专利名称：工程起重机的安全评估决策系统及其安全评估决策方法
技术领域：
本发明涉及工程起重机的安全评估决策系统及其安全评估决策方法。
背景技术：
工程起重机包括多种类型的起重机，包括汽车起重机、履带起重机、轮胎起重机、塔式起重机、随车起重机等多种类型，其显著的特点有两个，一个是高度的机动性和移动性，另一个是具有一个或多个臂架作业系统，完成对载荷的起吊和作业。工程起重机广泛应用于国民经济建设过程中，由于载荷的长期作用，起重机的主要承载部件臂架系统、转台、下车等主要的结构件会产生一定的损伤并可能发生疲劳破坏，这个产生的原因一方面是由于结构件本身的原始焊接缺陷扩大导致失效，另一方面可能是由于使用过程中的各种不确定因素导致材料或者部件过载失效。一旦起重机的主要结构件如臂架系统失效，有可能会产生严重的事故，因此，对于起重机的载荷进行记录并根据载荷进行疲劳寿命的评估对起重机的安全使用具有重要的实用价值和经济意义。目前，针对起重机的载荷记录及剩余寿命评估预测采用的都是分离式设备，即载荷记录采用一套硬件检测装置，而且采用的都是临时应变片贴片技术进行检测，时效性很差。疲劳寿命评估预测采用的是单独的计算机进行计算，无法实时对起重机的数据进行分析并预警，预测精度低，难以有效实时预警，影响评估精度。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种能够对工程起重机的结构剩余寿命进行计算，并自动给出安全评估结论及维保建议的安全评估决策系统。为了解决上述技术问题，本发明所提供的技术方案是:工程起重机的安全评估决策系统，包括外部数据检测模块、数据采集�？�、控制�？�、显示输入模块、接口�？楹痛娲⒛？椋凰鐾獠渴菁觳饽？榘沧霸诠こ唐鹬鼗希凰鐾獠渴菁觳饽？楹褪莶杉？橹渫üＤ饬渴菪藕磐ㄑ读樱凰鍪莶杉？橛肟刂颇？橹渫ü蕴ㄑ读樱凰鱿允臼淙肽？�、接口�？楹痛娲⒛？榫肟刂颇？榈缌�。所述外部数据检测�？榘ㄓ糜诓杉こ唐鹬鼗谋浞π畔⒌谋浞Υ衅鳎糜诓杉こ唐鹬鼗谋奂芙嵌刃畔⒌谋奂芙嵌却衅鳎约坝糜诓杉こ唐鹬鼗谋奂艹ざ刃畔⒌谋奂艹ざ却衅�。所述外部数据检测�？榈谋奂芙嵌却衅鞯牟饬糠段�0°至180°。所述存储�？橹写娲⒂懈髦中秃诺墓こ唐鹬鼗牧ρＰ褪菘�。本发明所要解决的第二个技术问题是提供工程起重机的安全评估决策系统的安全评估决策方法。为了解决上述技术问题，本发明所提供的技术方案是:工程起重机的安全评估决策系统的安全评估决策方法，包括以下步骤:①变幅拉力传感器、臂架角度传感器、臂架长度传感器通过数据采集�？榉直鸾こ唐鹬鼗谋浞π畔�、臂架角度信息和臂架长度信息传送至控制�？椋虎诩觳馊嗽庇上允臼淙肽？槿斯な淙牍こ唐鹬鼗秃胖量刂颇？椋虎劭刂颇？楦莨こ唐鹬鼗男秃糯恿ρＰ褪菘庵械饔酶眯秃诺墓こ唐鹬鼗氖芰δＰ停备荼浞π畔�、臂架角度信息和臂架长度信息，通过载荷-应力映射关系，计算并记录事先确定的关键结构点应力；④控制�？橥ü菁锹迹扑愕玫揭欢问奔淠诠こ唐鹬鼗脑睾善资荩虎菁觳馊嗽备萜鹬鼗纳杓埔螅云鹬鼗母鞲龉丶课唤兄氐慵嗖猓怨こ唐鹬鼗鞲龉丶课坏氖芰Ψ治隼幢碚髡迤鹬鼗陌踩副辏虎蘅刂颇？楦菟闹制＠褪倜拦婪椒ǘ怨こ唐鹬鼗枰衅＠褪倜拦赖牟课环直鸾屑扑悖凰鏊闹制＠褪倜拦婪椒ǚ直鹞谀：鹕说拿逵αΨ�、局部应力应变法、基于有限元的断裂力学法、以及基于前述三种方法融合的计算方法；⑦四种方法计算完毕后，采用相应的疲劳累积损伤理论将损伤进行累积，并最终计算出工程起重机需要评估部位的疲劳寿命；⑧控制�？楦莨こ唐鹬鼗杓乒娣兑蟮难反问驮睾杉锹迹扑阆忠酃こ唐鹬鼗踩饕档燃叮⒏龊鲜实奈けＱㄒ楹桶踩拦澜崧郏凰銎拦澜崧郯ūǚ洗砘蚪导妒褂没蛭奘褂没蚣绦踩褂�。采用了上述技术方案后，本发明具有以下的有益效果:(1)本发明在工程起重机上安装外部数据检测�？椋ü獠渴菁觳饽？椴杉氖莶⒔岷瞎こ唐鹬鼗氖芰δＰ停约霸睾�-应力映射关系，计算并记录事先确定的关键结构点应力，成本低，实现了对工程起重机数据的实时分析和预警功能。