专利名称：脚手架轴向荷载超限预警系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种脚手架轴向荷载超限预警系统，属于建筑工程荷载测量技术 领域。
技术背景在建筑安装工程中使用的脚手架通常由大量钢管零部件通过多种形式连接而成。 由于脚手架结构庞大，受力状态复杂，在施工中容易出现局部构件超载破坏，特别是高层建 筑施工中使用的悬挂式脚手架的爬升杆，一旦断裂将导致整体模架下坠，造成重大的安全 事故。资料显示，在我国建筑施工系统每年发生的伤亡事故中，约有三分之一的伤亡事故 直接或间接地与脚手架架设工具及其使用的问题有关，因而应建立切实可行的安全防护体 系，研发相应的安全预警设备，以避免不必要的生命财产损失。
实用新型内容实用新型目的本实用新型的所要解决的技术问题是针对上述背景技术中的缺陷，提供一种脚手 架轴向荷载超限预警系统，避免在建筑安装过程中安全隐患的发生。技术方案本实用新型为实现上述实用新型目的采用如下技术方案—种脚手架轴向荷载超限预警系统，包括用于采集脚手架轴向荷载超限的预警信号的预警信号采集装置；用于采用声光方式报警的声光报警装置；用于显示预警系统工作状况的系统工作状况显示装置；用于接收并处理预警信号采集装置输出的预警信号、并控制声光报警装置和控制 系统工作状况显示装置的信号分析处理模块；其中预警信号采集装置的输出端与信号分析处理模块输入端连接，信号分析处理 模块的输出端分别与声光报警装置的输入端、系统工作状况显示装置的输入端连接。进一步地，上述脚手架轴向荷载超限预警系统的预警信号采集装置包括齿杆应变 放大装置和应变采集杆。进一步地，上述脚手架轴向荷载超限预警系统的齿杆应变放大装置包括测杆、齿 条、同轴齿轮、指针齿轮、指针、表盘、透明表壳和回复弹簧；所述测杆的底部与应变采集杆 的顶部通过联轴器相连，应变采集杆的底部固定于脚手架扣件上，应变采集杆的顶部可以 上下伸缩并带动测杆上下移动，测杆上带有齿条，齿条与同轴齿轮的小齿轮咬合，同轴齿轮 的大齿轮与转动指针的指针齿轮咬合；齿杆应变放大装置的表面为带有刻度的表盘，表盘 可以绕其中心转动；测杆与齿杆应变放大装置的外壳通过回复弹簧连接。进一步地，上述脚手架轴向荷载超限预警系统的齿杆应变放大装置的透明表壳可 以绕其中心转动，透明表壳上开有一个小孔，小孔内固定设置有一个金属触点，所述金属触点不与表盘接触，所述金属触点的末端通过一根导线与信号分析处理模块相连，另一根导线的一端连接齿杆应变放大装置的指针、另一端连接信号分析处理模块。进一步地，上述脚手架轴向荷载超限预警系统的声光报警装置采用声光报警器。进一步地，上述脚手架轴向荷载超限预警系统的系统工作状况显示装置采用两种 颜色的led指示灯，两种颜色分别为红色、绿色。进一步地，上述脚手架轴向荷载超限预警系统的信号分析处理模块采用继电器作 为主要控制部分。有益效果1、可以根据实际需要设计同轴齿轮的大、小齿轮以及指针齿轮、表盘的半径，以获 得所需精度，测量精度高。2、适用性强，可以根据不同脚手架的特点和使用需要，设定脚手架轴向荷载初始 值和预警值。3、预警及时，能够实时监测脚手架的工作状况，及时预警荷载超限状况，保证脚手 架的使用安全，为施工现场的生命财产安全提供保障。4、系统结构简单、操作方便、成本低廉，通过脚手架扣件即可固定在脚手架上或从 脚手架上卸掉。通过旋转齿杆应变放大装置的表盘和透明表壳即可实现初始值和预警值的 设定。
图1本实用新型的系统结构及脚手架扣件截面示意图。图2本实用新型的齿杆应变放大装置结构示意图。图3本实用新型的系统的框架示意图。图4本实用新型的电路原理图。图1中的标号解释1、脚手架，2、齿杆应变放大装置，3、应变采集杆，4、金属触点， 5、脚手架扣件，6、信号分析处理模块，7、系统工作状况显示装置，8、声光报警装置。图2中的标号解释2_1、测杆，2-2、齿条，2-3、同轴齿轮，2-4、指针齿轮，2-5、指 针，2-6、表盘，2-7、回复弹簧，2-8、透明表壳。
具体实施方案
