CN104045010A - 一种塔机顶升配平监控系统、监测方法和监测仪 - Google Patents

Abstract

一种塔机顶升配平监控系统、监测方法和监测仪，其中，该监测系统中包括固定于回转塔身上的重心检测装置，所述重心检测装置连接PLC控制装置，PLC控制装置连接报警装置和状态显示装置。所述重心检测装置包括四个应变式传感器，四个应变式传感器分别固定在回转塔身上的四根主弦杆上。用于检测四根主弦杆应变的大小，根据测量的应变依据静平衡原理计算塔机上部结构重心位置。根据本发明，解决了现行顶升过程中主要靠操作人员主观判断并进行顶升作业的不足，提高了塔机顶升作业的整体安全性。

Description

一种塔机顶升配平监控系统、监测方法和监测仪

技术领域

本发明一种塔机顶升配平监控系统、监控方法和监测仪，具体涉及塔式起重机的顶升配平作业技术领域。

背景技术

塔式起重机（以下简称塔机）是现代工业与民用建筑的主要施工机械之一。随着建筑业的迅猛发展，塔机由于其多种优点向得到越来越广泛的应用，在建筑领域处于可替代的地位，发挥着越来越重要的作用。这此工程都对建筑塔式起重机的高度提出了越来越高的要求，这使塔身的接高不能依赖其它设备，必须能够实现自顶升架设，因此能够进行自顶升加节的自升式塔机得到了广泛的应用。

目前，我国所使用的自升式塔机大部分采用单侧顶升加节。一个典型的顶升机构由一个一面开口的套架、一个标准节引进装置和一套安装在套架上的顶升油缸系统组成。套架为一整体并有三面包裹住塔身。顶升作业时，首先，在开口的一面预先提升一个新的要安装的标准节，然后吊起一节标准节将塔机配平，然后由顶升机构中的顶升油缸将塔机上部结构顶起，使塔机上部结构顶起与塔身分离至能引入一个标准节，从而实现塔机的顶升加节。

需要指出的是：顶升过程中顶升结构与塔身完全分离，仅通过顶升油缸支承上部载荷，结构极不稳定，因而顶升工况是塔机运行过程中的最危险工况之一。而顶升作业时对塔机的调配平衡将直接影响塔机顶升作业时的受力状态，若塔机没有调配平衡就进行顶升作业将给塔机带来安全隐患。现行技术中对顶升配平的要求是：平衡臂对顶升横梁的力矩与起重臂所吊重物对顶升横梁的力矩的和与平衡臂对顶升横梁的力矩大小相等，方向相反时整个塔机处于静态平衡状态。顶升配平的判定方法为：将套架顶升至下支座支腿刚刚脱离塔身标准节主弦杆时停止顶升，通过检查下支座支腿与标准节主弦杆是否在一条垂直线上，以及顶升导轮与塔身主弦杆之间的间隙是否基本相同来检验塔机是否平衡。

上述的塔机配平判定仅为定性判定，容易受人员因素影响。因此，急需开发一套塔机顶升配平监控系统，来消除人员因素对顶升过程中塔机配平判定的影响，克服塔机顶升过程平衡定性判定不科学的问题，从而提高塔机顶升作业的安全性。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种塔机顶升配平监控系统、监测方法和监测仪。本发明通过上部结构重心检测装置检测塔机上部结构：主要包括塔顶、起重臂、平衡臂的重心落点，并将检测的重心落点与顶升横梁的位置进行对比，从而定量判定塔机是否调配平衡，同时根据状态显示装置反馈的塔机上部结构重心落点，指导塔机顶升过程中调配平衡。

本发明的一方面，提供了一种塔机顶升配平监控系统，包括：固定于回转塔身上的重心检测装置，所述重心检测装置连接PLC控制装置，PLC控制装置连接报警装置和状态显示装置。

所述重心检测装置包括四个应变式传感器，四个应变式传感器分别固定在回转塔身上的四根主弦杆上。用于检测四根主弦杆应变的大小，根据测量的应变依据静平衡原理计算塔机上部结构重心位置。

