CN104016252B - 一种利用塔身顶端轨迹特征判定塔机塔身单肢螺栓预紧力的方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种利用塔身顶端轨迹特征判定塔机塔身单肢螺栓预紧力的方法，包括步骤如下：调整塔机塔身单肢螺栓预紧力，采集上述预紧力时塔机空载回转臂回转一周中塔身顶端在动坐标系中O’X’Y’平面内投影点集合；绘出同一预紧力所对应的塔身顶端轨迹图；塔机塔身顶端轨迹图的外围边缘分别绘制最小外接圆；提取步骤中所述最小外接圆的特征值，结合该特征值和对应的预紧力绘制塔身顶端轨迹特征值与预紧力曲线图，依据预紧力曲线图，查找对应的塔机塔身单肢螺栓预紧力Ka。本发明通过实时检测塔机塔身顶端轨迹图，进而获得最小外接圆，最后通过判定最小外接圆特征值与塔机塔身单肢螺栓预紧力之间的曲线图，进而获知所述塔机塔身单肢螺栓预紧力的大小，方便快捷获知塔机的工作状态是否安全，省时省力，大大提高塔机安全监测的准确性。

Description

一种利用塔身顶端轨迹特征判定塔机塔身单肢螺栓预紧力的方法及其应用

技术领域

本发明涉及一种利用塔身顶端轨迹特征判定塔机塔身单肢螺栓预紧力的方法及其应用，属于塔桅式钢结构安全监测领域。

背景技术

塔机由于其自身工作效率高、工作半径大等优点，成为现代工业和土木工程领域广泛使用的起重运输机械。塔机在使用过程中，螺栓连接极易出现预紧力不足或螺栓松动的情况，这对于塔机安全工作是极大的隐患。定期对塔机进行安全检查是一种消除安全隐患的方法，但塔机结构庞大，全面检查是一件费时费力的工作。如何对塔机塔身单肢螺栓松动的状态进行检测，目前还没有相关的方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种利用塔身顶端轨迹特征判定塔机塔身单肢螺栓预紧力的方法。

本发明还公开一种利用上述方法判断塔机塔身单肢螺栓松动的应用。

本发明的技术方案如下：

一种利用塔身顶端轨迹特征判定塔机塔身单肢螺栓预紧力的方法，包括步骤如下：

(1)建立三维模型定坐标系和动坐标系：

在定坐标系oxyz中，以塔机塔身与地面的连接点为坐标原点o，定坐标系oxyz原点o为塔身在地面固定截面的中心点；坐标轴x正方向为地面北向；坐标轴y正方向为地面西向；坐标轴z正方向为垂直于地面向上，与塔机塔身中心线重合；

在动坐标系O’X’Y’Z’中，以塔身顶端回转支承回转平面与过点o且垂直于地面的直线的交点O’为原点，坐标轴X’正方向为起重臂轴线远离塔身方向，即幅度增大方向，坐标轴Z’正方向为垂直于地面向上，坐标轴Y’正方向为垂直于起重臂轴线与X’、Z’轴符合右手螺旋法则；如图1所示，oO’垂直于地面；

调整塔机塔身单肢螺栓预紧力为Kt1，采集上述预紧力Kt1时塔机空载回转臂回转一周中塔身顶端在动坐标系中O’X’Y’平面内投影点集合；

(2)利用平滑连续的曲线顺序将步骤(1)所述的投影点连接，围成封闭曲线，形成上述预紧力对应的塔身顶端轨迹图；

(3)调整改变步骤(1)所述塔机塔身单肢螺栓预紧力为Kt2、Kt3……Ktn后，其中n为大于等于2的整数，再按照步骤(1)、(2)记载，分别绘出同一预紧力所对应的塔身顶端轨迹图；

(4)按照现有技术对步骤(2)和步骤(3)中塔机塔身顶端轨迹图的外围边缘分别绘制最小外接圆；

(5)提取步骤(4)中所述最小外接圆的特征值，结合该特征值和对应的预紧力绘制塔身顶端轨迹特征值与预紧力曲线图，所述预紧力曲线图的横坐标为塔机塔身单肢螺栓预紧力，所述预紧力曲线图的纵坐标为所述最小外接圆的特征值；

