臂架结构疲劳强度监测方法、设备、系统及消防车的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种臂架结构疲劳强度监测方法、设备、系统及消防车，其中所述监测方法包括：接收工作状态时所述臂架结构的至少一个检测点处的应力值；针对每一个检测点，根据其应力值计算其累计疲劳名义应力频次；以及根据所述累计疲劳名义应力频次及预定检修频次和/或预定报废频次来确定所述臂架的检修和/或报废。通过该方法能够避免对臂架疲劳强度的误判，及时对臂架进行检修和/或报废，提高了臂架的使用效率和工作的安全性。
【专利说明】臂架结构疲劳强度监测方法、设备、系统及消防车
【技术领域】
[0001] 本发明涉及工程机械领域，具体地，涉及一种臂架结构疲劳强度监测方法、设备、 系统及消防车。
【背景技术】
[0002] 某些工程机械，例如消防车，一般设有可伸缩式云梯梯架或可折叠展开的臂架，可 以供消防人员登高来进行灭火和营救被困人员，具有臂架的消防车是实现高层建筑灭火以 及抢险救援的主要武器。臂架结构在承受反复载荷作用时会出现疲劳失效，严重影响到臂 架结构的工作性能，甚至威胁其安全性。而消防车的梯架（臂架）作为一种特殊的工程结 构，在进行灭火或者救援作业时工作强度极大，而且消防车平时还需要用于进行日常训练 以及实战演习，这使得梯架（臂架）要经常承受随机的、反复的、高强度的载荷，因而导致梯 架（臂架）臂架结构、特别是其关键位置（结构最大应力位置）发生疲劳失效的几率增加， 而一旦消防车梯架（臂架）结构出现结构或者关键位置的疲劳失效，就会造成消防车工作 性能的降低甚至丧失，这将严重威胁消防车工作的安全性和可靠性。
[0003] 因此，对梯架（臂架）进行结构全生命周期的疲劳强度监控就成为控制梯架（臂 架）疲劳失效、保障其正常工作性能和安全可靠性的关键。但是，当前几乎没有专门针对梯 架（臂架）全生命周期的疲劳强度监测技术和方法，其疲劳失效的判定一般依靠使用时间 来确定。
[0004] 在基于时间历程的消防车梯架（臂架）疲劳失效判断方法中，当消防车整车生产 完成后，消防车的生命周期开始，消防车交付至消防队使用的时间为I;;当消防车交付使用 的时间达到TX1时间时，需进行第1次检修，当到达TX2时间时，需进行第2次检修……到达 Tffl时间时，完成其生命周期内（第N次）最后一次检修，直至到\时间消防车报废。
[0005] 其中，消防车交付使用的时间I；是变化的，而检修时间TX1、TX2……Tffl-般是通过 结合相关理论和经验来确定，例如按工程结构疲劳强度理论和消防车实际使用、维修经验 来设定每次检修时间，并且与L有关；而消防车报废的时间TB也一般按相关标准或者经验 来确定。
[0006] 由于消防车在不同的地域、时间以及环境下的使用频率、强度等情况是不同的，使 用频率和强度比较大的梯架（臂架）在相对较短的时间内就可能已经出现疲劳失效，而使 用频率和强度比较小的梯架（臂架）在相对较长的时间内还有可能不会出现疲劳失效。因 此，如果以使用时间长短作为疲劳失效判定依据，极有可能会造成误判断。另外，现有方法 没有对于消防车梯架（臂架）结构应力以及疲劳强度的智能预警机制，使得使用者必须对 消防车使用频率、时长等情况进行人工记录，消防车的检修或者报废也人为判定，这就极大 的增加了消防车使用以及保养的繁琐性，而且间接的增加了其使用的安全风险。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提供一种臂架结构疲劳强度监测方法、设备、系统及消防车，该监 测方法能够较为准确地判断检修和报废时间，极大地提高了臂架的使用效率和工作的安全 性。
