塔机及其结构固定工况在线监测方法、装置和存储介质与流程

本发明涉及起重机领域，特别地，涉及一种塔机及其结构固定工况在线监测方法、装置和存储介质。

背景技术：

塔式起重机(以下简称塔机)是大型作业设备，其主要作用是在工农业建设中用于垂直物料输送，随着现代化建设水平的不断发展，塔机的应用需求越来越多，但伴随着的安全事故也时有发生，每年都有多起带有人身伤亡的塔机重特大事故发生。从所有的事故原因分析结果来看，塔机结构安全是一个不可忽视的原因。

塔机以回转机构处为界，可分为上回转部分和下回转部分，对于平头塔，上回转部分包含吊臂、平衡臂；对于尖头塔还包含有塔帽；对于动臂吊则有吊臂、回转配重平台和a形架构成。所有塔机下回转部分都主要指塔身，塔身由若干个等尺寸的标准节通过销轴或螺栓连接构成，塔身具有标准节数量的多少，就决定了该台塔机的高矮。除少量的固定安装在建筑物上的塔机，随建筑物加高而改变固定点可维持塔身不变外，大多固定在地面的塔机都会随着建筑物的增高，是通过加高塔身高度来满足作业要求的，且高度如果超过该台塔机的独立高度后，其塔身还需要通过附着结构固定到建筑物上来保证塔机塔身的稳定性。也就是说，塔机出厂后，在实际使用时，都有一个再装配过程。一台完整的塔机由若干个大型结构件组成，这些部件在制造过程中或多或少都会出现一些形变，为了保住现场易于安装，部件之间的安装连接尺寸公差都预留较大，这就要求现场安装环节必须有一个精细的位置调整过程，而且在塔机从做基础、加节、做附着以及现场配做平衡配重等环节，稍不注意，都会造成塔机整体结构尺寸偏差过大，从而破坏塔机的结构稳定性，对其运行带来严重安全隐患，同时，目前塔机标准节的连接大多采用高强螺栓方式，且数目庞大，每台塔机的塔身少则几十只，多则几百只，只要一只螺栓出现连接松动，对塔机的安全运行就会带来影响，且现场几乎无法及时排查结构件出现松动的缺陷位置。同时塔机现场安装条件复杂，安装人员水平参差不齐，如何科学有效地解决安装过程中及安装后结构件固定工况的监测，以及时检查到出现的结构问题，减少塔机人身伤亡事故的发生，是业内亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明提供了一种塔机及其结构固定工况在线监测方法、装置和存储介质，以解决现有的塔机在安装过程中和/或安装后无法实现对其结构固定工况进行在线监测的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供一种塔机结构固定工况在线监测方法，用于对塔机的结构固定工况进行在线监测，本发明塔机的回转平台之上设有用于定位实时地理位置信息的位置检测装置，本发明监测方法包括：

接收塔机安装过程中和/或安装后空载状态下对应经位置检测装置检测的不同回转角度对应的多个位置参数；

根据多个位置参数对应的水平位置坐标和/或海拔高度数据判断塔机的结构固定工况。

进一步地，根据多个位置参数对应的水平位置坐标判断塔机的结构固定工况包括：

判断多个位置参数对应的水平位置坐标是否落入塔机对应的垂直度圆内，根据判断结果生成用于提示塔机结构固定工况故障的提示信息。

进一步地，根据多个位置参数对应的水平位置坐标判断塔机的结构固定工况包括：

记录塔机在设定高度对应的初始水平位置轨迹，初始水平位置轨迹基于塔机空载且在垂直度达标状况下回转一周时位置检测装置采集的位置参数生成；

采集塔机运行后在设定高度下对应的实际水平位置轨迹，实际水平位置轨迹基于塔机空载回转一周时位置检测装置采集的位置参数生成；

比对实际水平位置轨迹与初始水平位置轨迹，生成用于提示塔机结构固定工况故障的提示信息。

进一步地，根据多个位置参数对应的海拔高度数据判断塔机的结构固定工况包括：

判断多个位置参数对应的海拔高度数据的差值是否超出设定阈值，根据判断结果生成用于提示塔机结构固定工况故障的提示信息。

进一步地，根据多个位置参数对应的海拔高度数据判断塔机的结构固定工况包括：

记录塔机在设定高度对应的初始高度位置轨迹，初始高度位置轨迹基于塔机空载且在垂直度达标状况下回转一周时位置检测装置采集的位置参数生成；

采集塔机运行后在设定高度下对应的实际高度位置轨迹，实际高度位置轨迹基于塔机空载回转一周时位置检测装置采集的位置参数生成；

比对实际高度位置轨迹与初始高度位置轨迹，生成用于提示塔机结构固定工况故障的提示信息。

进一步地，提示信息包括塔机上结构件出现松动的方位和/或塔机的附着支撑强度不够对应的方位信息。

根据本发明的另一方面，还提供一种塔机结构固定工况在线监测装置，用于对塔机的结构固定工况进行在线监测，本发明塔机的回转平台之上设有用于定位实时地理位置信息的位置检测装置，本发明监测装置包括：

