专利名称：起重机吊臂缺陷检测系统及方法
技术领域：
本发明涉及工程机械控制技术领域，尤指一种起重机吊臂缺陷检测系统及方法。
背景技术：
工程起重机作为工程施工的重要机械设备被广泛应用于国民经济的各个领域之中，随着现代工业向高效率、大规模方向发展，起重车使用频率越来越高，安全事故时有发生。其中，因疲劳裂纹、焊接缺陷及锈蚀导致起重机吊臂折断，因交变载荷、摩擦磨损、疲劳导致的结构件变形等是一系列安全事故的主要诱因。因此，对起重机吊臂的结构缺陷进行定位检测对于有效预防并控制起重机事故的发生，促进安全生产具有重要的意义。目前对工程起重机的常用检测技术包括射线检测、超声检测、磁粉检测、渗透检测和电磁检测等。这些方法能够在一定程度上检测到起重机吊臂结构中存在的结构缺陷，防止事故发生的概率，但这些方法在进行结构缺陷检查时，对被检测构件的几何形状敏感、只能进行局部扫描，容易造成错检、漏检等现象，因此其检测结果很难对汽车起重机进行有效的安全评价。从而使起重机吊臂结构缺陷检查的准确性受到影响，使一些结构缺陷不能被及时检测到，不能很好地保证起重机吊臂的安全可靠性。
发明内容
本发明提供一种起重机吊臂缺陷检测系统及方法，用以解决现有技术中起重机吊臂缺陷检测时存在漏检、错检，缺陷检测的准确性和可靠性低的问题。本发明实施例提供一种起重机吊臂缺陷检测系统，该系统包括可升降加载台的加载装置，用于在起重机发动机关闭时，通过所述加载台的下降实现起重机吊臂上加载的砝码的加载和/或通过所述加载台的上升托住所述砝码实现卸载；设置在所述起重机吊臂的待检测位置处的声发射传感器，用于检测起重机吊臂载荷变化过程中的声发射信号，其中所述载荷变化过程包括砝码加载过程、保载过程和卸载过程中的至少一个；连接各声发射传感器的声发射检测仪，用于获取所述声发射传感器检测到的声发射信号，得到所述待检测位置的声发射定位事件，以便根据所述声发射定位事件确定起重机吊臂的缺陷等级。在一些可选的实施例中，所述加载装置，具体包括加载台，用于在上升后托住所述砝码；升降组件，用于通过自身的升降运动带动所述加载台上升或下降。在一些可选的实施例中，所述升降组件，具体包括液压油箱、液压泵、控制阀门、液压油缸和升降机构；所述液压油箱、液压泵、控制阀门和液压油缸，用于控制所述升降机构的升降伸缩杆伸缩，实现控制升降机构升降。在一些可选的实施例中，所述声发射传感器，设置在根据所述起重机吊臂的截面形状和所述起重机吊臂展开后的形状确定的各待检测位置处。在一些可选的实施例中，所述声发射检测仪的通道数量根据所述待检测位置的数
量设置。在一些可选的实施例中，上述系统还包括设置在所述声发射传感器和声发射检测仪之间的预放大器，用于对声发射传感器检测到的声发射信号进行放大处理。一种起重机吊臂缺陷检测方法，包括在起重机发动机关闭时，通过加载装置中包括的可升降加载台的下降实现起重机吊臂上加载的砝码的加载和/或通过所述加载台的上升托住所述砝码实现卸载；通过设置在起重机吊臂的待检测位置处的声发射传感器检测起重机吊臂在载荷变化过程中的声发射信号，其中所述载荷变化过程包括砝码加载过程、保载过程和卸载过程中的至少一个；通过连接各声发射传感器的声发射检测仪获取所述声发射传感器检测到的声发射信号，得到所述待检测位置的声发射定位事件；根据所述声发射定位事件确定起重机吊臂的缺陷等级。在一些可选的实施例中，所述加载台的下降和上升通过所述加载装置包括的升降组件的升降运动带动实现。在一些可选的实施例中，所述根据所述声发射定位事件确定起重机吊臂的缺陷等级，具体包括根据获得的载荷变化过程中待检测位置的声发射定位事件，确定选定的载荷变化过程中选定的待检测位置处的声发射定位事件的计数率；根据确定出的所述计数率所在的计数率阈值范围以及所述计数率阈值范围与缺陷等级的对应关系，确定起重机吊臂的缺陷等级。在一些可选的实施例中，所述待检测位置根据所述起重机吊臂的截面形状和所述起重机吊臂展开后的形状确定。在一些可选的实施例中，所述声发射检测仪的通道数量根据所述待检测位置的数
