一种可预警倾斜的塔吊及其倾斜检测与预警方法与流程

本发明涉及塔吊，具体涉及一种可预警倾斜的塔吊及其倾斜检测与预警方法。

背景技术：

在现代化城市建设中，城市中各类的建设工地越来越多。在建设工地建设中施工，直升式塔吊几乎是高层建筑的主要机械设备，因此经常由于对塔吊的使用与维护不够，出现越来越多的事故，直升式塔吊的标准节彼此连接并逐步累加起来，满足了不同高度塔吊的需求，标准节采用焊接方式进行制作，标准节与标准节之间采用十几个螺栓连接。塔吊在建筑工地使用率较高，因此保养不好以及陈旧的塔吊越来越多，由于连接螺栓脱落松动、标准节变形(塑性变形)、材料锈蚀等带来的事故经常出现。

虽然有塔吊吊重检测控制系统，但不能从根本上解决问题，即检测不到塔吊本身的质量问题；而且现有塔吊吊重检测控制系统不能及时迅速的进行塔吊本身质量问题的信息反馈。

技术实现要素：

本发明旨在解决现有的塔吊吊重检测控制系统不能从根本上检测塔吊本身的质量问题，而且不能及时且迅速的进行塔吊本身质量问题信息反馈的技术问题，而提供一种可预警倾斜的塔吊及其倾斜检测与预警方法。

为达到上述目的，本发明提供了一种可预警倾斜的塔吊，包括塔身、旋转吊臂、倾角测量装置、通讯单元、数据处理单元以及报警单元，所述塔身包括多个依次叠加的标准节以及套装于塔身上端外侧的套架；所述旋转吊臂通过塔吊回转机构与塔身可旋转连接；所述数据处理单元通过通讯单元接收倾角测量装置输出的塔身倾角信号，同时将该塔身倾角信号与设定的安全曲线进行对比以生成报警信号；所述报警单元根据报警信号报警；

其特殊之处在于：

所述倾角测量装置设置于塔身的上端。

进一步地，所述倾角测量装置水平固定于所述套架外侧的上端。

进一步地，所述倾角测量装置水平固定于塔身最上端标准节中心线的上端位置。

进一步地，还包括扭转传感器，所述扭转传感器与倾角测量装置的安装位置相同；

所述数据处理单元通过通讯单元接收扭转传感器输出的塔身扭转信号，同时将该塔身扭转信号与设定的安全曲线进行对比以生成报警信号。

进一步地，还包括调平机构，所述倾角测量装置和扭转传感器安装在调平机构上。

进一步地，所述倾角测量装置为倾角传感器、三轴加速度倾角传感器或gps定位单元。

进一步地，所述倾角测量装置的分辨率小于0.004度。

基于上述的一种可预警倾斜的塔吊，本发明还提供了一种塔吊倾斜检测与预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)安装：

塔身上端安装至少一个倾角测量装置，倾角测量装置通过通讯单元与数据处理单元连接；数据处理单元与报警单元相连；所述倾角测量装置设置于套架外侧的上端，或者设置于塔身最上端标准节中心线的上端位置；

2)检测：

吊起测试配重，让塔吊处于最大幅度状态，正反各转至少一圈，倾角测量装置测量塔身倾角并发送至数据处理单元；若根据塔身倾角所得倾斜曲线位于设定的安全曲线内，检测结果为安全；

3)预警：

检测安全的塔吊在正常使用时，倾角测量装置实时测量塔身的倾角，若任意时刻的塔身倾角超出设定的安全曲线，通过数据处理单元向报警单元发送报警信号，由报警单元进行报警。

进一步地，在每次塔吊状态改变后，均需重新进行步骤2)所述检测；

所述塔吊状态改变包括增加或减少标准节，或者安装或去掉塔吊附着臂。

进一步地，所述步骤3)还包括：安装于套架外侧上端的扭转传感器实时检测旋转吊臂启动与停止时标准节的扭转角度，若任意时刻该扭转角度超出设定的安全阈值，数据处理单元向报警单元发送报警信号，由报警单元进行报警。