[0008] 为了实现上述目的，本发明提供一种臂架结构疲劳强度监测方法，所述监测方法 包括：接收工作状态时所述臂架结构的至少一个检测点处的应力值；针对每一个检测点， 根据其应力值计算其累计疲劳名义应力频次；以及根据所述累计疲劳名义应力频次及预定 检修频次和/或预定报废频次来确定所述臂架的检修和/或报废。
[0009] 相应地，本发明还提供一种臂架结构疲劳强度监测设备，所述监测设备包括：接收 装置，接收工作状态时所述臂架结构的至少一个检测点处的应力值；以及决策装置，用于： 针对每一个检测点，根据其应力值计算其累计疲劳名义应力频次；及根据所述累计疲劳名 义应力频次及预定检修频次和/或预定报废频次来确定所述臂架的检修和/或报废。
[0010] 相应地，本发明还提供一种臂架结构疲劳强度监测系统，所述监测系统包括：上述 臂架结构疲劳强度监测设备；检测装置，与所述接收装置连接，用于检测所述臂架的检测点 处的应力值。
[0011] 相应地，本发明还提供一种消防车，所述消防车包括上述臂架结构疲劳强度监测 系统。
[0012] 通过上述技术方案，根据臂架检测点的累计疲劳名义应力频次及预定检修频次和 /或预定报废频次来确定所述臂架的检修和/或报废，如此能够避免对臂架疲劳强度的误 判，及时对臂架进行检修和/或报废，提高了臂架的使用效率和工作的安全性。
[0013] 本发明的其它特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具 体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0015] 图1为本发明提供的臂架结构疲劳强度监测系统的结构框图；
[0016]图2为具有3节梯架的某一型号的云梯消防车臂架结构疲劳监测系统中检测装置 的安装实例示意图；
[0017] 图3(a)-(f)给出了显示装置的显示画面的示意图；以及
[0018] 图4为根据本发明的臂架结构疲劳强度监测方法的流程图。
[0019] 附图标记说明
[0020] 10 检测装置 20 监测设备
[0021] 210接收装置 220决策装置
【具体实施方式】
[0022] 以下结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描 述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0023] 图1是本发明提供的臂架结构疲劳强度监测系统的结构框图。如图1所示，本发明 提供的臂架结构疲劳强度监测系统可以包括：检测装置10,用于检测臂架的检测点处的应 力值；以及臂架结构疲劳强度监测设备20,该监测设备20可以包括：接收装置210和决策 装置220,接收装置210用于接收工作状态时所述臂架结构的至少一个检测点处的应力值； 决策装置220用于：针对每一个检测点，根据其应力值计算其累计疲劳名义应力频次；及根 据所述累计疲劳名义应力频次及预定检修频次和/或预定报废频次来确定所述臂架的检 修和/或报废。其中，检测装置10与接收装置210连接。所计算的累计疲劳名义应力频次 能够较为准确的反映臂架的强度，因此基于累计疲劳名义应力频次能够较为准确地确定臂 架的检修和/或报废。
[0024] 检测装置10主要是对消防车臂架上关于臂架结构疲劳强度的关键位置处的应力 进行实时检测，同时将实时应力检测值转换为数字信号，以将其输出至接收装置210。从结 构疲劳理论来看，结构疲劳失效一般发生在结构最大应力位置。例如在云梯臂架结构中，下 弦杆为其最为主要的承载结构，梯架结构的疲劳失效一般最先出现在下弦杆上，这也是检 测装置10安装位置选取的基本原则。对于云梯车臂架结构而言，在各种工作工况下，臂架 结构应力最大位置一般出现第一节梯下弦杆，如图2中所示的A位置上。
