一种塔机顶升状态在线监控系统的制作方法
【专利摘要】一种塔机顶升状态在线监控系统，包括安装在平衡臂上的第一振动监测装置；安装在塔机塔身的第二振动监测装置；安装在起重臂上的第三振动监测装置；安装在顶升油缸上的卡阻监测装置。所述第一振动监测装置、第一振动监测装置、第三振动监测装置、卡阻监测装置分别连接到控制报警装置。本实用新型一种塔机顶升状态在线监控系统，通过监测塔机平衡臂、塔身和起重臂的振动加速度的方式来监测塔机的振动载荷是否超出安全值，以及通过监测顶升油缸负载来监测塔机是否出现卡阻的多参数顶升状态在线监控方法，实现早期发现顶升异常，控制顶升油缸动作，提高塔机顶升作业的安全性。
【专利说明】一种塔机顶升状态在线监控系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种塔机顶升状态在线监控系统，以及塔式起重机顶升作业过程实时监测领域。
【背景技术】
[0002]塔式起重机(以下简称塔机)是现代工业与民用建筑的主要施工机械之一。主要由底架、塔身、平衡臂、起重臂、塔顶以及拉杆等部分组成，其工作机构主要包括:起升机构、回转机构、小车牵引机构、顶升机构等。由于塔式起重机能靠近建筑物，其幅度利用率可达全幅度的80%。因此，塔式起重机在高层建筑施工中使用量一直处于领先地位。随着大型工程的建设增多，对塔式起重机的高度提出了越来越高的要求，由于塔机的接高不能使用其它辅助设备，需要自顶升加高，因此，具有自顶升加节的自升式塔机得到了广泛的应用。
[0003]自升式塔机的顶升加节通过顶升机构完成，典型的顶升机构是由一个套在塔身且一面开口的套架、一个标准节引进装置和一套安装在套架上的顶升油缸系统组成。在顶升作业中顶升油缸将上部结构(主要包括平衡臂、塔身以及起重臂)顶起，此时上部结构与塔身需要暂时完全分离，上部结构的自重仅通过顶升油缸支承，上部结构的倾覆力矩经套架传递给塔机塔身。在顶升作业过程中，尽管已经将塔机调配至静平衡状态，但风载、顶升油缸顶升力的波动等因素会引起塔机的弹性振动，产生振动应力。同时由于套架和塔身间存在间隙，这使得上部结构振动产生的倾覆力矩间歇的传递给塔身，这使得套架对塔身有着较强的振动应力，如果产生的振动应力过大，超过了塔机钢结构强度极限，将造成塔机钢结构破坏，并且在塔机出现卡阻现象时会使得顶升油缸负载升高，在卡阻阶段过后顶升油缸负载有快速降低，引起顶升力的波动，造成塔机振动加剧。
[0004]国标GBT26471-2011《塔式起重机安装与拆卸规则》中规定:塔机顶升过程中，应随时观察套架与塔身轨道有无卡阻现象，主电缆是否被夹拉挤伤等。若出现异常情况，应立即停止操作。目前对国标规定采用的是由操作人员根据塔机的振动程度依靠经验来判断塔机是否出现异常。由于人员判断时间有延迟，当判断塔机出现明显异常开始处理时为时已晚。因此，对塔机顶升作业异常状态的早期发现与处理是十分必要的。然而，在现有的技术中，一方面没有对需要停止操作的异常情况做明确的说明，另一方面在塔机将要出现，甚至已经出现需要停止操作的异常情况时，操作人员由于反应延迟不能及时停止操作。因此，急需开发一套塔机顶升作业在线监控系统，实时监控塔机顶升作业过程中塔机的卡阻状态和振动加速度信息，判定塔机是否出现卡阻或振动载荷是否过大，实现塔机顶升异常状态的早期发现与处理，从而提高塔机顶升作业的安全性。
【发明内容】
[0005]针对上述存在的技术问题，本实用新型提供一种塔机顶升状态在线监控系统，通过监测塔机平衡臂、塔身和起重臂的振动加速度的方式来监测塔机的振动载荷是否超出安全值，以及通过监测顶升油缸负载来监测塔机是否出现卡阻的多参数顶升状态在线监控方法，实现早期发现顶升异常，控制顶升油缸动作，提高塔机顶升作业的安全性。
