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Abstract

一种用于检测杆(1)的方法包括下列步骤：向杆(1)施加第一负荷，测量杆(1)的运动，至少部分地将杆(1)的负荷减小至第二负荷，测量杆(1)的运动，以及使用在相应的负荷作用下的运动测量中的变化来计算杆(1)的刚度。

Description

检测杆的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于检测杆的方法和设备，并且尤其涉及一种用于检测杆以计算杆的理论最大强度的方法和设备。在整个说明书中，术语“杆”将用于包括电力、电话和电报杆；围墙和挡墙的杆等。
背景技术
电线杆和电话杆通常利用木头、钢或者混凝土制成，并且敲打到土地中，或者在地上挖出一个洞，并且将杆插入洞中。
一旦杆被置于土地中，杆的上部设置成接纳电缆、数据电缆、电话电缆等。对于一些杆来说，这些电缆的重量非常大，并且一些杆容纳另外的非常重的装置例如电力变压器。
木材的腐蚀、小孔、白蚁和其它因素会降低强度，并且因此降低杆的使用寿命。由于安全原因，必须周期性地检查杆的强度，并且确定杆的未来的使用寿命。因为木头的腐烂通常发生在地平面以下，因此简单地通过视觉检查是不充分的，并且必须进行机械强度测试。
迄今为止，没有简单、有效和可靠的检测方法可以利用，因此经常在杆的有效使用期限结束前很长时间就更换杆。
这自然增加了电力部门的运行成本。
检测杆的强度的一种已知的方法是向杆施加负荷。这通常使用液压缸来进行，所述液压缸推动或者牵拉所述杆。然而，使用液压缸或者类似装置来直接向杆施加推力或者拉力具有一些缺点。因此，如果能够提供一种改进的方法和设备来检测杆将是有利的。
本发明的发明人在过去特别致力于设计检测杆的强度的方法和设备，以确定它们的适合程度。
用于检测杆的强度的其中一种方法使用了如下装置：计算杆的所需的最小强度以及将施加到杆的等于所述最小强度的负荷的装置，向杆施加负荷的装置，测量施加到杆的负荷的装置，以及(a)根据所施加的负荷计算杆的剩余强度的装置，或(b)测量杆在施加的负荷的作用下的位移的装置，根据施加的负荷以及所述位移计算杆的剩余强度的装置，以及检测杆的失效的装置。
现有技术的方法和设备通过模拟对于预定强度的最大负荷来检测杆是否具有预定的最小强度。这通常对杆是否具有最小强度的问题产生“是/否”的答案。通常，现有技术的模拟施加这样的负荷，该负荷等于杆上的最大预期的风载荷乘以适合的安全因子。
在发展和使用上述方法的过程中，发明人发现，所使用的方法和设备具有缺点。现有技术的系统要求在检测过程中建立和使用参照物，以测量杆的挠曲和位移。这个参照物在恶劣的地形中难以建立，特别是当地面成波浪形或者多坡地区。
另外，发现所使用的方法包括一些可以改进的不准确性。发明人通过分析得到，这些不准确性可能来源于向杆施加负荷以及杆的随后的运动。
应当清楚理解，如果现有技术的公开在此引为参考，那么这种参考不构成这样的允许，即所述公开形成澳大利亚或者任何其它国家中的众所周知的现有技术的一部分。
发明内容
本发明涉及一种用于检测杆的方法和设备，所述方法和设备可以至少部分克服上述缺点中的至少一个或者为消费者提供一种有用的或者商业上的选择。
在一个方面，本发明涉及一种用于检测杆的方法，所述方法包括下列步骤：
a.向杆施加第一负荷；
b.测量杆的运动；
c.至少部分地将杆的负荷减至第二负荷；
d.测量杆的运动；
e.利用在相应的负荷作用下的运动测量中的变化以计算杆的刚度。
发明人已经发现，当使用他的先前的杆检测设备和方法来检测地面中的杆时，向杆施加负荷造成具有至少两个不同分量的运动，即：
a.杆的位于地表面下方的下部的旋转(旋转运动)；和
b.由所施加的负荷引起的杆的运动(真实或实质运动)。
