基于連通管和姿態(tài)的塔吊安全性能檢測裝置及其分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于塔吊裝置領(lǐng)域，涉及一種檢測小車變幅起重臂塔式起重機(jī)垂直度、起 重臂和平衡臂的變形度技術(shù)，尤其涉及基于連通管和姿態(tài)的塔吊安全性能檢測裝置及其分 析方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會(huì)的不斷發(fā)展進(jìn)步，高層建筑越來越多的出現(xiàn)在生活的周邊，塔式起重機(jī)， 即塔機(jī)、塔吊，以下均稱為塔吊，作為重要工具近年來得到大量的應(yīng)用。然而，塔吊運(yùn)行安全 在現(xiàn)場的實(shí)際生產(chǎn)中受到諸多現(xiàn)場因素的影響。如大風(fēng)、地基不牢、本身結(jié)構(gòu)缺陷等導(dǎo)致的 起重臂下?lián)?、上拱（即撓度），塔身的傾斜等。其后果便是影響載重小車的正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí) 將使設(shè)計(jì)強(qiáng)度降低，甚至發(fā)生意外。
[0003] 典型的情況下，由于其自身重量和小車產(chǎn)生的豎向壓力會(huì)引起塔吊臂在豎直方向 上產(chǎn)生較大的撓度，而這種豎向撓度值直觀地反應(yīng)了塔吊臂承受荷載能力的變化情況。隨 著社會(huì)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在有很多可用于基點(diǎn)位移及撓度測量的方法。這些方案目前廣 泛地應(yīng)用于橋梁的撓度檢測中，但真正能夠成熟應(yīng)用于塔吊的并不多見。手段很多，且考 慮到塔吊離地面高度較高，變形復(fù)雜，采用一般的測量方法在一個(gè)數(shù)十米的塔吊臂上實(shí)施 并不容易，且都會(huì)在實(shí)際操作遇到一些問題，每種方法都有其局限性。例如，顯然人工測量 方法并不適于塔吊這樣的高危場所；傳統(tǒng)方法會(huì)考慮到安裝應(yīng)變片來進(jìn)行塔吊臂變形的測 量，但實(shí)驗(yàn)證明這種方案存在很大缺陷：如應(yīng)變片長期工作的受腐蝕情況及其對性能的影 響；安裝位置受限，塔吊臂短距離內(nèi)近似直線，變形很少，不易測得真實(shí)撓度信息；此外，通 過應(yīng)變片所得數(shù)據(jù)不可靠的精確度也是我們考慮的因素之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于連通管和姿態(tài)的塔吊安全 性能檢測裝置及其分析方法，實(shí)現(xiàn)對塔吊撓度變化及傾角進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控。
[0005] 為達(dá)到以上目的，本發(fā)明的技術(shù)發(fā)明為：
[0006] 一種基于連通管和姿態(tài)的塔吊安全性能檢測分析方法，包括以下步驟：
[0007] 1)、將多個(gè)塔吊狀態(tài)傳感器安裝于水平吊臂同一水平位置，其中，位于塔身和水平 吊臂交叉位置的塔吊狀態(tài)傳感器為基準(zhǔn)點(diǎn)塔吊狀態(tài)傳感器，塔吊狀態(tài)傳感器之間相互連 接；所述塔吊狀態(tài)傳感器內(nèi)部集成有撓度傳感器模塊和姿態(tài)傳感器模塊；所述撓度傳感器 模塊由壓力傳感器和連通管設(shè)備構(gòu)成，連通管設(shè)備內(nèi)設(shè)置有用于壓力測試的液體（防凍 液），所述姿態(tài)傳感器模塊集成了兩片互相垂直設(shè)置的傾角傳感器；
[0008] 2)、記錄每個(gè)塔吊狀態(tài)傳感器的初始參數(shù)；
[0009] 3)、當(dāng)塔吊產(chǎn)生撓度時(shí)，撓度傳感器模塊中的連通管設(shè)備中液體液面隨被測點(diǎn)一 起發(fā)生縱向的位置變化，記錄產(chǎn)生撓度時(shí)每個(gè)撓度傳感器模塊輸出的實(shí)際參數(shù)；并且記錄 姿態(tài)傳感器模塊輸出的實(shí)際傾角參數(shù)；
[0010] 4)、根據(jù)撓度傳感器的初始參數(shù)和實(shí)際參數(shù)，獲取塔吊狀態(tài)傳感器安裝點(diǎn)的撓度， 并繪制塔吊撓度曲線，根據(jù)姿態(tài)傳感器模塊的初始參數(shù)和實(shí)際傾角參數(shù)，獲取塔吊變形曲 線。
