專利名稱：基于剛度的塔身鋼結構完好狀態(tài)監(jiān)測方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種基于剛度的塔身鋼結構完好狀態(tài)監(jiān)測方法，具體是建立了塔機塔身鋼結構完好狀態(tài)剛度空間模型，并以此模型為判斷標準監(jiān)測塔機塔身鋼結構是否處于完好狀態(tài)。
背景技術：
塔式起重機(簡稱塔機)作為一種能夠?qū)崿F(xiàn)垂直和水平運輸物料的機械，特別是因其起升高度高、起升重量大、工作幅度大等特點，在建筑業(yè)得到了廣泛的應用。但是，由于塔機結構較龐大，加之工作環(huán)境惡劣，工作負荷量大，極容易出現(xiàn)聯(lián)接螺栓松動，焊縫結構被削弱，地基出現(xiàn)不均勻沉降等破壞塔機鋼結構完好的不良因素，而這些因素往往不容易被人發(fā)現(xiàn)，當塔機帶著這些安全隱患工作時會造成意想不到的嚴重后果，輕者財產(chǎn)損失，重者家破人亡，這些都給國家造成了巨大的損失。由于塔機結構復雜，維護費用很高，實際使用過程中定期對塔機進行安全檢查需要大量的人力物力，而一般的人員也不具備塔機安全檢查的相關技術知識，這就給塔機安檢帶來了不便，而對塔身鋼結構完好狀態(tài)的檢查又是十分必要的。塔機完好狀態(tài)即符合國家標準并驗收合格的塔機。

發(fā)明內(nèi)容
基于以上不足及實際需要，本發(fā)明提供了一種基于塔身剛度的塔機塔身鋼結構完好狀態(tài)實時監(jiān)測方法及實施該方法的裝置，使得監(jiān)測更方便和實時。為實現(xiàn)上述目的本發(fā)明提供了一種基于剛度的塔身鋼結構完好狀態(tài)監(jiān)測方法，包括以下步驟
第一步建立了塔身鋼結構完好狀態(tài)剛度空間模型
在塔機額載時，塔身頂端端點沿塔機起重臂一平衡臂方向上最大位移值 Δ,3 ,塔機在空載時，塔身頂端端點沿塔機起重臂一平衡臂方向上最大位移值A1 ,得,塔機
塔身頂端端點在沿起重臂-平衡臂方向上最大位移值范圍。，Λ )，Λ = ^/、’
ilI aolxO 2EI叫
=^1I2 ；其中，E為塔身的彈性模量；I為塔身的慣性矩；Mtl為額定載荷下塔身受到的彎矩，
M1為空載狀態(tài)下塔身受到的彎矩，i為獨立狀態(tài)塔身高度或附著狀態(tài)下最高附著點以上塔身高度；根據(jù)國家標準要求塔身軸心線的側向垂直度允差為4/%。，即塔身頂端端點在坐標軸y’上的最大位移范圍為(_4/%。1，4/%。1)；
塔機完好狀態(tài)下塔機塔身剛度模型為在坐標系χ’ y' ζ'中，一個長L= Aq-A1，寬 L’ = 8/%。l 的矩形，K為安全剛度調(diào)整系數(shù)；
第二步在空載或工作狀態(tài)時，根據(jù)塔身頂端坐標是否處于塔機完好狀態(tài)剛度模型范圍之內(nèi)，判斷塔機塔身鋼結構是否處于完好狀態(tài)。塔身頂端坐標通過安裝在回轉塔身主肢上的剛度檢測傳感器測得。本發(fā)明還提供了一種應用于上述方法的基于剛度的塔身鋼結構完好狀態(tài)監(jiān)測裝置，該裝置包括塔身剛度檢測傳感器4、顯示記錄報警裝置7，剛度檢測傳感器4固定連接在塔機的回轉塔身主肢2上，剛度檢測傳感器4通過電纜線8與顯示記錄報警裝置7連接。剛度檢測傳感器4上有V形口 6并通過V形口 6卡在回轉塔身主肢2上，剛度檢測傳感器4并通過抱箍1和長螺栓3與回轉塔身主肢2固定聯(lián)接。