双梁桥式起重机吊重及主梁挠度在线测量系统及其测量方法

摘要

本发明公开一种双梁桥式起重机吊重及主梁挠度在线测量系统及其测量方法，属于测量技术领域。该测量系统硬件包括装有垫圈式力传感器的吊钩组、装在主梁下底板跨中位置的激光测距传感器、电缆卷筒、地平铁、随车控制柜、无线发射器、无线接收器、主控制器、显示器、继电器及电缆电源；测量系统软件包括无线通信模块、数据采集与处理模块、测量控制模块。垫圈式力传感器可直接测量出实时吊重，使用激光测距传感器测得起重机空载和负载时的起重机主梁下底板到地平铁的两个距离数据，通过射频信号无线传送到地面控制器，再由相关公式计算出实时吊重对应的主梁挠度。本发明能同时测量起重机实时吊重及对应的主梁挠度，结构简单易实现、测量精度高且稳定。

说明书

技术领域：

本发明属于测量技术领域，具体涉及一种双梁桥式起重机吊重及主梁挠度在线测量系统及其测量方法。

背景技术：

对于双梁桥式起重机，吊重和主架挠度是两个主要技术参数，吊重指标反映了起重机的起吊能力，实时吊重不能超过额定的吊重，主架挠度指标反映了起重机钢构性能。主梁承载时的最大挠度不能超过许用挠度，许用挠度与起重机工作级别和主梁跨度有关。

目前，起重机吊重在线测量常用的方法有：用轴瓦式传感器代替角型轴承座，所用力传感器数量多、接线多，且所称重量需要去除起升机构重量；在定滑轮支架上安装传感器，结构简单，但其鱼背面承载桥式传感器需要非标定制；将钢轨式传感器直接串接在小车运行轨道适当的位置上，传感器造价高且需定点称量。本专利拟在吊钩组件中增加一个力传感器，将垫圈式传感器套装在吊钩杆部螺母压板和止推轴承之间，优点是结构简单，所称重量只需减去吊钩另件重量即为实时的所吊重物重量。

起重机主架挠度常用的测量方法是：悬线法、水准仪直接测量法、经纬仪法等，这些方法或受人为因素影响，或受场地限制，测量麻烦，测量精度低或无法实现，且只能定期测量，无法长期实时得到主架工作状态，不能及时针对超载或危险状态进行报警，更无法预估主梁的变化趋势和安全隐患。

中国专利“一种门式起重机主梁挠度在线监测系统和方法”(申请号201510900821.5)，使用脉冲测量装置(未选用高精度测距传感器)，测主梁下盖板处反射装置的距离和偏移角，再换算出挠度，测量计算过程复杂，测量精度存疑。中国专利“一种测量起重机主梁下挠度的系统”(申请号201020569894.3)，将激光测量仪放下地面上，向上测量到主梁下底板之距换算为主梁挠度，实际上不能获得主梁实际挠度，只能测量出主梁下底板实时位置及变化规律。中国专利“一种起重机械安全监控系统及架桥机主梁的挠度测量方法”(申请号201611036388.6)，采用连通管方法，分别测出主梁前支腿处、主梁中间位置、主梁后支腿处液位高度，进而获得主梁挠度值，此方法中三个测量位置没有办法标定。中国专利“一种起重机主梁下挠度激光检测方法及装置”(申请号99101428.6)，将目标靶安装在主梁端部，激光器安装在主梁正中，测两者之距再换算为挠度，此方法中目标靶和激光器的位置也没有办法标定。

发明内容：

针对上述技术中的不足，本发明提出一种双梁桥式起重机吊重及主梁挠度在线测量系统及其测量方法，以结构简单、易于实现、速度快、测量精度高及稳定性高、并能实时在线监测为目标。

本发明所公开的一种双梁桥式起重机吊重及主梁挠度在线测量系统，包括硬件部分和软件部分；所述硬件部分如图1、图2所示，包括地平铁1、装有垫圈式力传感器14的吊钩组2、激光测距传感器3、L板4、螺钉组5、电缆卷筒10、随车控制柜、无线发射器、无线接收器、主控制器、显示器、继电器及电缆电源；所述软件部分包括无线通信模块、数据采集与处理模块及测量控制模块；所述激光测距传感器3和所述垫圈式力传感器14分别通过电缆与所述随车控制柜相连，所述随车控制柜的通讯电缆与所述无线发射器相连，所述无线发射器通过无线通信模块连接所述无线接收器；所述无线接收器通过通讯电缆连接所述主控制器，所述显示器和所述继电器通过电缆与所述主控制器相连；所示地平铁1埋在主梁6跨中正下方的地面上，所示地平铁1的上表面处于水平状态，所示地平铁1与地平面平齐；所述L板4焊接在主梁6下底板的跨中位置；所述激光测距传感器3通过所述螺钉组5固定在所述L板4上，所述激光测距传感器3向下发出的激光线垂直于地平面；如图3所示，所述垫圈式力传感器14安装在所述吊钩组2中的止推轴承12的上方，所述垫圈式力传感器14和所述止推轴承12同心，所述止推轴承12的下圈与横梁13刚性联结；所述吊钩11穿过所述横梁13、止推轴承12及所述垫圈式力传感器14的中心孔，所述吊钩11通过螺母压板15和螺栓组16与所述垫圈式力传感器14的上圈相联结；所述电缆卷筒10固定在小车9上，所述垫圈式力传感器14的电缆通过所述电缆卷筒10连接到所述随车控制柜。