[0011] 所述步驟4)中根據(jù)撓度傳感器模塊的初始參數(shù)和實(shí)際參數(shù)，獲取塔吊狀態(tài)傳感 器安裝點(diǎn)的撓度，并繪制塔吊撓度曲線，具體步驟包括：
[0012] I. 1)、記基準(zhǔn)點(diǎn)撓度傳感器為0號撓度傳感，其余一次排列的撓度傳感器為1號、2 號......η號，η為正整數(shù)；
[0013] 1. 2)、初始狀態(tài)時(shí)，0號撓度傳感內(nèi)液面高度初始參數(shù)為Iv 1號至η號撓度傳感器 內(nèi)液面高度初始參數(shù)分別為匕~h n，1號至η號管內(nèi)的液面位置實(shí)際參數(shù)分別為h' μ h/~ h' n;l號至η號撓度傳感器所處測量點(diǎn)分別發(fā)生相對于0號撓度傳感器的豎向位移為R Rn，則：
[0014] h〇-h' 〇= h !-h/ -R1 =....... h n_h'n_Rn (I)
[0015] I. 3)、根據(jù)式（I)得：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于連通管和姿態(tài)的塔吊安全性能檢測分析方法，其特征在于，包括以下步 驟： 1) 、將多個(gè)塔吊狀態(tài)傳感器安裝于水平吊臂同一水平位置，其中，位于塔身和水平吊臂 交叉位置的塔吊狀態(tài)傳感器為基準(zhǔn)點(diǎn)塔吊狀態(tài)傳感器，塔吊狀態(tài)傳感器之間相互連接；所 述塔吊狀態(tài)傳感器內(nèi)部集成有撓度傳感器模塊和姿態(tài)傳感器模塊；所述撓度傳感器模塊由 壓力傳感器和連通管設(shè)備構(gòu)成，連通管設(shè)備內(nèi)設(shè)置有用于壓力測試的液體，所述姿態(tài)傳感 器模塊集成了兩片互相垂直設(shè)置的傾角傳感器； 2) 、記錄每個(gè)塔吊狀態(tài)傳感器的初始參數(shù)； 3) 、當(dāng)塔吊產(chǎn)生撓度時(shí)，撓度傳感器模塊中的連通管設(shè)備中液體液面隨被測點(diǎn)一起發(fā) 生縱向的位置變化，記錄產(chǎn)生撓度時(shí)每個(gè)撓度傳感器模塊輸出的實(shí)際參數(shù)；并且記錄姿態(tài) 傳感器模塊輸出的實(shí)際傾角參數(shù)； 4) 、根據(jù)撓度傳感器的初始參數(shù)和實(shí)際參數(shù)，獲取塔吊狀態(tài)傳感器安裝點(diǎn)的撓度，并繪 制塔吊撓度曲線，根據(jù)姿態(tài)傳感器模塊的初始參數(shù)和實(shí)際傾角參數(shù)，獲取塔吊變形曲線。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于連通管和姿態(tài)的塔吊安全性能檢測分析方法，其特征在 于，所述步驟4)中根據(jù)撓度傳感器模塊的初始參數(shù)和實(shí)際參數(shù)，獲取塔吊狀態(tài)傳感器安裝 點(diǎn)的撓度，并繪制塔吊撓度曲線，具體步驟包括： I. 1)、記基準(zhǔn)點(diǎn)撓度傳感器為O號撓度傳感，其余一次排列的撓度傳感器為1號、2 號......η號，η為正整數(shù)； 1. 2)、初始狀態(tài)時(shí)，O號撓度傳感內(nèi)液面高度初始參數(shù)為Iv 1號至η號撓度傳感器內(nèi)液 面高度初始參數(shù)分別為匕~h n，1號至η號管內(nèi)的液面位置實(shí)際參數(shù)分別為h' V h' h' η; I號至n號撓度傳感器所處測量點(diǎn)分別發(fā)生相對于O號撓度傳感器的豎向位移為Ri~R n， 則：
其中：hQ，hf h "及h'。，h'廣h' n均能直接測量得到； 1. 4)、根據(jù)撓度傳感器內(nèi)撓度傳感器的豎向位移，獲得塔吊狀態(tài)傳感器安裝點(diǎn)的撓度， 并繪制塔吊撓度曲線。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于連通管和姿態(tài)的塔吊安全性能檢測分析方法，其特征在 于，所述塔吊狀態(tài)傳感器布置于起重臂、水平吊臂和塔身上，且每個(gè)塔吊狀態(tài)傳感器通過連 通管道和線纜相連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于連通管和姿態(tài)的塔吊安全性能檢測分析方法，其特征在 于，步驟3)通過RS-485無線傳輸單元將塔吊狀態(tài)傳感器輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，并通過接收 設(shè)備接收后進(jìn)行記錄。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于連通管和姿態(tài)的塔吊安全性能檢測分析方法，其特征在 于，步驟4)后還包括： 當(dāng)塔吊狀態(tài)傳感器安裝點(diǎn)的撓度以及傾角參數(shù)大于預(yù)設(shè)安全值時(shí)，通過聲光報(bào)警進(jìn)行 報(bào)警。