(2)本发明的存储模块中存储有各种型号的工程起重机的力学模型数据库，极大地减少了对起重机相关部位的直接应力检测，通过调用数据库，可以通过起升或者变幅载荷，直接计算得到各个部位的载荷数据，简化了通用的应力采集渠道。(3)本发明提供了四种疲劳寿命评估方法，可以根据不同的工程起重机和不同的作业工况，选择不同的计算方法进行对比分析，增加评估结果的可靠性。(4)本发明可以通过接口�？樘峁┑亩嘀纸涌谟肫鹬鼗刂葡低�、笔记本电脑、裂纹检测仪器、结构应力检测仪器连接后进行数据通讯，修正模型的部分参数，从而提高寿命评估预测精度。
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中图1为本发明的工程起重机的安全评估决策系统的结构框图。附图中的标号为:外部数据检测�？�1、变幅拉力传感器11、臂架角度传感器12、臂架长度传感器13、数据采集�？�2、控制�？�3、显示输入�？�4、接口�？�5、存储�？�6。
具体实施例方式(实施例1)
见图1，本实施例的工程起重机的安全评估决策系统，包括外部数据检测�？�1、数据采集�？�2、控制模块3、显示输入模块4、接口�？�5和存储�？�6。外部数据检测�？镮安装在工程起重机上。外部数据检测�？镮包括用于采集工程起重机的变幅拉力信息的变幅拉力传感器11，用于采集工程起重机的臂架角度信息的臂架角度传感器12，以及用于采集工程起重机的臂架长度信息的臂架长度传感器13。臂架角度传感器12的测量范围为0°至180°。臂架长度传感器13测量范围可根据实际起重机臂架长度确定。外部数据检测�？镮和数据采集�？�2之间通过模拟量数据信号通讯联接。数据采集�？�2与控制�？�3之间通过以太网通讯连接。显示输入�？�4、接口�？�5和存储�？�6均与控制模块3电连接。存储�？�6中存储有各种型号的工程起重机的力学模型数据库。本工程起重 机的安全评估决策系统可以通过接口�？�5提供的多种接口与起重机原控制系统、笔记本电脑、裂纹检测仪器、结构应力检测仪器连接后进行数据通讯，修正模型的部分参数，从而提高寿命评估预测精度。工程起重机的安全评估决策系统的计算方法，包括以下步骤:①变幅拉力传感器11、臂架角度传感器12和臂架长度传感器13通过数据采集�？�2分别将工程起重机的变幅拉力信息、臂架角度信息、臂架长度信息传送至控制�？�3 ；②检测人员由显示输入�？�4人工输入工程起重机型号至控制�？�3 ；③控制�？�3根据工程起重机的型号从力学模型数据库中调用该型号的工程起重机的受力模型，同时根据变幅拉力信息、臂架角度信息和臂架长度信息，通过载荷-应力映射关系，计算并记录事先确定的关键结构点应力；④控制�？�3通过数据记录，计算得到一段时间内工程起重机的载荷谱数据；⑤检测人员根据起重机的设计要求，对起重机的各个关键部位进行重点监测，以工程起重机各个关键部位的受力分析来表征整体起重机的安全指标；⑥控制�？�3根据四种疲劳寿命评估方法对工程起重机需要进行疲劳寿命评估的部位分别进行计算；所述四种疲劳寿命评估方法分别为基于�：鹕说拿逵αΨ�、局部应力应变法、基于有限元的断裂力学法、以及基于前述三种方法融合的计算方法；⑦四种方法计算完毕后，采用相应的疲劳累积损伤理论将损伤进行累积，并最终计算出工程起重机需要评估部位的疲劳寿命；⑧控制模块3根据工程起重机设计规范要求的循环次数和载荷记录，计算现役工程起重机安全作业等级，并给出合适的维护保养建议和安全评估结论；所述评估结论包括报废处理或降级使用或维修使用或继续安全使用。基于�：鹕说拿逵αΨㄊ歉萁峁辜睾善浊蟪鼋峁刮Ｏ詹课坏拿逵αζ祝τ孟嘤Φ腟-N曲线和疲劳累积损伤法则计算结构疲劳寿命的方法，在损伤度的权函数中引入了隶属度的概念，并根据不同的载荷状况确定隶属度函数，从而计算�：鹕酥担⒏萘俳缢鹕酥岛屠刍鹕俗钪占扑阍睾善籽分芷�。
其基本计算公式为:_
权利要求