起重机吊重测量原理是，如图2、图3所示，起重机吊钩11吊起重物时，垫圈式力传感器14即有力参数G输出，起重机实时吊重W为：

W＝G-W₀>

式中：W₀——吊钩零件重量。

起重机主梁挠度在线测量的原理是，如图2、图4所示，首先清理干净地平铁1的上表面，然后将空载起重机的车轮8带着端梁7和主梁6以及所述小车9开到地平铁1的正上方，使激光测距传感器3垂直向下发射出的激光线能射到地平铁1的上表面，开始测距，得数据H_Q，此时垫圈式力传感器14读数为W₀(此时只有吊钩重量)。将起重机大车开走，吊上重物，再将起重机开到地平铁1的正上方，使激光线能射到地平铁1的上表面，开始测距得数据H_G，此时垫圈式力传感器14的读数为G。

如图4所示，设0-0线为起重机主梁上无小车无挠曲时的主梁下底板位置即零位线；A-A线为只有小车自重Q而未吊重物时的主梁下底板位置，它与0-0线之间的距离为只有小车自重时主梁的挠度f_Q；B-B线为吊钩上有重物G时主梁下底板位置，它与0-0线之间的距离为起重机吊上重物时的实时挠度f_G，它是本测量系统要测量的主要参数之一。

由图4，有：

f_G+H_G＝f_Q+H_Q>

主梁受载发生的变形未达到塑性变形之前，其发生的下挠为弹性变形，主梁承受的载荷与其挠度之间存在线性关系，即

将公式(3)代入公式(2)得：

吊重读数为G时，主梁挠度为：

式中：G——吊重；

Q——小车自重，由起重机生产厂家图纸提供；

W₀——吊钩自重；

H_Q——主梁跨中只有小车时的激光测距；

H_G——吊重为G时的激光测距；

根据上述测量原理，本测量方法的步骤为：

(1)将空载起重机的大车车轮8带着端梁7和主梁6以及所述小车9开到所述地平铁1的正上方，使所述激光测距传感器3垂直向下发射出的激光线能射到所述地平铁1的上表面；

(2)送电启动测量系统，所述激光测距传感器3开始测量，得读数为H_Q，同时所述垫圈式力传感器14开始测量，得读数W₀；所述读数H_Q和W₀数值通过所述随车控制柜由所述无线发射器发出射频信号给地面的所述无线接收器，进而传送给所述主控制器；

(3)将空载起重机沿大车车轮8的行走方向开走，吊上重物，再将该起重机所述大车车轮8带着端梁7和主梁6以及所述小车9开到所述地平铁1的正上方，使所述激光测距传感器3垂直向下发射出的激光线能射到所述地平铁1的上表面，所述激光测距传感器3开始测量，得读数为H_G，同时所述垫圈式力传感器14开始测量，得读数G；所述读数H_G和G数值通过所述随车控制柜由所述无线发射器发出射频信号给地面的所述无线接收器，进而传送给所述主控制器；

(4)按式W＝G-W₀计算出起重机实时吊重；

(5)按式计算出吊重为G时主梁6的实时挠度，式中Q为小车自重，由起重机生产厂家的图纸提供，记录并输出结果；

(6)依据上述步骤(3)-(5)，能够在任一时间测量起重机起吊某重物时的实时吊重及对应的起重机主梁的实时挠度，如果吊重超重或者挠度超过容许值则报警。

本发明的有益效果是，本发明能同时测量起重机实时吊重及对应的主梁挠度，并将实时测量数据和计算结果进行存储，利于监控起重机的起吊量和起重机主梁的健康状态及发展趋势。本发明将垫圈式力传感器安装在吊钩组部件中，可直接测量出起重机实时吊重；将激光测距传感器安装在主梁下底板跨中位置，使用激光测距传感器测得起重机空载和负载时的起重机主梁下底板到地平铁的两个距离数据，通过射频信号无线传送到地面控制器，再由相关公式计算出实时吊重对应的主梁挠度。该方法具有结构简单、易于实现、速度快、测量精度高及稳定性高等技术特点。