以下结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述如图1所示，本实用新型脚手架轴向荷载超限预警系统，包括设置在脚手架上的 预警信号采集装置；设置在脚手架上的声光报警装置8 ；设置在脚手架上的系统工作状况 显示装置7 ；—个用于接收并处理预警信号采集装置齿杆应变放大装置2、应变采集杆3 输出的信号、控制声光报警装置8和控制系统工作状况显示装置7的信号分析处理模块6。信号分析处理模块6置于控制箱内，系统工作状况显示装置7安装在控制箱表面， 控制箱、声光报警装置8、预警信号采集装置均通过脚手架扣件5固定在脚手架1上。如图2所示，脚手架扣件5分别由两个半圆形钢槽组成，一侧铰接，将另一侧分开 后，扣在需要预警的脚手架1上，再通过螺丝锚固，保证脚手架扣件5与脚手架1连接牢固。如图3所示，预警系统包括预警信号采集装置、声光报警装置、系统工作状况显示装置、信号分析处理模块；其中预警信号采集装置的输出端与信号分析处理模块输入端 连接，信号分析处理模块的输出端分别与声光报警装置的输入端、系统工作状况显示装置 的输入端连接。 预警信号采集装置由齿杆应变放大装置2和应变采集杆3组成。齿杆应变放大装 置2通过脚手架扣件5固定在脚手架1上，其测杆的底部与应变采集杆3的顶部通过联轴 器相连，应变采集杆3的底部固定在脚手架扣件5上，脚手架扣件5固定在脚手架1上。齿杆应变放大装置2包括测杆2-1、齿条2-2、同轴齿轮2_3、指针齿轮2_4、指针 2-5、表盘2-6、回复弹簧2-7和透明表壳2-8。测杆2_1与齿杆应变放大装置2的外壳通过 回复弹簧2-7连接，保证当被测量脚手架1的轴向荷载减小时，测杆2-1能够及时复位。测 杆2-1上带有齿条2-2，齿条2-2与同轴齿轮2-3的小齿轮咬合，同轴齿轮2_3的大齿轮与 转动指针2-5的指针齿轮2-4咬合。当应变采集杆3采集到被测量脚手架1的受力变化时， 其顶部将上下伸缩并带动测杆2-1上下移动，同轴齿轮2-3也跟着一起转动，然后通过指针 齿轮2-4带动指针2-5偏转。齿杆应变放大装置2的透明表壳2-8可以绕其中心转动，透明表壳2-8上开有一 个小孔，金属触点4固定于小孔内，但不与表盘2-6接触，金属触点4通过一根导线与信号 分析处理模块6相连。另有一根导线一端与齿杆应变放大装置2的指针2-5相连，另一端 与信号分析处理模块6相连。在脚手架轴向荷载超限预警系统启动前，通过旋转齿杆应变 放大装置2的表盘2-6，使表盘2-6的零刻度与指针2-5的投影重合，设定被测脚手架1的 荷载初始值。指针2-5的读数对应于两个脚手架扣件5之间脚手架1的轴向变形增量。通 过旋转齿杆应变放大装置2的透明表壳2-8，使金属触点4的投影位于所需设定的荷载预警 值对应的刻度处。预警系统进入工作状态后，被测脚手架1上荷载的变化将引起指针2-5 偏转，当荷载增量达到预警值时，指针2-5与金属触点4接触，继电器Kl常开点闭合，信号 分析处理模块6启动声光报警装置8进行预警。将脚手架轴向荷载超限预警系统安装在脚手架1上，接通电源后，系统工作状况 显示装置7显示绿灯。信号分析处理模块6接收预警信号采集装置采集到的信号，通过处 理后，在系统工作状况显示装置7和声光报警装置8中输出结果。当脚手架1轴向荷载超 限时，系统工作状况显示装置7显示红灯，同时启动声光报警装置8进行预警。如图4所示，本实施例的脚手架轴向荷载超限预警系统电路原理。闭合Si，接通电 源1，系统进入工作状态，此时系统工作状况显示装置7显示绿灯；当脚手架1所受荷载增 量达到预警值时，齿杆应变放大装置2的指针2-5与金属触点4接触，开关S2闭合，使得继
电器Kl常开点闭合，系统工作状况显示装置7显示红灯，同时启动声光报警装置8进行预