1.工程起重机的安全评估决策系统，其特征在于:包括外部数据检测�？�(I)、数据采集�？�(2 )、控制�？�(3 )、显示输入�？�(4 )、接口�？�(5 )和存储�？�(6 );所述外部数据检测�？�(I)安装在工程起重机上；所述外部数据检测模块(I)和数据采集�？�(2)之间通过模拟量数据信号通讯联接；所述数据采集�？�(2)与控制�？�(3)之间通过以太网通讯连接；所述显示输入�？�(4)、接口�？�(5)和存储�？�(6)均与控制模块(3)电连接。
2.根据权利要求1所述的工程起重机的安全评估决策系统，其特征在于:所述外部数据检测�？�(I)包括用于采集工程起重机的变幅拉力信息的变幅拉力传感器(11 )，用于采集工程起重机的臂架角度信息的臂架角度传感器(12)，以及用于采集工程起重机的臂架长度信息的臂架长度传感器(13 )。
3.根据权利要求2所述的工程起重机的安全评估决策系统，其特征在于:所述外部数据检测�？�(I)的臂架角度传感器(12)的测量范围为0°至180°。
4.根据权利要求1所述的工程起重机的安全评估决策系统，其特征在于:所述存储�？�(6)中存储有各种型号的工程起重机的力学模型数据库。
5.工程起重机的安全评估决策系统的安全评估决策方法，其特征在于:包括以下步骤: ①变幅拉力传感器(11)、臂架角度传感器(12)、臂架长度传感器(13)通过数据采集�？�(2)分别将工程起重机的变幅拉力信息、臂架角度信息、臂架长度信息传送至控制�？�(3)； ②检测人员由显示输入�？�(4)人工输入工程起重机型号至控制�？�(3)； ③控制�？�(3)根据工程起重机的型号从力学模型数据库中调用该型号的工程起重机的受力模型，同时根据变幅拉力信息、臂架角度信息和臂架长度信息，通过载荷-应力映射关系，计算并记录事先确定的关键结构点应力； ④控制模块(3)通过数据记录，计算得到一段时间内工程起重机的载荷谱数据； ⑤检测人员根据起重机的设计要求，对起重机的各个关键部位进行重点监测，以工程起重机各个关键部位的受力分析来表征整体起重机的安全指标； ⑥控制�？�(3)根据四种疲劳寿命评估方法对工程起重机需要进行疲劳寿命评估的部位分别进行计算；所述四种疲劳寿命评估方法分别为基于�：鹕说拿逵αΨ�、局部应力应变法、基于有限元的断裂力学法、以及基于前述三种方法融合的计算方法； ⑦四种方法计算完毕后，采用相应的疲劳累积损伤理论将损伤进行累积，并最终计算出工程起重机需要评估部位的疲劳寿命； ⑧控制模块(3)根据工程起重机设计规范要求的循环次数和载荷记录，计算现役工程起重机安全作业等级，并给出合适的维护保养建议和安全评估结论；所述评估结论包括报废处理或降级使用或维修使用或继续安全使用。
全文摘要
本发明公开了工程起重机的安全评估决策系统及其安全评估决策方法，其中工程起重机的安全评估决策系统，包括外部数据检测�？椤⑹莶杉？�、控制�？�、显示输入�？�、接口模块和存储�？椋凰鐾獠渴菁觳饽？榘沧霸诠こ唐鹬鼗希凰鐾獠渴菁觳饽？楹褪莶杉？橹渫üＤ饬渴菪藕磐ㄑ读樱凰鍪莶杉？橛肟刂颇？橹渫ü蕴ㄑ读樱凰鱿允臼淙肽？�、接口模块和存储�？榫肟刂颇？榈缌�。本发明通过外部数据检测�？椴杉氖莶⒔岷瞎こ唐鹬鼗氖芰δＰ停约霸睾�-应力映射关系，计算并记录事先确定的关键结构点应力，成本低，实现了对工程起重机数据的实时分析和预警功能。
文档编号G01M99/00GK103149042SQ201310036500
公开日2013年6月12日 申请日期2013年1月30日 优先权日2013年1月30日
发明者王欣, 蔡�：�, 宋晓光, 杨绍伟, 黄一, 潘志毅, 黄燕 申请人:大连理工大学(徐州)工程机械研究中心, 大连理工大学, 常州益利亚重工机械科技有限公司, 大连益利亚工程机械有限公司, 徐州益利亚工程机械有限公司
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