基于连通管和姿态的塔吊安全性能检测装置及其分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于塔吊装置领域，涉及一种检测小车变幅起重臂塔式起重机垂直度、起 重臂和平衡臂的变形度技术，尤其涉及基于连通管和姿态的塔吊安全性能检测装置及其分 析方法。
【背景技术】
[0002] 随着社会的不断发展进步，高层建筑越来越多的出现在生活的周边，塔式起重机， 即塔机、塔吊，以下均称为塔吊，作为重要工具近年来得到大量的应用。然而，塔吊运行安全 在现场的实际生产中受到诸多现场因素的影响。如大风、地基不牢、本身结构缺陷等导致的 起重臂下挠、上拱（即挠度），塔身的倾斜等。其后果便是影响载重小车的正常运行，严重时 将使设计强度降低，甚至发生意外。
[0003] 典型的情况下，由于其自身重量和小车产生的竖向压力会引起塔吊臂在竖直方向 上产生较大的挠度，而这种竖向挠度值直观地反应了塔吊臂承受荷载能力的变化情况。随 着社会科学技术的进步，现在有很多可用于基点位移及挠度测量的方法。这些方案目前广 泛地应用于桥梁的挠度检测中，但真正能够成熟应用于塔吊的并不多见。手段很多，且考 虑到塔吊离地面高度较高，变形复杂，采用一般的测量方法在一个数十米的塔吊臂上实施 并不容易，且都会在实际操作遇到一些问题，每种方法都有其局限性。例如，显然人工测量 方法并不适于塔吊这样的高危场所；传统方法会考虑到安装应变片来进行塔吊臂变形的测 量，但实验证明这种方案存在很大缺陷：如应变片长期工作的受腐蚀情况及其对性能的影 响；安装位置受限，塔吊臂短距离内近似直线，变形很少，不易测得真实挠度信息；此外，通 过应变片所得数据不可靠的精确度也是我们考虑的因素之一。
【发明内容】
[0004] 针对上述缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种基于连通管和姿态的塔吊安全 性能检测装置及其分析方法，实现对塔吊挠度变化及倾角进行实时远程监控。
[0005] 为达到以上目的，本发明的技术发明为：
[0006] 一种基于连通管和姿态的塔吊安全性能检测分析方法，包括以下步骤：
[0007] 1)、将多个塔吊状态传感器安装于水平吊臂同一水平位置，其中，位于塔身和水平 吊臂交叉位置的塔吊状态传感器为基准点塔吊状态传感器，塔吊状态传感器之间相互连 接；所述塔吊状态传感器内部集成有挠度传感器模块和姿态传感器模块；所述挠度传感器 模块由压力传感器和连通管设备构成，连通管设备内设置有用于压力测试的液体（防冻 液），所述姿态传感器模块集成了两片互相垂直设置的倾角传感器；
[0008] 2)、记录每个塔吊状态传感器的初始参数；
[0009] 3)、当塔吊产生挠度时，挠度传感器模块中的连通管设备中液体液面随被测点一 起发生纵向的位置变化，记录产生挠度时每个挠度传感器模块输出的实际参数；并且记录 姿态传感器模块输出的实际倾角参数；
[0010] 4)、根据挠度传感器的初始参数和实际参数，获取塔吊状态传感器安装点的挠度， 并绘制塔吊挠度曲线，根据姿态传感器模块的初始参数和实际倾角参数，获取塔吊变形曲 线。
[0011] 所述步骤4)中根据挠度传感器模块的初始参数和实际参数，获取塔吊状态传感 器安装点的挠度，并绘制塔吊挠度曲线，具体步骤包括：
[0012] I. 1)、记基准点挠度传感器为0号挠度传感，其余一次排列的挠度传感器为1号、2 号......η号，η为正整数；
[0013] 1. 2)、初始状态时，0号挠度传感内液面高度初始参数为Iv 1号至η号挠度传感器 内液面高度初始参数分别为匕~h n，1号至η号管内的液面位置实际参数分别为h' μ h/~ h' n;l号至η号挠度传感器所处测量点分别发生相对于0号挠度传感器的竖向位移为R Rn，则：
[0014] h〇-h' 〇= h !-h/ -R1 =....... h n_h'n_Rn (I)
[0015] I. 3)、根据式（I)得：
【主权项】