[0006]本实用新型采取的技术方案为:一种塔机顶升状态在线监控系统，包括安装在平衡臂上的第一振动监测装置；安装在塔机塔身的第二振动监测装置；安装在起重臂上的第三振动监测装置；安装在顶升油缸上的卡阻监测装置。所述第一振动监测装置、第一振动监测装置、第三振动监测装置、卡阻监测装置分别连接到控制报警装置。
[0007]所述第一振动监测装置、第二振动监测装置、第三振动监测装置，每一个振动监测装置均包括底座、线圈、弹簧、永磁铁、调节螺母、外围电路模块、无线信号发射装置，线圈、无线信号发射装置固定安装在底座上，调节螺母安装在底座上，调节螺母通过弹簧连接永磁铁一端，永磁铁另一端通过弹簧连接底座，线圈连接无线信号发射装置。
[0008]在应用过程中，首先根据塔机设计说明书中所采用的塔机动载系数确定塔机安全运行时所允许的最大振动加速度；然后，在所确定的最大振动加速度下设定第一、二、三振动监测装置，具体的，拧紧调节螺母，使振动监测装置作简谐振动，且简谐振动的最大加速度大小为上述所确定的最大振动加速度，逐步放松调节螺母，直至第一、二、三振动监测装置内线圈所产生感应电动势超出外围电路模块所设定的阈值电压而发出报警信号，至此第一、二、三振动监测装置设定完毕。在进行振动监测装置的安装时，将所述的调节完毕的振动监测装置固定安装在塔机的对应位置上。在进行顶升作业时，振动监测装置内的永磁铁在惯性力、弹簧回复力的作用下相对于线圈振动从而改变线圈的磁通量进而在线圈的两端产生感应电动势，当产生的感应电动势超出外围电路模块所设定的阈值电压时，发出报警信号。
[0009]所述线圈连接外围电路模块、外围电路模块通过弓I线连接无线信号发射装置。
[0010]所述卡阻监测装置包括安装在顶升油缸的无杆腔中的压力传感器，压力传感器用于监测顶升油缸中的无杆腔的油压。
[0011]控制报警装置包括信号接收模块、声光报警器以及执行元件，其中信号接收模块安装在塔机司机室内用于接收无线脉冲信号发射装置发出的无线脉冲信号，声光报警器安装在塔机司机室内，在信号接收模块在接收到报警信号后驱动声光报警器发出连续声光报警，提醒塔机司机现阶段塔机处于危险状态，应立即停止顶升作业。
[0012]其中执行元件为三位四通电磁换向阀安装在塔机顶升液压系统中，控制报警装置3在接收到控制报警信号后立即驱动电磁换向阀停止给顶升油缸供油以停止顶升油缸动作，待塔机回复稳定后收回顶升油缸，排除故障后再进行顶升作业。
[0013]一种塔机顶升状态在线监控方法，通过第一振动监测装置、第二振动监测装置、第三振动监测装置分别监测平衡臂、塔机塔身、起重臂的振动加速度，将监测平衡臂、塔机塔身、起重臂的振动加速度分别与平衡臂、塔机塔身、起重臂振幅的设定值比较，当测量塔机塔身、起重臂和平衡臂的其中一个加速度值大于等于其中一个加速度设定值时，控制顶升系统立即停止顶升，待塔机回复稳定后收回顶升油缸，排除故障后再进行顶升作业；当测量塔机塔身、起重臂和平衡臂的加速度值均小于等于设定值时，继续进行顶升作业。
[0014]一种塔机顶升状态在线监控方法，其特征在于，卡阻监测装置实时监测顶升过程中，顶升油缸无杆腔的压力，如果测量的压力出现急剧增加或者剧烈震荡时，发出报警信号，立即驱动三位四通电磁换向阀停止给顶升油缸供油以停止顶升油缸动作，待塔机回复稳定后收回顶升油缸，排除故障后再进行顶升作业。