数据采集单元，用于接收塔机安装过程中和/或安装后空载状态下对应经位置检测装置检测的不同回转角度对应的多个位置参数；

故障判定单元，用于根据多个位置参数对应的水平位置坐标和/或海拔高度数据判断塔机的结构固定工况。

进一步地，故障判定单元包括以下至少之一：

第一判定模块，用于判断多个位置参数对应的水平位置坐标是否落入塔机对应的垂直度圆内，并根据判断结果生成用于提示塔机结构固定工况故障的提示信息；

第二判定模块，用于判断多个位置参数对应的海拔高度数据的差值是否超出设定阈值，根据判断结果生成用于提示塔机结构固定工况故障的提示信息。

根据本发明的另一方面，还提供一种存储介质，存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制存储介质所在设备执行本发明的监测方法。

根据本发明的另一方面，还提供一种塔机，包括设置于塔机的回转平台之上用于定位实时地理位置信息的位置检测装置，还包括与位置检测装置通信连接的处理器，处理器用于运行程序，程序运行时执行本发明的监测方法。

本发明具有以下有益效果：

本发明实施例，通过接收塔机安装过程中和/或安装后空载状态下对应的经其上的位置检测装置检测的不同回转角度对应的多个位置参数，根据多个位置参数对应的水平位置坐标和/或海拔高度数据判断塔机的结构固定工况，解决了塔机的结构固定工况无法实现在线监测的难题，利于提前预判塔身结构紧固缺陷，提升塔机运行的安全性及可靠性。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例塔机结构固定工况在线监测方法的流程示意图；

图2是本发明优选实施例中利用水平位置参数判断塔机的结构固定工况的流程示意图；

图3是本发明优选实施例中塔机初始安装状态的结构示意图；

图4是本发明优选实施例中利用水平位置参数判断塔机的结构固定工况的原理示意图；

图5是本发明优选实施例中利用海拔高度数据判断塔机的结构固定工况的流程示意图；

图6是本发明优选实施例中利用海拔高度数据判断塔机的结构固定工况的原理示意图；

图7是本发明优选实施例塔机结构固定工况在线监测装置的原理方框示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明的一个实施例提供一种塔机结构固定工况在线监测方法，用于对塔机的结构固定工况进行在线监测，塔机的回转平台之上设有位置检测装置。本实施例塔机的吊臂远端或者工作小车或者平衡臂上设有用于定位实时地理位置信息的位置检测装置，参照图1，本实施例监测方法包括：

步骤s100，接收塔机安装过程中和/或安装后空载状态下对应经位置检测装置检测的不同回转角度对应的多个位置参数；

步骤s200，根据多个位置参数对应的水平位置坐标和/或海拔高度数据判断塔机的结构固定工况。

本实施例通过接收塔机安装过程中和/或安装后空载状态下对应的经其上的位置检测装置检测的不同回转角度对应的多个位置参数，根据多个位置参数对应的水平位置坐标和/或海拔高度数据判断塔机的结构固定工况，解决了塔机的结构固定工况无法实现在线监测的难题，利于提前预判塔身结构紧固缺陷，提升塔机运行的安全性及可靠性。

