专利名称：钢结构完好状态的诊断方法以及钢结构倾角诊断装置的制作方法
钢结构完好状态的诊断方法以及钢结构倾角诊断装置技术领域：
本发明涉及一种机械类钢结构完好状态的诊断方法以及该方法所应用的倾角诊断装置。背景技术：
工程机械塔类钢结构作为国民建设的重要设备，在我国的社会经济发展中发挥了重要作用。随着建筑物向高层发展，其结构越来越庞大，工作量越来越大，加之工作环境的不确定性，安全事故发生的频率居高不下，其中典型的就是塔式起重机。塔式起重机在安装后，会出现倾斜的现象，为了保证钢结构的使用安全，需要对钢结构出现的倾斜程度和倾斜角度进行诊断，以确定塔式起重机处于完好或不完好的状态。
如何确定塔式起重机钢结构倾斜程度和倾斜角度是判断塔式起重机处于完好或不完好状态的基础和难点。不同的研究者曾试图以固有频率、变形、应力等特征量建立塔式起重机寿命模型，研究塔式起重机钢结构寿命预测、损伤诊断。但未见能实时判断钢结构完好状态方面的成果。
发明内容
本发明需解决的技术问题是提供一种机械类钢结构完好状态的诊断方法以及该方法所应用的倾角诊断装置。
根据上述的技术问题，设计了一种钢结构倾角诊断装置，其包括用于箍住被测装置的抱箍、与抱箍两端分别相连的一对固定柱、与一对固定柱另一端相连的倾角传感器、和与倾角传感器电性相连的显示记录报警装置，所述倾角传感器设有用于卡合在 被测装置上的卡口。
作为本发明进一步改进，所述抱箍包括用于箍住被测装置的V形中间段、和与V形中间段相连的左边缘段以及右边缘段，所述左、右边缘段上均设有螺纹孔，所述固定柱为螺栓，所述螺栓与螺纹孔配合相连。
作为本发明进一步改进，所述卡口为V形。
上述钢结构完好状态的诊断方法包括
a、提供一种上述结构的钢结构倾角诊断装置；
b、将上述钢结构倾角诊断装置安装在被测装置的主肢上；
C、钢结构倾角诊断装置通过采集被测装置空载和额定载荷状态下的倾角数据，确定被测装置在完好状态下的倾角特征模型；
d、将得到的被测装置的倾斜角度与完好状态下的倾角特征模型进行比较，如果倾斜角度处于该倾角特征模型范围之内，则可判断被测装置钢结构处于完好状态；如果倾斜角度处于该倾角特征模型范围之外，则可判断被测装置钢结构处于不完好状态，显示记录报警装置报警。
本发明钢结构倾角诊断装置的倾角传感器检测被测装置，当被测装置发生倾斜时，倾角传感器即可得到相关信息，该信息传输到显示记录报警装置，显示记录报警模块将倾角传感器所测得并传递过来的信号进行处理，然后计算出被测装置的倾斜角度，并与被测装置完好状态下的倾角特征模型进行比较，如果被测装置处于完好状态倾角特征模型范围之内，则可判断被测装置钢结构处于完好状态；如果被测装置倾角处于完好状态倾角特征模型范围之外，可判断被测装置钢结构处于不完好状态，显示记录报警模块报警。
图1是本发明钢结构倾角诊断装置的结构示意图2是坐标系示意图3是被测装置塔式起重机完好状态倾角特征模型。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
本发明实施例钢结构倾角诊断装置的被测装置以塔式起重机为例。
如图1所示，为本发明钢结构倾角诊断装置，其安装在塔式起重机回转塔身的任一根主肢2上。主肢2的截面为四边形。
该钢结构倾角诊断装置包括抱箍1、一对固定柱3、一倾角传感器4、和一显示记录报警装置6。
该抱箍I用于箍住主肢2。其包括箍住主肢2相邻两侧边的V形中间段，和与V形中间段相连的左边缘段以及右边缘段。在左、右边缘段上均设有螺纹孔。
在本发明实施例中，一对固定柱3为螺栓，其分别穿过左、右边缘段上的螺纹孔， 与抱箍I两端螺纹相连。