[0015]一种塔机顶升状态在线监控方法，首先在塔机振动频率相近的条件下对第一、二、三振动监测装置进行设定，具体的，塔机设计说明书中所采用的塔机动载系数反应了塔机在设计计算过程中所允许的塔机振动载荷以及振动加速度，在进行第一振动监测装置设定时，在允许的振动加速度条件下，通过调节螺母调节弹簧的预紧力，使得振动监测装置在超出塔机动载系数所确定的振动加速度时发出报警信号。在进行振动监测装置的安装时，将所述的调节完毕的振动监测装置固定安装在塔机的对应位置上。在进行顶升作业时，塔机带动振动监测装置做往复振动，振动监测装置内的永磁铁在惯性力、弹簧回复力的作用下相对于线圈做往复振动从而改变线圈的磁通量进而在线圈的两端产生感应电动势，当产生的感应电动势超出外围电路模块所设定阈值电压时，驱动无线脉冲信号发射装置128发出脉冲信号报警，若测量的感应电动势没有超过阈值电压则继续进行顶升作业。
[0016]一种塔机顶升状态在线监控方法，首先完成顶升作业前的准备工作；启动顶升油缸，开始进行顶升作业；顶升过程中，安装在平衡臂上的第一振动监测装置；安装在塔机塔身的第二振动监测装置；安装在起重臂上的第三振动监测装置内的永磁铁在塔机平衡臂、塔身和起重臂驱动受迫振动，从而改变线圈内的磁通量进而在线圈的两端产生感应电动势；外围电路模块对通过引线输入的感应电动势进行放大并与设定的阈值电压进行对比，当测量的感应电动势超过阈值电压时驱动无线脉冲信号发射装置发出脉冲信号报警，控制报警装置在接收到报警信号后发出声光报警，并立即停止顶升油缸动作，待塔机回复稳定后收回顶升油缸，排除故障后再进行顶升作业；如果各装置均没有发出报警信号，则完成一次顶升作业。
[0017]本实用新型一种塔机顶升状态在线监控系统，能通过在线监测塔机塔身、起重臂和平衡臂的振动加速度、顶升油缸负载状态，判定塔机是否出现需要立即停止操作的异常情况，实现塔机顶升异常状态的早期发现与处理。克服现行顶升过程中操作人员不能及时发现、处理顶升异常状态的问题。此外，采用的振动加速度监测装置由于利用塔机自身振动产生电能，因而不用铺设供电线路，克服了传感器安装困难的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型监控系统连接框图。
[0019]图2为本实用新型监控系统塔机的安装位置示意图。
[0020]图3为本实用新型监控系统中的振动监测装置结构示意图。
[0021]图4为本实用新型监控系统中的卡阻监测装置结构示意图。
[0022]图5为本实用新型监控系统流程图。
【具体实施方式】
[0023]如图1、图2所示，一种塔机顶升状态在线监控系统，包括安装在平衡臂上的第一振动监测装置11 ;安装在塔机塔身的第二振动监测装置12 ;安装在起重臂上的第三振动监测装置13 ;安装在顶升油缸上的卡阻监测装置2 ;所述第一振动监测装置11、第一振动监测装置12、第三振动监测装置13、卡阻监测装置2分别连接到控制报警装置3。
[0024]所述第一振动监测装置11、第一振动监测装置12、第三振动监测装置13分别用于测量所在位置的振动加速度，在测量的振动加速度超出设定的安全值时发出控制报警信号。卡阻监测装置2包含有压力传感器21，其中压力传感器21安装在顶升油缸的无杆腔中，通过监测顶升油缸的负载状态来判断塔机是否出现卡阻，如果测量的顶升油缸负载的幅值超出设定值则发出报警信号。
[0025]在应用过程中，首先在塔机振动频率、振幅相似的条件下对第一振动监测装置11进行设定，具体的，塔机设计说明书中所采用的塔机动载系数反应了塔机在设计计算过程中所允许的塔机振动载荷以及振动加速度，在进行第一振动监测装置设定时通过调节螺母125调节弹簧123的预紧力，使得第一振动监测装置在超出塔机动载系数所确定的振动加速度时发出报警信号。
[0026]控制报警装置3包括信号接收模块、声光报警器以及执行元件，其中信号接收模块安装在塔机司机室内用于接收无线脉冲信号发射装置128发出的无线脉冲信号，声光报警器安装在塔机司机室内，在信号接收模块在接收到报警信号后驱动声光报警器发出连续声光报警，提醒塔机司机现阶段塔机处于危险状态，应立即停止顶升作业。
