一种对吊笼的运行平衡状态进行监控的系统和方法与流程

本发明涉及工程施工领域，特别是工程设备中的吊笼技术领域，具体为能够对吊笼运行过程中的平衡状态进行监控的一种系统和方法。

背景技术：

吊笼是工程上常常用到的重要的运输设备，多应用于井道等一些空间狭窄、环境相对恶劣的工况条件下，用于载人、维修工具和货物等。其结构包括在吊笼上端设有的四个滑轮底座，其上分别设有滑轮，在左侧两滑轮及右侧两滑轮上方分别设有卷筒或者在前侧两滑轮及后侧两滑轮上方分别设有卷筒，卷筒与滑轮之间设置有钢丝绳，卷筒受卷扬机驱动能够旋转。卷筒的旋转使得钢丝绳能缠绕在其筒身上或由其筒身上挠出，来控制吊笼上升或下降。由卷扬机、卷筒、钢丝绳及滑轮组成的机械传动单元总成，受控制中心的控制具体实施调整吊笼升降的动作指令。

在工程实践中发现，当前结构下的吊笼系统在运输过程中存在的主要问题是平衡问题，其与吊笼运行的安全紧密相关，所以能够做到实时地监控吊笼运行状态下的平衡状况，甚至能够及时地作出反应具有重大的现实意义。能够对吊笼的内部情况实施监控，对于正常运行状态及突发情况状态下，制定改进方案和应急解决方案帮助重大。

技术实现要素：

为对吊笼在运行过程中的平衡状态进行实时监控，本发明提供了一种对吊笼的运行平衡状态进行监控的系统以及对应的方法，借助该监控系统或方法能够实时地对吊笼运行的平衡状态及状况进行监控，能有助于及时作出处理，降低事故发生的风险，保证人员及财物的安全。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案如下：

一种对吊笼的运行平衡状态进行监控的系统，其吊笼的顶部固定有滑轮座，吊笼上方设置的卷筒通过钢丝绳与滑轮座上的滑轮对应匹配，钢丝绳的下端固定在滑轮座上。

于所述吊笼的顶部设有竖直向上延伸的座，该座的顶端设有传感单元。

所述传感单元与所述钢丝绳的下部匹配，能够检测到所述钢丝绳相对垂直方向的偏移角的大小变化，且能够将该角度的大小变化情况转换成传感信号而传送至于所述吊笼上部设置的控制总成。

所述控制总成能够将传感信号传送至服务器，并根据服务器反馈的指令控制机械传动单元总成的动作，使得所述钢丝绳相对垂直方向形成的偏移量保持在允许范围内。

某种具体实施方案中，还包括设置在吊笼内的摄像机。所述摄像机与控制总成连接，能够被驱使着任意旋转镜头至需要的角度位置，用于获取吊笼内的视频影像，并传送至服务器。

某种具体实施方案中，所述控制总成能够与云服务器建立无线连接。所述云服务器能够将接收到的传感信号处理形成模拟信号或数字信号后，传送到远程控制中心和/或移动终端，在屏幕上直接显示，而直观地展示吊笼运行过程中的平衡状态情况。

某种具体实施方案中，所述传感单元包括电阻式传感器、传动杆、槽面轮、螺杆一、弹簧一、螺杆二、弹簧二及滑环，螺杆一及螺杆二均设有供传动杆穿过的轴孔。

所述的座置于所述吊笼的顶面且相对在钢丝绳的外侧，所述座的顶壁内侧形成有凸台，该凸台上设有水平延伸的阶梯通孔。所述座的顶壁外侧固定设置所述电阻式传感器。

所述传动杆的一端枢轴地与所述槽面轮匹配，另一端穿出所述阶梯通孔与所述电阻式传感器连接。所述钢丝绳的下部置于相匹配的所述槽面轮侧壁上的轮槽内。

所述传动杆的中部设有轴肩与所述阶梯通孔的内壁匹配，保证所述传动杆能够沿所述阶梯通孔的轴线往复移动，使得所述电阻式传感器向外输出传感信号，即传动杆左、右移动的位移量能够引起所述电阻式传感器的电阻值发生变化，形成传感信号。