倾角传感器4设有一 V形卡口 5，其通过V形卡口 5卡接在主肢2上。并且，倾角传感器4的两端与一对固定柱3固定相连。
显示记录报警装置6与倾角传感器4通过电缆线7而电性相连。显示记录报警装置6安装于塔式起重机的司机室中，便于司机实时查看塔式起重机是否处于完好状态。
本发明利用上述结构的钢结构倾角诊断装置诊断塔式起重机是否处于完好状态， 诊断方法包括
a、提供一种上述结构的钢结构倾角诊断装置；
b、将上述钢结构倾角诊断装置安装在塔式起重机回转塔身的主肢2上，抱箍I的V 形中间段箍住主肢2相邻的两侧边，倾角传感器4的V形卡口与主肢2的另相邻的两侧边卡合相连，螺栓再与抱箍的左、右边缘段和倾角传感器固定相连；
C、钢结构倾角诊断装置通过采集塔式起重机空载和额定载荷状态下的倾角数据， 确定塔式起重机在完好状态下的倾角特征模型；
d、将得到的塔式起重机的倾斜角度与完好状态下的倾角特征模型进行比较，如果倾斜角度处于该倾角特征模型范围之内，则可塔式起重机钢结构处于完好状态；如果倾斜角度处于该倾角特征模型范围之外，则可判断塔式起重机钢结构处于不完好状态，显示记录报警装置报警。
本发明的工作原理
塔式起重机在受力不变的情况下，上部在回转机构驱动下进行360°的回转运动时，塔身顶端荷载将随回转机构支撑做360°旋转。为此，设定两个坐标系，如图1所示，一个坐标系原点O为塔身在地面固定截面的中心点,坐标轴X正方向为地面北向，坐标轴y正方向为地面西向，坐标轴z正方向为垂直于地面向上；另一个坐标系原点O’为塔身顶端回转支承与回转塔身连接截面中心点，坐标轴X’正方向为起重臂轴线远离塔身方向，坐标轴 z’正方向为垂直于地面向上，坐标轴y’正方向为垂直于起重臂轴线与X’、z’轴符合右手螺旋法则。1、塔式起重机在正常工作时，荷载在起重臂-平衡臂方向上，GB/T13752中塔式起重机地基安装稳定性判断公式M + Fhxh b
77 I ZT1 — οFv+Fg 3(I)
其中
Fv为塔式起重机基础以上部分自重相对地面产生的指向地心的正压力；
FgS地基的自重；
Fh为风载荷等外水平力；
h为地基的厚度，
b为地基的宽度，
M为塔式起重机上部相对塔身顶端产生偏心弯矩。
得M<+ 4) — & X
由此可以看出，塔式起重机在正常工作状态时稳定弯矩不可能无限大，每种型号塔式起重机都有其特定的最大值。进而可以得出每种型号的塔式起重机在工作状态时，沿起重臂-平衡臂方向上最大的倾角值
ML+ Fg)-FhXh ^ = Q 谷二 EI ^ EI0
L为塔式起重机塔身高度，E为塔身的弹性模量，I为塔身的惯性矩。
2、塔式起重机在非工作状态下，在起重臂-平衡臂方向上，塔身受到的弯矩主要来自于平衡重。根据公式(I)得塔式起重机上部相对塔身顶端产生偏心弯矩b
M1 <-{Fvx+Fg)-Fhxh
Fvl为塔式起重机基础以上部分自重相对地面产生的指向地心的正压力；
由此可以看出，塔式起重机在非工作状态时，沿起重臂-平衡臂方向最大倾角为
M1L 备(Fn+A)-Gx\Θ ’ = EI <EI二 3。
可以得出，在沿起重臂-平衡臂方向上塔身顶端倾角变化范围是Je1, θ J。
3、在垂直于起重臂-平衡臂的方向上，塔身受到的弯矩远远小于起重臂-平衡臂方向的弯矩，该方向的塔身顶端倾角变化范围[Θ3，Θ2]远远小于起重臂-平衡臂方向上倾角变化范围[Q1, θ0]。
