專利名稱：工程起重機的安全評估決策系統(tǒng)及其安全評估決策方法
技術領域：
本發(fā)明涉及工程起重機的安全評估決策系統(tǒng)及其安全評估決策方法。
背景技術：
工程起重機包括多種類型的起重機，包括汽車起重機、履帶起重機、輪胎起重機、塔式起重機、隨車起重機等多種類型，其顯著的特點有兩個，一個是高度的機動性和移動性，另一個是具有一個或多個臂架作業(yè)系統(tǒng)，完成對載荷的起吊和作業(yè)。工程起重機廣泛應用于國民經濟建設過程中，由于載荷的長期作用，起重機的主要承載部件臂架系統(tǒng)、轉臺、下車等主要的結構件會產生一定的損傷并可能發(fā)生疲勞破壞，這個產生的原因一方面是由于結構件本身的原始焊接缺陷擴大導致失效，另一方面可能是由于使用過程中的各種不確定因素導致材料或者部件過載失效。一旦起重機的主要結構件如臂架系統(tǒng)失效，有可能會產生嚴重的事故，因此，對于起重機的載荷進行記錄并根據(jù)載荷進行疲勞壽命的評估對起重機的安全使用具有重要的實用價值和經濟意義。目前，針對起重機的載荷記錄及剩余壽命評估預測采用的都是分離式設備，即載荷記錄采用一套硬件檢測裝置，而且采用的都是臨時應變片貼片技術進行檢測，時效性很差。疲勞壽命評估預測采用的是單獨的計算機進行計算，無法實時對起重機的數(shù)據(jù)進行分析并預警，預測精度低，難以有效實時預警，影響評估精度。
發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的第一個技術問題是提供一種能夠對工程起重機的結構剩余壽命進行計算，并自動給出安全評估結論及維保建議的安全評估決策系統(tǒng)。為了解決上述技術問題，本發(fā)明所提供的技術方案是:工程起重機的安全評估決策系統(tǒng)，包括外部數(shù)據(jù)檢測模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、控制模塊、顯示輸入模塊、接口模塊和存儲模塊；所述外部數(shù)據(jù)檢測模塊安裝在工程起重機上；所述外部數(shù)據(jù)檢測模塊和數(shù)據(jù)采集模塊之間通過模擬量數(shù)據(jù)信號通訊聯(lián)接；所述數(shù)據(jù)采集模塊與控制模塊之間通過以太網通訊連接；所述顯示輸入模塊、接口模塊和存儲模塊均與控制模塊電連接。所述外部數(shù)據(jù)檢測模塊包括用于采集工程起重機的變幅拉力信息的變幅拉力傳感器，用于采集工程起重機的臂架角度信息的臂架角度傳感器，以及用于采集工程起重機的臂架長度信息的臂架長度傳感器。所述外部數(shù)據(jù)檢測模塊的臂架角度傳感器的測量范圍為0°至180°。所述存儲模塊中存儲有各種型號的工程起重機的力學模型數(shù)據(jù)庫。本發(fā)明所要解決的第二個技術問題是提供工程起重機的安全評估決策系統(tǒng)的安全評估決策方法。為了解決上述技術問題，本發(fā)明所提供的技術方案是:工程起重機的安全評估決策系統(tǒng)的安全評估決策方法，包括以下步驟:①變幅拉力傳感器、臂架角度傳感器、臂架長度傳感器通過數(shù)據(jù)采集模塊分別將工程起重機的變幅拉力信息、臂架角度信息和臂架長度信息傳送至控制模塊；②檢測人員由顯示輸入模塊人工輸入工程起重機型號至控制模塊；③控制模塊根據(jù)工程起重機的型號從力學模型數(shù)據(jù)庫中調用該型號的工程起重機的受力模型，同時根據(jù)變幅拉力信息、臂架角度信息和臂架長度信息，通過載荷-應力映射關系，計算并記錄事先確定的關鍵結構點應力；④控制模塊通過數(shù)據(jù)記錄，計算得到一段時間