以所述轴肩为界，所述传动杆靠近所述槽面轮一侧的一段上套设有所述弹簧一，另一侧的一段上套设有所述弹簧二和所述滑环，且所述滑环相对在所述弹簧二的外端。

所述螺杆一设置在所述弹簧一的外侧，并与所述阶梯通孔的一端螺纹连接。

所述螺杆二设置在所述滑环的外侧，并与所述阶梯通孔的另一端螺纹连接。

调整所述螺杆一、螺杆二相对所述阶梯通孔的螺纹匹配量能够调整所述弹簧一、弹簧二的压缩量，使得所述槽面轮能够对与其匹配的钢丝绳施加一定的弹性压力。

某种具体实施方案中，所述传感单元包括光栅式传感器、内侧相对面设有直线分布的齿的环状齿条及与其匹配的不完全齿轮、槽面轮，以及相啮合的从动齿轮和主动齿轮。

所述座设在所述吊笼顶部且位于所述钢丝绳内侧，所述座的外侧枢轴地连接所述槽面轮，并使得所述槽面轮置于所述钢丝绳的内侧。所述钢丝绳的下部置于相匹配的槽面轮侧壁上的轮槽内。

所述主动齿轮与所述槽面轮同轴地固定在所述支撑滑座上，所述从动齿轮与所述不完全齿轮同轴地固定在所述支撑滑座上，且所述从动齿轮位于相匹配的主动齿轮的内侧。所述不完全齿轮与所述环状齿条匹配，能驱使所述环状齿条沿直线往复移动。

所述环状齿条及对应匹配的所述光栅式传感器设置在所述支撑滑座的立壁上且该立壁与所述槽面轮的端面相对平行，所述光栅式传感器的指示光栅固定在所述环状齿条上，设有主光栅的光栅座固定在该立壁上，所述指示光栅能够随着所述环状齿条的直线往复移动相对该立壁往复移动，而形成光栅传感信号。

调整所述座的安装位置，以保证所述槽面轮与对应匹配的钢丝绳之间能够形成一定的压力。最好在所述槽面轮的轮槽内嵌装橡胶环，一方面有助增加槽面轮与钢丝绳之间的相对摩擦力，另一方面还能够使得二者之间形成相互作用的弹性压力。

优选地，所述座为设置在所述吊笼顶部的支撑滑座，其能够相对所述吊笼沿所述槽面轮的径向往复滑动。对应地，

还包括有限位板、压板和弹簧三，限位板与弹簧三一一对应匹配。

所述吊笼的顶部形成有长条状的沉槽，限位板固定在该沉槽内，且顶面外端形成有限位块。所述支撑滑座的内侧延伸至所述限位板的上端面，底面设有与所述限位块对应匹配的条形沉槽，该条形沉槽的内端与所述限位块接触时能够对所述支撑滑座向对应匹配的钢丝绳一侧的移动形成限制。

所述压板固定在所述吊笼的顶部，压板的下端面与所述限位板的上端面之间形成有供所述支撑滑座插入的导向槽，且导向槽内设有弹簧三，该弹簧三的一端与所述支撑滑座的侧壁接触。所述支撑滑座相对与其匹配的钢丝绳向内侧滑动时，能够压缩相对应匹配的弹簧三。

在压板上设有型槽，支撑滑座与压板匹配的部分设有卡轨，该卡轨匹配在所述型槽内以引导所述支撑滑座直线滑动。

为了使得支撑滑座相对与其对应匹配的钢丝绳，在初始状态即正常运行的状态下能够处在较佳的位置，即保证槽面轮与钢丝绳之间能够形成比较好的配合关系，保证钢丝绳收放过程中能够可靠地驱使槽面轮旋转，以及使得槽面轮与钢丝绳之间形成一定的作用压力，对限位板的结构做了一定改进。于所述限位板的两端设有条形槽，螺栓穿过条形槽与沉槽侧壁上的螺纹孔匹配，这样便能调整限位板相对所述沉槽的安装位置，即调整了限位块的位置。

