CN103213904B - 起重机械取物部件危险断面检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种起重机械取物部件危险断面检测装置，由检测元件和信号处理元件组成；所述检测元件包括夹持片和应变片，若干片应变片均匀固定在夹持片上，将夹持片围起来经固定螺钉固定在取物部件被检测断面周围，若干片应变片对称分布于取物部件被检测断面四周，与取物部件一起受力形变，若干片应变片用导线连接起来构成电桥，电桥输入端接有电源，电桥输出端与信号放大器输入端相接；所述信号处理元件由信号放大器、滤波器、调制解调器和报警器组成，信号放大器将电桥输出信号放大后经滤波器滤波后送入调制解调器，调制解调器输出接报警器。本发明提高了检测的准确性，方便日常检测，确保现场作业安全。

Description

起重机械取物部件危险断面检测装置

技术领域

    本发明涉及起重机械中取物部件（吊钩）疲劳、危险破断临界状态监测装置。

背景技术

现代大型冶金企业在加工钢材的过程中,需要往返频繁使用大型起重机械吊运原料和成品。涉及大型起重机械常为桥梁式行车，行车起吊重物作业方式常采用钢丝绳绕于传动电机和吊钩设备之间,控制钢丝绳的长短来实现重物的起升和下落。其中广泛使用的吊钩及其他取物装置在日常作业过程中受到外界环境的影响易产生磨损、裂纹、断裂，需及时更换。

起重机械的取物部件（取物装置），是通过吊、抓、吸、夹、托或其他方式，将物料与起重机联系起来进行物料吊运的装置。根据被吊物料不同的种类、形态、体积大小，采用不同种类的取物装置。例如，成件的物品常用吊钩、吊环等，防止吊物坠落，保证作业人员安全和吊物不受损伤是对取物装置安全的基本要求。

取物部件用的最多的是吊钩组，吊钩组由吊钩、吊钩螺母、推力轴承、吊钩横梁、滑轮、滑轮轴以及拉板等零件组成。按形状有单钩和双钩之分，单钩常用于较小的起重量，起重量较大时多采用双钩。吊钩在起重作业中，受到频繁的、冲击重载荷的反复作用，一旦出现故障就可能导致重物坠落，造成重大人身伤亡或财产损失。因此，吊钩的基本安全要求就是避免发生突然断裂或脱钩，保证作业人员的安全和被吊运物料不受损害。在使用中要加强安全检查，发现超过标准规定的缺陷要及时报废更新，使取物装置保持持续安全状态。

吊钩危险断面的分析，按照平面弹性曲杆理论对吊钩的受载状况进行受力分析可知，吊钩危险断面主要在三个部位：钩身水平断面A—A、钩身垂直断面B—B和钩柄根部螺纹断面C—C，参见图1。（1）钩身水平A—A断面，起升载荷对A—A断面的作用为偏心拉力，所以该断面受到弯曲和拉伸组合应力作用。断面内侧应力为最大拉应力，断面外侧为最大压应力，A—A断面是吊钩受力最大的断面，因此检测危险断面时该截面优先考虑。（2）钩身垂直B—B断面，受力虽然不如A—A断面大，却是吊索强烈磨损的部位，随着断面面积减小，承载能力逐渐下降。在操作时应注意控制系物吊索分支的夹角，分支的夹角越大，断面受力就越大，也就越容易发生脱钩。（3）钩柄根部的螺纹部位C—C断面，螺纹根部应力集中，还会受到腐蚀，容易在缺陷处断裂。因此检测危险断面时该截面优先考虑。

现有的起重机械取物部件（主要指吊钩）危险断面检测无专用的现场测量装置,日常取物部件的维护检查完全靠煤油清晰表面后，静态下目测外观，或者在使用中对其目测判断受力情况。即实际操作中只能外部进行检查而无法对其内部、甚至内部受力情况进行监测。并且现有检测仪器造价较高、体积较大，需要在静态下检测，实际意义不太大，失去了施工现场作业过程中动态跟踪取物部件安全性能的及时性和使用方便性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种起重机械取物部件危险断面检测装置，该检测装置的检测元件与检测点受力形变时一起形变，从而提高了检测的准确性，方便日常检测，确保现场作业安全。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种起重机械取物部件危险断面检测装置，由检测元件和信号处理元件组成；

所述检测元件包括夹持片和应变片，若干片应变片均匀固定在夹持片上，将夹持片围起来经固定螺钉固定在取物部件被检测断面周围，若干片应变片对称分布于取物部件被检测断面四周，与取物部件一起受力形变，若干片应变片用导线连接起来构成电桥，检测元件上还开有输入端口和输出端口，电源接入输入端口使电桥输入端接有电源，电桥输出端接在输出端口能与信号放大器输入端相接；