內工程起重機的載荷譜數(shù)據(jù)；⑤檢測人員根據(jù)起重機的設計要求，對起重機的各個關鍵部位進行重點監(jiān)測，以工程起重機各個關鍵部位的受力分析來表征整體起重機的安全指標；⑥控制模塊根據(jù)四種疲勞壽命評估方法對工程起重機需要進行疲勞壽命評估的部位分別進行計算；所述四種疲勞壽命評估方法分別為基于模糊損傷的名義應力法、局部應力應變法、基于有限元的斷裂力學法、以及基于前述三種方法融合的計算方法；⑦四種方法計算完畢后，采用相應的疲勞累積損傷理論將損傷進行累積，并最終計算出工程起重機需要評估部位的疲勞壽命；⑧控制模塊根據(jù)工程起重機設計規(guī)范要求的循環(huán)次數(shù)和載荷記錄，計算現(xiàn)役工程起重機安全作業(yè)等級，并給出合適的維護保養(yǎng)建議和安全評估結論；所述評估結論包括報廢處理或降級使用或維修使用或繼續(xù)安全使用。采用了上述技術方案后，本發(fā)明具有以下的有益效果:(1)本發(fā)明在工程起重機上安裝外部數(shù)據(jù)檢測模塊，通過外部數(shù)據(jù)檢測模塊采集的數(shù)據(jù)并結合工程起重機的受力模型，以及載荷-應力映射關系，計算并記錄事先確定的關鍵結構點應力，成本低，實現(xiàn)了對工程起重機數(shù)據(jù)的實時分析和預警功能。(2)本發(fā)明的存儲模塊中存儲有各種型號的工程起重機的力學模型數(shù)據(jù)庫，極大地減少了對起重機相關部位的直接應力檢測，通過調用數(shù)據(jù)庫，可以通過起升或者變幅載荷，直接計算得到各個部位的載荷數(shù)據(jù)，簡化了通用的應力采集渠道。(3)本發(fā)明提供了四種疲勞壽命評估方法，可以根據(jù)不同的工程起重機和不同的作業(yè)工況，選擇不同的計算方法進行對比分析，增加評估結果的可靠性。(4)本發(fā)明可以通過接口模塊提供的多種接口與起重機原控制系統(tǒng)、筆記本電腦、裂紋檢測儀器、結構應力檢測儀器連接后進行數(shù)據(jù)通訊，修正模型的部分參數(shù)，從而提高壽命評估預測精度。
為了使本發(fā)明的內容更容易被清楚地理解，下面根據(jù)具體實施例并結合附圖，對本發(fā)明作進一步詳細的說明，其中圖1為本發(fā)明的工程起重機的安全評估決策系統(tǒng)的結構框圖。附圖中的標號為:外部數(shù)據(jù)檢測模塊1、變幅拉力傳感器11、臂架角度傳感器12、臂架長度傳感器13、數(shù)據(jù)采集模塊2、控制模塊3、顯示輸入模塊4、接口模塊5、存儲模塊6。
具體實施例方式(實施例1)
見圖1，本實施例的工程起重機的安全評估決策系統(tǒng)，包括外部數(shù)據(jù)檢測模塊1、數(shù)據(jù)采集模塊2、控制模塊3、顯示輸入模塊4、接口模塊5和存儲模塊6。外部數(shù)據(jù)檢測模塊I安裝在工程起重機上。外部數(shù)據(jù)檢測模塊I包括用于采集工程起重機的變幅拉力信息的變幅拉力傳感器11，用于采集工程起重機的臂架角度信息的臂架角度傳感器12，以及用于采集工程起重機的臂架長度信息的臂架長度傳感器13。臂架角度傳感器12的測量范圍為0°至180°。臂架長度傳感器13測量范圍可根據(jù)實際起重機臂架長度確定。外部數(shù)據(jù)檢測模塊I和數(shù)據(jù)采集模塊2之間通過模擬量數(shù)據(jù)信號通訊聯(lián)接。數(shù)據(jù)采集模塊2與控制模塊3之間通過以太網通訊連接。顯示輸入模塊4、接口模塊5和存儲模塊6均與控制模塊3電連接。存儲模塊6中存儲有各種型號的工程起重機的力學模型數(shù)據(jù)庫。