所述每一个应变式传感器包含有第一应变片、第二应变片，第一应变片、第二应变片的电阻阻值相等，第一应变片与第二应变片方向相互垂直，第一应变片、第二应变片分别连接到电桥电路相邻两个桥臂上。

所述状态显示装置包括显示重心检测装置测量的塔机上部结构重心落点测量位置和以顶升横梁位置为中心的配平判定圆区域，并安装在塔机司机室内。其中配平判定圆区域是以顶升横梁与顶升油缸连接点为中心的圆形区域，具体的配平判定区域的为上部结构重力引起的倾覆力矩不大于塔机抗倾覆力矩的百分之五时的落点范围。

所述PLC控制装置根据四个应变式传感器的应变量大小，计算出塔机上部结构的重心位置。

所述四个应变式传感器通过胶接的方式分别对称固定在回转塔身的四根主弦杆上。

本发明的另一个方面，提供一种塔机顶升配平的检测方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一：塔机进行顶升加节，塔机进入顶升配平流程；

步骤二：吊起一节标准节，调节小车位置至参考配平位置；

步骤三：拆除下支座6的四个支腿与标准节的联接螺栓；

步骤四：检查塔机扁担梁是否卡在塔身踏步的凹槽里；

步骤五：启动顶升液压系统，使套架顶升至下支座的支腿刚刚脱离主弦杆的位置时立即停止顶升；

步骤六：重心检测装置采集塔机上部结构重心落点的信息，将传感器采集的信息传输到PLC控制装置进行运算处理，计算塔机上部结构重心位置；

步骤七：比较塔机上部结构的重心落点测量位置与顶升横梁的相对位置，判断塔机是否调配平衡；

步骤八：至塔机上部结构的重心落点测量位置保持落在配平判定圆区域后，操纵液压顶升系统使套架下降，连接好下支座的支腿与标准节的联接螺栓，至此完成塔机的调配平衡。

其中，步骤七和步骤八之间还包括以下步骤：通过状态显示装置向塔机司机实时反馈重心检测装置测量的塔机上部结构重心落点位置与顶升横梁的相对位置关系，如果测量的塔机上部结构重心落点不在配平判定圆区域内，则调整吊起的配平标准节位置。 

本发明的又一方面，提供一种塔机顶升配平监测仪，该塔机顶升配平监测仪包括所述塔机顶升配平监测系统。

根据本发明，通过实时监测塔机上部结构重心落点来指导塔机调配平衡，通过定量的塔机配平判定手段简化配平过程，提升塔机配平准确性。克服现行顶升过程中主要靠操作人员主观判断的不足，从而提高塔机顶升作业的安全性。

附图说明

图1为本发明的监控系统组成框图。

图2为本发明塔机结构中的安装位置示意图。

图3为本发明上部结构的重心检测装置传感器安装示意图。

图4为本发明上部结构的重心检测装置传感器调理电路图。

图5为本发明的状态显示装置显示示意图。

5—塔机上部结构、6—下支座、111—主弦杆、12—应变式传感器、120—信号输出端、121—第一应变片、122—第二应变片、131—测点一、132—测点二、133—测点三、134—测点四、135—顶升横梁位置136—配平判定圆区域、137—塔机上部结构的重心落点测量位置。

具体实施方式

塔机顶升作业时调配平衡的目的是使得塔机处于静平衡状态。在塔机处于静平衡状态时，平衡臂对顶升横梁的力矩与起重臂所吊重物对顶升横梁的力矩的和、与平衡臂对顶升横梁的力矩大小相等，方向相反。此时塔机上部结构5重心的落点落在顶升横梁位置上。因此，本发明采用检测塔机上部结构5重心的落点与顶升横梁的相对位置关系的方式来判断塔机是否配平，进而指导塔机配平工作的进行，以提高塔机顶升作业的安全性。

