专利名称：起重机械的健康诊断与安全监控方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及起重机械，更具体地说，是涉及一种建筑用起重机械的健康诊断与安全监控方法及其装置。
背景技术：
目前我国正处于大规模建设的发展阶段，建筑起重机械事故在建筑行业事故中占有很高的比例。据统计，我国每年仅塔式起重机的事故发生率就在5%。以上，造成的生命、财产损失十分巨大。研究新的建筑起重机械安全检测、评估、健康诊断及监控方法，已成为安全生产的迫切需求。建筑起重机械发生事故的原因是多方面的，由建筑起重机械本身缺陷与设备老 化、基础设计与施工缺陷、维护保养与使用操作不当等等。近年来，随着建筑起重设备“老龄化”程度的加剧，由金属结构疲劳、锈蚀与磨损引发的安全事故呈上升趋势。国内目前推行的“建筑起重机工作状态监控及记录仪”只能保护与记录起重机的起重量、起重力矩、起重幅度、起重高度等参数，这些功能在保护范围上与起重机原有的安全装置基本重复，局限性大，不能满足如上所述因基础失稳、安装错误、设备老化等大多数原因引发事故所需安全保护及防御的要求。实践证明建筑起重机械发生危险的原因是多种多样的，甚至有时是多种因素共同作用的结果，但通常情况下，这些原因在导致事故前是有预兆的，只要掌握了其内在的规律很多事故是可以预防的。有鉴于此，寻求一种能够全面评价与监控起重机械安全状况的监测方法成为该领域技术人员的追求目标。本发明通过对起重机械动力特性的研究，提出了通过建立健康档案对起重机械的安全健康状况进行测量、跟踪与监控的装置。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种起重机械的健康诊断与安全监控方法及其装置。为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案根据本发明的第一方面，提供了一种起重机械的健康诊断与安全监控方法，该健康诊断与安全监控方法的具体步骤为A.健康档案建立步骤，即生产或检测单位在确认起重机械符合使用要求的情况下，根据起重机械的幅度及起重量，建立基于不同工作幅度以及不同起重量为工况条件下的若干个塔身自振频率参考值、若干个塔身变形量参考值、若干个臂架自振频率参考值以及若干个臂架变形量参考值；B.健康诊断步骤，即在现场的起重机械，根据与建立健康档案时相同的工况条件，检测若干个塔身自振频率检测值、若干个塔身变形量检测值、若干个臂架自振频率检测值以及若干个臂架变形量检测值；将步骤B中各检测值与步骤A中相对应的参考值相比，若两值之差都在预设的误差范围内，则起重机械属于健康状态，继续使用；将步骤B中各检测值与步骤A中相对应的参考值相比，若两值之差超出预设的误差范围，则起重机械属于非健康状态，停止使用。所述起重机械的健康诊断与安全监控方法还包括实时监控步骤，即在现场的起重机械，根据实时工况条件下的幅度以及起升钢丝绳起重量，获得实时塔身自振频率检测值、实时塔身变形量检测值、实时臂架自振频率检测值以及实时臂架变形量检测值；监测实时工况条件下起重机塔身与臂架的自振频率与变形量，在以步骤A建立的健康档案中找出与该工作条件相邻的二个工作幅度以及二个起重量，并由此在健康档案中查出起重机在二相邻工况下工作的结构振动频率及其变形值，再采用二维线性插值法获得起重机在实时工况条件下工作的塔身自振频率参考修正值、塔身变形量参考修正值、臂架自振频率参考修正值以及臂架变形量参考修正值；将上述各实时检测值与相对应的参考修正值相比，若两值之差在预设的误差范围 内，则起重机械属于健康状态，继续使用；将上述各实时检测值与相对应的参考修正值相比，若两值之差超出预设的误差范围，则起重机械属于非健康状态，停止使用。所述臂架自振频率以及臂架变形量的测量通过设于臂架外端的速度传感器或加速度传感器获得。所述塔身自振频率以及塔身变形量的测量通过设于塔身上端的速度传感器或加速度传感器获得。根据本发明的第二方面，还提供了一种起重机械的健康诊断与安全监控装置，包括CPU模块，所述CPU模块分别与存储模块、A/D转换模块、键盘以及显示屏实现双向通信，所述A/D转换模块与声光报警输出模块相连，A/D转换模块还与速度传感器或/和加速度传感器相连；所述速度传感器或加速度传感器设于臂架的外端； 所述速度传感器或加速度传感器还设于塔身的上端。