本工程起重 機的安全評估決策系統(tǒng)可以通過接口模塊5提供的多種接口與起重機原控制系統(tǒng)、筆記本電腦、裂紋檢測儀器、結構應力檢測儀器連接后進行數(shù)據(jù)通訊，修正模型的部分參數(shù)，從而提高壽命評估預測精度。工程起重機的安全評估決策系統(tǒng)的計算方法，包括以下步驟:①變幅拉力傳感器11、臂架角度傳感器12和臂架長度傳感器13通過數(shù)據(jù)采集模塊2分別將工程起重機的變幅拉力信息、臂架角度信息、臂架長度信息傳送至控制模塊3 ；②檢測人員由顯示輸入模塊4人工輸入工程起重機型號至控制模塊3 ；③控制模塊3根據(jù)工程起重機的型號從力學模型數(shù)據(jù)庫中調用該型號的工程起重機的受力模型，同時根據(jù)變幅拉力信息、臂架角度信息和臂架長度信息，通過載荷-應力映射關系，計算并記錄事先確定的關鍵結構點應力；④控制模塊3通過數(shù)據(jù)記錄，計算得到一段時間內工程起重機的載荷譜數(shù)據(jù)；⑤檢測人員根據(jù)起重機的設計要求，對起重機的各個關鍵部位進行重點監(jiān)測，以工程起重機各個關鍵部位的受力分析來表征整體起重機的安全指標；⑥控制模塊3根據(jù)四種疲勞壽命評估方法對工程起重機需要進行疲勞壽命評估的部位分別進行計算；所述四種疲勞壽命評估方法分別為基于模糊損傷的名義應力法、局部應力應變法、基于有限元的斷裂力學法、以及基于前述三種方法融合的計算方法；⑦四種方法計算完畢后，采用相應的疲勞累積損傷理論將損傷進行累積，并最終計算出工程起重機需要評估部位的疲勞壽命；⑧控制模塊3根據(jù)工程起重機設計規(guī)范要求的循環(huán)次數(shù)和載荷記錄，計算現(xiàn)役工程起重機安全作業(yè)等級，并給出合適的維護保養(yǎng)建議和安全評估結論；所述評估結論包括報廢處理或降級使用或維修使用或繼續(xù)安全使用。基于模糊損傷的名義應力法是根據(jù)結構件載荷譜求出結構危險部位的名義應力譜，應用相應的S-N曲線和疲勞累積損傷法則計算結構疲勞壽命的方法，在損傷度的權函數(shù)中引入了隸屬度的概念，并根據(jù)不同的載荷狀況確定隸屬度函數(shù)，從而計算模糊損傷值，并根據(jù)臨界損傷值和累積損傷最終計算載荷譜循環(huán)周期。
其基本計算公式為:_
權利要求
1.工程起重機的安全評估決策系統(tǒng)，其特征在于:包括外部數(shù)據(jù)檢測模塊(I)、數(shù)據(jù)采集模塊(2 )、控制模塊(3 )、顯示輸入模塊(4 )、接口模塊(5 )和存儲模塊(6 );所述外部數(shù)據(jù)檢測模塊(I)安裝在工程起重機上；所述外部數(shù)據(jù)檢測模塊(I)和數(shù)據(jù)采集模塊(2)之間通過模擬量數(shù)據(jù)信號通訊聯(lián)接；所述數(shù)據(jù)采集模塊(2)與控制模塊(3)之間通過以太網通訊連接；所述顯示輸入模塊(4)、接口模塊(5)和存儲模塊(6)均與控制模塊(3)電連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的工程起重機的安全評估決策系統(tǒng)，其特征在于:所述外部數(shù)據(jù)檢測模塊(I)包括用于采集工程起重機的變幅拉力信息的變幅拉力傳感器(11 )，用于采集工程起重機的臂架角度信息的臂架角度傳感器(12)，以及用于采集工程起重機的臂架長度信息的臂架長度傳感器(13 )。
3.根據(jù)權利要求2所述的工程起重機的安全評估決策系統(tǒng)，其特征在于:所述外部數(shù)據(jù)檢測模塊(I)的臂架角度傳感器(12)的測量范圍為0°至180°。