(6)当需要检测塔机塔身单肢螺栓预紧力时，采集塔机空载回转臂回转一周中塔身顶端在动坐标系中O’X’Y’平面内投影点集合；

(7)利用平滑连续的曲线顺序将步骤(6)所述投影点连接，围成封闭曲线，形成待测预紧力对应的塔身顶端轨迹图；

(8)按照现有技术对步骤(7)中塔机塔身顶端轨迹图的外围边缘绘制最小外接圆；

(9)提取步骤(8)中所述最小外接圆的特征值；

(10)依据步骤(5)所述预紧力曲线图，查找步骤(9)所述最小外接圆的特征值所对应的塔机塔身单肢螺栓预紧力Ka。

一种利用上述方法判断塔机塔身单肢螺栓松动的应用，包括步骤如下：

(11)设定塔机塔身单肢螺栓预紧力的预警值Y，所述预警值Y＝K/a，其中K为塔机塔身单肢螺栓预紧力的出厂设计值，单位为牛顿；所述1＜a≤2；

(12)当所述步骤(10)中查找到的塔机塔身单肢螺栓预紧力Ka≥Y时，判定所述塔机塔身单肢螺栓处于安全松动范围；Ka＜Y时，判定所述塔机塔身单肢螺栓处于危险松动范围。根据本发明优选的，在步骤(1)、(3)中，所述的预紧力Kt1、Ktn下，其中n为大于等于2的整数，分别采集所述塔机塔身顶端空载旋转一周时在动坐标系中O’X’Y’平面内的多组投影坐标(x,y)，形成同一预紧力塔机塔身顶端空载时在O’X’Y’平面内的投影坐标集合。

在步骤(6)中，直接采集塔机塔身顶端空载旋转一周时在动坐标系O’X’Y’Z’中O’X’Y’平面内的多组投影坐标(x,y)，形成待测预紧力塔机塔身顶端空载时在O’X’Y’平面内的投影坐标集合。

根据本发明优选的，在步骤(2)、(3)、(7)中，在所述动坐标系O’X’Y’Z’中O’X’Y’平面内，利用同一预紧力条件下的多组投影坐标(x,y)绘制同一预紧力的塔身顶端轨迹图。

根据本发明优选的，在所述步骤(5)、(9)、(10)中，所述最小外接圆的特征值为所述最小外接圆直径r或为最小外接圆圆心偏离中心距离h。所述中心是指：塔机在完好状态下、空载时，塔机回转臂回转一周，所述塔身顶端在动坐标系O’X’Y’Z’中O’X’Y’平面内的多组投影坐标(x,y)，形成待测预紧力塔机塔身顶端空载时在O’X’Y’平面内的投影坐标集合，将上述投影点坐标集合连接绘制为完好状态时的塔身顶端轨迹图，并在轨迹图的外围边缘绘制最小外接圆，该最小外接圆的圆心坐标即为所述中心。

当所述最小外接圆的特征值为所述最小外接圆直径r时，所述步骤(5)中塔身顶端轨迹特征与预紧力曲线图的横坐标为塔机塔身单肢螺栓的预紧力，所述曲线图的纵坐标为所述最小外接圆直径r；

当所述最小外接圆的特征值为最小外接圆圆心偏离中心距离h时，所述步骤(5)中塔身顶端轨迹特征与预紧力曲线图的横坐标为塔机塔身单肢螺栓的预紧力，所述曲线图的纵坐标为最小外接圆圆心偏离中心距离h。

根据本发明优选的，所述步骤(3)中，调整改变步骤(1)所述塔机塔身单肢螺栓预紧力为Kt1＝K/1.05；Kt2＝K/1.1；Kt3＝K/1.2；Kt4＝K/1.3；Kt5＝K/1.5；Kt6＝K/1.7；Kt7＝K/1.9；Kt8＝K/2；利用力矩扳手调整塔机塔身单肢螺栓预紧力。

根据本发明优选的，利用塔机刚度仪采集塔机空载回转臂回转一周中塔身顶端在动坐标系O’X’Y’Z’中O’X’Y’平面内的投影点集合。

本发明的优势在于：

本发明通过实时检测塔机塔身顶端轨迹图，进而获得最小外接圆，最后通过判定最小外接圆特征值与塔机塔身单肢螺栓预紧力之间的曲线图，进而获知所述塔机塔身单肢螺栓预紧力的大小，方便快捷获知塔机的工作状态是否安全，省时省力，大大提高塔机安全监测的准确性。

