【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及绞磨机，尤其涉及一种绞磨机轻量化及智能化优化设计方法。
技术介绍
1、绞磨机作为一种电力施工作业现场的起吊装备，在紧线、立杆等施工环节广泛应用。但传统绞磨机一般采用内燃机中的汽油机作为动力，汽油属于易燃物，存在引发火灾或者爆炸的风险；且绞磨机在超载时，作业人员往往采取加大油门提高绞磨机的提升能力，一旦钢丝绳工作应力超出工作极限，钢丝绳断裂，施工设备损坏，提升到半空中的物体掉落甚至造成人员伤亡；不受控制的钢丝绳舞动，也可能造成施工人员伤亡。近年来国网系统内及系统外均有类似安全事故发生，造成了生命、财产损失。但就内燃机作为动力的绞磨机结构本身而言，重量较大，不便于运输，特别是在山区等电建施工场合道路不畅，运输非常困难，限制了绞磨机的使用。
技术实现思路
1、本专利技术主要解决的技术问题是提供一种绞磨机轻量化及智能化优化设计方法，通过对绞磨机工作条件及功能的条件，在保证绞磨机满足功能的前提下降低重量并增加智能化功能，解决使用不便及风险高的问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：提供一种绞磨机轻量化及智能化优化设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
3、步骤一、获取绞磨机的工作条件及功能；
4、步骤二、根据绞磨机的功能确定绞磨机基本智能模式，并对绞磨机基本电子结构进行定型；
5、步骤三、根据绞磨机的工作条件确定绞磨机基本组成模式，并对绞磨机基本机械结构进行定型；
6、步骤四、根据定型后的机械结构
7、进一步的，所述步骤一中，工作条件包括起吊重量、起吊速度、整机重量和电源电压；
8、功能包括：对施工数据进行采集、基于物联网通信模块对采集数据进行上传、对上传数据进行分析、对采集数据和分析结果进行显示、预警、电机矢量控制。
9、进一步的，所述步骤二中，智能模式为：对电机转速、减速机输出转矩、减速机转速和绞辊拉力进行数据采集，实现对收放线过程进行动态监控，并对电机进行矢量控制，将采集的数据通过无线上传，实现云端交互显示、控制，并根据采集的数据进行分析，根据分析结果依据制定的预警策略进行预警，预警策略如下：
10、1)对牵引绳的载荷进行实时监测，超过阈值进行防破断停机保护并报警；
11、2)对电机的载荷状态进行动态监控，超过阈值说明处于超载荷工作状态进行停机保护并报警；
12、3)对检测数据的连贯性进行监控，数据波动大异常则进行报警。
13、进一步的，所述步骤二中，电子结构包括传感器、拉力检测单元、控制器、人机交互单元、物联网模块和执行驱动单元，控制器与物联网模块、人机交互模块、拉力检测单元和执行驱动单元双向电连接，传感器设置在绞辊上并与拉力检测单元电连接。
14、进一步的，所述步骤三中，所述绞磨机基本机械结构包括：机架、电机、减速机、绞辊、电池和牵引绳；所述组成模式为：所述电机、减速机和绞辊设置在所述机架上，电池为电机电能，电机的输出轴与减速机的输入轴连接，减速机的输出轴与绞辊连接，牵引绳缠绕在绞辊上。
15、进一步的，所述步骤三中，所述机架的定型公式为：对机架的功能、几何形状和材料都看做单独的因素，并分为材料指数和结构指数，根据通过对不同性能要求的材料指数进行独立的求解，从而确定不同性能要求下的材料指数，并根据机架工作时受到的拉伸应力和弯曲应力获得结构指数，最终通过材料指数和结构指数对机架进行定型，其公式如下：
16、p＝f1(f)f2(g)f3(m) (1)
17、式中：f3(m)为材料指数，f1(f)f2(g)为结构指数。
18、进一步的，所述步骤三中，根据工作状态和操作目标主参数获得电机静功率，并根据电机静功率及工作状态确定减速机输出转矩、转速，最后根据减速机输出转矩、转速确定减速机型号；
19、电机静功率计算公式为：
20、
21、其中：f为负载，v为绞磨机绞轮输出尼龙绳提升重物线速度，η为中间传动装置传动效率。
22、进一步的，所述步骤三中，根据电机的定型参数和绞磨机的工作环境确定电池的类型及容量。
23、进一步的，所述步骤三中，根据减速机转速和操作目标主参数并结合聚酯绳索线密度和最低断裂强力参数确定牵引绳直径。
24、进一步的，所述步骤三中，根据减速机转速、操作目标主参数和牵引绳直径确定绞辊的直径、长度和材质，并通过simulation对经过solidworks进行三维设计的绞辊进行结构优化。
25、本专利技术的有益效果是：
26、1、本专利技术根据绞磨机工作条件及功能为基础，在保证绞磨机满足功能的前提下降低重量，实现轻量化设计，便于进行转运，同时融合智能化功能，实现对运行状态的实时监控，解决使用不便及风险高的问题。
27、2、本专利技术中减轻设备质量的主要途径包括设备结构的优化设计和使用轻量化材料，轻量化设计指在设备设计阶段应用cad/cae/cam等一体化技术，用数值模拟技术代替物理试验，对设备进行静刚度、振动、疲劳和碰撞等结构性能分析，得到设备关键部位的力学结构性能，并应用现代优化技术对设备结构进行优化，在确保设备的功能、性能和质量的前提下，去除冗余材料，使设备部件精简化、小型化、薄壁化和中空化，以达到减轻设备重量的目的。
28、3、本专利技术中设备状态监测与故障诊断是利用对设备压力、流量、温度、电流等状态信号的检测分析，结合诊断对象的历史状态来定量识别设备及其零部件的运行状态，从而判断设备的运行状态或故障类型，形成在线状态监测系统，保证运行安全。
