一种塔式起重机安全状态检测与评价系统的制作方法

本公开涉及工程机械技术领域，特别是涉及一种塔式起重机安全状态检测与评价系统。

背景技术：

安全性是判断塔式起重机性能的重要指标，然而塔式起重机整机的安全性主要体现在金属结构的安全性。塔式起重机钢结构复杂，模型简化可靠性较小，用传统的计算方式得到的结果误差较大，且塔式起重机在经过长期使用后，由于维护不当等因素造成的起重机钢结构过早锈蚀、断裂导致起重机过早达到使用寿命，因此，需要研究开发一种塔式起重机安全状态检测与评价的系统，对塔式起重机的安全状态做出可靠地评价是十分必要的。

技术实现要素：

为了克服相关技术中存在的问题，本公开提供塔式起重机安全状态检测与评价系统。

为了实现上述目的，根据本公开实施例提供的塔式起重机安全状态检测与评价系统，包括激振装置、至少一个振动信号检测传感器、信号采集装置和信号分析系统；

所述激振装置设置在塔式起重机的第一固定位置，用于在塔式起重机新出厂时和待检测时分别以相同的固定激振参数对其进行激励，使其产生振动；

所述振动信号检测传感器设置在塔式起重机的第二固定位置，用于在所述激振装置对塔式起重机进行激励时，采集塔式起重机结构上指定特征点的振动信号，分别作为塔式起重机新出厂时的样本信号及和待检测时的待检测信号；

所述信号采集装置与振动信号检测传感器信号连接，用于接收各所述振动信号检测传感器采集到的样本信号及待检测信号，分别进行存储并传递给所述信号分析系统；

所述信号分析系统用于对所述样本信号及待检测信号进行对比分析，得到信号变异的信息或变异信号，识别塔式起重机局部或全局可能存在的安全隐患，以对塔式起重机的安全可靠性进行评价。

可选的，所述样本信号为在塔式起重机新出厂时，对其进行一组固定激振参数的激励，测得的一组新机初始信号样本；所述待检测信号为依据塔式起重机工作的实际状态对其进行周期性安全检测时，测得的一组振动信号，用于与所述样本信号进行对比分析。

可选的，所述激振装置具有分极变频激振功能。

可选的，所述信号分析系统依据信号变异的特征研究分析结构失效状态，对待检测信号与样本信号进行对比分析，评价塔式起重机的安全可靠性。

可选的，所述依据信号变异的特征研究分析结构失效状态，对待检测信号与样本信号进行对比分析具体包括：

分别将待检测信号和样本信号进行希尔伯特变换，得到变换后的信号图像；将样本信号作为标准，经过分析计算得到新的样本信号幅值包络线；如果待检测信号变换后的图像在新的样本信号包络线内，则待检测信号满足包络分析，表明塔式起重机性能正常，安全状态合格；如果待检测信号变换后的图像不在新的样本信号包络线内，则待检测信号不满足包络分析，表明塔式起重机性能有明显的衰退，安全状态不合格；

和/或

分别将待检测信号和样本信号进行韦格纳分布，如果待检测信号的韦格纳分布与样本信号的韦格纳分布沿频率坐标轴方向幅值稳定，则表明满足韦格纳分布，塔式起重机性能没有明显变化；如果沿频率坐标轴方向出现调幅现象，则表明不满足韦格纳分布，塔式起重机性能发生明显改变。

可选的，当信号同时满足包络分析和韦格纳分布时，则塔式起重机安全状态合格；当信号不满足包络分析和韦格纳分布其中任一项时，则塔式起重机安全状态不合格。

在上述技术方案中，对于新出厂的及待检测时的塔式起重机分别采用激振装置直接对其进行激振，由振动信号检测传感器检测所测位置的振动信号，分别作为样本信号及待检测信号，通过信号采集装置直接传给信号分析系统进行分析，不需要进行模型简化，得到的信号均为实际具体结构所体现，从而分析得到的结果更加精确，误差较小。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是根据一示例性实施例示出的安全状态检测与评价系统的结构示意图；

图2是根据图1所示的安全状态检测与评价系统的安装位置示意图；

图3是根据图2所示的激振装置的安装位置示意图；

图4是根据图2所示的振动信号检测传感器的安装位置示意图；

图5是根据图2所示的振动信号检测传感器的安装位置示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

本公开的塔式起重机的安全状态检测与评价系统是在塔式起重机出厂时对其进行振动测试，保存初始振动数据，在使用一段时间后，重复在相同的位置以相同的激振参数进行振动并检测得到新的振动信号数据，与初始振动数据进行分析比较，从而分析塔式起重机的安全状态。

图1是根据一示例性实施例示出的安全状态检测与评价系统的结构示意图。如图1所示，该系统可以包括激振装置、至少一个振动信号检测传感器、信号采集装置和信号分析系统；

所述激振装置设置在塔式起重机的第一固定位置，用于在塔式起重机新出厂时和待检测时分别以相同的固定激振参数对其进行激励，使其产生振动；

具体的，激振装置是一个能够改变振动频率的振动发生系统，其具有分极变频激振功能，将其固定在一个塔式起重机的某个固定位置，在该塔式起重机新出厂时和需要进行安全检测时，分别以相同的固定激振参数(如固定频率)对塔式起重机进行激励，使塔式起重机产生振动。

进一步地，对于激振装置的固定位置，如图2-图3所示，例如可以是在塔式起重机的上转台3上的下边缘31处，当然也可以固定在上转台3的其他位置，或者塔式起重机的其他问题，本实施例并不具体限定。