某种具体实施方案中，所述机械传动单元总成还包括补偿单元及与该补偿单元匹配的滑轮b和滑轮c。所述滑轮b设置在同侧滑轮a的上方，所述滑轮c设置在同侧滑轮a的内侧。所述补偿单元设置在滑轮c的内侧，包括驱动部分和连接滑杆，该连接滑杆受驱动部分的驱使能够直线移动且直线移动方向与所述滑轮c的下侧面相切。

所述钢丝绳的下端经滑轮a的下侧轮面后向上延伸，由滑轮b绕下后绕过滑轮c的内侧轮面，最终由滑轮c的下侧轮面延伸出而与所述连接滑杆连接。所述驱动部分可选择为液压缸。

一种对吊笼的运行平衡状态进行监控的方法，其于吊笼的顶部分别设置与各钢丝绳相对应的传感器，该传感器用于检测向对应钢丝绳相对垂直方向形成的偏移量的大小，并将检测的传感信号实时地向云服务器传送。云服务器接收传感信号后，对传感信号进行分析处理，判断吊笼是否处于失衡状态。如果判断结果认为吊笼已处于失衡状态，云服务器会向机械传动单元总成发出(矫正)指令来矫正吊笼的失衡状态。进一步地，云服务器将接收的传感信号转换为模拟信号或数字信号，且在远程控制中心和/或移动终端的屏幕显示。这样的设置能够直观地看到吊笼是否失衡以及矫正的结果。例如，云服务器将传感信号转换成上下波动的模拟信号(类似心电图)，正常运行状态下该模拟信号相对中心基准的上下波动幅度很小且规律地变化，当突然失衡时信号图像会移至相对基准向上或向下发生很大偏离的位置，如果得不到及时矫正，会在这种偏离基准很大的位置继续回荡，如果能够得到矫正，则会从该偏离位置逐渐回到基准附近回荡。每个传感器反馈的传感信号通过云服务器处理后分别形成一个模拟或数字信号。

附图说明

图1为本专利所涉及到的监控系统在某具体实施方式下的示意图。

图2至图4为平衡传感结构的一种实施方案，其中图2为展示的正常运行状态示意图，图3为局部的剖面结构示意图，图4为失去平衡时的两个状态示意图。

图5至图8为平衡传感结构的另一种实施方案，其中图5为局部外观的透视结构示意图，图6为左侧部分局部剖去一部分座板后的结构示意图，图7为正常状态下整体外观结构示意图，图8为失去平衡时的一种状态示意图。

图9为本专利方案下在失衡后进行平衡调整的一种实施方式的(主视)结构示意图。

图10为与图9方案相对应的平衡调整部分的动力传动部分的俯视结构示意图。

图示：

100吊笼，200左卷筒，300右卷筒，400钢丝绳，500滑轮座，5001沉槽，600滑轮a，700固定块。

10传感单元，101电阻式传感器，102传动杆，1021轴肩，103槽面轮，104螺杆一，105弹簧一，106弹簧二，107滑环，108螺杆二，101′光栅式传感器，1011光栅座，1012指示光栅，1013主光栅，102′环状齿条，103′不完全齿轮，104′从动齿轮，105′主动齿轮，106′弹簧三。

20支撑座，201凸台，202卡轨，20′支撑滑座，30限位板，301条形槽，302限位块，40压板，401型槽，50滑轮b，60滑轮c，70补偿单元，701连接滑杆，702连接部，703液压缸，1导向杆，2导向块，3导向板。

具体实施方式

说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1至图8所示的一种对吊笼100的运行平衡状态进行监控的系统，其在吊笼100的顶部固定有滑轮座500，吊笼100上方的左侧和右侧分别设置的左卷筒200、右卷筒300各自地通过同一侧设置的钢丝绳400与滑轮座500上的滑轮a600对应匹配，钢丝绳500的下端固定在滑轮座500上。如图2所示，固定缠绕在滑轮座500上设置的的固定块700上，固定块700不能够旋转。如图9所示，钢丝绳400的下端固定连接在补偿单元70的连接滑杆701上。