运动或者杆倾斜的程度优选用在杆的强度的检测中。同时不希望被理论限制，发明人假定：由所施加的负荷造成的杆的位于地表面的下面的下部的旋转是当测量杆的运动程度时的误差的来源，因为杆在地面中的倾斜会导致运动测量中的系统的偏移误差。由于杆被倾斜并且经历运动，因此杆的运动的测量的偏移通常是向上的。本发明可以通过下面的方式克服这种偏移：通过测量在第一负荷的作用下杆的运动，所述第一负荷迫使杆在地面中旋转，测量在这个负荷的作用下的运动，部分地减小杆的负荷，并且进行第二次运动测量。
发明人认为，当施加第一负荷时，杆被迫使在地面中进行旋转。通过测量在第一负荷的作用下的运动，至少部分地减小负荷并且然后进行第二次运动测量，可以计算出由于杆的旋转造成的运动分量，所述运动分量与真实的运动相反。可以计算出这个旋转运动并且然后将它从整个运动测量中去除。可替换的是，通过在第一负荷的作用下时使运动测量设备调零，可以将旋转运动测量完全从运动测量中去除。第二次测量因此可以是完整的运动测量，包括对于旋转运动的总量或者仅与真实运动相对应的校正的总量。
优选的是，在减轻负荷的步骤的过程中，杆可以仅部分地减小负荷。再次，不希望被理论所限制，发明人经过理论分析认为，当加载到第一负荷时，土壤经历塑性变形。部分地减轻负荷但是保持杆上的较小的负荷可以允许杆在塑性变形的土壤中保持在适合的位置，并且因此降低由于旋转运动造成的误差。
上述方法的步骤(c)和(d)通常重复一次以上。例如可以有多个减轻负荷的步骤以建立杆在施加的不同负荷的作用下的一系列运动测量。
该方法还可包括使用计算所得的杆的刚度来计算杆的理论最大强度的步骤。利用杆的刚度来计算理论最大强度需要计算或者使用被检测的杆的结构的材料的机械特性。
减轻负荷的步骤仅部分减轻杆的负荷，但是保持杆上的负荷以防止杆在地面中旋转。通常，施加到杆的第一负荷可以是目标负荷或者预加负荷。可以计算预加负荷的极限来模拟操作负荷，所述操作负荷可包括这些因素，例如风的切变以及由钢索连接和支撑在杆的上部所施加在杆上的力。这些钢索在杆的上部施加张紧或者压缩力。
优选的是，在减轻负荷的步骤的过程中，可以将第一负荷减小至不小于第一负荷的大约20％。实际的减小负荷的因子或者总量通常取决于土壤类型，因为土壤类型将影响塑性变形的总量并且因此影响旋转运动的总量。
施加到杆的负荷通常也将被测量并且记录以用在计算中。可以使用任何用于测量负荷的方法和设备来实现。
在第二形式中，本发明涉及一种用于检测杆的设备，所述设备包括：向杆施加负荷的装置，测量施加到杆的负荷的装置，至少一个测量杆在施加的负荷的作用下的运动的装置，以及根据杆在至少两个施加的不同负荷的作用下的运动来至少计算杆的刚度的装置。
在一个更特别的形式中，本发明涉及一种用于检测杆的设备，所述设备包括：向杆施加负荷的装置，测量施加到杆的负荷的装置，至少一个测量杆在施加的负荷的作用下的运动的装置，其中在加载的状态下至少进行一次测量，并且在至少部分减轻负荷的状态下进行至少一次测量，以及根据杆在至少两个不同的施加的负荷的作用下的运动至少计算杆的刚度的装置。
可以有一个或者多个测量运动的装置。所述测量杆的运动的装置优选可以是位移计、应变片、数字角度仪等。
可以使用一个以上的测量设备以给出作用在杆上的负荷和/或力的更完整的表示。例如，通过设置一对测量装置，一个在杆的加载位置下面并且一个在加载位置上方，并且建立所述一对测量装置响应于特定负荷的读数之间的差异(如果有的话)，可允许计算通过钢索作用在杆的上部的力或者其它施加的力。例如，当钢索连接到杆的上部或者从杆的上部悬挂时，位于加载位置下面的装置的测量可以给出杆由于加载设备施加的负荷而造成的运动的表示，并且位于加载位置上方的装置的测量可给出由钢索的张紧施加在杆的上部的力的表示。
优选的是，测量运动的装置测量杆相对于竖直方向的倾斜程度。可替换的是，测量可以是相对于基准角度的倾斜程度，所述基准角度建立作为检测的一部分。优选的是，可以通过在施加第一负荷时使测量设备调零来进行杆的倾斜的测量。
可以通过在地平高度上方或者下面的任何高度处推动和/或牵拉所述杆来施加负荷，并且所述负荷通过便携的机械起重器或者螺丝扣、液压或者气压缸、绞盘或者其它适合的机械、液压或者电气装置来改变，所述装置可以安装在轮子上或者车辆上。