参见图2，本实施例中，根据多个位置参数对应的水平位置坐标判断塔机的结构固定工况包括：

步骤s210，判断多个位置参数对应的水平位置坐标是否落入塔机对应的垂直度圆内，根据判断结果生成用于提示塔机结构固定工况故障的提示信息。

本实施例中，优选地，在进行结构固定工况判定之前，还包括判断塔机的安装水平面是否满足基础水平度的要求的步骤。参见图3，在塔机的初始安装状态下(对应塔机的最低高度)，即在塔机安装基础面上安装好必要标准节且各个部件都连接无误后，即可进行塔机的设备回转中心及安装水平面检测。如果位置检测装置安装于工作小车上，将工作小车位移至最远端。对于动吊臂，为了保证测量精度，保持动吊臂处于初始仰角状态，即吊臂与水平方向的夹角最小。开动塔机回转机构，让塔机吊臂绕塔身中心旋转，在旋转过程中，位置检测装置不断接收到当前的经纬度和高度的地理位置信息，当吊臂完整地旋转360度后，经数据处理装置连接所有的位置检测装置接收到的经纬度及高度值检测值，即可形成一个封闭的三维轨迹g，该三维轨迹g投影到水平方向，形成测试圆，通过简单的计算，即可算出该圆的圆心o三维空间坐标，该圆心坐标的水平坐标即为塔机的设备回转中心的地理位置坐标。优选地，圆心o的海拔高度减去初装塔机基础到位置检测装置的实际高度，即为塔机的基础海拔高度。该三维轨迹g上各个点高度的差值大小，即代表塔机的基础水平度状态，差值越大，则代表塔机的基础水平度越差。优选地，数据处理装置通过比较该三维轨迹上各点高度的差值，并与预设阈值比较，即可判定塔机的基础水平度是否出现超差的问题，一旦检测到塔机的基础水平度不满足要求，则可生成警报信息以及时提醒安装或者管理人员。本实施例中的数据处理装置可以为集成于塔机驾驶室侧的处理器上的处理单元，亦可以为单独设置于塔机上的处理装置，还可以为设置于远程服务器处与塔机上的位置检测装置有线或者无线通信连接的处理装置。本实施例中，数据处理装置记录下生成的初始状态下塔机的设备回转中心，并根据位置检测装置检测得到的地理位置坐标与塔机的设备回转中心的实际水平距离，即可构建出水平参考圆r1。此时，由于塔机高度低，塔身刚性大，水平参考圆r1与测试圆的半径基本相同。

本实施例中，还包括构建塔机对应的垂直度圆，对于位置检测装置位于吊臂侧的实施例，构建垂直度圆包括：

取设备回转中心为圆心，取半径为水平参考圆的半径减去塔机的塔身轴心线预设的侧向偏移距离，构建垂直度圆。

对于位置检测装置位于平衡臂侧的实施例，构建垂直度圆包括：

取设备回转中心为圆心，取半径为水平参考圆的半径加上塔机的塔身轴心线预设的侧向偏移距离，构建垂直度圆。

本实施例中，预设的侧向偏移距离为塔机的塔身高度值乘以允许的垂直度偏差值。

考虑到空载状态下塔机后倾时吊臂仰角不大且位置检测装置安装位置离塔身中心足够远的情况下，可以认为：在初始安装状态的塔机基础上加高塔身，当加节到一定高度后，由于塔机平衡臂设置有配重，该配重的重量对塔身产生的弯矩一般按照额定力矩的50％左右来设计，即塔机在空载状态下，由于配重的原因，塔身加高后会朝平衡臂方向产生弹性变形，即塔机在空载状态下会后倾，此时，位置检测装置接收到的地理坐标点会朝塔身中心移动，其移动的距离即为塔身轴心线l(请参见图3)的侧向偏移距离。根据行业标准《施工现场机械设备检查技术规程》jgj160-2008的强制性条文6.5.7规定所规定的0.4％或0.2％的要求，本实施例中，以塔机的设备回转中心为圆心o，以参考圆半径减塔身高度乘以0.4％(0.2％)为半径的圆作为塔机对应的垂直度圆。

塔机不断加节升高过程中，对结构稳定性有重大影响的主要是塔身与建筑物的固定附着部件和标准节连接螺栓，加高的过程中，本实施例优选地，通过接收塔机上位置检测装置生成的位置参数形成测试圆，经测试圆与垂直度圆的比对实现塔机的垂直度检测，从而可以实现塔机垂直度是否符合要求的在线监测。优选地，本实施例通过接收塔机安装过程中空载状态下对应经位置检测装置检测的不同回转角度对应的多个位置参数，根据多个位置参数的分布情况，即可快速判定处塔机的结构固定工况是否出现异常。若存在部位位置参数对应的水平位置坐标落入塔机对应的垂直度圆内的区域，则表明该塔机存在结构紧固异常的缺陷，进而生成提示信息。本实施例中，提示信息包括塔机上结构件出现松动的方位和/或塔机的附着支撑强度不够对应的方位信息。具体而言，当存在某些坐标点落入垂直度圆内时，即可判定：异常坐标点对应的方位的标准节连接螺栓连接不紧固或者塔身附着拉杆受力不够，或者与该方位相对180度的方位的附着支撑强度不够或者标准节安装出现错位。具体可以参见图4所示，图4是r1为水平参考圆，r2为接收塔机上的位置检测装置实时位置坐标生成的位置轨迹圆；r3为r2水平投影后生成的测试圆，r4为垂直度圆。本领域技术人员可以理解，本实施例检测方法亦适用于塔机安装后的结构固定工况的在线监测。通过该监测方法，可以实现对塔机在安装过程中和/或安装后的结构固定工况的在线监测，其可操作性强，可能及时对危险工况进行提前预警，切实提高塔机运行的安全性及可靠性。