根据本发明的第三方面，还提供了一种起重机械的健康诊断与安全监控方法，该健康诊断与安全监控方法的具体步骤为A.健康档案建立步骤，即生产或检测单位在确认起重机械符合使用要求的情况下，根据起重机械的幅度及起重量，建立基于不同工作幅度以及不同起重量为工况条件下的若干个塔身倾斜角度参考值、若干个塔身变形量参考值、若干个臂架倾斜角度参考值以及若干个臂架变形量参考值；B.健康诊断步骤，即在现场的起重机械，根据与建立健康档案时相同的工况条件，检测若干个塔身倾斜角度检测值、若干个塔身变形量检测值、若干个臂架倾斜角度检测值以及若干个臂架变形量检测值；将步骤B中各检测值与步骤A中相对应的参考值相比，若两值之差在预设的误差范围内，则起重机械属于健康状态，继续使用；将步骤B中各检测值与步骤A中相对应的参考值相比，若两值之差超出预设的误差范围，则起重机械属于非健康状态，停止使用。所述起重机械的健康诊断与安全监控方法还包括实时检测步骤，即在现场的起重机械，根据实时工况条件下的幅度以及起升钢丝绳起重量，获得实时塔身倾斜角度检测值、实时塔身变形量检测值、实时臂架倾斜角度检测值以及实时臂架变形量检测值；监测实时工况条件下起重机塔身与臂架的自振频率与变形量，在以步骤A建立的健康档案中找出与该工作条件相邻的二个工作幅度以及二个起重量，并由此在健康档案中查出起重机在二相邻工况下工作的倾斜角度值及其变形值，再采用二维线性插值法获得起重机在实时工况条件下工作的塔身倾斜角度参考修正值、塔身变形量参考修正值、臂架倾斜角度参考修正值以及臂架变形量参考修正值；将上述各实时检测值与相对应的参考修正值相比，若两值之差在预设的误差范围内，则起重机械属于健康状态，继续使用；将上述各实时检测值与相对应的参考修正值相比，若两值之差超出预设的误差范围，则起重机械属于非健康状态，停止使用。
所述臂架倾斜角度以及臂架变形量的测量通过设于臂架外端的倾角传感器获得。所述塔身倾斜角度以及塔身变形量的测量通过设于塔身上端的倾角传感器获得。根据本发明的第四方面，还提供了一种起重机械的健康诊断与安全监控装置，包括CPU模块，所述CPU模块分别与存储模块、A/D转换模块、键盘以及显示屏实现双向通信，所述A/D转换模块与声光报警输出模块相连，A/D转换模块还与倾角传感器相连；所述倾角传感器分别设于臂架的外端以及塔身的上端。与现有技术相比，采用本发明的一种起重机械的健康诊断与安全监控方法及其装置，由于本发明采用了与新设备或处于完好状态设备的原始技术性能的比较，是一种综合性的检测检查方法，能够判断设备的金属结构是否处于安全状态，与现有的人工检测、探伤、应力检测等技术相比具有以下优点I、本发明能够避免或减轻对起重机金属结构的人员不易接近部位进行检查与监测。建筑起重设备金属结构复杂，焊缝多，有时单从外观检查很难发现其内部缺陷，并且许多部位由于安全原因检查人员很难到达。本发明通过检测或监控结构的动态技术参数，可以获得金属结构主要受力构件产生裂纹等异常的症状，为进一步检查提供信息。2、本发明能够克服金属结构无损探伤的局限，传统起重机金属金钩的焊缝不一定是熔透焊缝，采用超音波探伤存在困难，有些可以判断为内部缺陷的反射波在新机出厂时已经存在，而金属材料的表面探伤需要先去除表面油漆，工作量很大，不可能作为普查方法米用。3、本发明在对金属结构的安全检查与评估中比结构应力检测更方便、更准确。金属结构的锈蚀与磨损可以反映在结构应力的提高，但由于每次试验贴片位置、加载载荷及试验工况的差异，检测得到的应力总会在一定的范围波动。特别是准确的自重应力较难获得，应力检测的测点位置只能选择应力较大的部位，而不能选择应力最大的点，因为通常应力最大点的附近有应力集中，形状复杂。4、本发明是对设备健康状态的综合监控与评价，系统能对结构老化开裂，磨损与腐蚀，设备超载、基础失稳等各种影响设备使用安全的因素进行自动设别与监控，是目前为止最全面的起重机械主动安全防御系统。
