起重機(jī)起升鋼絲繩全程實(shí)時(shí)壽命的評估方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種起重機(jī)起升鋼絲繩全程實(shí)時(shí)壽命的評估方法。本發(fā)明主要解決現(xiàn)有的起重機(jī)鋼絲繩壽命評估方法存在的不能實(shí)時(shí)對鋼絲繩實(shí)施全程跟蹤和壽命評估及不能及時(shí)快速預(yù)警的技術(shù)問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是：起重機(jī)起升鋼絲繩全程實(shí)時(shí)壽命的評估方法，其包括下列步驟：1)采集起重機(jī)實(shí)時(shí)的運(yùn)行數(shù)據(jù)；2)依據(jù)起升滑輪組的倍率m，對整個(gè)起升鋼絲繩進(jìn)行分段；3)計(jì)算起升機(jī)構(gòu)三種狀態(tài)下各分段鋼絲繩所受的拉力；4)建立各分段鋼絲繩在整個(gè)行程過程中拉力的力學(xué)模型；5)計(jì)算出各分段鋼絲繩的應(yīng)力；6)統(tǒng)計(jì)分析該點(diǎn)的實(shí)時(shí)應(yīng)力變化；7)計(jì)算起升鋼絲繩各分段評估點(diǎn)的壽命；8)對整個(gè)起升鋼絲繩全程壽命進(jìn)行評估；9)對起升鋼絲繩提出預(yù)警。
【專利說明】起重機(jī)起升鋼絲繩全程實(shí)時(shí)壽命的評估方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種起重機(jī)起升鋼絲繩全程實(shí)時(shí)壽命的評估方法，它屬于一種利用起 重機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測的運(yùn)行數(shù)據(jù)對鋼絲繩各點(diǎn)的應(yīng)力變化快速分析的壽命評估方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 由于鋼絲繩在壽命評估中其受力的復(fù)雜性，以致從上世紀(jì)50年代至今，其力學(xué)模 型與受力特性一直處于不斷的修正與完善中，這些研究大多都是在忽略鋼絲繩上繞組的影 響，雖然在假設(shè)鋼絲繩為彈性體并發(fā)生小位移與小應(yīng)變的基礎(chǔ)上，鋼絲繩的力學(xué)模型及力 學(xué)特性分析方面研究取得較多成果，但鋼絲繩在繞過一個(gè)滑輪時(shí)，鋼絲繩各段的應(yīng)力是不 同的，所以還在不斷的完善中。
[0003] 起重機(jī)鋼絲繩壽命評估對于保障起重機(jī)安全運(yùn)行十分重要。起重機(jī)鋼絲繩壽命評 估的重要依據(jù)就是應(yīng)力-循環(huán)次數(shù)。而應(yīng)力數(shù)據(jù)就是實(shí)際監(jiān)測的應(yīng)力數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)量的多 少是影響勞壽命預(yù)測準(zhǔn)確度的根本因素。目前，對鋼絲繩壽命的研究主要集中在壽命的影 響因素、鋼絲疲勞的微觀分析使用中如何提高壽命等方面；在壽命分析方面，試驗(yàn)是主要的 方法，特別是關(guān)于鋼絲繩疲勞斷絲、斷股的研究是在不同的加載和試驗(yàn)下獲得；由于鋼絲繩 受力分析困難，在鋼絲繩壽命模型及預(yù)估方法方面研究較少。且大多公司都為節(jié)約成本，只 是對鋼絲繩定期的檢查，致使在起重機(jī)鋼絲繩壽命在使用過程中還不能及時(shí)快速的預(yù)警， 發(fā)生不必要的事故。
[0004] 隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，起重機(jī)的使用越來越廣泛，對起重機(jī)的作業(yè)效率和安全性 能要求也越來越高，應(yīng)用各種技術(shù)加強(qiáng)起重機(jī)的安全監(jiān)管和保證安全運(yùn)行尤為必要。但我 國大多起重設(shè)備的鋼絲繩仍沒有在多運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)采集記錄與存儲功能的基礎(chǔ)上且考 慮繞組的影響，對鋼絲繩上點(diǎn)的全程應(yīng)力分析；沒有對在役起重機(jī)的鋼絲繩實(shí)時(shí)全程跟蹤 和壽命評估。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有的起重機(jī)鋼絲繩壽命評估方法存在的不能實(shí)時(shí)對鋼絲 繩實(shí)施全程跟蹤和壽命評估及不能及時(shí)快速預(yù)警的技術(shù)問題，提供一種起重機(jī)起升鋼絲繩 全程實(shí)時(shí)壽命的評估方法。