[发明专利]基于时间数字转换技术的起重机应变监测方法

说明书

技术领域

本发明属于起重机运行状态监测领域，涉及一种能够实现对起重机应变、倾角以及空间轨迹等状态进行监测的方法。

背景技术

起重机是指在一定空间范围内垂直提升和水平搬运重物的多动作起重机械。目前，起重机作为一种搬运机械，广泛运用于港口、建筑工地以及工矿企业等。随着起重机械在国民生产中发挥着愈发重要的作用，对起重机状态的监测也越来越引起大家的关注。

起重机工作的最大特点就是做间歇性运动，即在一个工作循环中取料、运移、卸载等动作的相应机构是交替工作。在起重机的交替循环运行中，起重机可能会出现应力疲劳、刚度不足的情况，而应力应变往往作为大型机械结构强度最重要的评价指标，因此对应力应变进行在线监测具有非常重大的意义。其次，起重机械悬臂梁承受应力状态复杂，测量起重机的变形能更立体的对起重机做出安全评估。另外，一些门座式起重机存在周向转动的情况，所以也需要对起重机载荷端空间位移进行轨迹追踪。

应力应变监测已经有了一定的发展，但是传统的应力应变监测方式存在诸多弊端，不仅布线繁琐、电路复杂，而且只能在数据结果出来后进行分析，不能达到实时监控的目的。另外起重机的数据不能远距离传输，操作人员也不能在操作间实时的了解到起重机的运行状况。

起重机属于特种设备的一种，一旦出现故障，会对国民生产产生不可估量的影响，所以对起重机安全监察非常重要。目前，普遍采用的对起重机的监管方式是专人定期检验，既达不到实时监测的目的又耗费了大量人力。另外对于特种设备的监管，其运行状态需要进行存档方便以后查看，所以采取最新的无线监测系统，能够做到实时监测，也能对其运行数据进行有效保存。

发明内容

技术问题：本发明提供一种基于时间数字转换技术的起重机应变监测方法。

技术方案：本发明的基于时间数字转换技术的起重机应变监测方法，包括以下步骤：

1)将应变半桥的两个电阻应变片对称粘贴于起重机悬臂梁中点的上下两面，与两个电阻应变片并联的陶瓷电容焊接在与应变半桥连接的数据采集器上；

2)在应变采样时间内以T为周期采集n个应变数据，并按照如下方式遍历所述的n个应变数据，得到应变数据{ε₁,ε₂,ε₃,ε_...ε_n-1,ε_n}：

所述数据采集器分别采集陶瓷电容一个周期T内在两个电阻应变片上的充放电时间间隔t1、t2；

然后根据时间t1、t2以及公式计算出应变值ε，其中K为电阻应变片灵敏度系数，n为应变采样时间内采集的应变数据个数；

3)利用雨流计数法处理所述应变数据{ε₁,ε₂,ε₃,ε_...ε_n-1,ε_n}，得到起重机应变-时间历程的幅值谱S_a{S_a1,S_a2,S_a...S_aj-1,S_aj}和均值谱S_m{S_m1,S_m2,S_m...S_mk-1,S_mk}，其中j为幅值谱幅值个数，k为均值谱均值个数；

4)通过Miner损伤累计理论得到起重机的疲劳损伤度D，以应变采样时间为单位时间，进而计算得到所述起重机已使用寿命1/D和起重机剩余疲劳寿命(1-1/D)*D。

进一步的，本发明方法中，步骤3)中雨流计数法的处理步骤依次为：峰谷值检测，调整数据个数调整为偶数，数据对接，提取应力循环并记录循环次数。

本发明利用TDC(时间数字转换技术)采集应变，电流输出降低，降低系统电流功耗，省去AD转换电路，节约硬件开发成本。同时利用SCA103T传感器获取起重机倾角，测试悬臂梁变形，以及采用MEMS技术进行轨迹追踪。数据采集完毕后，经由同一块微控制器MSP430F149统一发送至无线模块。为了在传输上不受空间距离的限制，选取3G模块MU509-b。根据起重机监测方法的功能需求，方法的主要流程为：读取电容充放电时间、对时间进行标定、时间转换为应变、应变无线传输至远程监测端、雨流计数法估算起重机剩余疲劳寿命。