附图说明

图1是本发明所建立三维模型定坐标系和动坐标系；

图2本发明中实施例1中，在动坐标系中O’X’Y’平面内，分别绘出不同预紧力所对应的多个塔身顶端轨迹图；

图3是塔身顶端轨迹特征与预紧力曲线图，其中最小外接圆的特征值为最小外接圆直径r；

图4是塔身顶端轨迹特征与预紧力曲线图，其中最小外接圆的特征值为最小外接圆圆心偏离中心距离h。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但不限于此。

将刚度仪安装于塔机回转塔身的任意一根主肢上，用于采集塔机塔身顶端在O’X’Y’平面内的投影点集合：塔机空载旋转一周时，所述刚度仪采集塔身顶端在O’X’Y’平面内的投影点坐标。

实施例1、

一种利用塔身顶端轨迹特征判定塔机塔身单肢螺栓预紧力的方法，包括步骤如下：

(1)如图1所示，建立三维模型定坐标系和动坐标系：

在定坐标系oxyz中，以塔机塔身与地面的连接点为坐标原点o，定坐标系oxyz原点o为塔身在地面固定截面的中心点；坐标轴x正方向为地面北向；坐标轴y正方向为地面西向；坐标轴z正方向为垂直于地面向上，与塔机塔身中心线重合；

在动坐标系O’X’Y’Z’中，以塔身顶端回转支承回转平面与过点o且垂直于地面的直线的交点O’为原点，坐标轴X’正方向为起重臂轴线远离塔身方向，即幅度增大方向，坐标轴Z’正方向为垂直于地面向上，坐标轴Y’正方向为垂直于起重臂轴线与X’、Z’轴符合右手螺旋法则；如图1所示，oO’垂直于地面；

调整塔机塔身单肢螺栓预紧力为Kt1，采集上述预紧力Kt1时塔机空载回转臂回转一周中塔身顶端在动坐标系中O’X’Y’平面内投影点集合；

(2)利用平滑连续的曲线顺序将步骤(1)所述的投影点连接，围成封闭曲线，形成上述预紧力对应的塔身顶端轨迹图；

(3)调整改变步骤(1)所述塔机塔身单肢螺栓预紧力为Kt2、Kt3……Ktn后，其中n为大于等于2的整数，再按照步骤(1)、(2)记载，分别绘出同一预紧力所对应的塔身顶端轨迹图；

(4)按照现有技术对步骤(2)和步骤(3)中塔机塔身顶端轨迹图的外围边缘分别绘制最小外接圆；

(5)提取步骤(4)中所述最小外接圆的特征值，结合该特征值和对应的预紧力绘制塔身顶端轨迹特征值与预紧力曲线图，所述预紧力曲线图的横坐标为塔机塔身单肢螺栓预紧力，所述预紧力曲线图的纵坐标为所述最小外接圆的特征值；

(6)当需要检测塔机塔身单肢螺栓预紧力时，采集塔机空载回转臂回转一周中塔身顶端在动坐标系中O’X’Y’平面内投影点集合；

(7)利用平滑连续的曲线顺序将步骤(6)所述投影点连接，围成封闭曲线，形成待测预紧力对应的塔身顶端轨迹图；

(8)按照现有技术对步骤(7)中塔机塔身顶端轨迹图的外围边缘绘制最小外接圆；

(9)提取步骤(8)中所述最小外接圆的特征值；

(10)依据步骤(5)所述预紧力曲线图，查找步骤(9)所述最小外接圆的特征值所对应的塔机塔身单肢螺栓预紧力Ka。

在步骤(1)、(3)中，所述的预紧力Kt1、Ktn下，其中n为大于等于2的整数，分别采集所述塔机塔身顶端空载旋转一周时在动坐标系中O’X’Y’平面内的多组投影坐标(x,y)，形成同一预紧力塔机塔身顶端空载时在O’X’Y’平面内的投影坐标集合；

在步骤(6)中，直接采集塔机塔身顶端空载旋转一周时在动坐标系O’X’Y’Z’中O’X’Y’平面内的多组投影坐标(x,y)，形成待测预紧力塔机塔身顶端空载时在O’X’Y’平面内的投影坐标集合。