量设置。在一些可选的实施例中，上述方法还包括通过设置在所述声发射传感器和声发射检测仪之间的预放大器，对声发射传感器检测到的声发射信号进行放大处理。本发明有益效果如下本发明实施例提供的起重机吊臂缺陷检测系统及方法，通过加载装置的加载台托住起重机吊臂上加载的砝码，在起重机发动机关闭的情况下，实现了起重机吊臂上载荷的加载、保载和卸载，从而可以采用声发射技术对起重机吊臂加载、保载和卸载过程种的声发射信号进行检测，避免受到发动机噪音的干扰而不能有效的检测到声发射信号，能够准确、有效地定位起重机吊臂加载过程中的声发射事件，避免起重机吊臂缺陷检测时存在的错检、漏检问题，提高了起重机吊臂缺陷检测的准确性和可靠性，并实现了对起重机吊臂构件缺陷的准确定位，提高了起重机工作的安全可靠性。
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中图1为本发明实施例中起重机吊臂缺陷检测系统的结构示意图；图2为本发明实施例中起重机吊臂缺陷检测方法的流程图；图3为本发明实施例中加载装置的结构示意图；图4为本发明实施例中通过图3的加载装置实现吊臂缺陷检测的流程图；图5为本发明实施例中起重机吊臂的结构示例图；图6为本发明实施例中吊臂结合部底部声发射传感器布置示例图；图7为本发明实施例中吊臂结合部顶部声发射传感器布置示例图；图8为本发明实施例中主臂声发射信号衰减曲线图；图9为本发明实施例中加载过程中的声发射定位事件统计示意图；图10为本发明实施例中保载过程中的声发射定位事件统计示意图；图11为本发明实施例中卸载过程中的声发射定位事件统计示意图。
具体实施例方式为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。为了解决现有技术中存在的起重机吊臂缺陷检测时存在的检测准确性低，无法保证吊臂工作时的安全可靠性的问题，本申请发明人发现可以利用声发射(AcousticEmission, AE)技术对吊臂进行缺陷监测，来提高吊臂结构缺陷检测的准确性，及时发现各种可能的吊臂结构缺陷。其中，声发射是指在外部激励(例如外载荷)的作用下，材料中局域声发射源快速释放能量产生瞬态弹性波的现象。材料中有许多机制都可以构成声发射源，如材料的塑性变形、裂纹形成、扩展及断裂、相变、磁效应和表面效应等都会产生声发射信号而成为声发射源。声发射检测技术是指运用仪器检测、记录、分析声发射信号和利用声发射信号对声发射源进行定量、定性和定位分析的技术。声发射技术近年来广泛应用于石油化工工业、电力工业、材料试验、民用工程、航天和航空工业、金属加工、交通运输业等诸多领域，现阶段在金属压力容器行业中声发射技术应用比较成熟，形成了较完善的检测方法和标准。然而，压力容器等属于静设备，具备采用声发射技术进行检测的条件，而起重机属于动设备，其结构更复杂，检测环境恶劣，在起吊重物时，发动机发生的噪声已经淹没了声发射的检测信号，因此，现有的用于静音设备检测的声发射技术检测方法并不能直接用于起重机等动设备的结构缺陷检测，基于此，本发明的发明人通过研究，提供了一种能够用于起重机等动设备的采用声发射技术的吊臂缺陷检测系统和方法，在吊臂载荷变化过程中通过声发射技术检测吊臂中可能存在的结构性缺陷，同时避免受到发动机等的声音干扰。本发明实施例提供的吊臂缺陷检测系统的结构如图1所示，包括可升降加载台的加载装置1、设置在起重机吊臂2的待检测位置处的声发射传感器3、连接各声发射传感器3的声发射检测仪4。其中包括可升降加载台的加载装置1，用于在起重机发动机关闭时，通过所包括的加载台的下降实现起重机吊臂2上加载的砝码5的加载和/或通过加载台的上升托住砝码5实现卸载。该加载装置I能够托住起重机吊臂2上加载的砝码5，在起重机发动机关闭时，实现起重机吊臂2上加载的砝码5的加载和/或卸载，从而避免了吊臂加载过程中受到发动机噪音的影响，不能检测到起重机吊臂在加载过程中的声发射信号。设置在起重机吊臂2的待检测位置处的声发射传感器3，用于检测起重机吊臂载荷变化过程中的声发射信号，其中载荷变化过程包括砝码加载过程、保载过程和卸载过程中的至少一个。连接各声发射传感器的声发射检测仪4，用于获取声发射传感器3检测到的声发射信号，得到待检测位置的声发射定位事件，以便根据得到的声发射定位事件确定起重机吊臂2的缺陷等级。优选的，上述加载装置1，具体包括加载台和升降组件。加载台，用于在上升后托住砝码。升降组件，用于通过自身的升降运动带动所述加载台上升或下降。