一种动臂塔式起重机变幅笼头防脱螺栓的监测控制系统

本发明属于结构健康监测技术领域，具体涉及一种动臂塔式起重机变幅笼头防脱螺栓的监测控制系统。

背景技术：

变幅笼头作为塔身与起重臂尖的连接节点，其结构可靠性关乎变幅作业的安全性。笼头前后端均为柔性连接，悬空高度高于起重臂，难以通过日常巡检对变幅笼头进行有效检查。

滑轮轴是笼头的重要支承件，针对滑轮轴的防脱装置是使用2个六角头螺栓，将滑轮轴单侧端面与挡杆、滑轮架固定在一起。由于笼头位置悬空，该螺栓紧固状态难以通过肉眼检查。螺栓松动将造成轴在工作振动中的滑移，使得轴上仅依靠轴隔套固定的转动滑轮向一侧偏移，而滑轮的自重将造成整体结构变形和螺栓松动程度的加剧，导致滑轮轴脱落和笼头解体。

压电陶瓷(pzt)是一种智能材料，可以实现机械能和电能的相互转化，能够同时作为传感器和驱动器，具有尺寸形状多样，分辨率高，响应速度快，能耗低，输出功率高，温度和时间效应稳定等优点。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出一种动臂塔式起重机变幅笼头防脱螺栓的监测控制系统，实现螺栓状态的实时监测，还能够在螺栓松动时补偿轴上组件的间隙，避免因螺栓松动造成的结构变形的加剧。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种动臂塔式起重机变幅笼头防脱螺栓的监测控制系统，包括螺栓松动监测部分以及间隙补偿控制部分；

所述螺栓松动监测部分包括pzt垫圈、接收器、显示器以及导线；所述pzt垫圈通过导线与接收器连接，接收器通过导线与显示器连接；

所述pzt垫圈，具有正压电效应，作为监测螺栓松动的传感器，在螺栓松动时，由于压力变化产生电信号，用于监测螺栓松动；

所述接收器，用于采集并放大pzt垫圈产生的电信号；

所述显示器，设置在动臂塔式起重机的驾驶室和中控室内，用于显示接收器采集的pzt垫圈的电信号变化，实时监测pzt垫圈信号变化；

所述间隙补偿控制部分包括控制器、报警器、pzt轴隔套以及导线；所述控制器通过导线与接收器以及报警器连接，所述pzt轴隔套通过导线与控制器连接；

所述控制器，用于比较监测信号与补偿阈值的大小、控制报警器报警和控制pzt轴隔套进行间隙补偿；

所述报警器，用于当监测到信号小于补偿阈值时进行报警；

所述pzt轴隔套，作为螺栓松动时进行补偿的执行器，具有负压电效应，当监测信号小于补偿阈值时，控制器会产生电信号作用到pzt轴隔套上，pzt轴隔套伸长，补偿螺栓松动产生的轴上组件间隙，防止结构变形。

进一步的，所述pzt垫圈具体结构为环形，pzt垫圈内径与防脱螺栓尺寸一致，由4个同心的厚度为1mm的压电陶瓷圆环组成。

进一步的，所述压电陶瓷圆环外还包裹一层合成树脂。

进一步的，所述pzt垫圈通过导线与接收器连接具体为，导线焊接在pzt垫圈上，伸到外部与接收器连接。

进一步的，所述pzt轴隔套具体结构为环形，由pzt圆环和轴隔套组成，pzt圆环采用环氧树脂粘贴在轴隔套的两个端面，pzt圆环与轴隔套环向尺度相同，轴向厚度为4mm。

进一步的，所述pzt轴隔套通过导线与控制器连接具体为，导线焊接在pzt轴隔套上，伸出外部与控制器连接。

进一步的，所述补偿阈值具体为螺栓松动监测部分电路中正常工作电压的70％。

进一步的，所述间隙补偿具体为：

pzt轴隔套通过伸长来补偿螺栓松动引起的轴上组件间隙，间隙补偿后，pzt垫圈回到初始状态，所述监测控制系统回路电流稳定，报警器停止工作；

若补偿间隙超过pzt轴隔套的最大补偿间隙时，报警器还在工作，则进行人工更换笼头部件。

进一步的，所述最大补偿间隙为pzt材料的最大位移响应幅值。

进一步的，所述报警器具体为蜂鸣器，在控制器中设立监测量的补偿阈值，当监测量呈现下降趋势并达到或小于补偿阈值时，报警器触发。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明可实现螺栓紧固状态的实时监测，并在螺栓松动时产生预警，防止因螺栓松动导致的笼头变形进而产生的起重机臂架坠落事故。