如图1所示，本发明提供一种塔机顶升配平监控系统，该监控系统以PLC控制装置3为核心硬件，由重心检测装置1、状态显示装置2、PLC控制装置3及报警装置4等部分组成。其中塔机上部结构5的重心检测装置1利用应变式传感器12来采集塔机上部结构重心落点的信号，传输到PLC控制装置3，并转换成力信号，PLC控制装置3根据静力平衡原理，计算塔机上部结构重心位置，对比塔机上部结构重心落点与顶升横梁的相对位置关系。塔机顶升配平时，司机根据反馈的塔机上部结构5的重心落点测量位置137与配平判定圆区域136的相对位置，调整吊起的配平标准节的位置，直至上部结构重心落点测量位置落在配平判定圆区域136内，完成塔机顶升配平。

如图2、图3所示，重心检测装置1由四个参数相同的应变式传感器12以及相应的调理电路组成。四个应变式传感器12利用胶接方式（如粘胶剂、黏结剂）分别固定于回转塔身11的四根主弦杆111上，用于检测四根主弦杆111应变的大小，并将测量的结果传输入PLC控制装置3进行运算，根据测量的应变计算主弦杆111对塔机上部结构的支撑力，在测量平面内依据静力平衡原理，计算塔机上部结构重心位置，并将计算结果通过状态显示装置2反馈给塔机司机。

如图4所示，四个应变式传感器12规格相同，每一个应变式传感器12均包含有两个电阻值相同的第一应变片121、第二应变片122，并且第一应变片121、第二应变片122电阻网络的方向相互垂直，将它们分别接到电桥电路相邻两个桥臂上。此时电桥的信号输出端120是由两个应变片电阻改变的差值所造成的。这样的接法的能够使温度效应、电路噪声以及引线电阻的变化等因素造成的测量误差相互抵消。将四个应变式传感器12测量的数据传输到PLC控制装置3进行运算，根据静平衡原理计算塔机上部结构重心位置。

如图5所示，状态显示装置2采用液晶显示器，安装在塔机司机室内，用于向塔机司机实时反馈上述上部结构重心检测装置11测量的上部结构重心落点与顶升横梁的相对位置关系，以指导塔机的顶升配平。状态显示装置2显示应变式传感器12的位置为测点一 131、测点二 132、测点三 133、测点四 134，上部结构重心落点测量位置137以及配平判定圆区域135，其中，配平判定圆区域136为设定的以顶升横梁位置135为中心的圆区域。塔机顶升配平时，司机根据反馈的上部结构重心落点测量位置137与配平判定圆区域136的相对位置调整吊起的配平标准节的位置，直至塔机上部结构重心落点测量位置137落在配平判定圆区域136内。其中配平判定圆区域136是以顶升横梁与顶升油缸连接点为中心的圆形区域，具体的配平判定区域的为上部结构重力引起的倾覆力矩不大于塔机抗倾覆力矩的百分之五时的落点范围。

本发明实施例中塔机顶升配平的监测方法，包括以下步骤：步骤一：塔机进行顶升加节，塔机进入顶升配平流程；步骤二：吊起一节标准节，调节小车位置至参考配平位置；步骤三：拆除下支座6的四个支腿与标准节的联接螺栓；步骤四：检查塔机扁担梁是否卡在塔身踏步的凹槽里；步骤五：启动顶升液压系统，使套架顶升至下支座6的支腿刚刚脱离主弦杆111的位置时立即停止顶升；步骤六：重心检测装置1采集塔机上部结构重心落点的信息，将传感器采集的信息传输到PLC控制装置3进行运算处理，计算塔机上部结构5重心位置；步骤七：比较塔机上部结构5的重心落点测量位置137与顶升横梁的相对位置，判断塔机是否调配平衡；步骤八：至塔机上部结构5的重心落点测量位置137保持落在配平判定圆区域136后，操纵液压顶升系统使套架下降，连接好下支座6的支腿与标准节的联接螺栓，至此完成塔机的调配平衡。其中，步骤七和步骤八之间还包括以下步骤：通过状态显示装置2向塔机司机实时反馈重心检测装置1测量的塔机上部结构5重心落点位置与顶升横梁的相对位置关系，如果测量的塔机上部结构5重心落点不在配平判定圆区域136内，则调整吊起的配平标准节位置。 

