一種工程機械及其卷揚亂繩監測裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及工程機械技術領域，具體涉及起重機的卷揚亂繩監測裝置和方法。本發明還涉及設有所述卷揚亂繩監測裝置的起重機。
【背景技術】
[0002]起重機施工作業過程中，卷揚通過纏繞在卷筒上鋼絲繩的傳遞使懸掛在起重機臂頭的重物進行升降。
[0003]通常在鋼絲繩的收放過程中，要求鋼絲繩均勻纏繞在卷揚卷筒上。但在實際操作中，依據現場實際作業情況的不同，卷揚會出現亂繩或者卡繩的情況，存在以下危害:(1)導致吊重物的突放，影響起重平穩性，給具體起重機施工帶來潛在安全隱患；(2)損傷鋼絲繩，造成鋼絲繩報廢，增加起重機使用成本；(3)每次亂繩后將花費很長時間對鋼絲繩重新有序整理，影響生產的正常進行。
[0004]經分析，卷揚亂繩的原因有以下幾方面:(1)吊重量過大，且底層鋼絲繩排列不緊時，上層繩圈擠入底層繩圈；(2)空勾起升時，鋼絲繩張緊力過小，鋼絲繩產生摞繩現象，即鋼絲繩不能緊密規律排列，兩圈鋼絲繩之間交叉、堆疊；(3)在冬季施工時，由于滑輪槽內油泥凝固，增大了鋼絲繩的運動阻力，空載或輕載下降時，卷揚轉速快，吊鉤下降遲緩于卷揚鋼絲繩放出速度，導致鋼絲繩在卷筒上松弛，排列混亂。
[0005]目前，針對此故障，部分起重機制造商采取的監控、診斷方法及裝置，主要有以下幾種:
[0006]第一種，現場人工觀測，在起重機卷揚運轉時增加專人觀測鋼絲繩狀態，以避免卷揚亂繩現象。
[0007]第二種，通過裝置感知鋼絲繩的彎曲偏移量，并利用反光板反射信號，用紅外傳感器接收反射信號，將信號傳遞給報警器，當彎曲偏移量達到一定值時進行報警。
[0008]第三種，出現亂繩之后，通過出槽的鋼絲繩直接或間接觸碰行程開關，使卷揚機電動機控制回路斷電，停止鋼絲繩收放動作。
[0009]第四種，在卷揚卷筒后面安置攝像頭，起重機操作人員通過傳回的圖像實時觀測卷揚鋼絲繩排列狀態。
[0010]以上四種現有技術方案大體可分成兩大類:
[0011]第一種和第四種為現場實時監測。這種方式無論是現場增派人手觀測鋼絲繩狀態，還是采用攝像頭回傳實時監控圖像，只要卷揚運轉，就要及時觀察，觀測人員的勞動強度大。對于攝像頭監控的方法，雖然代替人工，避免了信息傳遞的時延，但是同樣存在觀測不精確，易發生誤判的問題，而且起重機操作流程復雜、操作界面中需要監控的起重機狀態量過多，額外的卷揚狀態監控錄像勢必會分散操作人員的精力，降低工作效率，同樣會給整個施工作業帶來安全隱患。
[0012]第二種和第三種為機械式的卷揚亂繩報警裝置。此類報警裝置，均要依賴機械結構感知卷揚亂繩的發生，不僅安裝會受到限制，而且由于起重機長期戶外工作發生振蕩，導致機械結構變形，會降低檢測精度，可靠性不高。
[0013]此外，以上檢測方法和裝置均只能在卷揚已發生亂繩現象后才有檢測結果，無法避免亂繩故障的發生。
[0014]因此，如何降低起重機等工程機械的卷揚鋼絲繩亂繩風險，是本領域技術人員需要解決的技術問題。

【發明內容】

[0015]針對上述缺陷，本發明提供一種卷揚亂繩監測裝置。該裝置具有卷揚亂繩預警、報警功能，可使起重機工作可靠性得到更大程度的提升。
[0016]在此基礎上，本發明還提供一種卷揚亂繩監測方法以及設有所述監測裝置的工程機械。