2、本发明可对螺栓松动时产生的轴上组件间隙进行实时补偿，防止螺栓松动造成笼头变形加剧，为安全管理人员提供二次检查与更换零部件的缓冲时间。

3、本发明可螺栓松动预警和微变形实时间隙补偿可帮助安全管理人员实现笼头设备的远程检查与初期失效维护，降低事故风险。

附图说明

图1是本发明系统的结构图；

图2是pzt垫圈示意图；

图3是pzt轴隔套安装位置示意图；

图4是pzt轴隔套结构图；

附图标号说明：1-防脱螺栓；2-pzt垫圈；3-导线；4-轴隔套；5-环氧树脂；6-pzt圆环。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本发明，一种动臂塔式起重机变幅笼头防脱螺栓的监测控制系统，包括螺栓松动监测部分以及间隙补偿控制部分；

所述螺栓松动监测部分包括pzt垫圈2、接收器、显示器以及导线3；

所述pzt垫圈，用于监测螺栓松动，同时代替原有的c型环和平垫圈，具有正压电效应，作为监测螺栓松动的传感器；pzt垫圈两侧均受压，在对称的两个断面生成电荷，所产生的信号通过导线被接收器采集并放大，并在显示器上显示此时电压变化；一旦螺栓松动，pzt垫圈所受压力变小，所产生的电信号也相应的减小，通过该特点对滑轮轴防脱螺栓1进行实时监测。

在本实施例中，如图2所示，所述pzt垫圈具体结构为环形，pzt垫圈内径与防脱螺栓尺寸一致，由4个同心的厚度为1mm的压电陶瓷圆环组成，考虑到塔机复杂的工作环境，压电陶瓷圆环外还包裹一层合成树脂，形成绝缘保护层。所述pzt垫圈通过导线焊接在pzt垫圈上，伸到外部与接收器连接。

所述接收器，通过导线与显示器连接，用于采集并放大pzt垫圈产生的电信号。

所述显示器，设置在动臂塔式起重机的驾驶室和中控室内，用于显示接收器采集的pzt垫圈的电信号变化，实时监测pzt垫圈信号变化。

所述间隙补偿控制部分包括控制器、报警器、pzt轴隔套以及导线3；所述控制器通过导线与接收器以及报警器连接，pzt轴隔套通过导线与控制器连接。

所述控制器，用于比较监测信号与补偿阈值的大小、报警和实现补偿控制，在控制器中设立监测量的补偿阈值，一旦监测量呈现下降趋势并达到或小于补偿阈值，则会触发报警器，提醒塔机使用单位停车检修；所述补偿阈值具体为螺栓松动监测部分电路中正常工作电压的70％。

所述报警器具体为蜂鸣器；

所述pzt轴隔套，作为螺栓松动时进行间隙补偿的执行器，具有负压电效应，当监测信号小于补偿阈值时，控制器会产生电信号作用到pzt轴隔套上，pzt轴隔套伸长，补偿螺栓松动产生的轴上组件间隙，防止结构变形，避免结构变形的加剧。

所述间隙补偿具体为：

pzt轴隔套通过伸长来补偿螺栓松动引起的轴上组件间隙，间隙补偿后，pzt垫圈回到初始状态，所述监测控制系统回路电流稳定，报警器停止工作；将间隙补偿反馈给监测电路，当接受的信号稳定，说明达到补偿效果，结构变形被有效控制。

若补偿间隙超过pzt轴隔套的最大补偿间隙时，报警器还在工作，则进行人工更换笼头部件；所述最大补偿间隙为pzt材料的最大位移响应幅值。

在本实施例中，如图4所示，所述pzt轴隔套具体结构为环形，由pzt圆环6和轴隔套4组成，pzt圆环6采用环氧树脂5粘贴在轴隔套的两个端面，pzt圆环6与轴隔套4环向尺度相同，轴向厚度为4mm；导线焊接在pzt轴隔套上并伸到外部与控制器相连。如图3所示，为pzt轴隔套的安装位置。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。