可选地，参照图2，根据多个位置参数对应的水平位置坐标判断塔机的结构固定工况包括：

步骤s211，记录塔机在设定高度对应的初始水平位置轨迹，初始水平位置轨迹基于塔机空载且在垂直度达标状况下回转一周时位置检测装置采集的位置参数生成；

步骤s212，采集塔机运行后在设定高度下对应的实际水平位置轨迹，实际水平位置轨迹基于塔机空载回转一周时位置检测装置采集的位置参数生成；

步骤s213，比对实际水平位置轨迹与初始水平位置轨迹，生成用于提示塔机结构固定工况故障的提示信息。

当塔身新加高后垂直度达标，系统将记录下此高度的gps轨迹，即初始状态的gps轨迹，塔机运行一段时间后，可定期或不定期对塔机进行空载回转检测，如果此时位置检测装置接收到的gps轨迹值与原始记录的轨迹不能吻合，在排除gps信号的正常波动后，系统即可判定塔身固定结构件(附着或螺栓)出现了松动，将根据同上原理分析，系统可方便地给出固定结构件(附着或螺栓)可能出现的问题所在同时给出报警提示。

优选地，参见图5，本实施例根据多个位置参数对应的海拔高度数据判断塔机的结构固定工况包括：

步骤s220，判断多个位置参数对应的海拔高度数据的差值是否超出设定阈值，根据判断结果生成用于提示塔机结构固定工况故障的提示信息。

由于塔机的塔身是由若干个标准节通过螺栓连接构成的，每一个标准节由四个主弦杆加上一些腹杆构成，两个标准节之间通过高强螺栓把对应的主弦杆连接在一起形成塔身，每个标准节都是等高的，一台正常作业的塔机塔身，会需要多个标准节，所以塔身上连接点多，螺栓需要量也大，少则几十，多则几百只，每个螺栓是否连接牢靠是关乎到塔机能否安全运行的重大问题，即使安装时已经完全紧固，但塔机使用一段时间后，大多会出现附着或标准节连接螺栓松动的情况，通过前述实施例描述的方法是在水平面上对位置轨迹出现异常进行的一些基本检测和结果判定，而塔机结构出现连接不牢，不单单反应在位置数据水平面上的变化，而且在位置数据的高度方面也有所体现，且位置数据高度值的变化对标准节连接螺栓松动反应更为灵敏。

参照图6中，在位置坐标轨迹中，a、c、e、g点位对应标准节四个面的中心线，b、d、f、h点位对应标准节对角线，这些点位的位置坐标实测高度值对判定标准节连接螺栓是否均衡受力起着关键的作用，根据塔机结构可知，当所有结构件材料一致、尺寸相同、螺栓紧固得当，外部附着固定完好，那么此时塔机空载回转一周所形成的位置轨迹上，a-h得到的高度值应该基本接近，当然由于材料的差异，结构件制作上的误差，附着固定件的不同，这些点位的高度值不一定完全相同，本实施例设定一个增量范围，高度在此范围中为正常，否则不正常，系统同时给出报警提示。

塔机新加高后，在位置轨迹上，点位a-h中出现某2-3个点的高度明显高于其它点位时，系统会给出报警提示工作人员重点检查该点位方向下的螺栓紧固情况。如图6中，当abc三点高度明显超高，就应该重点检查东北方位和相邻两只主弦杆的连接螺栓是否出现异常。

可选地，根据多个位置参数对应的海拔高度数据判断塔机的结构固定工况包括：

步骤s221，记录塔机在设定高度对应的初始高度位置轨迹，初始高度位置轨迹基于塔机空载且在垂直度达标状况下回转一周时位置检测装置采集的位置参数生成；

步骤s222，采集塔机运行后在设定高度下对应的实际高度位置轨迹，实际高度位置轨迹基于塔机空载回转一周时位置检测装置采集的位置参数生成；

步骤s223，比对实际高度位置轨迹与初始高度位置轨迹，生成用于提示塔机结构固定工况故障的提示信息。

本领域技术人员可以理解，为了实现对塔机后续运行过程中的结构固定工况的在线监测，在塔机固定结构完成整改并判定正常后，塔机在此高度下的空载位置轨迹将被记录。

塔机投入正常使用后，可定期或不定期地进行空载回转检测，检测中，当发现位置轨迹上对应的a-h点的高度值与原始记录的高度值不符，系统将给出报警并提示要求检测相应主弦杆螺栓连接状况。