在步骤(2)、(3)、(7)中，在所述动坐标系O’X’Y’Z’中O’X’Y’平面内，利用同一预紧力条件下的多组投影坐标(x,y)绘制同一预紧力的塔身顶端轨迹图。

如图3、图4所示。

在所述步骤(5)、(9)、(10)中，所述最小外接圆的特征值为所述最小外接圆直径r或为最小外接圆圆心偏离中心距离h。所述中心是指：塔机在完好状态下、空载时，塔机回转臂回转一周，所述塔身顶端在动坐标系O’X’Y’Z’中O’X’Y’平面内的多组投影坐标(x,y)，形成待测预紧力塔机塔身顶端空载时在O’X’Y’平面内的投影坐标集合，将上述投影点坐标集合连接绘制为完好状态时的塔身顶端轨迹图，并在轨迹图的外围边缘绘制最小外接圆，该最小外接圆的圆心坐标即为所述中心。

当所述最小外接圆的特征值为所述最小外接圆直径r时，所述步骤(5)中塔身顶端轨迹特征与预紧力曲线图的横坐标为塔机塔身单肢螺栓预紧力，所述曲线图的纵坐标为所述最小外接圆直径r；

当所述最小外接圆的特征值为最小外接圆圆心偏离中心距离h时，所述步骤(5)中塔身顶端轨迹特征与预紧力曲线图的横坐标为塔机塔身单肢螺栓预紧力，所述曲线图的纵坐标为最小外接圆圆心偏离中心距离h。

所述步骤(3)中，调整改变步骤(1)所述塔机塔身单肢螺栓预紧力为Kt1＝K/1.05；Kt2＝K/1.1；Kt3＝K/1.2；Kt4＝K/1.3；Kt5＝K/1.5；Kt6＝K/1.7；Kt7＝K/1.9；Kt8＝K/2；利用力矩扳手调整塔机塔身单肢螺栓预紧力。

实施例2、

如图3、图4所示。

一种利用如实施例1所述方法判断塔机塔身单肢螺栓松动的应用，包括步骤如下：

(11)设定塔机塔身单肢螺栓预紧力的预警值Y，所述预警值Y＝K/a，其中K为塔机塔身单肢螺栓预紧力的出厂设计值，单位为牛顿；所述1＜a≤2。

(12)当所述步骤(10)中查找到的塔机塔身单肢螺栓预紧力Ka≥Y时，判定所述塔机塔身单肢螺栓处于安全松动范围；Ka＜Y时，判定所述塔机塔身单肢螺栓处于危险松动范围。

实施例3、

如实施例1所述一种利用塔身顶端轨迹特征判定塔机塔身单肢螺栓预紧力的方法，其区别在于，利用塔机刚度仪采集塔机空载回转臂回转一周中塔身顶端在动坐标系O’X’Y’Z’中O’X’Y’平面内的投影点集合。

Claims (8)

1.一种利用塔身顶端轨迹特征判定塔机塔身单肢螺栓预紧力的方法，其特征在于，该方法包括步骤如下：

（1）建立三维模型定坐标系和动坐标系：

在定坐标系oxyz中，以塔机塔身与地面的连接点为坐标原点o，定坐标系oxyz原点o为塔身在地面固定截面的中心点；坐标轴x正方向为地面北向；坐标轴y正方向为地面西向；坐标轴z正方向为垂直于地面向上，与塔机塔身中心线重合；

在动坐标系O’X’Y’Z’中，以塔身顶端回转支承回转平面与过原点o且垂直于地面的直线的交点O’为原点，坐标轴X’正方向为起重臂轴线远离塔身方向，即幅度增大方向，坐标轴Z’正方向为垂直于地面向上，坐标轴Y’正方向为垂直于起重臂轴线与X’、Z’轴符合右手螺旋法则；oO’垂直于地面；

调整塔机塔身单肢螺栓预紧力为Kt1，采集上述预紧力Kt1时塔机空载回转臂回转一周中塔身顶端在动坐标系中O’X’Y’平面内投影点集合；

（2）利用平滑连续的曲线顺序将步骤（1）所述的投影点连接，围成封闭曲线，形成上述预紧力对应的塔身顶端轨迹图；

（3）调整改变步骤（1）所述塔机塔身单肢螺栓预紧力为Kt2、Kt3……Ktn后，其中n为大于等于2，再按照步骤（1）、（2）记载，分别绘出同一预紧力所对应的塔身顶端轨迹图；

（4）按照现有技术对步骤（2）和步骤（3）中塔机塔身顶端轨迹图的外围边缘分别绘制最小外接圆；

（5）提取步骤（4）中所述最小外接圆的特征值，结合该特征值和对应的预紧力绘制塔身顶端轨迹特征值与预紧力曲线图，所述预紧力曲线图的横坐标为塔机塔身单肢螺栓预紧力，所述预紧力曲线图的纵坐标为所述最小外接圆的特征值；

