CN103274304A

CN103274304A - 起重机结构监测安全预警阈值动态调整方法

Info

Publication number: CN103274304A
Application number: CN2013102310169A
Authority: CN
Inventors: 黄国健; 王伟雄; 陈敏; 王新华; 王东辉
Original assignee: Guangzhou Academy of Special Equipment Inspection and Testing
Current assignee: Guangzhou Academy of Special Equipment Inspection and Testing
Priority date: 2013-06-09
Filing date: 2013-06-09
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2033-06-09
Also published as: CN103274304B

Abstract

本发明公开了一种起重机结构监测安全预警阈值动态调整方法，该方法包括：根据设计图纸及维保数据记录，统计起重机金属结构发生故障的位置及概率；对金属材料进行拉伸，建立金属材料等效许用应力与时间的数学模型，得出函数关系K₂=f(t)；将各个传感点的最大应力理论值K₁，设为预警值；将函数关系K₂=f(t)和各个传感点的K₁写入业务平台软件系统，进行阈值的动态调整。本发明对不同年份的金属材料进行拉伸试验，进而得到等效许用应力K₂与时间t的函数关系，从而更加精确智能的调整动态阈值，并写入软件程序进行动态调整。

Description

起重机结构监测安全预警阈值动态调整方法

技术领域

本发明涉及结构监测安全预警阈值动态调整方法，尤其涉及一种起重机结构健康监测安全预警阈值动态调整方法。

背景技术

随着我国起重机械数量急增，全国起重机械事故也呈高发态势，其事故数量连续五年高居各类特种设备事故首位；与此同时，全国上下对公共安全方面要求越来越高，使得特种设备特别是起重机械在保安全、促发展方面责任更重、压力更大；目前国内对起重机械安全保证仍然以维保单位的“定期保养、事后维修”和质检部门的定期验证性监测为主，缺乏大型起重机结构健康监测与预警技术，尚未能对大型起重机运行安全问题采取更有针对性、更有效的措施，防止各类公共安全事故的发生。

起重机械结构健康监测与安全预警系统的实现过程为：对监测对象起重机进行有限元建模仿真，找出各工况下起重机金属结构的理论应力集中点；利用光纤光栅传感器系统实时测量起重机的金属结构应力、应变信号和周围环境温度，得到对应传感数据的光信号；光纤光栅解调仪将传感数据由光信号解调成电信号；将解调后的传感数据发送到远程终端；远程终端对传感数据进行存储及后处理，经业务平台软件系统实时诊断，通过数据通信将信息传输到中央处理器后，业务平台软件系统采集数据，通过一次拟合公式进行传感数据二次处理计算和数据存储；计算后的数据与设定的阈值进行比较，从而判定是否发送预警或报警信息；人机界面安装于司机室，预、报警信号实时传输到司机室；超过阈值，人机界面就会发出报警信号提示操作人员采取紧急措施，同时报警信号通过EDGE/3G技术，以短信方式发送到主管起重机安全运行的工作人员手机客户端；具有网络连接的个人电脑终端，用于远程浏览起重机结构健康状况。

发明内容

为解决上述技术存在的问题与缺陷，本发明的目的是提供一种起重机结构监测安全预警阈值动态调整方法，通过实时数据与设定好的阈值进行对比，最终判定是否发出报警或者预警信号。该技术方案的核心是：通过统计得出等效许用应力与时间的函数关系，利用有限元分析软件ANSYS计算得出所布光纤光栅传感器的应力阈值（预警和报警），实时监测起重机工作状态中的应力值大小并与阈值比较，超过阈值就发出预警或报警信号。

本发明的目的通过以下的技术方案来实现：

起重机结构健康监测安全预警阈值动态调整方法包括：

根据设计图纸及维保数据记录，统计起重机金属结构发生故障的位置及概率；

对金属材料进行拉伸，建立金属材料等效许用应力与时间的数学模型，得出函数关系K₂=f(t)；

将各个传感点的最大应力理论值K₁，设为预警值；

将函数关系K₂=f(t)和各个传感点的K₁写入业务平台软件系统，进行阈值的动态调整。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