該方法在起重機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集記錄監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，分析起 重機(jī)整個(gè)工況的受力情況，獲得鋼絲繩吊重起升下降的載荷及在大小車運(yùn)行和機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn) 下鋼絲繩所受的載荷；運(yùn)用實(shí)時(shí)采集起重機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)樣本和利用繞組的不同，對起重機(jī)起 升鋼絲繩分段，從而對分段上點(diǎn)的實(shí)時(shí)安全監(jiān)測和管理，并分析該分段上點(diǎn)的全程應(yīng)力變 化，對在役鋼絲繩進(jìn)行實(shí)時(shí)壽命的評估。
[0006] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而采用的技術(shù)方案是：
[0007] 起重機(jī)起升鋼絲繩全程實(shí)時(shí)壽命的評估方法，其包括下列步驟：
[0008] 1)使用起重機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)采集起重機(jī)的時(shí)刻、起重量、起升高度、小車、大車運(yùn) 行位置、工作速度、幅度和回轉(zhuǎn)角度的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，以獲得起重機(jī)實(shí)時(shí)的運(yùn)行數(shù)據(jù)；該運(yùn) 行數(shù)據(jù)是由具有一定時(shí)間間隔的時(shí)刻數(shù)據(jù)組成的長時(shí)間運(yùn)行數(shù)據(jù)；
[0009] 2)將某時(shí)刻起重機(jī)起升鋼絲繩處于起升、下降和靜止三種不同狀態(tài)下的鋼絲繩進(jìn) 行分段即依據(jù)起升滑輪組的倍率m，對整個(gè)起重機(jī)的起升鋼絲繩進(jìn)行分段：當(dāng)起升機(jī)構(gòu)采 用單聯(lián)卷筒時(shí)，通過滑輪組的倍率m，即滑輪的個(gè)數(shù)，把起重機(jī)的鋼絲繩分成數(shù)段，分段點(diǎn)為 各滑輪、卷筒與鋼絲繩的切點(diǎn)，即m= 1時(shí)，段數(shù)為3段，分段鋼絲繩分別為L12、L23、L34，當(dāng)m =2時(shí)，段數(shù)為7段，分段鋼絲繩分別為L12、L23、L34、L45、L56、L67、L78，當(dāng)m= 3時(shí)，段數(shù)為9 段，分段鋼絲繩分別為L12、L23、L34、L45、L56、L67、L78、L89、L91Q ;當(dāng)起升機(jī)構(gòu)采用雙聯(lián)卷筒時(shí)，將 雙聯(lián)卷筒簡化為兩個(gè)并聯(lián)的單聯(lián)卷筒，同單聯(lián)卷筒設(shè)取分段點(diǎn)方法一樣，把雙聯(lián)卷筒起重 機(jī)的起升鋼絲繩分成數(shù)段，分段點(diǎn)為各滑輪、卷筒與鋼絲繩的切點(diǎn)，即當(dāng)m= 1時(shí)，段數(shù)為1 段，分段鋼絲繩為L12，當(dāng)m= 2時(shí)，段數(shù)為3段，分段鋼絲繩分別為L12、L23、L34，當(dāng)m= 3時(shí)， 段數(shù)為5段，分段鋼絲繩分別為112、1^、1^4山5上 56，當(dāng)111 = 4時(shí)，段數(shù)為7段，分段鋼絲繩分 別為L12、L23、L34、L45、L56、L67、L78，當(dāng)m= 5時(shí)，段數(shù)為9段，分段鋼絲繩分別為L12、L23、L34、 L45、L56、L67、L78、L89、L91Q，當(dāng)m= 6 時(shí)，段數(shù)為 11 段，分段鋼絲繩分別為L12、L23、L34、L45、L56、 L67、L78、L89、L91(i、L1(i11、L1112 ;倍率m還可以為其它的整數(shù)：m= 7、m= 8、m= 9 等；
[0010] 3)依據(jù)下列公式計(jì)算起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)起升、下降和靜止三種狀態(tài)下各分段鋼絲繩 所受的拉力，起升過程中各分段鋼絲繩所受的拉力為