图I是本发明的实施例2的原理示意图；图2是本发明的实施例4的原理示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。实施例I—种起重机械的健康诊断与安全监控方法，该健康诊断与安全监控方法的具体步骤为 21.健康档案建立步骤，即生产或检测单位在确认起重机械符合使用要求的情况下，根据起重机械的幅度及起重量，建立基于不同工作幅度以及不同起重量为工况条件下的若干个塔身自振频率参考值、若干个塔身变形量参考值、若干个臂架自振频率参考值以及若干个臂架变形量参考值；22.健康诊断步骤，即在现场的起重机械，根据与建立健康档案时相同的工况条件，检测若干个塔身自振频率检测值、若干个塔身变形量检测值、若干个臂架自振频率检测值以及若干个臂架变形量检测值；将步骤22中各检测值与步骤21中相对应的参考值相比，若两值之差都在预设的误差范围内，则起重机械属于健康状态，继续使用；将步骤22中各检测值与步骤21中相对应的参考值相比，若任意一组比较后的两值之差超出预设的误差范围，则起重机械属于非健康状态，停止使用。23.实时监控步骤，即在现场的起重机械，根据实时工况条件下的幅度以及起升钢丝绳起重量，获得实时塔身自振频率检测值、实时塔身变形量检测值、实时臂架自振频率检测值以及实时臂架变形量检测值；监测实时工况条件下起重机塔身与臂架的自振频率与变形量，在以步骤21建立的健康档案中找出与该工作条件相邻的二个工作幅度以及二个起重量，并由此在健康档案中查出起重机在二相邻工况下工作的结构振动频率及其变形值，再采用二维线性插值法获得起重机在实时工况条件下工作的塔身自振频率参考修正值、塔身变形量参考修正值、臂架自振频率参考修正值以及臂架变形量参考修正值；将上述各实时检测值与相对应的参考修正值相比，若两值之差都在预设的误差范围内，则起重机械属于健康状态，继续使用；将上述各实时检测值与相对应的参考修正值相比，若任意一组比较后的两值之差超出预设的误差范围，则起重机械属于非健康状态，停止使用。所述臂架自振频率以及臂架变形量的测量通过设于臂架外端的速度传感器或加速度传感器获得。所述塔身自振频率以及塔身变形量的测量通过设于塔身上端的速度传感器或加速度传感器获得。本发明的技术思路首先是提出了一种起重机械健康档案的建立方法，这种健康档案按照一定的试验方法与要求采集并用预定格式的电子文档保存。设备的健康档案可由起重机械生产单位在产品出厂检验中采制，对于在用设备，也可由专业检测机构或设备使用单位在确认设备状态完好的情况下按照规定要求采制。健康档案中的技术数据代表了设备安全的使用状态。当设备老化或受伤后，需要对设备的安全性重新进行检测与评价或需对重要的起重设备进行安全监控时，我们可以按照与健康档案建立一致的方法重新测定健康档案中的技术数据，在相同工况下比较这些数据的差异，根据这些数据的变化情况判断设备是否处于安全状态。实施例2请参见图I所示的一种起重机械的健康诊断与安全监控装置，包括CPU模块11，CPU模块11分别与存储模块12、A/D转换模块13、键盘14以及显示屏15实现双向通信，A/D转换模块13与声光报警输出模块16相连，A/D转换模块13还与速度传感器17相连；其 中，速度传感器17设于臂架的外端以及塔身的上端。健康档案中的参数通过键盘14输入并存储到系统的存储模块12中，速度传感器17的信号通过A/D转换模块13转换成CPU模块11能识别的数字信号。当起重机械在工作时，CPU模块11实时将A/D转换模块13中的传感器信息记录于存储模块12中，若起重机械处于非正常状态，主机通过声光报警模块16进行声光报警，提示操作人员、维护人员进行必要的检查。需要指出的是，本发明实施例I所述的健康诊断与安全监控方法与本发明实施例2所述的健康诊断与安全监控装置在原理和实现过程上是相同或类似的，故其重复部分在此不再赘述。实施例3一种起重机械的健康诊断与安全监控方法，其特征在于该健康诊断与安全监控方法的具体步骤为41.健康档案建立步骤，即生产或检测单位在确认起重机械符合使用要求的情况下，根据起重机械的幅度及起重量，建立基于不同工作幅度以及不同起重量为工况条件下的若干个塔身倾斜角度参考值、若干个塔身变形量参考值、若干个臂架倾斜角度参考值以及若干个臂架变形量参考值；42.