塔機工作時，剛度檢測傳感器4由于與塔機回轉主肢2固聯(lián)，所以當塔身發(fā)生傾斜時，剛度檢測傳感器4即可得到塔身頂端位移信息，該信息通過電纜線8傳遞到顯示記錄報警裝置7，顯示記錄報警裝置7將剛度檢測傳感器4所測得并傳遞過來的信號進行處理，然后計算出該塔身頂端當前的坐標，并與塔身鋼結構完好狀態(tài)剛度模型比較，如果塔身頂端坐標處于塔身鋼結構完好狀態(tài)剛度模型范圍之內(nèi)，則可判斷塔機剛度處于完好狀態(tài)；如果塔身頂端坐標處于塔身鋼結構完好狀態(tài)剛度模型范圍之外，顯示記錄報警裝置7報警，可判斷塔機剛度處于不完好狀態(tài)。本發(fā)明結構簡單、操作簡便，對塔機安全檢查知識要求不高，又能實時進行監(jiān)測。


圖1是塔機正常狀態(tài)的力學模型簡圖； 圖2是正常狀態(tài)下塔身的形變簡圖3是建立的塔機坐標系示意圖； 圖4是塔身鋼結構完好狀態(tài)剛度模型； 圖5是塔身剛度檢測裝置的安裝方式。其中，1、抱箍，2、回轉塔身主肢，3、長螺桿，4、剛度檢測傳感器，5、螺母，6、V形口， 7、顯示記錄報警裝置，8、電纜線。
具體實施例方式塔身剛度定義為塔身結構在一定載荷作用下的位移量的倒數(shù)。該方法以塔身頂端位移為剛度測量量建立塔機塔身鋼結構完好狀態(tài)剛度空間模型，并以此模型來監(jiān)測塔身鋼結構是否處于完好狀態(tài)。首先建立塔身鋼結構完好狀態(tài)剛度空間模型
塔機塔身上部相連接的回轉支承、頂升套架、回轉塔身、司機室、回轉機構、起重臂、變幅機構、平衡臂、起升機構、塔帽、變幅小車以及拉索(桿)、鋼絲繩等附著物，當然，起重載荷由吊鉤懸掛在變幅小車上。塔身上部相對塔身產(chǎn)生一個指向地心的正壓力F和由于偏心造成的彎矩M，如果將塔身看作一個均質(zhì)彈性體，在正常工作及非工作狀態(tài)時，塔身因受彎矩 M的影響而發(fā)生彎曲變形，塔身頂端在水平方向上的位移為義頂端的傾角為、建立力學模型如圖1，其形變簡圖如下圖2所示。如圖3所示。塔機在受力不變的情況下，上部在回轉機構驅(qū)動下進行360°的回轉運動時，塔身頂端荷載將隨回轉支承做360。旋轉。為此，設定兩個坐標系，如圖3所示，一個坐標系原點0為塔身在地面固定截面的中心點，坐標軸χ正方向為地面北向，坐標軸y正方向為地面西向，坐標軸ζ正方向為垂直于地面向上；另一個坐標系原點0’為塔身頂端回轉支承與回轉塔身連接截面中心點，坐標軸X’正方向為起重臂軸線遠離塔身方向，坐標軸ζ’ 正方向為垂直于地面向上，坐標軸y’正方向為垂直于起重臂軸線與χ’、ζ’軸符合右手螺旋法則。0與0’連線永遠為垂直于地面。1)建立塔機完好狀態(tài)下塔機塔身剛度模型
a.建立模型坐標系χ’y’ ζ’，以0’為坐標系原點，其中0’為塔身頂端回轉支承回轉平面與過0點(塔身在地面固定截面的中心點)且垂直于地面的直線的交點，坐標軸χ’正方向為起重臂在平行于地面時，遠離塔身方向，坐標軸ζ’正方向為垂直于地面向上，坐標軸 y’正方向為垂直于起重臂軸線與χ’、ζ’軸符合右手螺旋法則；
b.在模型坐標系χ’y’ ζ’中，
在塔機額載時，塔身頂端端點沿塔機起重臂一平衡臂方向上最大位移值~,塔機在空載時，塔身頂端端點沿塔機起重臂一平衡臂方向上最大位移值A1,得，塔機塔身頂端端點
在沿起重臂-平衡臂方向上最大位移值范圍、,,)，Λ, =^-I2 ；
Al Δ0 Δ0 2S1 A1 2ΕΙ