[0017]本發明提供一種卷揚亂繩監測裝置，包括卷揚亂繩預警單元和卷揚亂繩報警單元;
[0018]其中，所述卷揚亂繩預警單元包括:
[0019]第一檢測部件，用于獲取卷揚起吊重量信息；
[0020]第二檢測部件，用于獲取卷揚的卷筒旋轉信息；
[0021]控制器，用于根據所述起吊重量信息，獲取卷揚鋼絲繩拉力F，并根據所述卷筒旋轉信息，獲取卷揚鋼絲繩收放速度V，并判斷所述鋼絲繩拉力F或鋼絲繩收放速度V是否超過限定值，若判斷結果為是，則輸出預警信息；
[0022]其中，所述卷揚亂繩報警單元包括:
[0023]卷揚監控攝像部件，用于實時采集卷揚卷筒上的鋼絲繩圖像；
[0024]圖像處理設備，用于從采集到的鋼絲繩圖像中提取鋼絲繩位置信息并進行平行度分析，并判斷鋼絲繩平行度指標是否超出閾值，若判斷結果為是，則輸出報警信息。
[0025]優選地，所述控制器按照公式F = G/N計算鋼絲繩拉力F，其中G為卷揚起吊重量，N為鋼絲繩滑輪組倍率。
[0026]優選地，所述控制器按照公式V = η.π.R/%計算鋼絲繩收放速度V，其中?\為限定時間，η為限定時間內卷揚轉動圈數，R為鋼絲繩在卷揚上的纏繞直徑。
[0027]優選地，所述控制器按照下述方式判斷所述鋼絲繩拉力F和鋼絲繩收放速度V是否超過限定值:
[0028]預設鋼絲繩拉力范圍[Fi，F2]和鋼絲繩收放速度范圍[^2]，其中匕、匕分別為設定的鋼絲繩拉力下限值和上限值，V1、v2分別為設定的鋼絲繩收放速度下限值和上限值；
[0029]若鋼絲繩拉力F超出預設范圍[Fi，F2]，或鋼絲繩收放速度V超出預設范圍[Vi，v2]，則判斷結果為是，反之，判斷結果為否。
[0030]優選地，所述圖像處理設備按照下述方式提取鋼絲繩位置信息并進行平行度分析:
[0031]通過卷揚監控攝像部件實時采集鋼絲繩圖像；
[0032]對采集的鋼絲繩圖像進行預處理，減少噪聲干擾，提高系統準確度和魯棒性，且當圖像信息微弱、無法識別時，對圖像進行增強、集合調整；
[0033]進行圖像分割，定位分理出待識別物體，此環節輸入整幅圖像，輸出像元圖像；
[0034]抽取圖像特征，利用圖像檢測技術，對濾波后的圖像進行圖像提取，獲得鋼絲繩線性信息；
[0035]根據鋼絲繩線性信息，獲取鋼絲繩傾斜角度，并判斷鋼絲繩傾斜角度是否超出閾值。
[0036]優選地，所述控制器按照下述方式輸出報警信息:
[0037]設定不同等級的鋼絲繩平行度指標閾值；
[0038]判斷鋼絲繩平行度指標是否超過設定的各閾值，若判斷結果為是，則輸出與不同等級閾值相對應的不同等級報警信息。
[0039]本發明提供一種卷揚亂繩監測方法，包括以下步驟:
[0040]卷揚亂繩預警:
[0041 ] 獲取卷揚起吊重量信息；
[0042]獲取卷揚的卷筒旋轉信息；
[0043]根據所述起吊重量信息，獲取卷揚鋼絲繩拉力F，并根據所述卷筒旋轉信息，獲取卷揚鋼絲繩收放速度V，并判斷所述鋼絲繩拉力F或鋼絲繩收放速度V是否超過限定值，若判斷結果為是，則輸出預警信息；
[0044]卷揚亂繩報警:
[0045]實時采集卷揚卷筒上的鋼絲繩圖像；
[0046]從采集到的鋼絲繩圖像中提取鋼絲繩位置信息并進行平行度分析，并判斷鋼絲繩平行度指標是否超出閾值，若判斷結果為是，則輸出報警信息。
[0047]進一步地，按照公式F = G/N計算