本发明的有益效果是：

1.现有塔吊吊重检测控制系统的旋转吊臂沿塔吊回转机构旋转，其倾角测量时，需要分别测量旋转吊臂的倾角及方位角。但是，旋转吊臂的倾角受回转机构回转误差的影响，测量误差较大；而旋转吊臂的方位角测量常常收到受到角度传感器精度差及延迟长的影响，导致整体检测精度差。本发明通过在静止的塔身上端安装可敏感塔身倾斜角度的倾角测量装置，从根本上避免了旋转吊臂的旋转所带来的误差，从而可以实时检测塔身顶端沿理想轴线的微小倾斜，再通过数据处理单元对比处理就可实时反馈塔吊系统的工作与设备自身状况，达到检测及预警目的，从而降低危险事故发生率。

2.现有塔吊吊重检测控制系统通过检测旋转吊臂的加速度，进行扭转检测。但是，旋转吊臂在起吊不同重量时，检测的加速度有所不同，所以无法从根本上检测塔身的扭转程度。本发明在塔身的套架外侧上端设置扭转传感器，用于实时测量旋转吊臂启动与停止时标准节的扭转角度，若塔吊倾斜，则扭转角度定会有所改变，因此扭转角度的测量进一步增加了塔吊倾斜测量的敏感度。另外，若塔吊启动与停止的加速度过大，也会导致标准节的扭转角度过大，同样会引起报警，制止操作人员的野蛮启停，从而进一步保证了塔吊的结构安全。

3.本发明倾角传感器的倾角明显变化，除了倾角的大小代表塔身安全的程度；其倾角明显变化的方位，代表着与其圆对称的方位处的塔身存在安全隐患，方便维修人员快速找到隐患处，缩短检修时间。

4.本发明将倾角测量装置和扭转传感器设置于调平机构上，可在使用初期，先对倾角测量装置进行水平面调平后，再投入使用，可以提高塔吊使用中的检测及预警精度。

5.本发明将倾角测量装置和扭转传感器可设置于塔身最上端标准节中心线的上端，也可设置于套架的外侧的上端，安装位置灵活。当倾角测量装置和扭转传感器设置于塔身最上端标准节中心线的上端，其测量精度更高；当倾角测量装置和扭转传感器设置于安装更方便。当然，也可以根据实际情况，将倾角测量装置和扭转传感器分别设置于塔身最上端标准节中心线的上端及套架的外侧的上端。

6.本发明所使用的倾角测量装置的分辨率小于0.004度，大大提高了测量精度，更为有效预警，进一步提高了塔吊的安全性。

7.本发明结构简单易实施，既可以在旧塔吊上进行改装，也可以在新生产的塔吊上进行初装，所增加的成本不多，而其效果却有效保障了塔吊自身安全及塔吊上操作人员的生命安全。

附图说明

图1是本发明一种可预警倾斜的塔吊结构示意图；

图2是图1的俯视图。

图中，1-塔身，11-标准节，12-附着臂，13-套架，2-旋转吊臂，3-倾角测量装置，4-塔吊回转机构，5-调平机构，6-扭转传感器，7-测试配重。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种可预警倾斜的塔吊及其倾斜检测与预警方法作进一步详细说明。根据下面具体实施方式，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是：附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的；其次，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。