所述信号处理元件由信号放大器、滤波器、调制解调器和报警器组成，信号放大器将电桥输出信号放大后经滤波器滤波后送入调制解调器，调制解调器输出接报警器。

所述夹持片为上下两片，上下夹持片上分别均匀开有若干个槽，上下夹持片上的若干个槽上下一一对应，槽的一端开口，槽内放置应变片，应变片上下两端分别固定在上下夹持片上、将上下两片夹持片连接起来，上下两块压板压住应变片两端，并留有连接接头，紧固螺钉将压板固定于上下两片夹持片上，将上下两片夹持片卷起包住需检测部分，侧面用螺钉螺母紧固。

所述应变片为四片，所述上下夹持片上分别均匀开有四个槽。

所述应变片为电阻应变片，由康铜丝成Z字型排列并固定于基膜上。

所述应变片电桥的调零电路采用并联调零，即在应变片电桥输出端并联一个微调电位器Rw，并且微调电位器Rw电阻值远大于一个应变片电阻值。

所述信号放大器安装于取物部件上，信号放大器输出经双绞交织互捻屏蔽线套导线接至滤波器上。

本发明采用在取物部件上固定检测元件，检测元件内的四个应变片对称分布于取物部件被检测断面四周，与取物部件一起受力形变，四片应变片用导线连接起来构成电桥。当检测元件检测到受力异常后电桥平衡被打破，输出的信号经处理后以报警的方式提醒使用者，从而提高了检测的准确性，方便日常检测，确保现场作业安全；解决了长期检测起重机械取物部件在非工作状态下，靠目测来判断是否处于危险临界状态和失效与否，减少了长时间频繁吊运中危险临界状态的安全隐患问题。

附图说明

图1为取物部件（主要指吊钩）危险断面分析结构示意图；

图2为本发明起重机械取物部件危险断面检测装置结构示意图；

图3为本发明的信号处理元件电路图； 

图4为电桥并联调零电路图；

图5为本发明的检测元件结构示意图；

图6为检测元件围成环状俯视图（无护套）。

图中：1检测元件，2固定螺钉，3应变片，4取物部件（吊钩），5电源，6信号放大器（信号放大电路），7信号放大器输出端，8滤波器（滤波电路），9调制解调器（调制解调电路），10报警器；11夹持片，12压板，13连接接头，14紧固螺钉，15螺钉，16螺母，17护套。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参见图2、图3，一种起重机械取物部件危险断面检测装置，由检测元件1和信号处理元件组成；

所述检测元件1包括夹持片11和应变片3，四片应变片3均匀固定在夹持片11上，将夹持片11围起来经固定螺钉2固定在取物部件4被检测断面周围，四个应变片3对称分布于取物部件4被检测断面四周，与取物部件4一起受力形变，四片应变片3用导线连接起来构成电桥，检测元件1上还开有输入端口和输出端口，电源5接入输入端口使电桥输入端接有电源，电桥输出端接在输出端口能与信号放大器6输入端相接； 

所述信号处理元件由信号放大器6、滤波器8、调制解调器9和报警器10组成，信号放大器6将电桥输出信号放大后经滤波器8滤波后送入调制解调器9，调制解调器9输出接报警器10。通过对电桥输出的电信号的滤波和调制解调处理，使得所需的工作信号所受的干扰降至最低，参见图3。

所述夹持片11为上下两片，参见图5、图6，主要作用是将应变片3固定在检测点周围。上下两片夹持片11成对固定在检测点的周围，上下夹持片11上分别均匀开有四个槽，上下夹持片11上的四个槽上下一一对应，槽的一端开口，槽内放置应变片3，应变片3上下两端分别固定在上下夹持片11上、将上下两片夹持片11连接起来，上下两块压板12压住应变片3两端，并留有连接接头13，连接接头13用于导线将应变片3连接成电桥，紧固螺钉14将压板12固定于上下两片夹持片11上，将上下两片夹持片11卷起包住需检测部分，如取物部件4（吊钩）的钩身，夹持片11侧面用螺钉15螺母16紧固。卡好需检测部位后再用固定螺丝2固定在检测件上，如取物部件4，最后上下夹持片11用护套17包裹后成为一体。

所述应变片3为电阻应变片，由康铜丝成Z字型排列并固定于基膜上。

检测元件1安装时，取物部件4挂适量重物，保证安装基准面平直。并需经过应变片电桥并联调零电路进行电桥平衡的校验，即在应变片电桥输出端并联一个微调电位器Rw，并且微调电位器Rw电阻值远大于一个应变片电阻值，使电桥输出为零，确保电桥平衡，参见图4。

这里检测取物部件的截面可以是圆形、矩形等规则形状，也可以是不规则形状，上述的检测元件1都可以安装检测，但都需通过电桥并联零调进行电桥平衡的校验。并可通过对于电桥并联零调进行初始化，从而检测物体形变量超过变形设定范围时达到报警。

    由于应变片电桥输出的信号较弱，可以将信号放大器6安装于取物部件4上对电桥输出信号进行放大处理后再输送，因此，信号放大器输出端7经双绞交织互捻屏蔽线套导线接至滤波器8上。