其中，升降组件包括液压油箱、液压泵、控制阀门、液压油缸和升降机构等。液压油箱、液压泵、控制阀门和液压油缸，用于控制升降机构的升降伸缩杆伸缩，实现控制升降机构升降，从而带动加载台上升或下降。上述声发射传感器3，设置在根据起重机吊臂的截面形状和起重机吊臂展开后的形状确定的各待检测位置处。上述声发射检测仪3的通道数量根据待检测位置的数量设置。为了能够获取更好的声发射检测结果，可以通过预放大器对声发射传感器3检测到的声发射信号进行放大处理，因此，优选的，上述起重机吊臂缺陷检测系统还可以包括设置在声发射传感器3和声发射检测仪4之间的预放大器，用于对声发射传感器3检测到的声发射信号进行放大处理。基于同一发明构思，本发明实施例提供一种吊臂缺陷检测方法，该方法流程如图2所示，包括下列步骤步骤Sll :在起重机发动机关闭时，通过加载装置中包括的可升降加载台的下降实现起重机吊臂上加载的砝码的加载和/或通过加载台的上升托住砝码实现卸载。预先通过起重机的发动机将砝码加载到起重机吊臂上，例如通过起重机吊臂的挂钩将砝码吊起，然后关闭起重机的发动机，起重机吊臂上加载有砝码且其发动机关闭后，通过加载装置实现起重机吊臂上加载的砝码的加载、保载和卸载。其中，加载装置的加载台上升时，砝码被加载台托�。佣狗⒍醣鄄辉偈芰Γ迪至私缆氪悠鹬鼗醣凵闲对兀患釉刈爸玫募釉靥ㄏ陆凳保缆胫匦掠善鹬鼗醣鄣跗穑迪至思釉兀釉赝瓿珊箜缆胗善鹬鼗醣鄣跗穑⒊中欢问奔洌次Ｔ毓�。优选的，上述加载台的下降和上升通过加载装置包括的升降组件的升降运动带动实现。由于声发射信号起源于材料内部，是局部发生的非稳定状态导致的瞬态事件，即起重机吊重离地的瞬间，臂架应力集中部位因应变会发出超声波，但这个超声波会被发动机的噪音完全淹没，因此，本发明在发动机不启动的情况下，通过加载装置实现加载、卸载，从而解决了声发射技术不能在起重机吊臂检测过程中应用的难题，以便有效利用声发射技术准确定位起重机吊臂结构活性缺陷的位置。步骤S12 :通过设置在起重机吊臂的待检测位置处的声发射传感器检测起重机吊臂在载荷变化过程中的声发射信号。其中载荷变化过程包括砝码加载过程、保载过程和卸载过程中的至少一个。设置在起重机吊臂的各待检测位置处的声发射传感器，可以检测在加载装置的加载台下降将砝码加载到吊臂上的加载过程中、吊臂加载砝码后的保载过程中、加载装置的加载台上升托住加载在起重机吊臂上的砝码的卸载过程中的声发射信号。且由于加载、保载和卸载过程中起重机发动机处于关闭状态，因此，避免了声发射检测受到起重机发动机噪音的影响。其中，起重机吊臂上的待检测位置根据起重机吊臂的截面形状和起重机吊臂展开后的形状确定。步骤S13 :通过连接各声发射传感器的声发射检测仪获取声发射传感器检测到的声发射信号，得到待检测位置的声发射定位事件。声发射检测仪可以根据检测到声发射信号的声发射传感器所在的待检测位置，确定各待检测位置的声发射定位事件。其中，声发射检测仪的通道数量根据起重机吊臂上的待检测位置的数量设置。为了获取更好的声发射信号检测效果，可以通过设置在声发射传感器和声发射检测仪之间的预放大器，对声发射传感器检测到的声发射信号进行放大处理，从而提高信噪比，以便长距离传输。步骤S14 :根据得到的声发射定位事件确定起重机吊臂的缺陷等级。根据获得的载荷变化过程中待检测位置的声发射定位事件，确定选定的载荷变化过程中选定的待检测位置处的声发射定位事件的计数率；根据确定出的计数率所在的计数率阈值范围以及计数率阈值范围与缺陷等级的对应关系，确定起重机吊臂的缺陷等级。下面通过具体实例说明本发明实施例提供的起重机吊臂缺陷检测系统的具体实现方式和起重机吊臂缺陷检测方法的具体实现过程。如图3所示，为本发明实施例提供的起重机吊臂缺陷检测系统中加载装置的一种具体结构布置示例图，该加载装置包括液压油箱11、液压泵12、控制阀门13、液压油缸14、升降机构15和加载台16。加载装置的加载台16可以托住起重机吊臂的吊钩21上加载的砝码5。液压油箱11、液压泵12、控制阀门13和液压油缸14组成一个液压系统，该液压系统和升降机构15组成加载装置中的升降组件，实现带动加载台16的上升或下降。通过包括如图3所示的加载装置的起重机吊臂缺陷检测系统对起重机吊臂进行缺陷检测的过程，如图4所示，包括下列步骤步骤SlOl :确定起重机吊臂上的待检测位置，在待检测位置处设置声发射传感器，并将声发射传感器通过线缆与声发射检测仪相连。