于所述吊笼100的顶部设有竖直向上延伸的座(支撑座20、支撑滑座20′)，该座的顶端设有传感单元10。所述传感单元10与所述钢丝绳400的下部匹配，能够检测到所述钢丝绳100相对垂直方向的偏移角的大小变化，且能够将该角度的大小变化情况转换成传感信号而传送至于所述吊笼100上部设置的控制总成。所述控制总成能够将传感信号传送至服务器，并根据服务器反馈的指令控制机械传动单元总成的动作，使得所述钢丝绳相对垂直方向形成的偏移量保持在允许范围。也就是说，钢丝绳拉动吊笼升降的过程中，必然会由轻微的振动使得钢丝绳相对垂直方向发生一定的偏移，该偏移量如果能够控制在一定的范围内，是不会感觉到吊笼失去平衡的，对安全不会造成影响。此种状态下，传感信号是规律地波动的。

为了能够实时看到吊笼内的情况，还可在吊笼内设置摄像机。所述摄像机与控制总成连接，能够根据需要被驱使着任意旋转镜头的角度，被用于获取吊笼内的视频影像，并传送至服务器。

为实现远程控制和实时地对吊笼的运行状态进行监视，具体实施方案中，所述控制总成经与其连接的无线传输器与云服务器建立无线连接。如果吊笼用于矿井等能够对无线信号造成强度干扰的环境，无线传输器与控制总成通过线缆连接并被置于地面上，而与云服务器建立无线通讯关系。所述云服务器能够将接收到的传感信号处理形成模拟信号或数字信号后，传送到远程控制中心和/或移动终端(如平板电脑、手机等)，在控制中心的大屏幕上和/或移动终端的屏幕上显示，而直观地展现出吊笼运行过程中的平衡状态情况。

如图2至图4所示的实施例，其传感单元10包括电阻式传感器101、传动杆102、槽面轮103、螺杆一104、弹簧一105、弹簧二106、滑环107及螺杆二108。螺杆一104及螺杆二108分别对应设置在传动杆102的两端，且均设有供传动杆102穿过的轴孔。

所述的座为支撑座20，其置于所述吊笼100的顶面左、右两侧且相对在左侧设置的钢丝绳400的左侧，右侧设置的钢丝绳400的右侧，即分别设置在对应一侧的钢丝绳的外侧。所述支撑座20的顶壁内侧形成有凸台201，该凸台201上设有水平延伸的阶梯通孔。分别在左、右侧设置的所述支撑座20的顶壁外侧固定设置所述电阻式传感器101。

所述传动杆102的一端枢轴地与所述槽面轮103匹配，另一端穿出所述阶梯通孔与所述电阻式传感器101连接。所述钢丝绳400的下部置于相匹配的所述槽面轮103侧壁上的轮槽内。钢丝绳能够驱使槽面轮103旋转，二者之间的接触摩擦为动摩擦，能够降低振动对传感器的影响。最好在槽面轮的轮槽内嵌装橡胶圈，一方面能够吸收振动，另一方面能够延缓槽面轮对钢丝绳造成的磨损损耗。

所述传动杆102的中部设有轴肩与所述阶梯通孔的内壁匹配，保证所述传动杆102能够沿所述阶梯通孔的轴线往复移动，使得所述电阻式传感器101向外输出传感信号，即传动杆左、右移动的位移量能够引起所述电阻式传感器的电阻值发生变化，形成传感信号。以所述轴肩为界，所述传动杆102靠近所述槽面轮103一侧的一段上套设有所述弹簧一105，另一侧的一段上套设有所述弹簧二106和所述滑环107，且所述滑环107相对设在所述弹簧二106的外端。

所述螺杆一104设置在所述弹簧一105的外侧，并与所述阶梯通孔的一端螺纹连接。所述螺杆二108设置在所述滑环107的外侧，并与所述阶梯通孔的另一端螺纹连接。调整所述螺杆一104、螺杆二108相对所述阶梯通孔的螺纹连接部分的旋入量能够调整所述弹簧一105、弹簧二106的压缩量，使得所述槽面轮103能够对与其匹配的钢丝绳400施加一定的弹性压力，这样便可保证槽面轮103与钢丝绳400能始终相互作用。

