CN108489727A - 双折线卷筒钢丝绳多层缠绕系统性能检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双折线卷筒钢丝绳多层缠绕系统性能检测装置及检测方法，该检测装置包括驱动组件、负载组件、滑轮组件、控制柜和上位机；滑轮组件位于驱动组件、负载组件之间；滑轮组件包括滑轮支架和设置在滑轮支架上的定滑轮；待测试双折线卷筒上上缠绕有钢丝绳，钢丝绳的一端与待测试双折线卷筒固定，另一端绕过定滑轮后与光面滚筒固连。该装置适用于不同尺寸钢丝绳和双折线卷筒，配合可变的起升速度和试验载荷，可完全模拟起重机起升机构的真实工况，获得试验数据，从而为进一步的数据利用和分析提供依据，相较于其他钢丝绳缠绕系统测试试验装置，更适于双折线卷筒钢丝绳多层缠绕系统的部件失效行为研究。

Description

双折线卷筒钢丝绳多层缠绕系统性能检测装置及检测方法

技术领域

本发明属于起重机技术领域，具体涉及一种基于起重机起升机构双折线卷筒钢丝绳多层缠绕系统的综合性能测试装置及检测方法。

背景技术

随着社会经济的发展，起重机的起升高度越来越大，起升机构钢丝绳缠绕系统的容绳量越来越大。以往容绳量的增大一般采用加大缠绕系统卷筒直径、卷筒长度或改变缠绕系统倍率的方式解决。采用直径或长度增大的方式，也会同时增大了其重量和转动惯量，这就要求起升机构使用更大容量的电机，并且缠绕系统占用更大的空间。采用增加缠绕系统的倍率方式的同时，起升机构的起升速度会降低，降低了工作效率。因此目前厂家更多的采用钢丝绳在卷筒上进行多层缠绕的方式来解决这一难题。但钢丝绳多层缠绕系统在使用过程中，往往更容易出现乱绳现象，从而增大了钢丝绳或卷筒等部件的失效可能。但目前对于钢丝绳多层缠绕系统失效行为的演化过程和表现形式，各外部条件对部件使用寿命的影响等问题，目前尚未有明确的答案，也没有相应的试验依据。因此有必要对钢丝绳多层缠绕系统的使用过程和失效行为进行试验研究，通过缠绕系统综合性能测试装置的试验数据采集和研究分析，为大型起重机钢丝绳缠绕系统的设计、制造、安装等提供指导。

目前对于钢丝绳缠绕系统的综合性能测试国内外并没有完全确定的通用方案，常见的都是对缠绕系统钢丝绳性能进行测试的实验装置。根据主动轮与测试轮的相对位置，可分为钢丝绳卧式疲劳试验机和钢丝绳立式疲劳试验机，也有根据应用场景专业定制的疲劳试验平台，但此类测试实验平台多为测试缠绕系统中的钢丝绳性能而设计，并不能获得缠绕系统中卷筒及卷筒与钢丝绳配合的相关测试数据。随着起重机大型化的发展方向，钢丝绳缠绕系统更多采用双折线卷筒和多层缠绕形式。在该类缠绕系统中钢丝绳的工况复杂，钢丝绳的损伤和失效形式已与传统的单层钢丝绳缠绕系统有很大差别，不能简单的仅仅依靠对钢丝绳的测试数据进行缠绕系统综合性能分析。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双折线卷筒钢丝绳多层缠绕系统综合性能测试装置，解决现有技术中钢丝绳缠绕系统的性能测试装置，多为测试缠绕系统中的钢丝绳性能而设计，并不能获得缠绕系统中卷筒及卷筒与钢丝绳配合的相关测试数据的技术问题。

本发明为了解决上述技术问题，采用如下技术方案：

双折线卷筒钢丝绳多层缠绕系统性能检测装置，包括驱动组件、负载组件、滑轮组件、控制柜和上位机；滑轮组件位于驱动组件、负载组件之间。

所述驱动组件包括驱动平台底座，以及设置在驱动平台底座上的驱动电机、第一减速器和双折线卷筒支架，驱动电机的输出轴通过联轴器与第一减速器的输入轴连接；双折线卷筒支架上放置有待测试双折线卷筒，且第一减速器的输出轴通联轴器与待测试双折线卷筒的转轴连接。