其中，E 塔身的彈性模量；I 塔身的慣性矩；MO為額定載荷下塔身受到的彎矩，Ml為空載狀態(tài)下塔身受到的彎矩力獨立狀態(tài)塔身(或附著狀態(tài)下最高附著點以上塔身)高度。根據(jù)國家標準要求塔身軸心線的側向垂直度允差為4%。，即塔身頂端端點在坐標軸y’上的最大位移范圍為(-4%。1,4%。1)。綜上所述，塔機完好狀態(tài)下塔機塔身剛度模型為在坐標系χ’ y' ζ’中，一個長 L= A0-A1,*!/= 8%。|秘的矩形。其中，K為安全剛度調(diào)整系數(shù)。如圖4，以此模型為基
礎可以檢測塔機塔身鋼結構是否處于完好狀態(tài)。判斷方法
2)在坐標系χ’ y’ ζ’中，塔機塔身頂端端點在實際工況中的坐標變化表示為塔身剛度，塔機塔身頂端端點當前坐標為(X，Y )。3)根據(jù)塔機塔身頂端端點的坐標(X，Y)與步驟1)所述的塔機塔身剛度模型的位置關系，判斷塔機塔身鋼結構是否處于完好狀態(tài)
若塔機塔身頂端端點的坐標(X，Y)在塔機塔身剛度模型范圍內(nèi)，判斷塔機塔身鋼結構處于完好狀態(tài)；反之，塔機塔身鋼結構處于不完好狀態(tài)。本發(fā)明進行塔身剛度檢測的裝置
如圖5所示。塔身剛度檢測裝置包括塔身剛度檢測傳感器4和顯示記錄報警裝置7。 剛度檢測傳感器4通過其V形口 6卡在回轉塔身主肢2上，并通過抱箍1和長螺栓3與回轉主肢2固定聯(lián)接，隨著回轉塔身的回轉實時測量塔身頂端坐標。顯示記錄報警裝置7安裝于司機室中，便于司機實時查看塔機是否處于完好狀態(tài)。剛度檢測傳感器4通過電纜線 8與顯示記錄報警裝置7連接。本裝置安裝在塔機上，在確認塔機處于完好狀態(tài)后，裝置設置包括空載數(shù)據(jù)采集和額定載荷數(shù)據(jù)采集兩個過程，根據(jù)空載數(shù)據(jù)和額載數(shù)據(jù)確定圖4矩形，即為該塔機完好狀態(tài)剛度模型。
5
空載數(shù)據(jù)集合
知 枘)(I=I-H1) 額載數(shù)據(jù)集合 () (j=l-n2) 圖4中
矩形長 L =Δ0-Δ ^sub (max ( Δ kxi), max ( Δ LxJ)) Kx 矩形寬 L’ = Δ 3- Δ 2=sub (max ( Δ kyi), max ( Δ LyJ)) Ky 式中Kx，Ky為實際實施過程中剛度安全調(diào)整系數(shù)。塔機工作時，剛度檢測傳感器4由于與塔機回轉主肢2固聯(lián)，所以當塔身發(fā)生變形時，剛度檢測傳感器4即可得到塔身頂端位移信息，該信息通過電纜線8傳遞到顯示記錄報警裝置7，顯示記錄報警裝置7將剛度檢測傳感器4所測得并傳遞過來的信號進行處理，然后計算出該塔身頂端當前的坐標，并與塔身鋼結構完好狀態(tài)剛度模型比較，如果塔身頂端坐標處于塔身鋼結構完好狀態(tài)剛度模型范圍之內(nèi)，則判斷塔身處于完好狀態(tài)；反之，判斷塔身處于不完好狀態(tài)，顯示記錄報警裝置7報警。本發(fā)明結構簡單、操作簡便，對塔機安全檢查知識要求不高，又能實時進行監(jiān)測。