本发明一种可预警倾斜的塔吊，如图1、图2所示，包括塔身1、旋转吊臂2、倾角测量装置3、调平机构5、扭转传感器6、通讯单元、数据处理单元以及报警单元，塔身1包括多个依次叠加的标准节11、安装于塔身1中部的塔吊附着臂12，以及套装于塔身1上端外侧的套架13；旋转吊臂2通过塔吊回转机构4与塔身1可旋转连接，调平机构5可采用各种专业的调平机构，也可以由平板及平板上呈三角形分布的三个调平螺钉组成，其设置于塔身1最上端标准节11的中心线顶部或套架13的外侧的上端；设置于塔身1最上端标准节11的中心线顶部其测量精度更高，设置于套架13的外侧的上端，便于安装；为了进一步提高测量精度，本发明将倾角测量装置3安装在调平机构5上，调节调平机构5使倾角测量装置3水平放置。倾角测量装置3为倾角传感器、三轴加速度倾角传感器或gps定位单元，其分辨率最好小于0.004度；该倾角测量装置3可检测塔吊附着臂12以上的塔身在工作时受力状态下塔身倾角的变化量，检测塔身受到不同方向拉力后塔身顶部倾斜变化。

扭转传感器6也设置在调平机构5上，用于实时测量旋转吊臂2启动与停止时标准节的扭转角度。扭转传感器6与标准节11相同不随旋转吊臂2旋转，正常时不发生扭转，当旋转吊臂2突然启动或停止旋转时则最上端的标准节11会形成一个弹性形体，此时，该标准节产生变形发生扭转，进而产生扭转信号。

数据处理单元通过通讯单元接收倾角测量装置3输出的倾角信号以及扭转传感器6输出的扭转信号并存储，再将倾角测量装置3输出的倾角信号与设定的安全曲线进行对比，并将扭转传感器6输出的扭转信号与设定的安全阈值进行对比，根据对比结果向报警单元输出报警信号。

该塔吊若因标准节螺栓脱落松动，材料塑性变形对塔吊的造成的危害，则可从根本上检测塔吊的因年久失修、长期过负荷使用造成塔吊的质量问题，并可减少塔吊事故的发生。

本发明的设计原理是将塔身看成一个理想的刚性长柱体，其在正常情况下，只受起吊重物的拉力，变形量只与起吊重物的重量和距离相关，倾斜角度不会突变。但是，当连接螺栓脱落松动、标准节变形(塑性变形)、材料锈蚀后，理想的刚性长柱体将不再为理想的刚性体，受到同样距离和重量的起吊重物影响，变形量将会增大，倾斜角度及倾斜的方位也会明显变化，从而引起报警。

上述塔吊的倾斜检测与预警方法包括以下步骤：

步骤1、安装：

在塔身1最上端标准节11的中心线顶部或塔身1的套架13外侧的上端安装至少一个倾角测量装置3和扭转传感器6，倾角测量装置3通过通讯单元与数据处理单元连接；数据处理单元与报警单元相连；

步骤2、检测：

吊起测试配重7，让塔吊处于最大幅度状态，正反各转两圈，倾角测量装置3测量塔身倾角并发送至数据处理单元；若根据塔身倾角所得倾斜曲线位于设定的安全曲线内，检测结果为安全；

步骤3、预警：

检测安全的塔吊在正常使用时，倾角测量装置3实时测量塔身1的倾角，若任意时刻的塔身1的倾角超出设定的安全曲线，数据处理单元向报警单元发送报警信号。同时，检测安全的塔吊在正常使用时，扭转传感器6实时测量旋转吊臂2启动与停止时标准节产生的扭转角度，若任意时刻扭转角度超出设定的安全阈值，数据处理单元向报警单元发送报警信号。

需要注意的是：当塔吊状态改变后，重新进行步骤2的检测；塔吊状态改变包括增加或减少标准节11、安装或去掉塔吊附着臂12。即：每次增加或减少标准节后，需要重新对系统进行距离变化范围和角度变化范围进行重新设定。并对系统进行循环检测对检测数据进行处理，通过对室外温度与风力的检测对检测数据进行修正。系统采用触摸屏人机界面，对授权的现场人员可随时对系统进行小范围修改。数据处理单元可储存25天以上的秒级数据。检测数据可实时通过网络进行上传，管理人员可通过自己的管理权限，对塔吊的各项数据进行检测。