所述负载组件包括负载平台底座，以及设置在负载平台底座上的电涡流功机、第二减速器和光面滚筒，光面滚筒的转轴通过轴承与光面滚筒支架转动连接，光面滚筒支架与负载平台底座固连，电涡流功机的输出轴通过联轴器与第二减速器的输入轴连接，第二减速器的输出轴通过联轴器与光面滚筒的转轴连接。

所述滑轮组件包括滑轮支架和设置在滑轮支架上的定滑轮；待测试双折线卷筒上上缠绕有钢丝绳，钢丝绳的一端与待测试双折线卷筒固定，另一端绕过定滑轮后与光面滚筒固连。

所述驱动平台底座上设置有用于检测钢丝绳缠绕是否乱绳的高清摄像头，滑轮支架上安装有用于检测钢丝绳磨损和截面积变化的磁阻传感器，负载平台底座上安装有用于检测钢丝绳磨损和截面积变化的磁阻传感器，双折线卷筒转轴处安装有用于检测双折线卷筒应力的电阻式应变片，双折线卷筒支架上设置有用于检测双折线卷筒振动的加速度传感器。

所述控制柜中设置有变频器、PLC控制器和用于显示并记录检测结果的上位机，变频器、驱动电机、电涡流功机、高清摄像头、销轴式传感器、磁阻传感器、电阻式应变片和加速度传感器均与PLC控制器通过导线连接；上位机与PLC控制器通过串口通信。

将试验用的起重机起升机构双折线卷筒安装于驱动平台的双折线卷筒支架上，同时安装钢丝绳，变频机提供钢丝绳卷绕驱动力，负载平台上的电涡流测功机提供模拟载荷。PLC控制器根据检测钢丝绳运行的线速度适时调整驱动电机和负载平台电涡流测功机的运行效率，同时检测系统通过分布于综合性能测试装置的各检测装置实时记录钢丝绳缠绕乱绳状况、钢丝绳应力数据、钢丝绳磨损和截面积变化情况、卷筒应力数据和卷筒振动情况，通过实时记录的各项数据进行钢丝绳缠绕系统综合性能的分析。并且该装置适用于不同尺寸钢丝绳和双折线卷筒，配合可变的起升速度和试验载荷，可完全模拟起重机起升机构的真实工况，获得试验数据，从而为进一步的数据利用和分析提供依据，相较于其他钢丝绳缠绕系统测试试验装置，更适于双折线卷筒钢丝绳多层缠绕系统的部件失效行为研究。

进一步改进，所述驱动平台底座、负载平台底座和滑轮支架固定设置在地面上，结构稳定，避免在测试试验过程中不必要的振动等影响检测结果。

进一步改进，所述驱动电机、电涡流功机的输出上均设置有制动器，通过制动器的动作，进一步控制驱动电机、电涡流功机的启停，安全可靠。

进一步改进，控制柜中还设置有过电流保护器、断错相保护器、短路保护器，所述过电流保护器、断错相保护器和短路保护均与PLC控制器、驱动电机、电涡流功机通过导线连接，防止过流、断错相或短路损坏PLC控制器、驱动电机、电涡流功机。

基于上述测试装置的检测方法，包括如下步骤：

步骤一、将待检测双折线卷筒放置在双折线卷筒支架上，并将双折线卷筒的转轴通联轴与第一减速器的输出轴连接；

步骤二、开启变频器、PLC控制器、上位机、驱动电机、电涡流功机、高清摄像头、销轴式传感器、磁阻传感器、电阻式应变片和加速度传感器；

驱动电机、电涡流功机转动方向一致，待测试双折线卷筒上缠绕的钢丝绳，由待测试双折线卷筒绕出，经过中间定滑轮后，绕入光面卷筒中；在此过程中，销轴式传感器定采集受到的钢丝绳应力值，磁阻传感器采集钢丝绳磨损和截面积变化信息，电阻式应变片采集双折线卷筒受所应力值，加速度传感器采集双折线卷筒振动情况，并将采集的上述信息传送给PLC控制器，记录并在上位机上显示；