通过ANSYS软件对起重机进行建模，计算应力集中点，在额定工况下计算其承受载荷并设定为预警值，各个点的预警值各不相同。

对使用了不同年份的金属材料进行拉伸试验，进而得到等效许用应力K₂与时间t的函数关系，从而更加精确智能的调整动态阈值，并写入软件程序进行动态调整。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是起重机结构监测安全预警阈值动态调整方法流程图；

图2是起重机结构监测安全预警报警状态图(横坐标是时间，单位：年；纵坐标是等效许用应力，单位：MPa)；

图3是等效许用应力与时间函数关系图。

具体实施方式

容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出本发明的多个结构方式和制作方法。因此以下具体实施方式以及附图仅是本发明的技术方案的具体说明，而不应当视为本发明的全部或者视为本发明技术方案的限定或限制。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述。

图1是本发明实施例提供的起重机结构监测安全预警阈值动态调整方法流程图，下面参考图1，详细说明本发明实施例的各个部分和各个部分的功能。

如图1所示，起重机结构监测安全预警阈值动态调整方法包括：

步骤10根据设计图纸及维保数据记录，统计起重机金属结构发生故障的位置及概率；

步骤20对金属材料进行拉伸，建立金属材料等效许用应力与时间的数学模型，得出函数关系K₂=f(t)；

上述金属材料包括不同年份的金属材料，本实施例以不同年份的Q345金属材料进行拉伸试验。

步骤30将各个传感点的最大应力理论值K₁，设为预警值；

重机额定工况下每个传感点的最大应力理论值K₁是通过有限元软件仿真求得。

步骤40将函数关系K₂=f(t)和各个传感点的K₁写入业务平台软件系统，进行阈值的动态调整。

上述金属材料等效许用应力与时间的函数关系为：K₂＝232.74+0.94t-0.2t²lnt+0.11t^2.5-4.73e^t-15，其中时间t<35，K₂为金属材料的等效许用应力，也是软件所设的报警阈值，单位为MPa，t为时间，单位为年，其函数关系如图3所示；例如，当起重机的投入使用时间为12年，则t=12，带入上述公式可得等效许用应力K₂=227.09Mpa。

起重机各个传感点分析计算出的预警理论值K₁各不相同。

针对不同年份的起重机，通过函数关系K₂对等效许用应力进行动态调整。同一台起重机上布置了很多组光纤光栅传感器，不同的位置承受的拉力和压力各不相同，材料也不尽相同，受力也不相同，故对不同的位置设置不同的预警阈值K₁。

如图2所示，为特定传感点的预警报警状态图，K₁为该传感点所受拉应力下的预警值(单位：MPa)，K₂为所受拉力下的报警值(单位：MPa)，K₃为承受压力应力下的预警值(单位：MPa)，K₄为承受压力应力下的报警值(单位：MPa)，σ_s为屈服极限(单位：MPa)。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims

1.一种起重机结构监测安全预警阈值动态调整方法，其特征在于，所述方法包括：

将各个传感点的最大应力理论值K₁，设为预警值；

2.根据权利要求1所述的起重机结构监测安全预警阈值动态调整方法，其特征在于，所述金属材料等效许用应力与时间的函数关系为：K₂＝232.74+0.94t-0.2t²lnt+0.11t^2.5-4.73e^t-15，其中时间t<35。

3.根据权利要求1所述的起重机结构监测安全预警阈值动态调整方法，其特征在于，起重机各个传感点分析计算出的预警理论值K₁各不相同。

4.根据权利要求1所述的起重机结构监测安全预警阈值动态调整方法，其特征在于，针对不同年份的起重机，通过函数关系K₂对等效许用应力进行动态调整。