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專利名稱：工程起重機(jī)的安全評估決策系統(tǒng)及其安全評估決策方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工程起重機(jī)的安全評估決策系統(tǒng)及其安全評估決策方法。
背景技術(shù)：
工程起重機(jī)包括多種類型的起重機(jī)，包括汽車起重機(jī)、履帶起重機(jī)、輪胎起重機(jī)、塔式起重機(jī)、隨車起重機(jī)等多種類型，其顯著的特點(diǎn)有兩個(gè)，一個(gè)是高度的機(jī)動(dòng)性和移動(dòng)性，另一個(gè)是具有一個(gè)或多個(gè)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(jī)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)過程中，由于載荷的長期作用，起重機(jī)的主要承載部件臂架系統(tǒng)、轉(zhuǎn)臺(tái)、下車等主要的結(jié)構(gòu)件會(huì)產(chǎn)生一定的損傷并可能發(fā)生疲勞破壞，這個(gè)產(chǎn)生的原因一方面是由于結(jié)構(gòu)件本身的原始焊接缺陷擴(kuò)大導(dǎo)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(dǎo)致材料或者部件過載失效。一旦起重機(jī)的主要結(jié)構(gòu)件如臂架系統(tǒng)失效，有可能會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的事故，因此，對于起重機(jī)的載荷進(jìn)行記錄并根據(jù)載荷進(jìn)行疲勞壽命的評估對起重機(jī)的安全使用具有重要的實(shí)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)意義。目前，針對起重機(jī)的載荷記錄及剩余壽命評估預(yù)測采用的都是分離式設(shè)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(shí)應(yīng)變片貼片技術(shù)進(jìn)行檢測，時(shí)效性很差。疲勞壽命評估預(yù)測采用的是單獨(dú)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算，無法實(shí)時(shí)對起重機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并預(yù)警，預(yù)測精度低，難以有效實(shí)時(shí)預(yù)警，影響評估精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問題是提供一種能夠?qū)こ唐鹬貦C(jī)的結(jié)構(gòu)剩余壽命進(jìn)行計(jì)算，并自動(dòng)給出安全評估結(jié)論及維保建議的安全評估決策系統(tǒng)。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案是:工程起重機(jī)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(chǔ)模塊；所述外部數(shù)據(jù)檢測模塊安裝在工程起重機(jī)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(wǎng)通訊連接；所述顯示輸入模塊、接口模塊和存儲(chǔ)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(jī)的變幅拉力信息的變幅拉力傳感器，用于采集工程起重機(jī)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(jī)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(chǔ)模塊中存儲(chǔ)有各種型號的工程起重機(jī)的力學(xué)模型數(shù)據(jù)庫。本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問題是提供工程起重機(jī)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(shù)問題，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案是:工程起重機(jī)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(jī)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(jī)型號至控制模塊；③控制模塊根據(jù)工程起重機(jī)的型號從力學(xué)模型數(shù)據(jù)庫中調(diào)用該型號的工程起重機(jī)的受力模型，同時(shí)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(yīng)力映射關(guān)系，計(jì)算并記錄事先確定的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)點(diǎn)應(yīng)力；④控制模塊通過數(shù)據(jù)記錄，計(jì)算得到一段時(shí)間內(nèi)工程起重機(jī)的載荷譜數(shù)據(jù)；⑤檢測人員根據(jù)起重機(jī)的設(shè)計(jì)要求，對起重機(jī)的各個(gè)關(guān)鍵部位進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測，以工程起重機(jī)各個(gè)關(guān)鍵部位的受力分析來表征整體起重機(jī)的安全指標(biāo)；⑥控制模塊根據(jù)四種疲勞壽命評估方法對工程起重機(jī)需要進(jìn)行疲勞壽命評估的部位分別進(jìn)行計(jì)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(yīng)力法、局部應(yīng)力應(yīng)變法、基于有限元的斷裂力學(xué)法、以及基于前述三種方法融合的計(jì)算方法；⑦四種方法計(jì)算完畢后，采用相應(yīng)的疲勞累積損傷理論將損傷進(jìn)行累積，并最終計(jì)算出工程起重機(jī)需要評估部位的疲勞壽命；⑧控制模塊根據(jù