（6）当需要检测塔机塔身单肢螺栓预紧力时，采集塔机空载回转臂回转一周中塔身顶端在动坐标系中O’X’Y’平面内投影点集合；

（7）利用平滑连续的曲线顺序将步骤（6）所述投影点连接，围成封闭曲线，形成待测预紧力对应的塔身顶端轨迹图；

（8）按照现有技术对步骤（7）中塔机塔身顶端轨迹图的外围边缘绘制最小外接圆；

（9）提取步骤（8）中所述最小外接圆的特征值；

（10）依据步骤（5）所述预紧力曲线图，查找步骤（9）所述最小外接圆的特征值所对应的塔机塔身单肢螺栓预紧力Ka。

2.一种利用如权利要求1所述方法判断塔机塔身单肢螺栓松动的应用，包括步骤如下：

（11）设定塔机塔身单肢螺栓预紧力的预警值Y，所述预警值Y=K/a，其中K为塔机塔身单肢螺栓预紧力的出厂设计值，单位为牛顿；所述1＜a≤2；

（12）当所述步骤（10）中查找到的塔机塔身单肢螺栓预紧力Ka≥Y时，判定所述塔机塔身单肢螺栓处于安全松动范围；Ka＜Y时，判定所述塔机塔身单肢螺栓处于危险松动范围。

3.根据权利要求1所述一种利用塔身顶端轨迹特征判定塔机塔身单肢螺栓预紧力的方法，其特征在于，在步骤（1）、（3）中，所述的预紧力Kt1、Ktn下，其中n为大于等于2的整数，分别采集所述塔机塔身顶端空载旋转一周时在动坐标系中O’X’Y’平面内的多组投影坐标（x,y），形成同一预紧力塔机塔身顶端空载时在O’X’Y’平面内的投影坐标集合；

在步骤（6）中，直接采集塔机塔身顶端空载旋转一周时在动坐标系O’X’Y’Z’中O’X’Y’平面内的多组投影坐标（x,y），形成待测预紧力塔机塔身顶端空载时在O’X’Y’平面内的投影坐标集合。

4.根据权利要求1所述一种利用塔身顶端轨迹特征判定塔机塔身单肢螺栓预紧力的方法，其特征在于，在步骤（2）、（3）、（7）中，在所述动坐标系O’X’Y’Z’中O’X’Y’平面内，利用同一预紧力条件下的多组投影坐标（x,y）绘制同一预紧力的塔身顶端轨迹图。

5.根据权利要求1所述一种利用塔身顶端轨迹特征判定塔机塔身单肢螺栓预紧力的方法，其特征在于，在所述步骤（5）、（9）、（10）中，所述最小外接圆的特征值为所述最小外接圆直径r或为最小外接圆圆心偏离中心距离h。

6.根据权利要求5所述一种利用塔身顶端轨迹特征判定塔机塔身单肢螺栓预紧力的方法，其特征在于，当所述最小外接圆的特征值为所述最小外接圆直径r时，所述步骤（5）中塔身顶端轨迹特征与预紧力曲线图的横坐标为塔机塔身单肢螺栓预紧力，所述曲线图的纵坐标为所述最小外接圆直径r；

当所述最小外接圆的特征值为最小外接圆圆心偏离中心距离h时，所述步骤（5）中塔身顶端轨迹特征与预紧力曲线图的横坐标为塔机塔身单肢螺栓预紧力，所述曲线图的纵坐标为最小外接圆圆心偏离中心距离h。

7.根据权利要求1所述一种利用塔身顶端轨迹特征判定塔机塔身单肢螺栓预紧力的方法，其特征在于，所述步骤（3）中，调整改变步骤（1）所述塔机塔身单肢螺栓预紧力为Kt1=K/1.05；Kt2=K/1.1；Kt3=K/1.2；Kt4=K/1.3；Kt5=K/1.5；Kt6=K/1.7；Kt7=K/1.9；Kt8=K/2；利用力矩扳手调整塔机塔身单肢螺栓预紧力。

8.根据权利要求1所述一种利用塔身顶端轨迹特征判定塔机塔身单肢螺栓预紧力的方法，其特征在于，利用塔机刚度仪采集塔机空载回转臂回转一周中塔身顶端在动坐标系O’X’Y’Z’中O’X’Y’平面内的投影点集合。