当光面卷筒上的绕绳量达到设定数值后，制动器动作，驱动电机、电涡流功机停止转动；

步骤三、启动驱动电机、电涡流功机进行反向转动，则钢丝绳反向运动，由光面卷筒向待检测双折线卷筒上缠绕，在此过程中，高清摄像图检测待检测双折线卷筒上的钢丝绳是否存在乱缠绕乱绳情况，同时，销轴式传感器定采集受到的钢丝绳应力值，磁阻传感器采集钢丝绳磨损和截面积变化信息，电阻式应变片采集双折线卷筒受所应力值，加速度传感器采集双折线卷筒振动情况，并将采集的上述信息传送给PLC控制器，记录并在上位机上显示；

当待检测双折线卷筒上的绕绳量达到设定数值后，制动器动作，驱动电机、电涡流功机停止转动；

步骤四、调节电涡流功机的负载值模拟不同的负载载荷，然后重复步骤三、步骤四，采集并记录检测信息；

步骤五、多次重复步骤三到五，实时记录的各项检测信息，根据这些信息进行钢丝绳缠绕系统综合性能的分析。

进一步改进，所述光面卷筒上的绕绳量达到设定数值4层后，制动器动作，驱动电机、电涡流功机停止转动；所述待检测双折线卷筒上的绕绳量达到设定数值4层后，制动器动作，驱动电机、电涡流功机停止转动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、适用于不同尺寸双折线卷筒和钢丝绳的缠绕系统综合性能测试，完全按照真实工况进行试验设计，可获得缠绕系统的真实运行数据。

2、测试装置的电控系统可模拟钢丝绳缠绕系统真实的负载状况。

3、测试装置的监测系统可实时记录钢丝绳缠绕乱绳状况、钢丝绳应力数据、钢丝绳磨损和截面积变化情况、卷筒应力数据和卷筒振动情况，多维度数据的采集更有利于对钢丝绳缠绕系统的综合性能分析。

附图说明

图1为本发明所述双折线卷筒钢丝绳多层缠绕系统性能检测装置的结构示意图。

图2为驱动组件结构俯视图。

图3为负载组件结构俯视图。

图4为双折线卷筒钢丝绳多层缠绕系统性能检测装置电控系统示意。

具体实施方式

为使本发明的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例一：

如图1-4所示，双折线卷筒钢丝绳多层缠绕系统性能检测装置，包括驱动组件、负载组件、滑轮组件、控制柜和上位机；滑轮组件位于驱动组件、负载组件之间。

所述驱动组件包括驱动平台底座1，以及设置在驱动平台底座1上的驱动电机2、第一减速器4和双折线卷筒支架，驱动电机2的输出轴通过联轴器与第一减速器4的输入轴连接；双折线卷筒支架上放置有待测试双折线卷筒3，且第一减速器的输出轴通联轴器与待测试双折线卷筒的转轴连接。

所述负载组件包括负载平台底座8，以及设置在负载平台底座上的电涡流功机9、第二减速器10和光面滚筒11，光面滚筒11的转轴通过轴承与光面滚筒11支架转动连接，光面滚筒支架与负载平台底座固连，电涡流功机的输出轴通过联轴器与第二减速器的输入轴连接，第二减速器的输出轴通过联轴器与光面滚筒的转轴连接。

所述滑轮组件包括滑轮支架6和设置在滑轮支架上的定滑轮7；待测试双折线卷筒3上缠绕有钢丝绳5，钢丝绳5的一端与待测试双折线卷筒固定3，另一端绕过定滑轮后与光面滚筒11固连。

所述驱动平台底座1上设置有用于检测钢丝绳缠绕是否乱绳的高清摄像头13，定滑轮上设置有用于检测钢丝绳应力的销轴式传感器1，滑轮支架6上安装有用于检测钢丝绳磨损和截面积变化的磁阻传感器12，双折线卷筒转轴处安装有用于检测双折线卷筒应力的电阻式应变片，双折线卷筒支架上设置有用于检测双折线卷筒振动的加速度传感器。

将试验用的起重机起升机构双折线卷筒安装于驱动平台的双折线卷筒支架上，同时安装钢丝绳，变频机提供钢丝绳卷绕驱动力，负载平台上的电涡流测功机提供模拟载荷。PLC控制器根据检测钢丝绳运行的线速度适时调整驱动电机和负载平台电涡流测功机的运行效率，同时检测系统通过分布于综合性能测试装置的各检测装置实时记录钢丝绳缠绕乱绳状况、钢丝绳应力数据、钢丝绳磨损和截面积变化情况、卷筒应力数据和卷筒振动情况，通过实时记录的各项数据进行钢丝绳缠绕系统综合性能的分析。并且该装置适用于不同尺寸钢丝绳和双折线卷筒，配合可变的起升速度和试验载荷，可完全模拟起重机起升机构的真实工况，获得试验数据，从而为进一步的数据利用和分析提供依据，相较于其他钢丝绳缠绕系统测试试验装置，更适于双折线卷筒钢丝绳多层缠绕系统的部件失效行为研究。