雖然本發(fā)明以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定發(fā)明，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發(fā)明所附的權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種基于剛度的塔身鋼結構完好狀態(tài)監(jiān)測方法，其特征是包括以下步驟 第一步建立了塔身鋼結構完好狀態(tài)剛度空間模型在塔機額載時，塔身頂端端點沿塔機起重臂一平衡臂方向上最大位移值 ~ ,塔機在空載時，塔身頂端端點沿塔機起重臂一平衡臂方向上最大位移值A1 ,得，塔機塔身頂端端點在沿起重臂-平衡臂方向上最大位移值范圍( ι,Δ^，Δο = ^r ； Δι =^1I2 ；其中，E為塔身的彈性模量；I為塔身的慣性矩；Mtl為額定載荷下塔身受到的彎矩，ΖΕΙM1為空載狀態(tài)下塔身受到的彎矩，/為獨立狀態(tài)塔身高度或附著狀態(tài)下最高附著點以上塔身高度；根據(jù)國家標準要求塔身軸心線的側向垂直度允差為4/%。，即塔身頂端端點在坐標軸y’上的最大位移范圍為(-4/%。' 4/%。1);塔機完好狀態(tài)下塔機塔身剛度模型為在坐標系χ’ y' ζ'中，一個長L= A13-A1，寬 L’ = 8/%。l 的矩形，K為安全剛度調(diào)整系數(shù)；第二步在空載或工作狀態(tài)時，根據(jù)塔身頂端坐標是否處于塔機完好狀態(tài)剛度模型范圍之內(nèi)，判斷塔機塔身鋼結構是否處于完好狀態(tài)。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于剛度的塔身鋼結構完好狀態(tài)監(jiān)測方法，其特征在于塔身頂端坐標通過安裝在回轉塔身主肢上或與塔身軸心線存在平行度要求的結構上的剛度檢測傳感器測得。
3.一種應用于權利要求1所述方法的基于剛度的塔身鋼結構完好狀態(tài)監(jiān)測裝置，其特征在于該裝置包括塔身剛度檢測傳感器(4)、顯示記錄報警裝置(7)，剛度檢測傳感器(4) 固定連接在回轉塔身主肢(或與塔身軸心線存在平行度要求的結構)(2)上，剛度檢測傳感器(4 )通過電纜線(8 )與顯示記錄報警裝置(7 )連接。
4.根據(jù)權利要求3所述的基于剛度的塔身鋼結構完好狀態(tài)監(jiān)測裝置，其特征在于剛度檢測傳感器(4)上有V形口(6)并通過V形口(6)卡在回轉塔身主肢上或與塔身軸心線存在平行度要求的結構(2)上，剛度檢測傳感器(4)并通過抱箍(1)和長螺栓(3)與回轉塔身主肢或與塔身軸心線存在平行度要求的結構(2)固定聯(lián)接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于剛度的塔身鋼結構完好狀態(tài)監(jiān)測方法，根據(jù)在正常工作、非工作狀態(tài)下，起重臂-平衡臂方向、垂直于起重臂—平衡臂方向上的塔身頂端最大位移值，建立塔機鋼結構完好狀態(tài)剛度空間模型，根據(jù)測得的塔身頂端坐標是否處于塔機完好狀態(tài)剛度模型范圍之內(nèi)，判斷塔機塔身鋼結構是否處于完好狀態(tài)；本發(fā)明還公開了用于該方法的監(jiān)測裝置，包括塔身剛度檢測傳感器(4)、顯示記錄報警裝置(7)，剛度檢測傳感器(4)固定連接在回轉塔身主肢(2)上，剛度檢測傳感器(4)通過電纜線(8)與顯示記錄報警裝置(7)連接。本發(fā)明結構簡單、操作簡便，對塔機安全檢查知識要求不高，又能實時進行監(jiān)測。
文檔編號B66C23/88GK102363508SQ20111030004
公開日2012年2月29日 申請日期2011年10月8日 優(yōu)先權日2011年10月8日
發(fā)明者喬彩鳳, 劉健康, 宋世軍, 李楠楠, 王通 申請人:濟南富友慧明監(jiān)控設備有限公司