)工程起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范要求的循環(huán)次數(shù)和載荷記錄，計(jì)算現(xiàn)役工程起重機(jī)安全作業(yè)等級，并給出合適的維護(hù)保養(yǎng)建議和安全評估結(jié)論；所述評估結(jié)論包括報(bào)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(shù)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(jī)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(jié)合工程起重機(jī)的受力模型，以及載荷-應(yīng)力映射關(guān)系，計(jì)算并記錄事先確定的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)點(diǎn)應(yīng)力，成本低，實(shí)現(xiàn)了對工程起重機(jī)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析和預(yù)警功能。(2)本發(fā)明的存儲(chǔ)模塊中存儲(chǔ)有各種型號的工程起重機(jī)的力學(xué)模型數(shù)據(jù)庫，極大地減少了對起重機(jī)相關(guān)部位的直接應(yīng)力檢測，通過調(diào)用數(shù)據(jù)庫，可以通過起升或者變幅載荷，直接計(jì)算得到各個(gè)部位的載荷數(shù)據(jù)，簡化了通用的應(yīng)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(jī)和不同的作業(yè)工況，選擇不同的計(jì)算方法進(jìn)行對比分析，增加評估結(jié)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(jī)原控制系統(tǒng)、筆記本電腦、裂紋檢測儀器、結(jié)構(gòu)應(yīng)力檢測儀器連接后進(jìn)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(yù)測精度。


為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚地理解，下面根據(jù)具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中圖1為本發(fā)明的工程起重機(jī)的安全評估決策系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。附圖中的標(biāo)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(chǔ)模塊6。
具體實(shí)施例方式(實(shí)施例1)
見圖1，本實(shí)施例的工程起重機(jī)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(chǔ)模塊6。外部數(shù)據(jù)檢測模塊I安裝在工程起重機(jī)上。外部數(shù)據(jù)檢測模塊I包括用于采集工程起重機(jī)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(jī)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(jī)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(shí)際起重機(jī)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(wǎng)通訊連接。顯示輸入模塊4、接口模塊5和存儲(chǔ)模塊6均與控制模塊3電連接。存儲(chǔ)模塊6中存儲(chǔ)有各種型號的工程起重機(jī)的力學(xué)模型數(shù)據(jù)庫。本工程起重 機(jī)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(jī)原控制系統(tǒng)、筆記本電腦、裂紋檢測儀器、結(jié)構(gòu)應(yīng)力檢測儀器連接后進(jìn)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(yù)測精度。工程起重機(jī)的安全評估決策系統(tǒng)的計(jì)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(jī)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(jī)型號至控制模塊3 ；③控制模塊3根據(jù)工程起重機(jī)的型號從力學(xué)模型數(shù)據(jù)庫中調(diào)用該型號的工程起重機(jī)的受力模型，同時(shí)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(yīng)力映射關(guān)系，計(jì)算并記錄事先確定的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)點(diǎn)應(yīng)力；④控制模塊3通過數(shù)據(jù)記錄，計(jì)算得到一段時(shí)間內(nèi)工程起重機(jī)的載荷譜數(shù)據(jù)；⑤檢測人員根據(jù)起重機(jī)的設(shè)計(jì)要求，對起重機(jī)的各個(gè)關(guān)鍵部位進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測，以工程起重機(jī)各個(gè)關(guān)鍵部位的受力分析來表征整體起重機(jī)的安全指標(biāo)；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(jī)需要進(jìn)行疲勞壽命評估的部位分別進(jìn)行計(jì)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(yīng)力法、局部應(yīng)力應(yīng)變法、基于有限元的斷裂力學(xué)法、以及基于前述三種方法融合的計(jì)算方法；⑦四種方法計(jì)算完畢后，采用相應(yīng)的疲勞累積損傷理論將損傷進(jìn)行累積，并最終計(jì)算出工程起重機(jī)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(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范要求的循環(huán)次數(shù)和載荷記錄，計(jì)算現(xiàn)役工程起重機(jī)安全作業(yè)等級，并給出合適的維護(hù)保養(yǎng)建議和安全評估結(jié)論；所述評估結(jié)論包括報(bào)廢處理或降級使用或維修使用或繼續(xù)安全使用?