在本实施例中，所述驱动平台底座1、负载平台底座8和滑轮支架6固定设置在地面上，结构稳定，避免在测试试验过程中不必要的振动等影响检测结果。

在本实施例中，所述驱动电机2、电涡流功机9的输出上均设置有制动器，通过制动器的动作，进一步控制驱动电机、电涡流功机的启停，安全可靠。

在本实施例中，控制柜中还设置有过电流保护器、断错相保护器、短路保护器，所述过电流保护器、断错相保护器和短路保护均与PLC控制器、驱动电机、电涡流功机通过导线连接，防止过流、断错相或短路损坏PLC控制器、驱动电机、电涡流功机。

在本实施例中，PLC控制器的型号西门子PLC控制器CPU319-3PN/DP。

实施例二：

基于上述测试装置的检测方法，包括如下步骤：

步骤一、将待检测双折线卷筒放置在双折线卷筒支架上，并将双折线卷筒的转轴通联轴与第一减速器的输出轴连接；

步骤二、开启变频器、PLC控制器、上位机、驱动电机、电涡流功机、高清摄像头、销轴式传感器、磁阻传感器、电阻式应变片和加速度传感器；

驱动电机、电涡流功机转动方向一致，待测试双折线卷筒上缠绕的钢丝绳，由待测试双折线卷筒绕出，经过中间定滑轮后，绕入光面卷筒中；在此过程中，销轴式传感器定采集受到的钢丝绳应力值，磁阻传感器采集钢丝绳磨损和截面积变化信息，电阻式应变片采集双折线卷筒受所应力值，加速度传感器采集双折线卷筒振动情况，并将采集的上述信息传送给PLC控制器，记录并在上位机上显示；

当光面卷筒上的绕绳量达到设定数值后，制动器动作，驱动电机、电涡流功机停止转动；

步骤三、启动驱动电机、电涡流功机进行反向转动，则钢丝绳反向运动，由光面卷筒向待检测双折线卷筒上缠绕，在此过程中，高清摄像图检测待检测双折线卷筒上的钢丝绳是否存在乱缠绕乱绳情况，同时，销轴式传感器定采集受到的钢丝绳应力值，磁阻传感器采集钢丝绳磨损和截面积变化信息，电阻式应变片采集双折线卷筒受所应力值，加速度传感器采集双折线卷筒振动情况，并将采集的上述信息传送给PLC控制器，记录并在上位机上显示；

当待检测双折线卷筒上的绕绳量达到设定数值后，制动器动作，驱动电机、电涡流功机停止转动；

步骤四、调节电涡流功机的负载值模拟不同的负载载荷，然后重复步骤三、步骤四，采集并记录检测信息；

步骤五、多次重复步骤三到五，实时记录的各项检测信息，根据这些信息进行钢丝绳缠绕系统综合性能的分析。

在本实施例中，所述光面卷筒上的绕绳量达到设定数值4层后，制动器动作，驱动电机、电涡流功机停止转动；所述待检测双折线卷筒上的绕绳量达到设定数值4层后，制动器动作，驱动电机、电涡流功机停止转动。

本发明中未做特别说明的均为现有技术或者通过现有技术即可实现，而且本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本发明的技术范畴。

Claims (6)

1.双折线卷筒钢丝绳多层缠绕系统性能检测装置，其特征在于，包括驱动组件、负载组件、滑轮组件、控制柜和上位机；滑轮组件位于驱动组件、负载组件之间；

所述驱动组件包括驱动平台底座，以及设置在驱动平台底座上的驱动电机、第一减速器和双折线卷筒支架，驱动电机的输出轴通过联轴器与第一减速器的输入轴连接；双折线卷筒支架上放置有待测试双折线卷筒，且第一减速器的输出轴通联轴器与待测试双折线卷筒的转轴连接；