29、4、本专利技术采用轻量化设计技术减少设备自身重量，使其便于运输，确保新能源动力能够使用，杜绝因燃油造成火灾事故及污染，利用虚拟仿真技术分析减重后的性能，保证设备的可靠使用，具有重要的意义；电建施工现场环境复杂，设备、人员众多，工程施工现场安全监控方法大多数为依赖“人工作业”，凭借个人经验来分析是否存在安全隐患，缺乏科学性，对于可能发生或者正在发生的安全隐患，没有有效的安全风险预警、报警机制，不能做到实时监控，本申请可以；目前的无线通讯技术，不论是采用无线射频识别技术还是现场总线can技术，均受制于传输距离以及多台设备之间的数据交换，不能做到远程数据传输和控制，本申请采用物联网技术，现场施工时，设备之间距离较远，甚至达到10多公里，现有技术无法做到数据的实时传输和分析，造成施工设备的安全隐患。
30、为了让本申请的上述和其他目的、特征和优点更能明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图示，做详细说明如下。
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1.一种绞磨机轻量化及智能化优化设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种绞磨机轻量化及智能化优化设计方法，其特征在于：所述步骤一中，工作条件包括起吊重量、起吊速度、整机重量和电源电压；
3.根据权利要求1所述的一种绞磨机轻量化及智能化优化设计方法，其特征在于：所述步骤二中，智能模式为：对电机转速、减速机输出转矩、减速机转速和绞辊拉力进行数据采集，实现对收放线过程进行动态监控，并对电机进行矢量控制，将采集的数据通过无线上传，实现云端交互显示、控制，并根据采集的数据进行分析，根据分析结果依据制定的预警策略进行预警，预警策略如下：
4.根据权利要求1所述的一种绞磨机轻量化及智能化优化设计方法，其特征在于：所述步骤二中，电子结构包括传感器、拉力检测单元、控制器、人机交互单元、物联网模块和执行驱动单元，控制器与物联网模块、人机交互模块、拉力检测单元和执行驱动单元双向电连接，传感器设置在绞辊上并与拉力检测单元电连接。
5.根据权利要求1所述的一种绞磨机轻量化及智能化优化设计方法，其特征在于：所述步骤三中，所述绞磨机基本
6.根据权利要求1所述的一种绞磨机轻量化及智能化优化设计方法，其特征在于：所述步骤三中，所述机架的定型公式为：对机架的功能、几何形状和材料都看做单独的因素，并分为材料指数和结构指数，根据通过对不同性能要求的材料指数进行独立的求解，从而确定不同性能要求下的材料指数，并根据机架工作时受到的拉伸应力和弯曲应力获得结构指数，最终通过材料指数和结构指数对机架进行定型，其公式如下：
7.根据权利要求1所述的一种绞磨机轻量化及智能化优化设计方法，其特征在于：所述步骤三中，根据工作状态和操作目标主参数获得电机静功率，并根据电机静功率及工作状态确定减速机输出转矩、转速，最后根据减速机输出转矩、转速确定减速机型号；
8.根据权利要求1所述的一种绞磨机轻量化及智能化优化设计方法，其特征在于：所述步骤三中，根据电机的定型参数和绞磨机的工作环境确定电池的类型及容量。
9.根据权利要求1所述的一种绞磨机轻量化及智能化优化设计方法，其特征在于：所述步骤三中，根据减速机转速和操作目标主参数并结合聚酯绳索线密度和最低断裂强力参数确定牵引绳直径。
10.根据权利要求1所述的一种绞磨机轻量化及智能化优化设计方法，其特征在于：所述步骤三中，根据减速机转速、操作目标主参数和牵引绳直径确定绞辊的直径、长度和材质，并通过SIMULATION对经过Sol idWorks进行三维设计的绞辊进行结构优化。
...【技术特征摘要】
1.一种绞磨机轻量化及智能化优化设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种绞磨机轻量化及智能化优化设计方法，其特征在于：所述步骤一中，工作条件包括起吊重量、起吊速度、整机重量和电源电压；
3.根据权利要求1所述的一种绞磨机轻量化及智能化优化设计方法，其特征在于：所述步骤二中，智能模式为：对电机转速、减速机输出转矩、减速机转速和绞辊拉力进行数据采集，实现对收放线过程进行动态监控，并对电机进行矢量控制，将采集的数据通过无线上传，实现云端交互显示、控制，并根据采集的数据进行分析，根据分析结果依据制定的预警策略进行预警，预警策略如下：
4.根据权利要求1所述的一种绞磨机轻量化及智能化优化设计方法，其特征在于：所述步骤二中，电子结构包括传感器、拉力检测单元、控制器、人机交互单元、物联网模块和执行驱动单元，控制器与物联网模块、人机交互模块、拉力检测单元和执行驱动单元双向电连接，传感器设置在绞辊上并与拉力检测单元电连接。
5.根据权利要求1所述的一种绞磨机轻量化及智能化优化设计方法，其特征在于：所述步骤三中，所述绞磨机基本机械结构包括：机架、电机、减速机、绞辊、电池和牵引绳；所述组成模式为：所述电机、减速机和绞辊设置在所述机架上，电池为电机电能，电机的输出轴与减速机的输入轴连接，减速机的输出轴与绞辊连接，牵引绳缠绕在绞辊上。
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【专利技术属性】
技术研发人员：高峰，高尚，张俊杰，程生安，邝柳彣，赵明，吕明辉，刘汉超，邵昱，刘世鹏，李力争，李鹏飞，
申请(专利权)人：国网河南省电力公司郑州供电公司，
类型：发明
国别省市：
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