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起重机监测系统技术报告

信息来源:暂无发布日期: 2015-05-10浏览次数:

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起重机建成运营期间,起重机结构随着运营时间的增长,钢架结构等材料的老化,疲劳效应加剧,各种环境荷载,腐蚀效应的影响,损伤部分将不断的积累,这样很容易导致突发事故的发生。因此对起重机的运行状况进行健康监测,不仅可以确保起重机基础设施与使用者的安全,还可分析起重机健康状况、使用寿命、损伤程度等,这样可以有效预防事故的发生、减少财产损失、避免人员伤亡。

近年来,国内发生的几起起重机事故究其原因多数是由于起重机结构设施疲劳,监测养护措施实施不完善,从而严重影响起重机结构的承重能力和使用期限。由此可见,建立起重机健康监测系统具有十分重要的意义,也是非常必要的。随着我国基础交通建设的高速发展,大跨度起重机等大型工程的建设也进入空前发展期。现代大型起重机结构多样性,给起重机建设、管理以及科研工作都带来了极大地挑战,起重机的安全性已成为起重机管理者十分关注的问题。

为了保证起重机的安全性、可靠性、提高其使用寿命,对大型起重机实施健康监测,已成为起重机建设与养护中必须考虑的问题。发展起重机的长期健康监测系统,是我国起重机技术研究中的重要一环,是起重机结构响应、起重机工作环境等科学研究的基础。利用监测系统所采集的数据可以分析起重机结构的健康状态、评定起重机结构的安全性、可靠性,为起重机的运营管理、维修养护等提供科学依据。早期的起重机监测检测手段,要工作人员定期或不定期选择性的对其的某一部分的结构区域进行短期检测,并将检测得到的数据带回实验室进行数据分析然后给出结论。一方面这种检测是不连续性,而且检测过程中必须有人值守。另一方面这种检测结果反映的只是起重机在某一具体时间段某一具体区域的结构健康状况,它不能全面实时的反映大桥的整体健康状态,还耗费了大量的人力物力。起重机进行健康监测的目的是获得分别在不同结构部位的重要信息综合反映起重机结构的安全状况,于是必须在起重机多个重要部位安装不同类型的传感器以获得起重机多参数多点的准确信息。

影响起重机结构安全的因素有很多,如起重机关键部位的应力参数,结构动力特性参数等。起重机健康监测就是通过建立健康监测系统对影响起重机结构的主要因素进行实时监测,分析评估起重机的安全性与可靠性,监测过程中及时发出预警信息提醒起重机管理人员和工作人员对起重机异常现象进行维护和保养等工作,以此延长起重机的剩余寿命,尽量减少重大事故的发生,减产财产和人员的损失,保证起重机投资的收益。对于重要起重机结构而言,如果不及时对起重机结构的健康状态进行长期监测,就难以准确发现起重机结构的安全隐患,一旦起重机结构局部失效或整体承受能力不足,势必将影响起重机结构的正常使用,并带来重大事故。

起重机健康监测系统不仅能实时监测起重机运行状态,还能通过对采集数据的处理分析评估起重机的健康状态,保证起重机正常运行的同时提醒起重机管理者采取适当的起重机养护措施以提高起重机的使用寿命。建立起重机健康监测系统,主要是为了实现对起重机结构整体行为的实时监测和结构状态的安全评估。这样,通过对特定部位的检测得到关键的性能指标,获取反映结构状况的信息,当起重机结构经过长期使用或遭遇突发灾害时,监测系统就可以通过分析判断其是否收到损伤,当确认起重机结构受到损伤时,则继续分析起重机是否可以继续使用以及剩余寿命等。因此,健康监测系统在确保起重机的安全运营,延长使用寿命,病害预警方面起着重要的作用。

在起重机健康监测系统中,数据分析处理的结果,关系着评估系统所做评估的准确性,因此,它应能从监测数据中准确查找出异常观测值,并可以对异常数据进行可靠性分析并初步判断其产生的原因,针对不同的原因做出相应的处理操作,进而捕捉到起重机产生病变的一切线索,为专家评估系统做出合理的评价奠定基础,从而为起重机健康状态的正确判断提供可靠依据。起重机健康监测系统,较之传统的起重机健康监测方法,具有传感器种类多、数量大、信号传输与存储的实时性要求高的特点,这使得它对数据采集和处理系统的软件方面提出了很高的要求。起重机健康监测的意义主要有以下几个方面:

(1)监测和评估起重机健康状况是否安全,如果发生报警信号,应立即停止运作进行检查排除隐患;

(2)为起重机管理养护决策提供科学依据、提高起重机的使用寿命;

(3)开展起重机管理研究、积累起重机管理经验的需要;

(4)可以验证起重机结构的设计模型和计算假定,提高人们对大型复杂结构的认识,为实现起重机结构的“虚拟设计”奠定基础。

1.起重机健康监测系统的总体设计

1.1 起重机健康监测系统的总体结构框架

图1-1起重机健康监测系统结构

1.2 起重机健康监测系统的总体功能结构

图1-2系统总体功能图

图1-3数据采集与处理系统功能模块划分

2.起重机结构静态分析

利用结构分析软件ANSYS,对莆田秀屿港型号为M10-30的门座起重机,根据实际工况确定模型的边界条件和负载条件,用有限元分析的方法对起重机整机模型进行静态性能计算,即强度和刚度计算分析。

2.1 门座起重机有限元分析

2.1.1 门座起重机实际结构

本课题研究对象为莆田秀屿港型号为M10-30的门座起重机,其实物图如下:

2.2 门座起重机整体有限元模型

2.2.1 起重机有限元整体模型

2.3 门座起重机变形分析

从总体位移来看,起重机(臂架系统)最大位移位于起吊点附近,其值为117.343mm,而且整个象鼻梁部分的位移都相对较大。

2.4 门座起重机强度分析

2.5 小结

采用结构分析软件ANSYS对M10-30型门座起重机整机结构进行静力学分析,得到该起重机臂架系统变形和应力分布规律。

通过分析,最大变形位于起吊点附近,约为117mm。并且通过应力分析确定了象鼻梁顶端、拉杆下端上表面、起重臂三角架上表面、人字架下端四处关键部位,为现场光纤光栅传感器的布设做了准备工作。

3.起重机振动监测监控软件介绍及使用

起重机健康监测系统上位机监测软件采用labVIEW(虚拟仪器)开发,下面我们将介绍虚拟仪器的有关概念及上位机软件的使用。

3.1 起重机健康监测软件使用说明

本软件前面板主体分为五大部分,分别是:参数配置、应变 温度、振动、调取历史数据、报警记录、生成报表。如下图:

图 3-1 监测软件整体界面

图 3-2 监测软件配置页面