例如起重机吊臂的结构可以如图5所示，包括基本臂31、第一节主臂32、第二节主臂33、第三节主臂34、第四节主臂35、变幅液压缸36和滑块37。根据该起重机吊臂中基本臂31和各主臂的截面形状，以及各主臂展开后的形状起重机吊臂的形状，在基本臂31和各主臂上设置声发射传感器3。例如，经分析发现，起重机加载工作过程中吊臂结构件应力集中及易损部位主要集中在以下两个分布区域基本臂31及主臂结合部底部和基本臂31及主臂结合部顶部，则可以分别在这两个区域布置声发射传感器3。如图6所示为基本臂31与第一节主臂32结合部底部声发射传感器3的布置示例，在基本臂31和第一节主臂32的焊缝311的两边两臂结合部的受力处A设置了 6个声发射传感器3,如图6中所的,声发射传感器1#、声发射传感器2#、声发射传感器3#、声发射传感器4#、声发射传感器5#和声发射传感器6#。其他相邻的主臂之间的结合部需要设置声发射传感器3时，与基本臂31和第一节主臂32之间的声发射传感器3的设置类似。如图7所示为基本臂31与第一节主臂32结合部顶部传感器的布置示例，在基本臂31 —侧设置有四个声发射传感器3，如图7中所示的声发射传感器7#、声发射传感器8#、声发射传感器9#和声发射传感器10#。其他相邻的主臂之间的结合部需要设置声发射传感器3时，与基本臂31和第一节主臂32之间的声发射传感器3的设置类似。确定声发射传感器3的布置位置后，选择所需的声发射传感器3，并确定声发射检测仪4的通道数，将声发射传感器3与声发射检测仪4用线缆连接起来。此外，还可以设置预放大器，此时将声发射检测仪4与预放大器用线缆实现连接，线缆最好成束扎好，并将线缆固定在吊臂的小型绳索支架上，防止加载过程中电缆线与吊臂表面之间接触滑动而产生摩擦干扰噪声，影响测试效果。优选的，安装声发射传感器3时，如果吊臂表面涂有防锈漆，可以先将防锈漆打磨除去，并在接触部位添加耦合剂使声发射传感器与吊臂金属表面充分接触。保证在整个检测过程中声发射传感器3的固定良好，防止因为声发射传感器3在吊臂构件表面滑动而影响定位准确性。步骤S102 :通过加载装置或者通过起重机发动机启动先将砝码加载到起重机吊臂上，具体可以将砝码挂在起重机吊臂的吊钩上。起重机工作时的发动机噪声可以完全淹没声发射的超声波信号，所以用声发射技术来检测起重机吊臂的结构缺陷，主要就是要解决噪声干扰问题，通过上述的加载装置的使用，在需要检测吊臂缺陷时，先将试验载荷砝码升高加载到吊臂的吊钩上，然后再通过加载平台的升降在发动机不启动时，实现砝码的加载和卸载，在加载、卸载等过程中进行声发射检测，完全避免受到发动机的干扰，因此，不需要考虑发动机的噪音干扰问题。步骤S103 :在起重机发动机不启动的情况下，控制加载装置的加载台上升，托起加载在吊臂上的砝码；然后控制加载装置的加载台下降，将砝码加载到吊臂上并保持一段时间。通过液压系统控制升降机构的升降，从而实现控制加载台的升降。通过加载台缓慢托起砝码使起重机吊臂完全不受力，从而实现了将砝码从起重机吊臂上卸载。将砝码挂在吊钩上，慢慢下降加载台直到砝码离开台面，实现砝码的加载，并在加载后保载一段时间，例如5分钟。步骤S104 :在砝码的卸载、加载和保载过程中，通过声发射检测仪实时监控接收声发射传感器接收到声发射信号，获得各待检测位置的声发射定位事件。以图5所示的吊臂的主臂结构件为例，对设置在基本臂31与主臂结合部的声发射传感器3的声发射信号检测结果进行统计。如下表I所示为距离声发射传感器探头距离不同时，检测到的声发射信号的衰减结果统计表。表I
权利要求
