该变化量阈值，则控制单元1判定制动结束，则认为制动器有效，程序结束不执行动作。

优选地，所述控制单元1为变频器或伺服驱动器，所述获取单元2为编码器，变频器或伺服驱动器为起重机械中常用的控制装置，这样做的好处在于，在不增加成本和增大占用空间的情况下，能够完整的实现本实施例中制动装置的功能；编码器则能够准确的测定角位移和角速度的值，同时其能够与电机转轴或其从动轴保持相对固定，相比于实施例1中所述的其他测定方式与测定参量，具有测量值更加准确的优点。

进一步，所述编码器与电机主轴或其从动轴关联设置，以检测电机主轴或其从动轴的角位移或角速度。

最后，所述循环子单元11中，优选的执行两次上述判断过程，两次循环子单元的判断过程，能够有效避免机械配合或电气故障造成的制动信号与制动动作不同步的问题，进而对制动器是否失效的判定更加准确，避免由于误判断而影响正常工作。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (11)

1.一种起重机械制动方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取电机转轴在制动开始后的变化量；

执行一次或多次如下判断：若变化量大于预先设置的该变化量阈值，则控制电机输出使负载瞬时悬停的转矩，然后再次获取当前电机转轴的变化量，否则制动结束；

当达到预设的次数后，若变化量大于预先设置的该变化量阈值，则控制电机输出使负载悬停的转矩，否则制动结束。

2.根据权利要求1所述的一种起重机械制动方法，其特征在于：所述当前电机转轴的变化量为：以前一次使负载瞬时悬停的位置为零点，计算当前位置与零点位置的距离作为所述当前电机转轴的变化量。

3.根据权利要求2所述的起重机械制动方法，其特征在于：所述变化量为电机主轴或其从动轴的角变化量。

4.根据权利要求3所述的起重机械制动方法，所述角变化量为角位移变化量或角速度变化量。

5.根据权利要求1至4任一项所述的起重机械制动方法，其特征在于：执行2-3次上述判断。

6.根据权利要求1至4任一项所述的起重机械制动方法，其特征在于：所述控制电机输出使负载悬停的转矩的过程，包括：根据电机转轴在制动前的运动方向，控制电机反转以输出相反方向的转矩，使负载悬停。

7.根据权利要求1至4任一项所述的一种起重机械制动方法，其特征在于：所述获取电机转轴在制动开始后的变化量的过程，包括：

以发出制动器闭合命令后检测到的电机转轴的位置为零点，计算当前位置与零点位置的距离作为所述制动开始后的变化量。

8.一种实现权利要求1至7任一项所述的起重机械制动方法的起重机械制动装置，其特征在于：

制动单元，接收制动命令后执行制动，

检测单元，获取电机转轴在制动开始后的变化量；

控制单元，包括：

循环子单元：执行一次或多次如下判断：若变化量大于预先设置的该变化量阈值，则控制电机输出使负载瞬时悬停的转矩，然后再次获取当前电机转轴的变化量，否则制动结束；

悬停输出子单元：当达到预设的次数后，若变化量大于预先设置的该变化量阈值，则控制电机输出使负载悬停的转矩，否则制动结束。

9.根据权利要求8所述的起重机械制动装置，其特征在于，所述控制单元为变频器或伺服驱动器，所述检测单元为编码器。

10.根据权利要求9所述的起重机械制动装置，其特征在于：所述编码器与电机主轴或其从动轴关联设置，以检测电机主轴或其从动轴的角位移或角速度。

11.根据权利要求10所述的起重机械制动装置，其特征在于：所述循环子单元中，执行两次上述判断过程。