所述振动信号检测传感器设置在塔式起重机的第二固定位置，用于在所述激振装置对塔式起重机进行激励时，采集塔式起重机结构上指定特征点的振动信号，分别作为塔式起重机新出厂时的样本信号及和待检测时的待检测信号；

进一步地，对于振动信号检测传感器的设置位置，如图2、图4-图5，所示，例如可以是在塔式起重机的平衡臂1上的一处或多处，例如第一桁架连接处11、第二桁架连接处12、第三桁架连接处13，也可以是在塔式起重机的吊臂2上的一处或多处，例如第四桁架连接处21、第五桁架连接处22、第六桁架连接处23、第七桁架连接处24，还可以同时是平衡臂1和吊臂2上的多处，本实施例并不具体限定。

在本实施例中，所述振动信号检测传感器可以为多个，分别设置在塔式起重机结构上多个指定特征点的固定位置，可以同时检测塔式起重机多个部位的安全状态。

在一种具体实施方式中，所述样本信号可以为在塔式起重机新出厂时，对其进行一组(多个)固定激振参数的激励，测得的一组(多个)新机初始信号样本，并进行存储；所述待检测信号可以为依据塔式起重机工作的实际状态对其进行周期性安全检测时测得的一组(几个)振动信号，用于与所述样本信号进行对比分析。

需要说明的是，同一台塔式起重机上，检测时激振装置和振动信号传感器设置的方位要与出厂检测时完全相同，激振装置的振动参数也都是相同的。

所述信号采集装置与振动信号检测传感器信号连接，用于接收各所述振动信号检测传感器采集到的样本信号及待检测信号，分别进行存储并传递给所述信号分析系统；

所述信号分析系统用于对所述样本信号及待检测信号进行对比分析，得到信号变异的信息或变异信号，识别塔式起重机局部或全局可能存在的安全隐患，以对塔式起重机的安全可靠性进行评价，识别局部或全局可能存在安全隐患问题。

进一步地，所述信号分析系统可以依据信号变异的特征研究分析结构失效状态，对待检测信号与样本信号进行对比分析，评价塔式起重机的安全可靠性。

在一种实施方式中，分析评价过程包括：

分别将待检测信号和样本信号进行希尔伯特变换，得到变换后的信号图像；将样本信号作为标准，经过分析计算得到新的样本信号幅值包络线；如果待检测信号变换后的图像在新的样本信号包络线内，则待检测信号满足包络分析，表明塔式起重机性能正常，安全状态合格；如果待检测信号变换后的图像不在新的样本信号包络线内，则待检测信号不满足包络分析，表明塔式起重机性能有明显的衰退，安全状态不合格。

具体的，基于希尔伯特变换的幅值包络分析，待检测信号和样本信号函数分别可表示为x0(t)和x1(t)，分别对两组信号进行希尔伯特变换，希尔伯特变换函数为：

其中，t为时间，τ为时间滞后，x(t)为实测信号，为变换后的信号，h[·]为希尔伯特变换运算符。

希尔伯特变换包络为：

从而得到希尔伯特变换后的信号包络图像；将样本信号进行计算，将原有的幅值增加其自身的7％，得到新的样本信号幅值包络线，将采集到的待检测信号变换后的图像与新的样本信号幅值包络线图像进行比较分析，如果待检测信号变换后的图像在新的样本信号幅值包络线内，说明待检测信号满足包络分析；如果待检测信号变换后的图像不在新的样本信号幅值包络线内，则待检测信号不满足包络分析，说明塔式起重机性能有明显的衰退。

在另一种实施方式中，分析评价过程包括：

分别将待检测信号和样本信号进行韦格纳分布，如果待检测信号的韦格纳分布与样本信号的韦格纳分布沿频率坐标轴方向幅值稳定，则表明满足韦格纳分布，表明塔式起重机性能没有明显变化，安全状态合格；如果沿频率坐标轴方向出现调幅现象，则表明不满足韦格纳分布，表明塔式起重机性能发生明显改变，安全状态不合格。

具体的，分别将待检测信号和样本信号进行韦格纳分布，得到新的函数图像；其中，韦格纳分布函数为：

其中，t为时间，f为频率，x为信号，τ为时间滞后。

根据函数得到韦格纳分布的三维图像后，通过分析待检测信号的韦格纳分布情况，与样本信号的比较，如果沿频率坐标轴方向幅值稳定，则说明塔式起重机性能没有明显变化；如果沿频率坐标轴方向出现幅值明显增大现象，则说明塔式起重机性能发生明显改变。

当然，当信号同时满足包络分析和韦格纳分布时，则更加表明塔式起重机安全状态合格；当信号不满足包络分析和韦格纳分布其中任一项时，则可表明塔式起重机安全状态不合格。

本实施例提供的塔式起重机安全状态检测与评价系统，采用激振装置直接对塔式起重机进行激振，由振动信号检测传感器检测所测位置的振动信号，通过信号采集装置直接传给计算机用于分析，不需要进行模型简化，可测试各个零部件实际情况的具体位置，金属结构焊接时由于误差、环境等因素，实际结构与理论不是完全契合，因此与传统计算相比分析结果更加精确，得到的信号均为实际具体结构所体现，从而分析得到的结果误差较小；而且，该系统是一套完整的系统，组成简单，安装测试简洁方便，不需要具备相关的专业知识即可以使用。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。