[0027]其中执行元件为三位四通电磁换向阀22安装在塔机顶升液压系统中，控制报警装置3在接收到控制报警信号后立即驱动电磁换向阀22停止给顶升油缸供油以停止顶升油缸动作，待塔机回复稳定后收回顶升油缸，排除故障后再进行顶升作业。
[0028]如图3所示，振动监测装置包括第一振动监测装置11、第二振动监测装置12、第三振动监测装置13三个部分，分别安装在平衡臂远端、回转塔身和起重臂远端，用于测量平衡臂、塔身以及起重臂的振动加速度。三个部分振动监测装置采用相同的原理和结构来监测振动加速度，下面以安装在起重臂前端的第一振动监测装置11为例进行说明。
[0029]所述第一振动监测装置11包括底座121、线圈122、弹簧123、永磁铁124、调节螺母125、外围电路模块126、无线信号发射装置128。底座121通过螺栓固定安装在平衡臂上，线圈122、无线信号发射装置128固定安装在底座121上，调节螺母125安装在底座121顶部，调节螺母125通过弹簧123连接永磁铁124 —端，永磁铁124另一端通过弹簧连接底座121，线圈122连接无线脉冲信号发射装置128。所述线圈122连接外围电路模块126、外围电路模块126通过引线127连接无线脉冲信号发射装置128。
[0030]所述线圈122通过引线连接外围电路模块126、外围电路模块126通过引线127连接无线信号发射装置128。在工作过程中，永磁铁124在平衡臂振动力和惯性力以及弹簧123回复力的作用下作受迫振动，从而使得线圈122切割磁感线，产生感应电动势，该感应电动势通过引线127作用于外围电路模块126，外围电路模块126对输入的感应电动势进行放大并与设定的阈值电压进行对比，当测量的感应电动势超过阈值电压时驱动无线脉冲信号发射装置128发出脉冲信号报警，若测量的感应电动势没有超过阈值电压则继续进行顶升作业。
[0031]在应用过程中，首先根据塔机设计说明书中所采用的塔机动载系数确定塔机安全运行时所允许的最大振动加速度；然后，在所确定的最大振动加速度下设定第一振动监测装置11、第一振动监测装置12、第三振动监测装置13，具体的，拧紧调节螺母125，使振动监测装置作简谐振动，且简谐振动的最大加速度大小为上述所确定的最大振动加速度，逐步放松调节螺母125，直至第一振动监测装置11、第一振动监测装置12、第三振动监测装置13内线圈122所产生感应电动势超出外围电路模块126所设定的阈值电压而发出报警信号，至此第一振动监测装置11、第一振动监测装置12、第三振动监测装置13设定完毕。在进行振动监测装置的安装时，将所述的调节完毕的振动监测装置固定安装在塔机的对应位置上。在进行顶升作业时，振动监测装置内的永磁铁124在惯性力、弹簧123回复力的作用下相对于线圈122振动从而改变线圈的磁通量进而在线圈122的两端产生感应电动势，当产生的感应电动势超出外围电路模块126所设定的阈值电压时，发出报警信号。
[0032]如图5所示，本实用新型一种塔机顶升状态在线监控方法，在顶升过程中，实时监测塔机塔身、起重臂和平衡臂的振动加速度，监测顶升油缸负载状态，判断塔机是否出现需要立即停止顶升作业的异常情况，在出现异常情况时监测装置发出报警信号，控制报警装置3接收控制报警信号后，发出连续声光报警并立即驱动电磁换向阀停止给顶升油缸供油以停止顶升油缸动作，待塔机回复稳定后收回顶升油缸，排除故障后再进行顶升作业。
[0033]其中，第一振动监测装置11、第一振动监测装置12、第三振动监测装置13分别监测平衡臂、塔身、起重臂的振动加速度是否超出安全值，如果测量的振动加速度超出安全值，则发出报警信号，进行声光报警，并且控制报警装置3立即停止顶升油缸动作，待塔机回复稳定后收回顶升油缸，排除故障后再进行顶升作业。卡阻监测装置2实时监测顶升过程中顶升油缸无杆腔的压力，如果测量的压力出现急剧增加或者剧烈震荡时，发出报警信号，并且控制报警装置3立即停止顶升油缸动作，待塔机回复稳定后收回顶升油缸，排除故障后再进行顶升作业。
