防坠式智能卷扬机的设计理念和应用

防坠式智能卷扬机的设计理念和应用

乔炳真 闫亮 张战前 郭仕超 乔炳海 朱胜华 谢灵辉

阿尔法起重有限公司 河南省新乡市长垣市 453400

摘要：卷扬机是一种用于提升或牵引重物的轻小型起重设备，广泛应用于建筑、水利、林业、矿山、码头等领域。然而，传统的卷扬机存在着安全隐患，如钢丝绳打滑、断裂、打结等，可能导致重物坠落，造成人员伤亡和财产损失。为了解决这一问题，该文提出了一种防坠式智能卷扬机的设计理念和应用，采用了双防坠器和卷扬机的结构，利用了液压、电气、控制等技术，实现了重物的稳定提升和安全控制，具有结构紧凑、操作简便、性能可靠、维护方便等优点，可有效提高卷扬机的工作效率和安全性，为各类卷扬作业提供了一种新的解决方案。

关键词：卷扬机；防坠器；智能控制；设计；应用

一、理论概述与隐患分析

（一）相关理论

卷扬机是一种利用卷筒缠绕钢丝绳或链条来提升或牵引重物的轻小型起重设备，又称绞车。卷扬机可以垂直提升、水平或倾斜拽引重物。卷扬机分为手动卷扬机、电动卷扬机和液压卷扬机三种。电动卷扬机是以电动机为动力源，通过齿轮减速箱、离合器、制动器等传动装置来驱动卷筒旋转的卷扬机。电动卷扬机是目前最常见的一种卷扬机类型，具有操作方便、绕绳量大、移置灵活等特点。

（二）安全隐患

电动卷扬机在使用过程中也存在着一些安全隐患，主要表现在以下几个方面：1.钢丝绳打滑：由于电动卷扬机的制动器失效或钢丝绳与卷筒之间的摩擦力不足，导致钢丝绳在卷筒上滑动，无法有效控制重物的位置和速度。2.钢丝绳断裂：由于钢丝绳在使用过程中受到拉力、弯曲、磨损、腐蚀等因素的影响，导致钢丝绳断股或断裂，造成重物突然下落。3.钢丝绳打结：由于钢丝绳在使用过程中受到振动、缠绕、松弛等因素的影响，导致钢丝绳出现打结或交叉现象，影响钢丝绳的强度和柔性。这些安全隐患可能导致重物坠落，造成人员伤亡和财产损失，给卷扬机的使用带来了极大的风险。因此，如何提高卷扬机的安全性，防止重物坠落，是卷扬机设计和使用中亟待解决的问题[1]。

二、设计理念

该文设计的防坠式智能卷扬机的设计理念是：在电动卷扬机的基础上，增加两个防坠器，分别连接卷筒和重物，形成一个双防坠器和卷扬机的结构。当钢丝绳发生打滑、断裂或打结等异常情况时，防坠器能够及时锁住钢丝绳，阻止重物下落。同时，利用液压系统、电气系统和控制系统，实现对卷扬机的自动控制，使其能够根据预设的参数和实时的反馈信号，调节卷筒的转速、转向和制动力，保证重物的平稳提升和精确定位。

二、设计方案

该文设计的防坠式智能卷扬机的设计方案主要由以下几个部分组成：1.卷筒：用于缠绕钢丝绳，驱动重物提升或牵引。卷筒由电动机通过齿轮减速箱带动，可实现正反转和变速。2.防坠器：用于防止钢丝绳打滑、断裂或打结导致重物坠落。防坠器由液压缸通过链条带动，可实现自锁和释放。3.液压系统：用于为防坠器提供动力源。液压系统由液压泵站、油箱、管路、阀门等组成，可实现对防坠器的液压控制。4.电气系统：用于为卷筒和液压系统提供电源，并收集各种传感器的信号。电气系统由电源开关、接线盒、电缆、传感器等组成，可实现对卷扬机的电气控制。5.控制系统：用于对卷扬机进行自动控制。控制系统由控制柜、显示屏、操作面板等组成，可实现对卷扬机的参数设置、状态显示、故障报警等功能[2]。