如图4所示，当吊笼整体向右发生偏移，与垂直线形成夹角θ1时：左侧设置的传感单元其传动杆会向右移动，延伸出阶梯通孔的量变大，带动电阻式传感器的相关结构向右动作；同时，右侧设置的传感单元其传动杆也会向右移动，延伸出阶梯通孔的量变小，带动电阻式传感器的相关结构向右动作。当吊笼整体向左发生偏移，与垂直线形成夹角θ2时，左侧设置的传感单元其传动杆会向左移动，延伸出阶梯通孔的量变小，带动电阻式传感器的相关结构向左动作；同时，右侧设置的传感单元其传动杆也会向左移动，延伸出阶梯通孔的量变大，带动电阻式传感器的相关结构向左动作。正常运行中，所述电阻式传感器发出的传感信号是规律的小幅波动信号，当吊笼的平衡转台发生剧烈变化时，传感信号会瞬间迅速发生变化，幅度超过预设告警值时，服务器会迅速将进行调整的反馈指令传送给控制总成，进而通过机械传动单元总成对吊笼的平衡状况作出相应的调整。因为a侧、b侧的传感单元其传动杆均有缩入阶梯通孔的动作，所以告警值的设置应避免θ角出现使得传动杆不能顺利缩入阶梯通孔内的情况。

如图5至图8所示的实施方案，其传感单元10包括光栅式传感器101′、内侧相对面设有直线分布的齿的环状齿条102′及与其匹配的不完全齿轮103′、槽面轮103，以及相啮合的从动齿轮104′和主动齿轮105′。

所述座上的传感单元10被设在所述吊笼100顶面上且位于左侧所设钢丝绳400的右侧，右侧所设钢丝绳400的左侧，即位于对应一侧钢丝绳的内侧。各座(即20′)的外侧均枢轴地连接有一个所述槽面轮103，并使得所述槽面轮103置于所述钢丝绳400的内侧。所述钢丝绳400的下部置于相匹配的槽面轮103侧壁上的轮槽内。

所述主动齿轮105′与所述槽面轮103同轴地固定在所述座上。所述从动齿轮104′与所述不完全齿轮103′同轴地固定在所述座上，且所述从动齿轮104′位于相匹配的主动齿轮105′的内侧。所述不完全齿轮103′与所述环状齿条102′匹配，能驱使所述环状齿条102′沿直线左右往复移动。如图示，支撑滑座的立壁上设有导向块2，环状齿条102′的两端设有导向杆1。所述导向杆1插入导向块2内。

所述环状齿条102′及对应匹配的所述光栅式传感器101′设置在所述座的立壁上且该立壁与所述槽面轮103的端面相对平行，所述光栅式传感器101′的指示光栅1012固定在所述环状齿条102′上，设有主光栅1013的光栅座1011固定在该立壁上，所述指示光栅1012能够随着所述环状齿条102′的直线往复移动相对该立壁往复移动，而形成光栅传感信号。调整所述支撑滑座的安装位置，以保证所述槽面轮103与对应匹配的钢丝绳400之间能够形成一定的压力。最好在所述槽面轮的轮槽内嵌装橡胶环，一方面有助增加槽面轮与钢丝绳之间的相对摩擦力，另一方面还能够使得二者之间形成相互作用的弹性压力。

钢丝绳能够驱使槽面轮旋转，进而通过主、从动齿轮将动力传递到(不完全)齿轮齿条单元，驱使着齿条往复直线移动，使得指示光栅相对主光栅不断移动，形成规律的光栅信号。因为于所述座左侧设置的槽面轮不能够向左移动，右侧设置的槽面轮不能够向右移动，如图8所示，当吊笼向右侧偏移形成角θ3时，右侧的槽面轮会与钢丝绳分离，此时该侧设置的光栅式传感器的传感信号会中断，进而进入告警模式。反之，当吊笼向左侧偏移时，左侧的槽面轮会与钢丝绳分离，此时该侧设置的光栅式传感器的传感信号也会中断。