1.一种起重机吊臂缺陷检测系统，其特征在于，包括可升降加载台的加载装置，用于在起重机发动机关闭时，通过所述加载台的下降实现起重机吊臂上加载的砝码的加载和/或通过所述加载台的上升托住所述砝码实现卸载；设置在所述起重机吊臂的待检测位置处的声发射传感器，用于检测起重机吊臂载荷变化过程中的声发射信号，其中所述载荷变化过程包括砝码加载过程、保载过程和卸载过程中的至少一个；连接各声发射传感器的声发射检测仪，用于获取所述声发射传感器检测到的声发射信号，得到所述待检测位置的声发射定位事件，以便根据所述声发射定位事件确定起重机吊臂的缺陷等级。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述加载装置，具体包括加载台，用于在上升后托住所述砝码；升降组件，用于通过自身的升降运动带动所述加载台上升或下降。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述升降组件，具体包括液压油箱、液压泵、控制阀门、液压油缸和升降机构；所述液压油箱、液压泵、控制阀门和液压油缸，用于控制所述升降机构的升降伸缩杆伸缩，实现控制升降机构升降。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述声发射传感器，设置在根据所述起重机吊臂的截面形状和所述起重机吊臂展开后的形状确定的各待检测位置处。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述声发射检测仪的通道数量根据所述待检测位置的数量设置。
6.如权利要求1-5任一所述的系统，其特征在于，还包括设置在所述声发射传感器和声发射检测仪之间的预放大器，用于对声发射传感器检测到的声发射信号进行放大处理。
7.—种起重机吊臂缺陷检测方法，其特征在于，包括在起重机发动机关闭时，通过加载装置中包括的可升降加载台的下降实现起重机吊臂上加载的砝码的加载和/或通过所述加载台的上升托住所述砝码实现卸载；通过设置在起重机吊臂的待检测位置处的声发射传感器检测起重机吊臂在载荷变化过程中的声发射信号，其中所述载荷变化过程包括砝码加载过程、保载过程和卸载过程中的至少一个；通过连接各声发射传感器的声发射检测仪获取所述声发射传感器检测到的声发射信号，得到所述待检测位置的声发射定位事件；根据所述声发射定位事件确定起重机吊臂的缺陷等级。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述加载台的下降和上升通过所述加载装置包括的升降组件的升降运动带动实现。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据所述声发射定位事件确定起重机吊臂的缺陷等级，具体包括根据获得的载荷变化过程中待检测位置的声发射定位事件，确定选定的载荷变化过程中选定的待检测位置处的声发射定位事件的计数率；根据确定出的所述计数率所在的计数率阈值范围以及所述计数率阈值范围与缺陷等级的对应关系，确定起重机吊臂的缺陷等级。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述待检测位置根据所述起重机吊臂的截面形状和所述起重机吊臂展开后的形状确定。
11.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述声发射检测仪的通道数量根据所述待检测位置的数量设置。
12.如权利要求7-11任一所述的方法，其特征在于，还包括通过设置在所述声发射传感器和声发射检测仪之间的预放大器，对声发射传感器检测到的声发射信号进行放大处理。
全文摘要
本发明公开了一种起重机吊臂缺陷检测系统及方法，该系统包括可升降加载台的加载装置，用于在起重机发动机关闭时，通过加载台的下降实现起重机吊臂上加载的砝码的加载和/或通过加载台的上升托住砝码实现卸载；设置在起重机吊臂的待检测位置处的声发射传感器，用于检测起重机吊臂载荷变化过程中的声发射信号，其中载荷变化过程包括砝码加载过程、保载过程和卸载过程中的至少一个；连接各声发射传感器的声发射检测仪，用于获取声发射传感器检测到的声发射信号，得到待检测位置的声发射定位事件，以便根据声发射定位事件确定起重机吊臂的缺陷等级。能够实现通过声发射技术检测起重机吊臂缺陷，提高了起重机吊臂缺陷检测的准确性和可靠性。
文档编号G01N29/14GK102998371SQ20121054891
公开日2013年3月27日 申请日期2012年12月17日 优先权日2012年12月17日
发明者曾杨, 周润珈, 赵健 申请人:中联重科股份有限公司
专业数控铣床产品供应商
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