6. -種基于連通管和姿態(tài)的塔吊安全性能檢測裝置，其特征在于，包括：監(jiān)測終端系 統(tǒng)和監(jiān)控中心系統(tǒng)； 監(jiān)測終端系統(tǒng)包括：塔吊狀態(tài)傳感器、AD采樣單元、無線傳輸單元以及數(shù)據(jù)處理單元， 其中， 撓度傳感器模塊，所述塔吊狀態(tài)傳感器內(nèi)部集成有撓度傳感器模塊和姿態(tài)傳感器模 塊，撓度傳感器模塊用于記錄每個(gè)撓度傳感器的初始參數(shù)，以及當(dāng)塔吊產(chǎn)生撓度時(shí)，撓度傳 感器中的連通管液面隨被測點(diǎn)一起發(fā)生縱向的位置變化，記錄產(chǎn)生撓度時(shí)每個(gè)撓度傳感器 的實(shí)際參數(shù)；姿態(tài)傳感器模塊用于記錄每個(gè)姿態(tài)傳感器的初始參數(shù)，以及當(dāng)塔吊產(chǎn)生撓度 時(shí)，記錄姿態(tài)傳感器的實(shí)際參數(shù)； AD采樣單元用于將撓度傳感器和姿態(tài)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳輸?shù)綗o線傳輸單 元； 無線傳輸單元用于將AD采樣單元處理后數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理單元； 數(shù)據(jù)處理單元用于根據(jù)撓度傳感器的初始參數(shù)和實(shí)際參數(shù)，獲取撓度傳感器安裝點(diǎn)的 撓度，并繪制塔吊撓度曲線，根據(jù)姿態(tài)傳感器的初始參數(shù)和實(shí)際參數(shù)，獲取塔吊變形曲線； 監(jiān)控中心系統(tǒng)用于對撓度傳感器安裝點(diǎn)的撓度變化數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和存儲(chǔ)，判斷塔吊是 狀態(tài)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于連通管和姿態(tài)的塔吊安全性能檢測裝置，其特征在于， 所述無線傳輸單元為RS-485傳輸裝置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于連通管和姿態(tài)的塔吊安全性能檢測裝置，其特征在于， 還包括報(bào)警裝置，用于當(dāng)撓度傳感器安裝點(diǎn)的撓度大于預(yù)設(shè)安全值時(shí)，通過聲光報(bào)警進(jìn)行 報(bào)警。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于連通管和姿態(tài)的塔吊安全性能檢測裝置及其分析方法，通過測量現(xiàn)場塔體傾斜度、起重臂及平衡臂變形度把采集的信號全部送至單臺(tái)塔式起重機(jī)監(jiān)控裝置，當(dāng)塔吊正常工作時(shí)，根據(jù)所得數(shù)據(jù)繪制撓度和傾角的坐標(biāo)曲線，以實(shí)現(xiàn)對塔機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測。并根據(jù)測得的塔式起重機(jī)機(jī)身垂直度、平衡臂和起重臂變形度預(yù)測塔式起重機(jī)結(jié)構(gòu)的可靠性，避免了人工計(jì)算的麻煩和誤差，提高了檢測的精確性，確保了塔吊的安全性。
【IPC分類】B66C13-16, B66C23-88
【公開號】CN104743445
【申請?zhí)枴緾N201510061232
【發(fā)明人】秦剛, 陳中孝, 程耀, 邵亞強(qiáng), 李雪艷
【申請人】西安工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年2月5日