为便于设定预警值，以保证吊笼偏移到一定量时，某一侧的槽面轮会与对应的钢丝绳分离(此时另一侧的槽面轮与对应钢丝绳人接触)，如图5、至图7，所述座为设置在所述吊笼100顶部的支撑滑座20′，其能够相对所述吊笼100沿所述槽面轮103的径向往复滑动，但是右侧设置的支撑滑座向右或左侧设置的支撑滑座向左的移动量被限制。对应地，还包括有限位板30、压板40和弹簧三106′，限位板30与弹簧三106′一一对应匹配。

所述吊笼100的顶部形成有长条状的沉槽5001，限位板30固定在该沉槽5001内，且顶面外端形成有限位块302。所述支撑滑座20′的内侧延伸至所述限位板30的上端面，底面设有与所述限位块302对应匹配的条形沉槽，该条形沉槽的内端与所述限位块302接触时能够对所述支撑滑座20′向对应匹配的钢丝绳400一侧的移动形成限制。

所述压板40固定在所述吊笼100的顶部，压板40的下端面与所述限位板30的上端面之间形成有供所述支撑滑座20′插入的导向槽，且导向槽内设有弹簧三106′，该弹簧三106′的一端与所述支撑滑座20′的侧壁接触。所述支撑滑座20′相对与其匹配的钢丝绳400向内侧滑动时，能够压缩相对应匹配的弹簧三106′。弹簧三106′能够为支撑滑座20′的复位提供推力。在压板40上设有型槽401，支撑滑座20′与压板40匹配的部分设有卡轨202，该卡轨202匹配在所述型槽401内以引导所述支撑滑座20′直线滑动。

为了使得支撑滑座20′相对与其对应匹配的钢丝绳400，在初始状态即正常运行的状态下能够处在较佳的位置，即保证槽面轮103与钢丝绳400之间能够形成比较好的配合关系，保证钢丝绳收放过程中能够可靠地驱使槽面轮旋转，以及使得槽面轮与钢丝绳之间形成一定的作用压力，对限位板的结构做了一定改进。于所述限位板30的两端设有条形槽，螺栓穿过条形槽与沉槽5001侧壁上的螺纹孔匹配，这样便能调整限位板30相对所述沉槽5001的安装位置，即调整了限位块302的位置。

上述实施方式中，对吊笼平衡的调节是通过控制卷筒的动作实现的，即吊笼向右偏移时(如图8)，可以通过停止左侧卷筒的动作，并使右侧的卷筒继续放出一段钢丝绳来完成。这种调整方式的调整进度比较粗放，难以时间相对较精确的控制。为实现精确控制，如图9至图10所示，在机械传动单元总成中设置了与两侧钢丝绳分别对应的补偿单元70，其能够在不让卷筒停止动作的情况下，迅速对吊笼的失衡状态作出修正。

对应各补偿单元70，配置有滑轮b50和滑轮c60，其中滑轮b50设置在相对应侧的滑轮a600的上方，滑轮c60设置在相对应侧的滑轮a600的内侧，图示中滑轮c60的轴心与滑轮a600的轴心在同一水平面内。所述补偿单元70为能够沿左右方向直线移动的机械传动机构且补偿单元的移动直线与所述滑轮c的下圆周相切。钢丝绳400的下端经滑轮a600的下侧轮面后向上延伸，由滑轮b绕下后绕过滑轮c的内侧轮面，最终由滑轮c的下侧轮面延伸出而与所述补偿单元70连接。补偿单元70包括连接滑杆701、连接部702和液压缸703。钢丝绳的下端连接在连接滑杆701上，吊笼的顶部设有与连接滑杆701匹配保证其能够在水平面左右往复地直线移动的导向板3。连接部702用于将连接滑杆701与液压缸703连接成一体，这样液压缸便能够驱使连接滑杆701左右滑动了。

上述实施方式仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。本发明还有许多方面可以在不违背总体思想的前提下进行改进，对于熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，可对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。