m 目。本实施例的具体工作过程如下选用外径为48mm、壁厚为3. 5mm的Q235无缝钢管作为本实施例中脚手架1的 材料，其弹性模量为206GPa，容许应力值为[ο] = 167MPa，齿杆应变放大装置2精度为 0. 001mm，指针2_5旋转1圈对应于两个脚手架扣件5之间脚手架1的轴向变形增量为 0. 2mm。两个脚手架扣件5的中心距为Ltl为150mm。取预警值为容许应力值的70%，则脚手架1所用材料的预警应变为[ ε ] = [ σ ] /E = (167 X IO3 X 70 % ) / (206 X IO6) = 5. 6748 X 1(Γ4[0044]两个脚手架扣件5之 间脚手架1的预警变形为[L] = [ ε ] XL。= 5. 6748X IO-4X 150 = 0. 085122mm[L] = 0. 085122mm < 0. 2mm,即当脚手架受力达到预警状态时，指针2-5旋转的幅 度不会超过1圈，因此本实施例确定的两个脚手架扣件5的中心距符合脚手架1的材料及 齿杆应变放大装置2的设计要求。旋转齿杆应变放大装置2的表盘，将金属触点4置于荷 载预警值处。在某施工现场进行了如下表所示的脚手架荷载预警试验
轴向荷载 轴向应力 轴向应变卖豸
脚手架编号，预警状态
XlO3 N XlO6 N/w2 XlO"6mm
1177.6174.7848 0.127是
权利要求一种脚手架轴向荷载超限预警系统，其特征在于，包括用于采集脚手架轴向荷载超限的预警信号的预警信号采集装置；用于采用声光方式报警的声光报警装置；用于显示预警系统工作状况的系统工作状况显示装置；用于接收并处理预警信号采集装置输出的预警信号、并控制声光报警装置和控制系统工作状况显示装置的信号分析处理模块；其中预警信号采集装置的输出端与信号分析处理模块输入端连接，信号分析处理模块的输出端分别与声光报警装置的输入端以及系统工作状况显示装置的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的脚手架轴向荷载超限预警系统，其特征在于所述预警信号 采集装置包括齿杆应变放大装置和应变采集杆。
3.根据权利要求2所述的脚手架轴向荷载超限预警系统，其特征在于所述齿杆应变 放大装置包括测杆、齿条、同轴齿轮、指针齿轮、指针、表盘、透明表壳和回复弹簧；所述测杆 的底部与应变采集杆的顶部通过联轴器相连，应变采集杆的底部固定于脚手架扣件上，应 变采集杆的顶部可以上下伸缩并带动测杆上下移动，测杆上带有齿条，齿条与同轴齿轮的 小齿轮咬合，同轴齿轮的大齿轮与转动指针的指针齿轮咬合；齿杆应变放大装置的表面为 带有刻度的表盘，表盘可以绕其中心转动；测杆与齿杆应变放大装置的外壳通过回复弹簧 连接。
4.根据权利要求3所述的脚手架轴向荷载超限预警系统，其特征在于所述齿杆应变 放大装置的透明表壳可以绕其中心转动，透明表壳上开有一个小孔，小孔内固定设置有一 个金属触点，所述金属触点不与表盘接触，所述金属触点的末端通过一根导线与信号分析 处理模块相连，另一根导线的一端连接齿杆应变放大装置的指针、另一端连接信号分析处 理模块。
5.根据权利要求1所述的脚手架轴向荷载超限预警系统，其特征在于所述声光报警 装置采用声光报警器。
6.根据权利要求1所述的脚手架轴向荷载超限预警系统，其特征在于所述系统工作 状况显示装置采用两种颜色的led指示灯，两种颜色分别为红色、绿色。
7.根据权利要求1所述的脚手架轴向荷载超限预警系统，其特征在于所述信号分析 处理模块采用继电器作为主要控制部分。
专利摘要本实用新型提供一种脚手架轴向荷载超限预警系统，属于建筑工程荷载测量技术领域。预警系统包括设置在脚手架上的预警信号采集装置、声光报警装置、系统工作状况显示装置，还包括一个用于接收并处理预警信号采集装置输出的信号、控制声光报警装置和控制系统工作状况显示装置的信号分析处理模块。本实用新型测量精度高、适应性强、使用和维护方便、成本低廉，能实时监测脚手架的工作状况，及时有效地预警荷载超限，保证脚手架的使用安全，为施工现场的生命财产安全提供保障。
文档编号G08B21/18GK201738564SQ20102025670
公开日2011年2月9日 申请日期2010年7月13日 优先权日2010年7月13日
发明者廖迎娣, 李正, 管大为, 陈达 申请人:河海大学;南京河海科技有限公司