附图说明：

图1是本发明的双梁桥式起重机吊重及主梁挠度在线测量系统示意图；

图2是本发明的测量系统机械结构示意图；

图3是本发明的吊钩组机械结构示意图；

图4是本发明的测量系统中主梁挠度测量原理图。

图中：1：地平铁；2：吊钩组；3：激光测距传感器；4：L板；5：螺钉组；6：主梁；7：端梁；8：大车车轮；9：小车；10：电缆卷筒；11：吊钩；12：止推轴承；13：横梁；14：垫圈式力传感器；15：螺母压板；16：螺栓组；17：滑轮；18：吊钩架；19：滑轮轴。

具体实施方式：

如图1、2、3所示，一种双梁桥式起重机吊重及主梁挠度在线测量系统及其测量方法，包括硬件部分和软件部分；所述硬件部分主要由地平铁1、装有垫圈式力传感器14的吊钩组2、激光测距传感器3、L板4及螺钉组5、电缆卷筒10、随车控制柜、无线发射器、无线接收器、主控制器、显示器、继电器及电缆电源等组成；所述软件主要由无线通信模块、数据采集与处理模块、测量控制模块等组成。

本实施例中测量系统的应用对象是：双梁桥式起重机，规格是50T-22.5m,额定起重量50吨，主梁跨度22.5米，起升高度12米，工作级别A5。经查起重机生产厂家图纸，小车自重18T。

本系统该实施案例中所用垫圈式力传感器14的型号为耐特恩K-2698，量程600KN，精度0.5％；激光测距传感器3的型号为德国SICK DL35-B15552，量程200-35000mm,分辨率0.1mm,重复精度0.5mm。

首先做好准备工作，如图2、图3所示，所示的地平铁1埋在主梁6跨中正下方的地面上，其上表面处于水平状态，与地平面平齐，所述的安装激光测距传感器3的L板4焊接在主梁6下底板的跨中位置，所述的激光测距传感器3通过螺钉组5固定在L板4上，固定时需要反复调整激光器位姿，使激光测距传感器3向下发出的激光线垂直于地平面，即：在两个垂直平面内反复转动所述激光器3，当激光器所测距离为最小时可以认为激光线垂直于地面。将所述的垫圈式力传感器14安装在吊钩组2中的止推轴承12的上方，两者同心，止推轴承12的下圈与横梁13刚性联结；将所述的吊钩11穿过横梁13、止推轴承12、垫圈式力传感器14的中心孔，并用螺母压板15和螺栓组16与垫圈式力传感器14的上圈相联结；所述的电缆卷筒10固定在起重机小车9上，垫圈式力传感器14的电缆通过电缆卷筒10连接到随车控制柜。

测量系统的工作过程如下：

(一)将空载起重机的大车车轮8带着端梁7和主梁6以及所述小车9开到地平铁1的正上方，使激光测距传感器3垂直向下发射出的激光线能射到地平铁1的上表面；

(二)送电启动测量系统，激光测距传感器3开始测量，得读数为H_Q为15342.0mm，同时垫圈式力传感器14也开始测量，得读数W₀为3066N；所述读数H_Q和W₀数值通过随车控制柜由无线发射器发出射频信号给地面的无线接收器，进而传送给主控制器；

(三)将空载起重机沿大车车轮8的行走方向开走，吊上重物，再将该起重机的大车车轮8带着端梁7和主梁6以及所述小车9开到地平铁1的正上方，使激光测距传感器3垂直向下发射出的激光线能射到地平铁1的上表面，激光测距传感器3开始测量，得读数为H_G为15323.6mm，同时垫圈式力传感器14也开始测量，得读数G为490355N；所述读数H_G和G数值通过随车控制柜由无线发射器发出射频信号给地面的无线接收器，进而传送给主控制器；

(四)按式W＝G-W₀计算出起重机实时吊重,为487289N即48.73吨，未超重；

(五)按式计算出吊重为G时主梁6的实时挠度为25.3mm，式中Q为小车自重(为18T)，已由起重机生产厂家的图纸提供，记录本挠度结果并输出。

根据生产厂家提供的主梁图纸资料，依据相关参考书上的公式进行计算，得本起重机起吊48.73吨重物时其主梁挠度理论计算值为26.5mm，与本专利测量方法得出的实时挠度值相比较，主梁设计偏于安全。对于A5级别起重机，本起重机主梁挠度容许值是L/800即28.125mm，实时主梁挠度小于容许值，安全。