[0025]图2为具有3节梯架的某一型号的云梯消防车臂架结构疲劳监测系统中检测装置 的安装实例示意图。如图2所示，检测装置10,例如结构应力传感器，可以安装在第一节臂 架一侧下弦杆的A位置上，结构应力传感器可以采取预埋方式安装，即在梯架结构装配之 前，便将结构应力传感器预先安置在弦杆的相应位置上，并预先埋入或后期安装相应的信 号传输线（若信号选择无线方式传输，则安装相应的信号发射装置）；同时，在本实例中，接 收装置210可以安装在第一节臂架靠近操作台的位置处。
[0026] 当然，为提高测量的精度和准确性，测点的数量、位置以及具体的安装方式，可以 视实际情况来进行调整，在此不一一赘述。以下将详细描述其安装过程。
[0027] 首先通过理论分析计算，对消防车臂架的工作情况和载荷受力情况进行分析，并 例如通过有限元软件来模拟臂架的各种工况，以便寻找臂架上关于臂架结构疲劳强度的关 键位置，例如该关键位置可以为臂架结构的应力最大位置（或者对于多个应力传感器，寻 找多个应力较大位置），从而确定每节臂架应力传感器的具体安装数量和位置；然后再根 据臂架的具体结构和安装位置的实际情况，来合理选择应力传感器和信号线（或者信号发 射装置）的安装方式，以便确定是在梯架装配前预装还是在装配完成后安装，并根据实际 情况确定信号接收装置的安放位置。当然，在实际使用之前，应该通过相应的调试和试验。
[0028] 监测设备20中的接收装置210接收由检测装置10传递而来的臂架结构关键位置 处的实时应力信号，通过决策装置220对结构各关键位置的实时应力信号进行疲劳名义应 力的计算，并获得各位置处的累计疲劳名义应力频次；当臂架某位置的结构疲劳名义应力 频次达到预定值时，决策装置220就会发出相应的检修、报废或者预警指令。以下将通过具 体实施方式来详细描述上述过程。
[0029] 在该实施方式中，监测设备可以安装在在云梯消防车臂架的操作系统中，以方便 所需要的相应信号的输入和输出。
[0030] 接收装置210接收检测装置10 (例如结构应力传感器）检测到的臂架在工作状态 下相应位置处的实时应力值；决策装置220根据以下公式计算接收到的相邻两次采样时的 应力值Fm和Fm+1之间的应力波动幅值Sm :
[0031] 8m= |Fm+1-Fm
[0032] 然后，决策装置220根据以下公式计算第m次采样时的疲劳名义应力频次nm :
【权利要求】
1. 一种臂架结构疲劳强度监测方法，其特征在于，所述监测方法包括： 接收工作状态时所述臂架结构的至少一个检测点处的应力值； 针对每一个检测点，根据其应力值计算其累计疲劳名义应力频次；以及 根据所述累计疲劳名义应力频次及预定检修频次和/或预定报废频次来确定所述臂 架的检修和/或报废。
2. 根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述检测点位于所述臂架上关于臂 架结构疲劳强度的关键位置。
3. 根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，针对每一个检测点累计其疲劳名义 应力频次包括： 根据以下公式计算接收到的相邻两次采样时的应力值Fm和Fm+1之间的应力波动幅值 5 m ： 5 m = I Fm+1-Fm I ；
其中，m= 1，2,…，T，T为整数，\为该检测点的疲劳应力允许的波动幅值，且 0〇
4. 根据权利要求3所述的监测方法，其特征在于，所述预定检修频次包括预警检修频 次和强制检修频次，且所述预定报废频次包括预警报废频次Nbf_"_和强制报废频次Nbf_ qz，其 中，针对所述至少一个检测点中的任意检测点，执行以下至少一者： 当所述累计疲劳名义应力频次Nm等于第p次检修的预警检修频次Np_"_时，向监测预警 系统发送对所述臂架进行第P次检修的预警指令； 当所述N111大于所述Np_".