对应上述监测系统、监测方法，本发明实施例还提供了一种塔机顶升配平监测仪，该监测仪包括上述监测系统。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡是在本发明和原则之内，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 (9)

1.一种塔机顶升配平监控系统，包括固定于回转塔身（11）上的重心检测装置（1），其特征在于，所述重心检测装置（1）连接PLC控制装置（3），PLC控制装置（3）连接和状态显示装置（2）和报警装置（4）。

2.根据权利要求1所述一种塔机顶升配平监控系统，其特征在于，重心检测装置（1）包括四个应变式传感器（12），四个应变式传感器（12）分别固定在回转塔身（11）上的四根主弦杆（111）上。

3.根据权利要求2所述一种塔机顶升配平监控系统，其特征在于，每一个应变式传感器（12）包含有第一应变片（121）、第二应变片（122），第一应变片（121）、第二应变片（122）的电阻阻值相等，第一应变片（121）与第二应变片（122）方向相互垂直，第一应变片（121）、第二应变片（122）分别连接到电桥电路相邻两个桥臂上。

4.根据权利要求1所述一种塔机顶升配平监控系统，其特征在于，所述状态显示装置（2）包括显示重心检测装置（1）测量的塔机上部结构（5）重心落点测量位置（137）、和以顶升横梁位置为中心的配平判定圆区域（136），并安装在塔机司机室内；其中配平判定圆区域（136）是以顶升横梁与顶升油缸连接点为中心的圆形区域，具体的配平判定区域的为上部结构重力引起的倾覆力矩不大于塔机抗倾覆力矩的百分之五时的落点范围。

5.根据权利要求1所述一种塔机顶升配平监控系统，其特征在于，所述PLC控制装置（3）根据四个应变式传感器（12）的应变量大小，计算出塔机上部结构的重心位置。

6.根据权利要求2-5任一项所述一种塔机顶升配平监控系统，其特征在于，所述四个应变式传感器（12）通过胶接的方式分别对称固定在回转塔身（11）的四根主弦杆（111）上。

7.一种基于权利要求1-5任一项塔机顶升配平监测系统的监测方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：塔机进行顶升加节，塔机进入顶升配平流程；

步骤二：吊起一节标准节，调节小车位置至参考配平位置；

步骤三：拆除下支座（6）的四个支腿与标准节的联接螺栓；

步骤四：检查塔机扁担梁是否卡在塔身踏步的凹槽里；

步骤五：启动顶升液压系统，使套架顶升至下支座（6）的支腿刚刚脱离主弦杆（111）的位置时立即停止顶升；

步骤六：重心检测装置（1）采集塔机上部结构重心落点的信息，将传感器采集的信息传输到PLC控制装置（3）进行运算处理，计算塔机上部结构（5）重心位置；

步骤七：比较塔机上部结构（5）的重心落点测量位置（137）与顶升横梁的相对位置，判断塔机是否调配平衡；

步骤八：至塔机上部结构（5）的重心落点测量位置（137）保持落在配平判定圆区域（136）后，操纵液压顶升系统使套架下降，连接好下支座（6）的支腿与标准节的联接螺栓，至此完成塔机的调配平衡。

8.根据权利要求8所述一种塔机顶升配平的监测方法，其特征在于，步骤七和步骤八之间还包括以下步骤：通过状态显示装置（2）向塔机司机实时反馈重心检测装置（1）测量的塔机上部结构（5）重心落点位置与顶升横梁的相对位置关系，如果测量的塔机上部结构（5）重心落点不在配平判定圆区域（136）内，则调整吊起的配平标准节位置。

9.一种塔机顶升配平监测仪，其特征在于，包括权利要求1至6任意一项所述的监测系统。