健康诊断步骤，即在现场的起重机械，根据与建立健康档案时相同的工况条件，检测若干个塔身倾斜角度检测值、若干个塔身变形量检测值、若干个臂架倾斜角度检测值以及若干个臂架变形量检测值；将步骤B中各检测值与步骤A中相对应的参考值相比，若两值之差在预设的误差范围内，则起重机械属于健康状态，继续使用；将步骤B中各检测值与步骤A中相对应的参考值相比，若任意一组比较后的两值之差超出预设的误差范围，则起重机械属于非健康状态，停止使用。43.实时检测步骤，即在现场的起重机械，根据实时工况条件下的幅度以及起升钢丝绳起重量，获得实时塔身倾斜角度检测值、实时塔身变形量检测值、实时臂架倾斜角度检测值以及实时臂架变形量检测值；监测实时工况条件下起重机塔身与臂架的自振频率与变形量，在以步骤41建立的健康档案中找出与该工作条件相邻的二个工作幅度以及二个起重量，并由此在健康档案中查出起重机在二相邻工况下工作的倾斜角度值及其变形值，再采用二维线性插值法获得起重机在实时工况条件下工作的塔身倾斜角度参考修正值、塔身变形量参考修正值、臂架倾斜角度参考修正值以及臂架变形量参考修正值；
将上述各实时检测值与相对应的参考修正值相比，若两值之差在预设的误差范围内，则起重机械属于健康状态，继续使用；将上述各实时检测值与相对应的参考修正值相比，若任意一组比较后的两值之差超出预设的误差范围，则起重机械属于非健康状态，停止使用。所述臂架倾斜角度以及臂架变形量的测量通过设于臂架外端的倾角传感器获得;所述塔身倾斜角度以及塔身变形量的测量通过设于塔身上端的倾角传感器获得。
实施例3与实施例I的区别在于通过监测塔身倾斜角度以及臂架通过监测塔身自振频率以及臂架自振频率,而不是通过监测塔身自振频率以及臂架自振频率来确定起重机械的状态。实施例4请参见图2所示的一种起重机械的健康诊断与安全监控装置，包括CPU模块51，所述CPU模块51分别与存储模块52、A/D转换模块53、键盘54以及显示屏55实现双向通信,A/D转换模块53与声光报警输出模块56相连,A/D转换模块53还与倾角传感器57相连；倾角传感器57分别设于臂架的外端以及塔身的上端。实施例2与实施例4的区别在于通过倾角传感器而不是通过速度传感器来确定起重机械的状态。需要指出的是，本发明实施例3所述的健康诊断与安全监控方法与本发明实施例4所述的健康诊断与安全监控装置在原理和实现过程上是相同或类似的，故其重复部分在此不再赘述。本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作对本发明的限定，例如实施例2中的速度传感器可以由加速度传感器替代，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。
权利要求
1.一种起重机械的健康诊断与安全监控方法，其特征在于 该健康诊断与安全监控方法的具体步骤为 A.健康档案建立步骤，即生产或检测单位在确认起重机械符合使用要求的情况下，根据起重机械的幅度及起重量，建立基于不同工作幅度以及不同起重量为工况条件下的若干个塔身自振频率参考值、若干个塔身变形量参考值、若干个臂架自振频率参考值以及若干个臂架变形量参考值； B.健康诊断步骤，即在现场的起重机械，根据与建立健康档案时相同的工况条件，检测若干个塔身自振频率检测值、若干个塔身变形量检测值、若干个臂架自振频率检测值以及若干个臂架变形量检测值； 将步骤B中各检测值与步骤A中相对应的参考值相比，若两值之差都在预设的误差范围内，则起重机械属于健康状态，继续使用；否则，起重机械属于非健康状态，停止使用。
2.根据权利要求I所述的健康诊断与安全监控方法，其特征在于 所述起重机械的健康诊断与安全监控方法还包括实时监控步骤，即在现场的起重机械，根据实时工况条件下的幅度以及起升钢丝绳起重量，获得实时塔身自振频率检测值、实时塔身变形量检测值、实时臂架自振频率检测值以及实时臂架变形量检测值； 监测实时工况条件下起重机塔身与臂架的自振频率与变形量，在以步骤A建立的健康档案中找出与该工作条件相邻的二个工作幅度以及二个起重量，并由此在健康档案中查出起重机在二相邻工况下工作的结构振动频率及其变形值，再采用二维线性插值法获得起重机在实时工况条件下工作的塔身自振频率参考修正值、塔身变形量参考修正值、臂架自振频率参考修正值以及臂架变形量参考修正值； 将上述各实时检测值与相对应的参考修正值相比，若两值之差都在预设的误差范围内，则起重机械属于健康状态，继续使用；否则起重机械属于非健康状态，停止使用。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的健康诊断与安全监控方法，其特征在于 所述臂架自振频率以及臂架变形量的测量通过设于臂架外端的速度传感器或加速度传感器获得； 所述塔身自振频率以及塔身变形量的测量通过设于塔身上端的速度传感器或加速度传感器获得。