当出现检测点的高度出现异常，且判定螺栓紧固无误后，可以判定附着紧固件或塔机结构本身出现问题。

本实施例中，提示信息包括塔机上结构件出现松动的方位和/或塔机的附着支撑强度不够对应的方位信息。

本实施例中，位置检测装置采用gps接收装置进行实时定位。优选地，为了提高整个系统监测的精度，gps接收装置基于实时动态差分rtk(real-timekinematic)定位，可以将定位精度提升至厘米级。具体地，本实施例中，gps接收装置包括设置于吊臂远端或者移动小车上的移动gps接收单元及固设于地面上的基准gps接收单元。

本实施例中，卫星导航定位系统由三大部分组成：空间卫星星座、地面监控以及用户设备，卫星连续不断发送导航定位信号，在经过大气层和电离层时会产生一定的误差，地面监控系统根据卫星数据计算编制卫星星历，并经注入站注入给各个卫星，卫星星历包括两种，一种是广播星历，实时接收卫星数据，这样由于误差导致精度会比较低，只能用于实时导航定位。另一种是精密星历，卫星数据经事后精密处理计算出来，该星历仅供事后高精度定位用，不能进行实时定位。本实施例中，rtk技术的原理是设置两个站，基准站(即基准gps接收单元)设置在地面固定不动，具有确定的位置坐标，再设置一个移动gps端(即移动gps接收单元)，移动gps端可处于静止状态，也可处于运动状态；可在固定点上先进行初始化后再进入动态作业，也可在动态条件下直接开机，并在动态环境下完成周模糊度的搜索求解。基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给移动gps端，移动gps端不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集观测数据，将接收到的准确和非准确的数据进行实时解算，在系统内组成差分观测值进行实时处理，将数据进行对比，算出位置的实时精度，可以达到厘米级的高精度定位结果，历时不到一秒钟，从而实现实时的高精度定位，从而满足塔机吊臂远端或者位移至吊臂远端的工作小车定位的精度要求。

优选地，本实施例塔机监测方法还包括：

将提示信息发送给本地或者远程监控终端。譬如，经处理装置生成的提示信息发送至塔机驾驶室侧的显示终端上或者发送至管理者的手持监控终端上或者发送至调度室内的远程管理服务器处等。

根据本发明的另一方面，还提供一种塔机结构固定工况在线监测装置，用于对塔机的结构固定工况进行在线监测，本实施例塔机的吊臂远端或者工作小车或者平衡臂上设有用于定位实时地理位置信息的位置检测装置，本实施例监测装置可以运行上述的方法实施例。参见图7，本实施例监测装置包括：

数据采集单元100，用于接收塔机安装过程中和/或安装后空载状态下对应经位置检测装置检测的不同回转角度对应的多个位置参数；

故障判定单元200，用于根据多个位置参数对应的水平位置坐标和/或海拔高度数据判断塔机的结构固定工况。

优选地，本实施例故障判定单元包括以下至少之一：

第一判定模块210，用于判断多个位置参数对应的水平位置坐标是否落入塔机对应的垂直度圆内，并根据判断结果生成用于提示塔机结构固定工况故障的提示信息；

第二判定模块220，用于判断多个位置参数对应的海拔高度数据的差值是否超出设定阈值，根据判断结果生成用于提示塔机结构固定工况故障的提示信息。

本实施例中，第一判定模块210及第二判定模块220的具体执行过程可以参照上述方法实施例，在此不做赘述。

根据本发明的另一方面，还提供一种存储介质，存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制存储介质所在设备执行本发明的监测方法实施例。

根据本发明的另一方面，还提供一种塔机，包括设置于塔机的吊臂远端或者工作小车或者平衡臂上设有用于定位实时地理位置信息的位置检测装置，还包括与位置检测装置通信连接的处理器，处理器用于运行程序，程序运行时执行本发明的监测方法实施例。

本发明实施例，通过接收塔机安装过程中和/或安装后空载状态下对应的经其上的位置检测装置检测的不同回转角度对应的多个位置参数，根据多个位置参数对应的水平位置坐标和/或海拔高度数据判断塔机的结构固定工况，解决了塔机的结构固定工况无法实现在线监测的难题，利于提前预判塔身结构紧固缺陷，提升塔机运行的安全性及可靠性。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

本实施例方法所述的功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个或者多个计算设备可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算设备(可以是个人计算机，服务器，移动计算设备或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom,read-onlymemory)、随机存取存储器(ram,randomaccessmemory)，磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。