4.根據(jù)權利要求1所述的工程起重機的安全評估決策系統(tǒng)，其特征在于:所述存儲模塊(6)中存儲有各種型號的工程起重機的力學模型數(shù)據(jù)庫。
5.工程起重機的安全評估決策系統(tǒng)的安全評估決策方法，其特征在于:包括以下步驟: ①變幅拉力傳感器(11)、臂架角度傳感器(12)、臂架長度傳感器(13)通過數(shù)據(jù)采集模塊(2)分別將工程起重機的變幅拉力信息、臂架角度信息、臂架長度信息傳送至控制模塊(3)； ②檢測人員由顯示輸入模塊(4)人工輸入工程起重機型號至控制模塊(3)； ③控制模塊(3)根據(jù)工程起重機的型號從力學模型數(shù)據(jù)庫中調用該型號的工程起重機的受力模型，同時根據(jù)變幅拉力信息、臂架角度信息和臂架長度信息，通過載荷-應力映射關系，計算并記錄事先確定的關鍵結構點應力； ④控制模塊(3)通過數(shù)據(jù)記錄，計算得到一段時間內工程起重機的載荷譜數(shù)據(jù)； ⑤檢測人員根據(jù)起重機的設計要求，對起重機的各個關鍵部位進行重點監(jiān)測，以工程起重機各個關鍵部位的受力分析來表征整體起重機的安全指標； ⑥控制模塊(3)根據(jù)四種疲勞壽命評估方法對工程起重機需要進行疲勞壽命評估的部位分別進行計算；所述四種疲勞壽命評估方法分別為基于模糊損傷的名義應力法、局部應力應變法、基于有限元的斷裂力學法、以及基于前述三種方法融合的計算方法； ⑦四種方法計算完畢后，采用相應的疲勞累積損傷理論將損傷進行累積，并最終計算出工程起重機需要評估部位的疲勞壽命； ⑧控制模塊(3)根據(jù)工程起重機設計規(guī)范要求的循環(huán)次數(shù)和載荷記錄，計算現(xiàn)役工程起重機安全作業(yè)等級，并給出合適的維護保養(yǎng)建議和安全評估結論；所述評估結論包括報廢處理或降級使用或維修使用或繼續(xù)安全使用。
全文摘要
本發(fā)明公開了工程起重機的安全評估決策系統(tǒng)及其安全評估決策方法，其中工程起重機的安全評估決策系統(tǒng)，包括外部數(shù)據(jù)檢測模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、控制模塊、顯示輸入模塊、接口模塊和存儲模塊；所述外部數(shù)據(jù)檢測模塊安裝在工程起重機上；所述外部數(shù)據(jù)檢測模塊和數(shù)據(jù)采集模塊之間通過模擬量數(shù)據(jù)信號通訊聯(lián)接；所述數(shù)據(jù)采集模塊與控制模塊之間通過以太網通訊連接；所述顯示輸入模塊、接口模塊和存儲模塊均與控制模塊電連接。本發(fā)明通過外部數(shù)據(jù)檢測模塊采集的數(shù)據(jù)并結合工程起重機的受力模型，以及載荷-應力映射關系，計算并記錄事先確定的關鍵結構點應力，成本低，實現(xiàn)了對工程起重機數(shù)據(jù)的實時分析和預警功能。
文檔編號G01M99/00GK103149042SQ201310036500
公開日2013年6月12日 申請日期2013年1月30日 優(yōu)先權日2013年1月30日
發(fā)明者王欣, 蔡福海, 宋曉光, 楊紹偉, 黃一, 潘志毅, 黃燕 申請人:大連理工大學(徐州)工程機械研究中心, 大連理工大學, 常州益利亞重工機械科技有限公司, 大連益利亞工程機械有限公司, 徐州益利亞工程機械有限公司
專業(yè)數(shù)控銑床產品供應商
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