本发明起重机械取物部件危险断面检测装置的工作原理是：

将本发明检测装置的检测元件1固定在如图1所示的取物部件（吊钩）的钩身水平A—A断面，或者是钩柄根部的螺纹部位C—C断面；当取物部件4受力正常时，应变片3测量截面各点受力一样，即四个测量点组成的电桥平衡；当取物部件4存在受力不均、裂纹时，测量截面上各点受力不均，四个测量点组成的电桥平衡破坏，从而产生一个微小电信号。将该微小电信号进行一系列的处理后转为预警时的信号来源。

可以根据取物部件4的工作力、允许的形变制定相对应检测装置的量程，并且设定预警极限值。当低于取物部件4受力预警极限值时不报警；而当取物部件受力异常形变超设定范围――电桥平衡破坏后，产生的电信号超过预警极限值则报警。

四片应变片3用导线连接起来构成电桥，由于现场环境干扰因素较多而检测到的受力形变产生的信号较弱，所以电桥输入端接有电源Ui，而输入的电源为直流电源，配以外带恒定12V直流电源。

平衡状态下的电桥无电势差，当检测点平衡破坏后检测点的应变片3受力不均使得原来相等的应变片电阻发生变化，产生电势差。该电势差造就了电流的流动可以看作是一个可以利用的电信号，该电信号为初级电信号，但不能为设备所使用。将刚采集到应变片3的电势差产生的电信号，参见图3，经过信号放大电路6中三极管的处理后逐倍放大，以防止采集到微弱的电信号在输送途中弱化。在传送到使用设备（报警设备）前电信号仍需继续处理才可以利用。放大后的电信号在输送途中由于受到外界伪信号的干扰，需要将无规则的信号源过滤处理，通过滤波电路8中的桥式二极管的处理后得到与原始检测信号相同波形、频幅的信号。滤波后的电源仍然为直流电信号通过调制解调电路9感应电流的方式传递，实际使用中报警器多为交流电源，故将调制解调电路9输出端Uk端输入外界交流电源仍然为感应电流的方式传递，通过两个电阻R防止不稳定交流电源损坏报警设备及其他部件；电容C将放大、滤波，感应电流传递后的直流电变为交流电，配以Uk端输入外界交流电源感应交流电源一起整合为报警设备所能直接利用的供给电源，二次端严禁开路和短路。

本实施例中的调制解调电路9（即调制解调器），所谓调制，就是把数字信号转换成模拟信号；解调，即把模拟信号转换成数字信号，合称调制解调器。数字信号转换为相应的模拟信号，这个过程称为“调制”。经过调制的信号由“0”和“1”组成数字信号，而在传递中的却只能是模拟电信号。在实际报警器使用的触发信号都采用的是模拟信号，故在使用前将持续稳定的模拟信号得以处理后供给。此部分电路采用流过二极管电流的单向性这一特性，采取二极管组合的方式，配以电容器在欠电压和过载时的保护功效完成模拟信号输出，为报警单元使用这一最终目的。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种起重机械取物部件危险断面检测装置，其特征是：由检测元件和信号处理元件组成；

所述检测元件包括夹持片和应变片，若干片应变片均匀固定在夹持片上，将夹持片围起来经固定螺钉固定在取物部件被检测断面周围，若干片应变片对称分布于取物部件被检测断面四周，与取物部件一起受力形变，若干片应变片用导线连接起来构成电桥，检测元件上还开有输入端口和输出端口，电源接入输入端口使电桥输入端接有电源，电桥输出端接在输出端口能与信号放大器输入端相接；

所述信号处理元件由信号放大器、滤波器、调制解调器和报警器组成，信号放大器将电桥输出信号放大后经滤波器滤波后送入调制解调器，调制解调器输出接报警器；

所述夹持片为上下两片，上下夹持片上分别均匀开有若干个槽，上下夹持片上的若干个槽上下一一对应，槽的一端开口，槽内放置应变片，应变片上下两端分别固定在上下夹持片上、将上下两片夹持片连接起来，上下两块压板压住应变片两端，并留有连接接头，紧固螺钉将压板固定于上下两片夹持片上，将上下两片夹持片卷起包住需检测部分，侧面用螺钉螺母紧固。

2.根据权利要求1所述的起重机械取物部件危险断面检测装置，其特征是：所述应变片为四片，所述上下夹持片上分别均匀开有四个槽。

3.根据权利要求1所述的起重机械取物部件危险断面检测装置，其特征是：所述应变片为电阻应变片，由康铜丝成Z字型排列并固定于基膜上。

4.根据权利要求1所述的起重机械取物部件危险断面检测装置，其特征是：所述应变片电桥的调零电路采用并联调零，即在应变片电桥输出端并联一个微调电位器Rw，并且微调电位器Rw电阻值远大于一个应变片电阻值。

5.根据权利要求1所述的起重机械取物部件危险断面检测装置，其特征是：所述信号放大器安装于取物部件上，信号放大器输出经双绞交织互捻屏蔽线套导线接至滤波器上。