【權(quán)利要求】
1. 一種起重機(jī)起升鋼絲繩全程實(shí)時(shí)壽命的評估方法，其特征是：包括下列步驟： 1) 使用數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)采集起重機(jī)的時(shí)刻、起重量、起升高度、小車、大車運(yùn)行位置、工作 速度、幅度和回轉(zhuǎn)角度的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，以獲得起重機(jī)實(shí)時(shí)的運(yùn)行數(shù)據(jù)；該運(yùn)行數(shù)據(jù)是由具 有時(shí)間間隔的時(shí)刻數(shù)據(jù)組成的長時(shí)間運(yùn)行數(shù)據(jù)； 2) 將某時(shí)刻起重機(jī)起升鋼絲繩處于起升、下降和靜止三種不同狀態(tài)下的鋼絲繩進(jìn)行分 段即依據(jù)起升滑輪組的倍率m，對整個(gè)起重機(jī)的起升鋼絲繩進(jìn)行分段：當(dāng)起升機(jī)構(gòu)采用單 聯(lián)卷筒時(shí)，通過滑輪組的倍率m，即滑輪的個(gè)數(shù)，把起重機(jī)的鋼絲繩分成數(shù)段，分段點(diǎn)為各滑 輪、卷筒與鋼絲繩的切點(diǎn)，即m= 1時(shí)，段數(shù)為3段，分段鋼絲繩分別為L12、L23、L34，當(dāng)m= 2 時(shí)，段數(shù)為7段，分段鋼絲繩分別為L12、L23、L34、L45、L56、L67、L78，當(dāng)m= 3時(shí)，段數(shù)為9段，分 段鋼絲繩分別為L12、L23、L34、L45、L56、L67、L78、L89、L91(l ;當(dāng)起升機(jī)構(gòu)采用雙聯(lián)卷筒時(shí)，將雙聯(lián) 卷筒簡化為兩個(gè)并聯(lián)的單聯(lián)卷筒，同單聯(lián)卷筒設(shè)取分段點(diǎn)方法一樣，把雙聯(lián)卷筒起重機(jī)的 起升鋼絲繩分成數(shù)段，分段點(diǎn)為各滑輪、卷筒與鋼絲繩的切點(diǎn)，即當(dāng)m= 1時(shí)，段數(shù)為1段， 分段鋼絲繩為L12，當(dāng)m= 2時(shí)，段數(shù)為3段，分段鋼絲繩分別為L12、L23、L34，當(dāng)m= 3時(shí)，段 數(shù)為5段，分段鋼絲繩分別為112、1^、1^4上45上 56，當(dāng)111 = 4時(shí)，段數(shù)為7段，分段鋼絲繩分別 為L12、L23、L34、L45、L56、L67、L78，當(dāng)m= 5 時(shí)，段數(shù)為 9 段，分段鋼絲繩分別為L12、L23、L34、L45、 L56、L67、L78、L89、L91Q，當(dāng)m= 6 時(shí)，段數(shù)為 11 段，分段鋼絲繩分別為L12、L23、L34、L45、L56、L67、 L78、L89、L9 1(l、L1(ln、Ln12 ;倍率m還可以為其它的整數(shù)：m= 7、m= 8、m= 9 ; 3) 依據(jù)下列公式計(jì)算起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)起升、下降和靜止三種狀態(tài)下各分段鋼絲繩所受 的拉力， 起升過程中各分段鋼絲繩所受的拉力為
sm =n........SiC 式中4--有阻力上升時(shí)，卷筒上分段鋼絲繩所受拉力，S2，S3,……Sm--有阻力 上升時(shí)，定滑輪系上各分段鋼絲繩所受拉力，Sm-有阻力上升時(shí)，均衡滑輪上鋼絲繩所受 拉力；Q--實(shí)時(shí)監(jiān)測起吊重物重量；f--卷筒類型，當(dāng)起升機(jī)構(gòu)采用單聯(lián)卷筒時(shí)f取1， 當(dāng)起升機(jī)構(gòu)采用雙聯(lián)卷筒時(shí)f取2 ;n--滑輪的效率； 上升過程中各分段鋼絲繩所受拉力為
式中：n--滑輪效率的個(gè)數(shù)，n取1，2,……m;Sp--上升過程中各分段鋼絲繩所受拉 力；Q--實(shí)時(shí)監(jiān)測起吊重物重量；f--卷筒類型，當(dāng)起升機(jī)構(gòu)采用單聯(lián)卷筒時(shí)f取1，當(dāng)起 升機(jī)構(gòu)采用雙聯(lián)卷筒時(shí)f取2 ;n--滑輪的效率； 下降過程中各分段鋼絲繩所受的拉力為