[0034]如图5所示，本实用新型一种塔机顶升状态在线监控过程为:首先完成顶升作业前的准备工作；启动顶升油缸，开始进行顶升作业；顶升过程中，安装在平衡臂上的第一振动监测装置11，安装在塔机塔身的第二振动监测装置12，安装在起重臂上的第三振动监测装置13在塔机平衡臂、塔身和起重臂驱动下产生感应电动势；外围电路模块126对输入的感应电动势进行放大并与设定的阈值电压进行对比，当测量的感应电动势超过阈值电压时驱动无线脉冲信号发射装置128发出脉冲信号报警，驱动无线信号发射装置128发出报警脉冲信号，控制报警装置3在接收到报警信号后发出声光报警，并立即驱动三位四通电磁换向阀停止给顶升油缸供油以停止顶升油缸动作，待塔机回复稳定后收回顶升油缸，排除故障后再进行顶升作业；如果各装置均没有发出报警信号，则完成一次顶升作业。
【权利要求】
1.一种塔机顶升状态在线监控系统，包括: 安装在平衡臂上的第一振动监测装置(11)； 安装在塔机塔身的第二振动监测装置(12)； 安装在起重臂上的第三振动监测装置(13)； 安装在顶升油缸上的卡阻监测装置(2);其特征在于，所述第一振动监测装置(11)、第一振动监测装置(12)、第三振动监测装置(13)、卡阻监测装置(2)分别连接到控制报警装置(3)。
2.根据权利要求1所述一种塔机顶升状态在线监控系统，其特征在于，所述第一振动监测装置(11)、第二振动监测装置(12)、第三振动监测装置(13)，每一个振动监测装置均包括底座(121)、线圈(122)、弹簧(123)、永磁铁(124)、调节螺母(125)、无线信号发射装置(128)，线圈(122)、无线信号发射装置(128)固定安装在底座(121)上，调节螺母(125)安装在底座(121)上，调节螺母(125)通过弹簧(123)连接永磁铁(124) —端，永磁铁(124)另一端通过弹簧连接底座(121 )，线圈(122)连接无线信号发射装置(128)。
3.根据权利要求2所述一种塔机顶升状态在线监控系统，其特征在于在应用过程中，在应用过程中，首先根据塔机设计说明书中所采用的塔机动载系数确定塔机安全运行时所允许的最大振动加速度；然后，在所确定的最大振动加速度下设定第一、二、三振动监测装置，具体的，拧紧调节螺母(125)，使振动监测装置作简谐振动，且简谐振动的最大加速度大小为上述所确定的最大振动加速度，逐步放松调节螺母(125)，直至第一、二、三振动监测装置内线圈(122)所产生感应电动势超出外围电路模块(126)所设定的阈值电压而发出报警信号，至此第一、二、三振动监测装置设定完毕。
4.根据权利要求2所述一种塔机顶升状态在线监控系统，其特征在于，所述线圈(122)连接外围电路模块(126)、外围电路模块(126)通过引线(127)连接无线信号发射装置(128)。
5.根据权利要求1所述一种塔机顶升状态在线监控系统，其特征在于，所述卡阻监测装置(2)包括安装在顶升油缸的无杆腔中的压力传感器(21)，压力传感器(21)用于监测顶升油缸中的无杆腔的油压。
6.根据权利要求1所述一种塔机顶升状态在线监控系统，其特征在于，所述控制报警装置(3)包括信号接收模块、声光报警模块、以及安装在塔机顶升液压系统中的执行元件。
【文档编号】B66C13/16GK204057728SQ201420526517
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年9月12日 优先权日:2014年9月12日
【发明者】李力, 颜勇, 文朝辉, 曾德学 申请人:三峡大学