1. 一种基于连通管和姿态的塔吊安全性能检测分析方法，其特征在于，包括以下步 骤： 1) 、将多个塔吊状态传感器安装于水平吊臂同一水平位置，其中，位于塔身和水平吊臂 交叉位置的塔吊状态传感器为基准点塔吊状态传感器，塔吊状态传感器之间相互连接；所 述塔吊状态传感器内部集成有挠度传感器模块和姿态传感器模块；所述挠度传感器模块由 压力传感器和连通管设备构成，连通管设备内设置有用于压力测试的液体，所述姿态传感 器模块集成了两片互相垂直设置的倾角传感器； 2) 、记录每个塔吊状态传感器的初始参数； 3) 、当塔吊产生挠度时，挠度传感器模块中的连通管设备中液体液面随被测点一起发 生纵向的位置变化，记录产生挠度时每个挠度传感器模块输出的实际参数；并且记录姿态 传感器模块输出的实际倾角参数； 4) 、根据挠度传感器的初始参数和实际参数，获取塔吊状态传感器安装点的挠度，并绘 制塔吊挠度曲线，根据姿态传感器模块的初始参数和实际倾角参数，获取塔吊变形曲线。
2. 根据权利要求1所述的基于连通管和姿态的塔吊安全性能检测分析方法，其特征在 于，所述步骤4)中根据挠度传感器模块的初始参数和实际参数，获取塔吊状态传感器安装 点的挠度，并绘制塔吊挠度曲线，具体步骤包括： I. 1)、记基准点挠度传感器为O号挠度传感，其余一次排列的挠度传感器为1号、2 号......η号，η为正整数； 1. 2)、初始状态时，O号挠度传感内液面高度初始参数为Iv 1号至η号挠度传感器内液 面高度初始参数分别为匕~h n，1号至η号管内的液面位置实际参数分别为h' V h' h' η; I号至n号挠度传感器所处测量点分别发生相对于O号挠度传感器的竖向位移为Ri~R n， 则：
其中：hQ，hf h "及h'。，h'广h' n均能直接测量得到； 1. 4)、根据挠度传感器内挠度传感器的竖向位移，获得塔吊状态传感器安装点的挠度， 并绘制塔吊挠度曲线。
3. 根据权利要求1所述的基于连通管和姿态的塔吊安全性能检测分析方法，其特征在 于，所述塔吊状态传感器布置于起重臂、水平吊臂和塔身上，且每个塔吊状态传感器通过连 通管道和线缆相连接。
4. 根据权利要求1所述的基于连通管和姿态的塔吊安全性能检测分析方法，其特征在 于，步骤3)通过RS-485无线传输单元将塔吊状态传感器输出的数据进行传输，并通过接收 设备接收后进行记录。
5. 根据权利要求1所述的基于连通管和姿态的塔吊安全性能检测分析方法，其特征在 于，步骤4)后还包括： 当塔吊状态传感器安装点的挠度以及倾角参数大于预设安全值时，通过声光报警进行 报警。
6. -种基于连通管和姿态的塔吊安全性能检测装置，其特征在于，包括：监测终端系 统和监控中心系统； 监测终端系统包括：塔吊状态传感器、AD采样单元、无线传输单元以及数据处理单元， 其中， 挠度传感器模块，所述塔吊状态传感器内部集成有挠度传感器模块和姿态传感器模 块，挠度传感器模块用于记录每个挠度传感器的初始参数，以及当塔吊产生挠度时，挠度传 感器中的连通管液面随被测点一起发生纵向的位置变化，记录产生挠度时每个挠度传感器 的实际参数；姿态传感器模块用于记录每个姿态传感器的初始参数，以及当塔吊产生挠度 时，记录姿态传感器的实际参数； AD采样单元用于将挠度传感器和姿态传感器数据进行模数转换后传输到无线传输单 元； 无线传输单元用于将AD采样单元处理后数据发送到数据处理单元； 数据处理单元用于根据挠度传感器的初始参数和实际参数，获取挠度传感器安装点的 挠度，并绘制塔吊挠度曲线，根据姿态传感器的初始参数和实际参数，获取塔吊变形曲线； 监控中心系统用于对挠度传感器安装点的挠度变化数据进行分析和存储，判断塔吊是 状态。
7. 根据权利要求6所述的基于连通管和姿态的塔吊安全性能检测装置，其特征在于， 所述无线传输单元为RS-485传输装置。
8. 根据权利要求6所述的基于连通管和姿态的塔吊安全性能检测装置，其特征在于， 还包括报警装置，用于当挠度传感器安装点的挠度大于预设安全值时，通过声光报警进行 报警。
【专利摘要】本发明公开了一种基于连通管和姿态的塔吊安全性能检测装置及其分析方法，通过测量现场塔体倾斜度、起重臂及平衡臂变形度把采集的信号全部送至单台塔式起重机监控装置，当塔吊正常工作时，根据所得数据绘制挠度和倾角的坐标曲线，以实现对塔机的实时运行状态监测。并根据测得的塔式起重机机身垂直度、平衡臂和起重臂变形度预测塔式起重机结构的可靠性，避免了人工计算的麻烦和误差，提高了检测的精确性，确保了塔吊的安全性。
【IPC分类】B66C13-16, B66C23-88
【公开号】CN104743445
【申请号】CN201510061232
【发明人】秦刚, 陈中孝, 程耀, 邵亚强, 李雪艳
【申请人】西安工业大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年2月5日