式中：s，i-有阻力下降時(shí)，卷筒上分段鋼絲繩所受拉力，s'2，s' 3,……s'^- 有阻力下降時(shí)，定滑輪系上各分段鋼絲繩所受拉力，s'm-有阻力下降時(shí)，均衡滑輪上鋼 絲繩所受拉力；Q--實(shí)時(shí)監(jiān)測起吊重物重量；f--卷筒類型，當(dāng)起升機(jī)構(gòu)采用單聯(lián)卷筒時(shí) f取1，當(dāng)起升機(jī)構(gòu)采用雙聯(lián)卷筒時(shí)f取2 ;n--滑輪的效率； 下降過程中各分段鋼絲繩所受拉力為
式中：n--滑輪效率的個(gè)數(shù)，n取1，2,……m;S' p--下降過程中各分段鋼絲繩所受拉 力；Q--實(shí)時(shí)監(jiān)測起吊重物重量；f--卷筒類型，當(dāng)起升機(jī)構(gòu)采用單聯(lián)卷筒時(shí)f取1，當(dāng)起 升機(jī)構(gòu)采用雙聯(lián)卷筒時(shí)f取2 ;n--滑輪的效率； 起升機(jī)構(gòu)靜止過程中各分段鋼絲繩所受拉力為
式中：Sp，--起升機(jī)構(gòu)靜止過程中各分段鋼絲繩所受拉力；m--滑輪組的倍率；Q--實(shí)時(shí)監(jiān)測起吊重物重量；f--卷筒類型，當(dāng)起升機(jī)構(gòu)采用單聯(lián)卷筒時(shí)f取1，當(dāng)起升 機(jī)構(gòu)采用雙聯(lián)卷筒時(shí)f取2; 4)對采集的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，建立起重機(jī)的各分段鋼絲繩在起升下降、小車 大車及回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)行的整個(gè)行程過程中拉力的力學(xué)模型：即
式中：n--滑輪效率的個(gè)數(shù)，n取1，2,……m --分段鋼絲繩所受的實(shí)時(shí)起升拉 力；Q--實(shí)時(shí)監(jiān)測起吊重物重量；n--滑輪的效率；扒--起升載荷系數(shù)；f--卷筒類 型，當(dāng)起升機(jī)構(gòu)采用單聯(lián)卷筒時(shí)f取1，當(dāng)起升機(jī)構(gòu)采用雙聯(lián)卷筒時(shí)f取2 ;SP--上升過程 中各分段鋼絲繩所受拉力；
式中--小車、大車或回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)水平運(yùn)行時(shí)分段鋼絲繩所受的實(shí)時(shí)拉力；P--分段鋼絲繩所受的水平慣性力；Sp，--起升機(jī)構(gòu)靜止（不升降）過程中各分段鋼絲繩 所受拉力；
式中：n--滑輪效率的個(gè)數(shù)，n取1，2,……m;TTPf--分段鋼絲繩所受的實(shí)時(shí)下降拉 力；Q--實(shí)時(shí)監(jiān)測起吊重物重量；n--滑輪的效率；扒--起升載荷系數(shù)；f--卷筒類 型，當(dāng)起升機(jī)構(gòu)采用單聯(lián)卷筒時(shí)f?取1，當(dāng)起升機(jī)構(gòu)采用雙聯(lián)卷筒時(shí)f?取2 ;S'p一一下降過 程中各分段鋼絲繩所受拉力； 5) 根據(jù)上述建立的實(shí)時(shí)拉力的力學(xué)模型，計(jì)算出起重機(jī)起升鋼絲繩上各分段鋼絲繩的 起升過程中的實(shí)時(shí)起升拉力、小車大車或回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中的實(shí)時(shí)拉力和下降過程中的 實(shí)時(shí)下降拉力；依據(jù)上述獲得的各分段鋼絲繩的實(shí)時(shí)!^#、拉力計(jì)算出各分 段鋼絲繩的應(yīng)力； 6) 重復(fù)上述第3)步驟、第4)步驟和第5)步驟，計(jì)算出鋼絲繩各分段評估點(diǎn)在不同時(shí) 刻所對應(yīng)的應(yīng)力，并統(tǒng)計(jì)分析該點(diǎn)的實(shí)時(shí)應(yīng)力變化； 7) 通過第6)步驟所得數(shù)據(jù)，采用鋼絲繩壽命評估方法，計(jì)算鋼絲繩各分段評估點(diǎn)的壽 命； 8) 重復(fù)上述第2)、3)、4)、5)、6)和7)步驟，得到鋼絲繩上不同分段點(diǎn)上的壽命，從而對 整個(gè)鋼絲繩全程壽命進(jìn)行評估； 9) 依據(jù)起升鋼絲繩全程壽命評估，對起升鋼絲繩提出預(yù)警。
【文檔編號】B66C13/16GK104401874SQ201410534511
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月11日
【發(fā)明者】高崇仁, 王愛紅, 張彥, 殷玉楓, 高有山 申請人:太原科技大學(xué)