4.一种实现权利要求I所述的健康诊断与安全监控方法的装置，其特征在于 包括CPU模块，所述CPU模块分别与存储模块、A/D转换模块、键盘以及显示屏实现双向通信，所述A/D转换模块与声光报警输出模块相连，A/D转换模块还与速度传感器或/和加速度传感器相连； 所述速度传感器或加速度传感器设于臂架的外端； 所述速度传感器或加速度传感器还设于塔身的上端。
5.一种起重机械的健康诊断与安全监控方法，其特征在于 该健康诊断与安全监控方法的具体步骤为 A.健康档案建立步骤，即生产或检测单位在确认起重机械符合使用要求的情况下，根据起重机械的幅度及起重量，建立基于不同工作幅度以及不同起重量为工况条件下的若干个塔身倾斜角度参考值、若干个塔身变形量参考值、若干个臂架倾斜角度参考值以及若干个臂架变形量参考值；B.健康诊断步骤，即在现场的起重机械，根据与建立健康档案时相同的工况条件，检测若干个塔身倾斜角度检测值、若干个塔身变形量检测值、若干个臂架倾斜角度检测值以及若干个臂架变形量检测值； 将步骤B中各检测值与步骤A中相对应的参考值相比，若两值之差都在预设的误差范围内，则起重机械属于健康状态，继续使用；否则起重机械属于非健康状态，停止使用。
6.根据权利要求5所述的健康诊断与安全监控方法，其特征在于 所述起重机械的健康诊断与安全监控方法还包括实时检测步骤，即在现场的起重机械，根据实时工况条件下的幅度以及起升钢丝绳起重量，获得实时塔身倾斜角度检测值、实时塔身变形量检测值、实时臂架倾斜角度检测值以及实时臂架变形量检测值； 监测实时工况条件下起重机塔身与臂架的自振频率与变形量，在以步骤A建立的健康档案中找出与该工作条件相邻的二个工作幅度以及二个起重量，并由此在健康档案中查出 起重机在二相邻工况下工作的倾斜角度值及其变形值，再采用二维线性插值法获得起重机在实时工况条件下工作的塔身倾斜角度参考修正值、塔身变形量参考修正值、臂架倾斜角度参考修正值以及臂架变形量参考修正值； 将上述各实时检测值与相对应的参考修正值相比，若两值之差都在预设的误差范围内，则起重机械属于健康状态，继续使用；否则起重机械属于非健康状态，停止使用。
7.根据权利要求5-6中任一项所述的健康诊断与安全监控方法，其特征在于 所述臂架倾斜角度以及臂架变形量的测量通过设于臂架外端的倾角传感器获得； 所述塔身倾斜角度以及塔身变形量的测量通过设于塔身上端的倾角传感器获得。
8.一种实现权利要求5所述的健康诊断与安全监控方法的装置，其特征在于 包括CPU模块，所述CPU模块分别与存储模块、A/D转换模块、键盘以及显示屏实现双向通信，所述A/D转换模块与声光报警输出模块相连，A/D转换模块还与倾角传感器相连；所述倾角传感器分别设于臂架的外端以及塔身的上端。
全文摘要
本发明公开了一种起重机械的健康诊断与安全监控方法及其装置，包括CPU模块、存储模块、A/D转换模块、键盘、显示屏、声光报警输出模块、倾角传感器或者速度传感器或/和加速度传感器，通过健康档案建立步骤对起重机械建立若干个不同参考值为基础的健康档案，通过定时体检步骤获得起重机械若干个不同监测值，将相同工况条件下的监测值与相对应的参考值相比，若两值之差在预设的误差范围内，则起重机械属于健康状态，可继续使用；若两值之差超出预设的误差范围，则起重机械属于非健康状态，必须停止使用。
文档编号B66C23/88GK102963828SQ20121045771
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月14日 优先权日2012年11月14日
发明者穆铭豪, 陈爱华, 韩文鹤, 秦雪涛, 应晔 申请人:上海市建筑科学研究院(集团)有限公司, 上海市建筑科学研究院科技发展总公司