[发明专利]一种塔式起重机结构的非接触振动检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种塔式起重机结构的非接触振动检测方法，属于检测技术领域。

背景技术

起重机的金属结构的振动检测方法中最常用的是用电测法对塔机结构进行应变应力测量。应变电测法是用电阻应变片测出构件的应变，再根据应力、应变的关系式来确定构件应力状态的一种实验应力分析方法。其测量系统通常由应变片、应变仪、记录仪及计算分析设备等4部分组成。这种实验方法要求在起重机上贴多个应变片，由于起重机是运动的，而且外形尺寸巨大，不可能完全使用导线把应变片的信号集中起来，所以信号要引入专用无线信号发射设备，再使用接收设备在来接收信号。通过接收到的信号使用专用的分析设备，对信号进行分析，来分析结构的振动，并验证结构的安全可靠性。这种方法设备复杂，操作复杂，实验时还要使用人工敲击的方法，并且会影响起重机的生产，也不能反映真实的工作情况下的振动。

近年来，由于传感器的可靠性大大提高也有人使用加速度传感器对起重机的振动进行检测。这种测试使用了性能比应变片更为可靠稳定的加速度传感器和信号存储和分析系统。可以较好的采集振动信息。然而，这种方法，由于加速度传感器价格昂贵，安装困难，电线敷设都相当复杂；另外，测量的点的数目也很有，使得其应用的范围受限。

随着虚拟仪器技术的兴起，虚拟仪器技术应用于起重机的振动检测系统。该系统可一次测试十几个测点，稍加扩展可测试几十个甚至上百个测点，且具有测试速度快、精度高和成本低等特点。虚拟仪器技术也必须使用应变片或者传感器，只不过它们可以使用总线技术和软件技术，代替了过去昂贵的专用数据存储系统和数据处理硬件，取而代之的是一种虚拟仪器技术。但是，虚拟仪器技术还是无法摆脱安装应变片、加速度传感器，电线敷设复杂，测量的点还是有限。也使得这种技术在起重机中的应用受到限制。

此外，随着计算机技术的进步和大型通用有限元程序的应用，使用软件仿真对起重机的振动的研究变为可能。使用有限元软件对起重机结构建立有限元模型，必须对各个杆件和节点的处理必须根据其真实的受力特点进行合理的分析和优化，这样才可以使计算模型更接近于实际结构，得到的计算结果才更加真实可信，从而可以在一定程度上代替现场测试。而且利用计算机程序进行计算时，只需知道材料的有关性能和结构情况，且能够对不同构件(材料、几何形状和尺寸等)进行优选。有限元法速度快，大大减少了试验经费，提高了工作效率。然后，只有在了解结构的振动特性的基础上，并且使用合理的模型简化才能使起重机的结构振动仿真可信。

振动检测是起重机安全评价重要方面：

在国外，塔机技术中出现的遥控技术、无级调速技术都对塔机的操作安全增加了可靠性，加上微机和电子技术的引入，出现了许多种优秀的安全装置和诊断系统，如利波海尔公司采用的Litronic系统是一种电子式显示监控系统，它通过塔机实际工作时所发生的信号和预先储存的安全工作数值进行比较，达到报警的目的；法国华尔夫公司采用的PLCS控制系统能对各工作机构进行监控并自动诊断故障。从发展趋势来看，国内外生产企业对塔机的安全使用都极为重视，在结构上使用了各种安全装置以保证塔机的安全使用。

随着我国塔机的生产量、拥有量不断增加的同时，事故也在不断增加，所造成的损失也越来越大。由于塔机不仅具有一般建筑机械都有的不利因素：工作环境恶劣、连续作业、频繁转换场地等，同时还有比一般建筑机械更高的安全要求，其突出的特点有二：①塔机本身是高达几十米到百余米、重十几吨到几十吨的庞然大物，且不论在工作状态还是非工作状态，其结构件都处于受力状态，这样一个处于不平衡状态的高大结构件一旦发生事故，其损失十分巨大，影响甚为恶劣；②塔机的转场必须拆卸运输和重新安装，因此其安全度和质量不是设计或制造出厂就能永久得到保证，维修正确与否或操作使用都可能影响其安全性和可靠性，因此塔机的安全问题应提高到首要的位置，安全指标应是考察塔机性能最重要的指标。

在起重机金属结构当中广泛存在着振动疲劳问题，严重危及起重机的结构安全可靠性，振动又往往又是造成疲劳的直接原因。由于塔机的工作情况复杂，其性能安全检测评价标准较难确定。我国GB13752“塔式起重机设计规范”中要求循环次数大于16000的塔机结构件要进行疲劳计算，设计寿命按15～30年计算，GB3811“起重机设计规范”中也没有提出使用年限问题，仅规定A6级以上级别应进行疲劳强度验算。