施加的负荷优选通过测力传感器或者其它适合的等效的装置测量。
施加的负荷以及其它检测数据以及杆的检测结果可以手动记录或者通过使用任何适合的计算机系统来自动记录。
在杆的失效的情况中，杆的稳定性可以通过安全框架或者安全绳或者柱形浮标或者安全夹来提供，上述装置安装到杆检测车辆的或者其它重型装置的起重机的吊臂上。
在向杆施加负荷或者去除负荷的过程中，杆的过度运动可以通过下列装置限制：链条、绳索、框架、柱形浮标、棒、或者连接到杆检测设备或者其它重型的并且稳定的机构以及物体例如混凝土块、附近的大树等的夹子。
附图说明
下面将参考附图描述本发明的各种实施例，附图中：
图1是根据本发明的一个优选实施例的设备的示意性侧视图。
图2是根据本发明的一个可替换的优选实施例的设备的示意性侧视图。
具体实施方式
根据本发明的一个优选实施例，提供一种用于检测杆的方法和设备。
所述优选实施例的方法利用图1所示的用于检测杆的设备实现，所述设备包括向杆10施加负荷的装置。所述向杆施加负荷的装置包括地面支承底座元件11、从底座元件11大致向上延伸的支杆12以及调节支杆12的长度的液压缸13。通过使支杆12延伸或者收缩，可以向杆10施加不同的负荷。在支杆12与底座元件11相反的端部，具有杆接合元件14。通过在地平高度上方任何高度处推动所述杆来施加负荷，并且所述负荷通过便携的机械起重器或者螺丝扣、液压或者气压缸、绞盘或者其它适合的机械、液压或者电气装置来改变。
底座元件11同样装配有限制束带15、链条或者带。这向杆10施加压力，并且有助于防止当负荷施加到杆上时底座元件11移动。支杆也装配有手柄17。
液压缸具有相连的测量施加到杆10的负荷的装置(未示出)。施加的负荷通过测力传感器或者其它适合的等效的装置测量。
所述设备还包括至少一个测量杆在施加的负荷的作用下的移动的装置。这些装置通常是位移计、应变片、数字角度仪16等。
根据图1和图2所示的实施例，仅使用一个数字角度仪。数字角度仪测量杆相对于竖直方向或者相对于基准角度的倾斜程度，所述基准角度建立为测试的一部分。
然而，可以使用一个以上的数字角度仪16，以给出作用在杆上的负荷和/或力的更加完整的表示。例如，通过设置一对测量装置16，一个在杆10的加载位置下面，并且一个在加载位置上方，并且确定所述一对测量装置响应于特定的负荷的读数之间的差异(如果有的话)，可允许计算通过钢索作用在杆10的上部上的力或者其它所施加的力。例如，当钢索连接到杆10的上部或者从杆10的上部悬挂时，位于加载位置下面的装置16的测量可以给出由于通过加载设备所施加的负荷造成的杆10的真实运动的表示，并且位于加载位置上方的装置16的测量可给出通过钢索的张紧而施加在杆的上部的力的表示。
图2中示出的本发明的实施例在原理上与图1的实施例类似，不同之处在于向杆施加负荷的装置设置有底座11，支杆12设置在可移动的车辆18上。
用于检测杆10的方法包括下列步骤：
a.向杆10施加第一负荷；
b.测量杆10的运动；
c.至少部分地将杆10的负荷减小至第二负荷；
d.测量杆10的运动；
e.利用在各个负荷的作用下的运动测量中的变化来计算杆的刚度。
发明人已经发现，向杆10施加负荷造成具有至少两个不同分量的运动，也就是：
a.杆10的位于地表面下方的下部的旋转(旋转运动)；和
b.由所施加的负荷引起的杆10的运动(真实或实质运动)。
本发明可以通过下面的方法克服由于旋转运动造成的偏移或者误差，即通过测量在第一负荷的作用下杆的运动，所述第一负荷迫使杆在地面中旋转，测量在这个负荷的作用下的运动，部分地减轻杆的负荷并且进行第二次运动测量。
当施加第一负荷时，所述第一负荷通常是所需要的杆的强度的一部分，所述杆被迫使在地面中进行旋转。通过测量在第一负荷的作用下的运动或者弯曲，至少部分地减轻负荷，并且然后进行第二次运动或者弯曲测量，可以计算出由于杆的旋转造成的与实际的真实运动相反的运动分量。通过当在第一负荷的作用下时使运动测量装置调零，可以将旋转运动测量完全地从运动测量中去除。因此，第二次测量将是完全的运动测量，包括对于旋转运动的总量或者仅与真实运动相对应的校正的总量。