；谀：龘p傷的名義應(yīng)力法是根據(jù)結(jié)構(gòu)件載荷譜求出結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)部位的名義應(yīng)力譜，應(yīng)用相應(yīng)的S-N曲線和疲勞累積損傷法則計(jì)算結(jié)構(gòu)疲勞壽命的方法，在損傷度的權(quán)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(jì)算模糊損傷值，并根據(jù)臨界損傷值和累積損傷最終計(jì)算載荷譜循環(huán)周期。

其基本計(jì)算公式為:_
權(quán)利要求
1.工程起重機(jī)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(chǔ)模塊(6 );所述外部數(shù)據(jù)檢測模塊(I)安裝在工程起重機(jī)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(wǎng)通訊連接；所述顯示輸入模塊(4)、接口模塊(5)和存儲(chǔ)模塊(6)均與控制模塊(3)電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工程起重機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)的臂架長度信息的臂架長度傳感器(13 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的工程起重機(jī)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(quán)利要求1所述的工程起重機(jī)的安全評估決策系統(tǒng)，其特征在于:所述存儲(chǔ)模塊(6)中存儲(chǔ)有各種型號的工程起重機(jī)的力學(xué)模型數(shù)據(jù)庫。
5.工程起重機(jī)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(jī)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(jī)型號至控制模塊(3)； ③控制模塊(3)根據(jù)工程起重機(jī)的型號從力學(xué)模型數(shù)據(jù)庫中調(diào)用該型號的工程起重機(jī)的受力模型，同時(shí)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(yīng)力映射關(guān)系，計(jì)算并記錄事先確定的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)點(diǎn)應(yīng)力； ④控制模塊(3)通過數(shù)據(jù)記錄，計(jì)算得到一段時(shí)間內(nèi)工程起重機(jī)的載荷譜數(shù)據(jù)； ⑤檢測人員根據(jù)起重機(jī)的設(shè)計(jì)要求，對起重機(jī)的各個(gè)關(guān)鍵部位進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測，以工程起重機(jī)各個(gè)關(guān)鍵部位的受力分析來表征整體起重機(jī)的安全指標(biāo)； 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(jī)需要進(jìn)行疲勞壽命評估的部位分別進(jìn)行計(jì)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(yīng)力法、局部應(yīng)力應(yīng)變法、基于有限元的斷裂力學(xué)法、以及基于前述三種方法融合的計(jì)算方法； ⑦四種方法計(jì)算完畢后，采用相應(yīng)的疲勞累積損傷理論將損傷進(jìn)行累積，并最終計(jì)算出工程起重機(jī)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(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范要求的循環(huán)次數(shù)和載荷記錄，計(jì)算現(xiàn)役工程起重機(jī)安全作業(yè)等級，并給出合適的維護(hù)保養(yǎng)建議和安全評估結(jié)論；所述評估結(jié)論包括報(bào)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(jī)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(jī)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(chǔ)模塊；所述外部數(shù)據(jù)檢測模塊安裝在工程起重機(jī)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(wǎng)通訊連接；所述顯示輸入模塊、接口模塊和存儲(chǔ)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(jié)合工程起重機(jī)的受力模型，以及載荷-應(yīng)力映射關(guān)系，計(jì)算并記錄事先確定的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)點(diǎn)應(yīng)力，成本低，實(shí)現(xiàn)了對工程起重機(jī)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析和預(yù)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(quán)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(xué)(徐州)工程機(jī)械研究中心, 大連理工大學(xué), 常州益利亞重工機(jī)械科技有限公司, 大連益利亞工程機(jī)械有限公司, 徐州益利亞工程機(jī)械有限公司