塔式起重机安拆过程安全监控系统的研究

摘要

塔式起重机属于高风险的特种设备，在施工现场的事故率比较高，特别是在顶升加节和降塔卸节过程中发生的重大人身伤亡事故占塔机总事故的40％以上。其中因人为操作失误而产生的重大人身伤亡事故时有发生，给人民生命财产安全造成了巨大的损失。因此，研究开发具有智能监控能力的软件系统，使塔式起重机在顶升和拆卸过程中具有容错能力，避免因人为操作失误而产生重、特大人身伤亡事故，提高塔式起重机的整体技术水平，具有非常重要的意义。
　　针对塔机在顶升和拆卸过程中因为人为失误造成的事故这一问题，研究开发了塔式起重机安拆过程安全监控系统。本文完成了安全监控系统的总体方案设计、监控系统的硬件及软件设计、检测装置结构及相关技术、计算方案的设计和塔式起重机顶升或下降过程安全状态综合评价方法的研究以及现场实验。该塔机监控系统利用可编程控制器(ProgrammableLogicController简称PLC)来负责塔机监测控制及对各监测点的传感器采集到的信息进行处理并传送给人机界面，在触摸显示屏上实时输出塔机的工况信息，若有危险信息则马上自动停止工作并进行声光报警。完成了对塔机的顶升下降过程的安全监控工作。
　　该系统中采用轴销传感器、压力传感器、光电传感器、风速传感器、双轴倾角传感器和激光测距传感器来采集塔机运行参数，能够较为全面的采集到塔机顶升和下降运行参数。系统还将模糊理论引入塔式起重机的顶升和下降安全状态分析领域，并对其主要状态参数值运用模糊数学中的模糊综合评判理论进行评判，就可以评价出塔机当前的安全状况。
　　塔机在顶升时结构并不稳定，受力情况又很复杂，顶升套架是顶升工况的关键受力结构，本文根据塔机顶升时的工作特点，对塔机顶升时套架倾斜状态进行了研究，还有套架导轮压力与塔机上部载荷状态关系的研究，以及起重臂位置状态的研究，并且分别给出了通用函数表达式。
　　实验表明，本系统实现了塔机在顶升和拆卸过程的安全监控，对塔机顶升和下降运行状态参数实时监测显示，运行参数的记录和超限报警等功能，完成了设计要求，能够有效避免因人为操作失误而产生的重大事故。填补了国内在这个领域的空白，具有很大的实际应用价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的来源和研究背景

1．2 国内外研究的现状和发展趋势

1．2．1 国内外研究的现状

1．2．2 本课题的发展趋势

1．3 本课题研究的目的和意义

1．3．1 课题研究的目的

1．3．2 课题研究的意义

1．4 本课题研究的主要内容

第二章 智能监控系统方案设计

2．1 监控系统总体结构

2．2 检测装置结构及相关技术

2．2．1 套架导轮轮压检测

2．2．2 顶升力检测

2．2．3 防冒顶检测和油缸行程检测

2．2．4 起重臂位置检测

2．2．4 套架倾斜度测量

2．2．4 上下挂靴就位检测

2．2．5 风速检测

2．3 本章小结

第三章 智能监控系统硬件及软件研究

3．1 监控系统硬件设计

3．1．1 PLC选型

3．1．2 模拟量扩展模块的选择

3．1．3 电源计算

3．1．4 控制箱主要元件

3．1．5 PLC及扩展模块I／O地址分配和接线图

3．2 监控系统程序设计

3．2．1 系统主程序设计

3．2．2 系统子程序设计

3．3 本章小结

第四章 监控系统的相关力学状态分析与计算

4．1 塔机顶升时套架倾斜状态的研究

4．1．1 套架倾斜状态的位移与转角计算分析

4．1．2 计算实例

4．1．3 结论

4．2 套架导轮压力与塔机上部载荷状态关系的研究

4．2．1 塔机顶升工况受力分析

4．2．2 上部结构载荷计算

4．2．3 结论

4．2．4 塔机实例计算

4．3 起重臂位置状态的研究

4．3．1 新平衡支点与附加弯矩计算

4．3．2 实例分析

4．4 顶升力限值计算及监控系统限值汇总

4．4．1 顶升力限值计算

4．4．2 本监控系统限值汇总

4．5 本章小结

第五章 塔机顶升下降过程安全状态综合评价方法的研究

5．1 模糊综合评价模型的建立

5．1．1 建立因素集

5．1．2 建立备择集(评价集)

5．1．3 单因素模糊评判

5．1．4 建立权重集

5．1．5 模糊综合评判

5．2．塔式起重机顶升和下降过程安全状态的模糊综合评判

5．2．1 建立各因素的隶属函数

5．2．2 权重集的建立

5．2．3 模糊综合评价应用

5．2．4 结论

5．3 本章小结

第六章 塔式起重机安拆过程安全监控系统现场实验

6．1 监控系统的实验准备

6．2 监控系统传感器安装与调试

6．3 塔机运行参数记录

6．4 本章小结

第七章 结论

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

作者简介

致谢