在减小负荷的步骤的过程中，杆仅仅被部分减轻负荷以考虑在加载到第一负荷时杆的底部周围的土壤的塑性变形。部分减轻杆上的负荷但保持杆上较小的负荷允许杆在塑性变形的土壤中保持在适合的位置，并且由此降低由于旋转运动造成的误差。
施加到杆的第一负荷为目标的或者预加载的力。预加载的限制被计算以模拟操作负荷，所述操作负荷可包括这些因素，例如风的切变以及连接和支撑在杆的上部处的钢索施加在杆上的力。这些钢索在杆的上部处施加张紧或者压缩力。
在减轻负荷的步骤的过程中，第一负荷被降低到不低于第一负荷的大约20％。实际的减轻负荷的因子或者总量取决于土壤的类型，因为土壤的类型将影响塑性变形的总量，并且因此影响旋转运动总量。
该方法然后允许使用计算所得的刚度来通过应用数学公式计算杆的理论最大强度。这依次允许计算杆的可工作寿命。
在本说明书中，术语“运动”优选包括偏转、倾斜、倾侧、姿态或者旋转或者其它类型的运动中的任一种或者多种。
在本说明书和权利要求书中，术语“包括”和它的派生词包括所提到的整数中的每一个，但不排除包括一个或多个其它整数。
在本说明书中，对“一个实施例”的引用是指：连同实施例描述的一个特定的特征、结构或者特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，短语“在一个实施例中”在说明书中各个位置的出现不是必然参考相同的实施例。另外，特定的特征、结构或者特点可以以任何适合的方式结合在一个或多个组合中。

Claims (11)

1.一种用于检测杆的方法，包括下列步骤：
a.向杆施加第一负荷，
b.测量杆的运动，
c.至少部分地将杆的负荷减小至第二负荷，
d.测量杆的运动，和
e.利用在相应的负荷作用下的运动测量中的变化来计算杆的刚度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在减小负荷的步骤的过程中，所述杆仅被部分地减小负荷。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(c)和(d)重复一次以上以建立杆在施加的不同负荷的作用下的一系列运动测量。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括利用计算所得的杆的刚度来计算杆的理论最大强度的步骤。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在减小负荷的步骤的过程中，负荷从第一负荷减小至不小于第一负荷的20％。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第二负荷依赖于土壤类型计算。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，测量的运动是杆的倾斜角度。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，施加第一负荷之后的测量步骤(b)是调零测量。
9.一种用于检测杆的设备，包括：向杆施加负荷的装置，测量施加到杆的负荷的装置，至少一个测量杆在施加的负荷的作用下的运动的装置，其中在加载的状态下至少进行一次测量并且在至少部分减轻负荷的状态下进行至少一次测量，以及根据杆在至少两个不同的施加的负荷的作用下的运动至少计算杆的刚度的装置。
10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，使用一个以上的测量运动的装置。
11.如权利要求9所述的设备，其特征在于，至少一个测量运动的装置测量杆相对于基准角度的倾斜程度。
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