且小于第p次检修的强制检修频次N"z时，向所述监测预警系 统连续发送对所述臂架进行第P次检修的预警指令，且发送臂架负载不能超过第P次检修 的预设负载的指令； 当所述Nm等于所述N"z时，向所述监测预警系统发送对所述臂架进行第p次检修的强 制指令，并发送禁止臂架工作的指令； 当所述Nm等于所述Nbf_"_时，向所述监测预警系统发送对所述臂架进行报废的预警指 令，并发送臂架负载不能超过报废的预设负载的指令； 当所述Nm大于所述Nbf_"_且小于所述Nbf_qz时，向所述监测预警系统连续发送对所述臂 架进行报废的预警指令，并发送臂架负载不能超过报废的预设负载指令；以及 当所述Nm等于所述Nbf_qz时，向所述监测预警系统发送对所述臂架进行报废的强制指 令，并发送禁止所述臂架工作的指令。
5. -种臂架结构疲劳强度监测设备，其特征在于，所述监测设备包括： 接收装置，接收工作状态时所述臂架结构的至少一个检测点处的应力值；以及 决策装置，用于： 针对每一个检测点，根据其应力值计算其累计疲劳名义应力频次；及 根据所述累计疲劳名义应力频次及预定检修频次和/或预定报废频次来确定所述臂 架的检修和/或报废。
6. 根据权利要求5所述的监测设备，其特征在于，所述决策装置针对每一个检测点累 计其疲劳名义应力频次包括： 根据以下公式计算接收到的相邻两次采样时的应力值Fm和Fm+1之间的应力波动幅值 5 m ： 5 m = I Fm+1-Fm I ；
其中，m= 1，2,…，T，T为整数，\为该检测点的疲劳应力允许的波动幅值，且 0〇
7. 根据权利要求6所述的监测设备，其特征在于，所述预定检修频次包括预警检修频 次和强制检修频次，且预定报废频次包括预警报废频次Nbf_"_和强制报废频次Nbf_ qz，其中， 所述决策装置还针对所述至少一个检测点中的任意检测点执行以下至少一者： 当所述累计疲劳名义应力频次Nm等于第p次检修的预警检修频次Np_"_时，向监测预警 系统发送对所述臂架进行第P次检修的预警指令， 当所述Nm大于等于所述Np_"_且小于第p次检修的强制检修频次N"z时，向所述监测预 警系统连续发送对所述臂架进行第P次检修的预警指令，且发送臂架负载不能超过第P次 检修的预设负载的指令， 当所述Nm等于所述N"z时，向所述监测预警系统发送对所述臂架进行第p次检修的强 制指令，并发送禁止臂架工作的指令， 当所述Nm等于所述Nbf_"_时，向所述监测预警系统发送对所述臂架进行报废的预警指 令，并发送臂架负载不能超过报废的预设负载的指令， 当所述Nm大于等于所述Nbf_yj且小于所述Nbf_ qz时，向所述监测预警系统连续发送对所 述臂架进行报废的预警指令，并发送臂架负载不能超过报废的预设负载的指令， 当所述Nm等于所述Nbf_qz时，向所述监测预警系统发送对所述臂架进行报废的强制指 令，并发送禁止所述臂架工作的指令。
8. -种臂架结构疲劳强度监测系统，其特征在于，所述监测系统包括： 权利要求5-7中任一项权利要求所述的臂架结构疲劳强度监测设备； 检测装置，与所述接收装置连接，用于检测所述臂架的检测点处的应力值。
9. 根据权利要求8所述的监测系统，其特征在于，所述监测系统还包括监测预警系统， 该监测预警系统包括： 显示装置，用于显示所述臂架的应力值、生命周期、检修预警、强制检修、报废预警及强 制报废的监测信息； 控制装置，根据所述监测信息控制所述臂架的工作；以及 售后服务系统，用于获取所述监测信息以对所述臂架进行售后管理。
10. -种消防车，其特征在于，所述消防车包括权利要求8或9的臂架结构疲劳强度监 测系统。
【文档编号】G01M99/00GK104330272SQ201410570521
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月23日 优先权日:2014年10月23日
【发明者】罗玗琪, 周磊 申请人:长沙中联消防机械有限公司, 中联重科股份有限公司