三、设计原理

该文设计的防坠式智能卷扬机的工作原理如下：1.当需要提升或牵引重物时，操作人员通过操作面板输入相关参数，如起重高度、速度等，并启动控制系统。控制系统根据参数和传感器信号，控制电动机的转速和转向，驱动卷筒缠绕或放出钢丝绳，实现重物的提升或牵引。2.当钢丝绳在卷筒上运动时，两个防坠器分别与卷筒和重物相连，形成一个双防坠器和卷扬机的结构。防坠器由液压缸通过链条带动，可实现自锁和释放功能。当钢丝绳正常运行时，防坠器处于释放状态，不影响钢丝绳的运动。当钢丝绳发生异常情况时，防坠器立即锁住钢丝绳，阻止重物下落。3.防坠器的锁住和释放由液压系统控制。液压系统由液压泵站、油箱、管路、阀门等组成，可实现对防坠器的液压控制。当液压泵站向防坠器供油时，防坠器处于释放状态；当液压泵站停止供油时，防坠器处于锁住状态。4.防坠器的启动和停止由电气系统控制。电气系统由电源开关、接线盒、电缆、传感器等组成，可实现对卷扬机的电气控制。当传感器检测到钢丝绳发生打滑、断裂或打结等异常情况时，电气系统会向液压泵站发送停止信号，使其停止供油，从而使防坠器锁住钢丝绳；当传感器检测到钢丝绳恢复正常运行时，电气系统会向液压泵站发送启动信号，使其重新供油，从而使防坠器释放钢丝绳。5.控制系统负责对卷扬机进行自动控制。控制系统由控制柜、显示屏、操作面板等组成，可实现对卷扬机的参数设置、状态显示、故障报警等功能。控制系统根据操作人员输入的参数和传感器反馈的信号，通过调节电动机的转速和转向，以及液压泵站的启停，来控制卷筒和防坠器的运行状态，保证重物的平稳提升和精确定位

[3]。

四、设计特点

该文设计的防坠式智能卷扬机具有以下几个特点：1.安全性高：通过双防坠器和卷扬机的结构设计，有效地避免了重物因钢丝绳打滑、断裂或打结而导致的坠落事故，保障了作业人员和设备的安全。2.智能化强：通过液压、电气、控制等技术的应用，实现了对卷扬机的自动控制，使其能够根据预设的参数和实时的反馈信号，调节卷筒的转速、转向和制动力，保证重物的平稳提升和精确定位。3.结构紧凑：通过合理的结构布局，使卷扬机的体积和重量都得到了有效的缩小，提高了卷扬机的移动性和适应性。4.操作简便：通过友好的人机界面，使操作人员可以方便地输入参数、查看状态、处理故障等，提高了卷扬机的操作效率和便捷性。5.维护方便：通过标准化的部件设计，使卷扬机的维护保养变得简单易行，降低了卷扬机的维护成本和停机时间。

五、设计应用

该文设计的防坠式智能卷扬机可以广泛应用于建筑、水利、林业、矿山、码头等领域，为各类卷扬作业提供一种新的解决方案。以下是一些具体的应用场景：1.建筑领域：防坠式智能卷扬机可以用于建筑物的施工和维修，如吊装钢结构、混凝土构件、玻璃幕墙等，实现重物的快速、准确、安全地提升和安装。2.水利领域：防坠式智能卷扬机可以用于水利工程的建设和管理，如吊装水闸门、水泵、水轮机等，实现重物的稳定、可靠、安全地提升和更换。3.林业领域：防坠式智能卷扬机可以用于林业作业的开展和保护，如吊运木材、树苗、工具等，实现重物的快捷、方便、安全地提升和运输。4.矿山领域：防坠式智能卷扬机可以用于矿山开采和救援，如吊运矿石、设备、人员等，实现重物的高效、灵活、安全地提升和下放。5.码头领域：防坠式智能卷扬机可以用于码头装卸和运输，如吊装集装箱、货物、船舶等，实现重物的平稳、精确、安全地提升和移动。

六、结论

该文提出了一种防坠式智能卷扬机的设计理念和应用。该卷扬机采用了双防坠器和卷扬机的结构，利用了液压、电气、控制等技术，实现了重物的稳定提升和安全控制。该卷扬机具有结构紧凑、操作简便、性能可靠、维护方便等优点，可有效提高卷扬机的工作效率和安全性，为各类卷扬作业提供了一种新的解决方案。

参考文献：

[1]居军,徐燕琳.一种具有机械式防坠功能的舞台吊杆卷扬机:CN202022900337.1[P].CN213865169U.

[2]陈洪达.一种升降机用防坠落卷扬机:CN202122901941.0[P].CN216583954U.

[3]罗叙华,朱广超,孙煌杰,等.一种智能卷扬机及其控制方法.CN202010701412.3.