所述负载组件包括负载平台底座，以及设置在负载平台底座上的电涡流功机、第二减速器和光面滚筒，光面滚筒的转轴通过轴承与光面滚筒支架转动连接，光面滚筒支架与负载平台底座固连，电涡流功机的输出轴通过联轴器与第二减速器的输入轴连接，第二减速器的输出轴通过联轴器与光面滚筒的转轴连接；

所述滑轮组件包括滑轮支架和设置在滑轮支架上的定滑轮；待测试双折线卷筒上缠绕有钢丝绳，钢丝绳的一端与待测试双折线卷筒固定，另一端绕过定滑轮后与光面滚筒固连；

所述驱动平台底座上设置有用于检测钢丝绳缠绕是否乱绳的高清摄像头，滑轮支架上安装有用于检测钢丝绳磨损和截面积变化的磁阻传感器，负载平台底座上安装有用于检测钢丝绳磨损和截面积变化的磁阻传感器，双折线卷筒转轴处安装有用于检测双折线卷筒应力的电阻式应变片，双折线卷筒支架上设置有用于检测双折线卷筒振动的加速度传感器；

所述控制柜中设置有变频器、PLC控制器和用于显示并记录检测结果的上位机，变频器、驱动电机、电涡流功机、高清摄像头、销轴式传感器、磁阻传感器、电阻式应变片和加速度传感器均与PLC控制器通过导线连接；上位机与PLC控制器通过串口通信。

2.根据权利要求1所述的双折线卷筒钢丝绳多层缠绕系统性能检测装置，其特征在于，所述驱动平台底座、负载平台底座和滑轮支架固定设置在地面上。

3.根据权利要求1或2所述的双折线卷筒钢丝绳多层缠绕系统性能检测装置，其特征在于，所述驱动电机、电涡流功机的输出上均设置有制动器。

4.根据权利要求3所述的双折线卷筒钢丝绳多层缠绕系统性能检测装置，其特征在于，控制柜中还设置有过电流保护器、断错相保护器、短路保护器，所述过电流保护器、断错相保护器和短路保护均与PLC控制器、驱动电机、电涡流功机通过导线连接。

5.基于权利要求1-4中任一项所述测试装置的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、将待检测双折线卷筒放置在双折线卷筒支架上，并将双折线卷筒的转轴通联轴与第一减速器的输出轴连接；

步骤二、开启变频器、PLC控制器、上位机、驱动电机、电涡流功机、高清摄像头、销轴式传感器、磁阻传感器、电阻式应变片和加速度传感器；

驱动电机、电涡流功机转动方向一致，待测试双折线卷筒上缠绕的钢丝绳，由待测试双折线卷筒绕出，经过中间定滑轮后，绕入光面卷筒中；在此过程中，销轴式传感器定采集受到的钢丝绳应力值，磁阻传感器采集钢丝绳磨损和截面积变化信息，电阻式应变片采集双折线卷筒受所应力值，加速度传感器采集双折线卷筒振动情况，并将采集的上述信息传送给PLC控制器，记录并在上位机上显示；

当光面卷筒上的绕绳量达到设定数值后，制动器动作，驱动电机、电涡流功机停止转动；

步骤三、启动驱动电机、电涡流功机进行反向转动，则钢丝绳反向运动，由光面卷筒向待检测双折线卷筒上缠绕，在此过程中，高清摄像图检测待检测双折线卷筒上的钢丝绳是否存在乱缠绕乱绳情况，同时，销轴式传感器定采集受到的钢丝绳应力值，磁阻传感器采集钢丝绳磨损和截面积变化信息，电阻式应变片采集双折线卷筒受所应力值，加速度传感器采集双折线卷筒振动情况，并将采集的上述信息传送给PLC控制器，记录并在上位机上显示；

当待检测双折线卷筒上的绕绳量达到设定数值后，制动器动作，驱动电机、电涡流功机停止转动；

步骤四、调节电涡流功机的负载值模拟不同的负载载荷，然后重复步骤三、步骤四，采集并记录检测信息；

步骤五、多次重复步骤三到五，实时记录的各项检测信息，根据这些信息进行钢丝绳缠绕系统综合性能的分析。

6.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于，所述光面卷筒上的绕绳量达到设定数值4层后，制动器动作，驱动电机、电涡流功机停止转动；

所述待检测双折线卷筒上的绕绳量达到设定数值4层后，制动器动作，驱动电机、电涡流功机停止转动。