综上所述，塔式起重机完好状态下的塔身顶端倾角范围为一个长Le = Qtl-Q1，宽 L0, = θ2-θ3的矩形，该矩形只与塔身特性(Ε，Ι)、载荷(Fv，Fg，Fh)、几何尺寸(L，b)有关。 如图2所示，本模型是对塔式起重机完好状态下塔身顶端倾角特征的一种简洁的提炼，为塔式起重机塔身钢结构完好与不完好状态的诊断提供了一种判断依据，具体为当塔身顶端倾角处于矩形范围内时，可判断塔身钢结构处于完好状态；当塔身倾角处于矩形范围外时，可判断塔身钢结构处于不完好状态。
本发明钢结构倾角诊断装置工作时，倾角传感器4由于与塔式起重机主肢2固联， 所以当塔身发生倾斜时，倾角传感器4即可得到相关信息，该信息通过电缆线7传递到显示记录报警模块6，显示记录报警模块6将倾角传感器4所测得并传递过来的信号进行处理， 然后计算出该主肢2的倾斜角度，并与塔式起重机完好状态塔身顶端倾角特征模型比较， 如果塔身顶端倾角处于完好状态塔身顶端倾角特征模型范围之内，则可判断塔式起重机塔身钢结构处于完好状态；如果塔身顶端倾角处于完好状态塔身顶端倾角特征模型范围之外，可判断塔式起重机塔身钢结构处于不完好状态显示记录报警模块6报警。
以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本 发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种钢结构倾角诊断装置，其特征在于所述钢结构倾角诊断装置包括用于箍住被测装置的抱箍、与抱箍两端分别相连的一对固定柱、与一对固定柱另一端相连的倾角传感器、和与倾角传感器电性相连的显示记录报警装置，所述倾角传感器设有用于卡合在被测装置上的卡口。
2.根据权利要求1所述的钢结构倾角诊断装置，其特征在于所述抱箍包括用于箍住被测装置的V形中间段、和与V形中间段相连的左边缘段以及右边缘段，所述左、右边缘段上均设有螺纹孔，所述固定柱为螺栓，所述螺栓与螺纹孔配合相连。
3.根据权利要求1所述的钢结构倾角诊断装置，其特征在于所述卡口为V形。
4.一种钢结构完好状态的诊断方法，其特征在于该方法包括a、提供一种如权利要求1所述的钢结构倾角诊断装置；b、将上述钢结构倾角诊断装置安装在被测装置的主肢上；C、钢结构倾角诊断装置通过采集被测装置空载和额定载荷状态下的倾角数据，确定被测装置在完好状态下的倾角特征模型；d、将得到的被测装置的倾斜角度与完好状态下的倾角特征模型进行比较，如果倾斜角度处于该倾角特征模型范围之内，则可判断被测装置钢结构处于完好状态；如果倾斜角度处于该倾角特征模型范围之外，则可判断被测装置钢结构处于不完好状态，显示记录报警装置报警。
全文摘要
本发明提供了一种钢结构完好状态的诊断方法以及该方法所应用的倾角诊断装置，该装置包括用于箍住被测装置的抱箍、与抱箍两端分别相连的一对固定柱、与一对固定柱另一端相连的倾角传感器、和与倾角传感器电性相连的显示记录报警装置，所述倾角传感器设有用于卡合被测装置的卡口。本发明将得到的被测装置的倾斜角度，与被测装置完好状态下的倾角特征模型进行比较，如果被测装置处于完好状态倾角特征模型范围之内，则可判断被测装置钢结构处于完好状态；如果被测装置倾角处于完好状态塔身顶端倾角特征模型范围之外，可判断被测装置钢结构处于不完好状态，显示记录报警模块报警。
文档编号G01C1/00GK103017724SQ201110290078
公开日2013年4月3日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年9月28日
发明者宋世军, 王通, 刘健康, 李楠楠, 乔彩风 申请人:济南富友慧明监控设备有限公司