CN111153331A - 起重机工况数据分析系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种起重机工况数据分析系统及方法，能够对起重机进行疲劳预警。所述系统，包括：工况数据采集系统、工况数据传输系统、工况数据处理系统、疲劳分析系统以及预警系统；其中，所述工况数据采集系统，用于采集起重机的待分析承载部件的工况数据；所述工况数据传输系统，用于将所述工况数据传输给所述工况数据处理系统；所述工况数据处理系统，用于判断所述工况数据是否超出预设工况限值；所述疲劳分析系统，用于在所述工况数据未超出所述预设工况限值时，利用所述工况数据对所述待分析承载部件进行疲劳分析，得到疲劳分析结果；所述预警系统，用于根据所述疲劳分析结果进行预警。

Description

起重机工况数据分析系统及方法

技术领域

本发明涉及起重机技术领域，具体而言，涉及一种起重机工况数据分析系统及方法。

背景技术

对于起重机的使用来说，超载时有发生，由此导致的其承载部件疲劳破坏成为主要失效模式之一。

虽然起重机在设计之初都是有考虑超载系数的。但是暂时都没有指出承载部件疲劳损伤的情况，使得使用人员不能及时获知承载部件的疲劳损伤情况，从而不便于使用人员及时对承载部件进行设备维护。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种起重机工况数据分析系统及方法，能够对起重机进行疲劳预警。

第一方面，本发明实施例提供了一种起重机工况数据分析系统，包括：

工况数据采集系统、工况数据传输系统、工况数据处理系统、疲劳分析系统以及预警系统；其中，

所述工况数据采集系统，用于采集起重机的待分析承载部件的工况数据；

所述工况数据传输系统，用于将所述工况数据传输给所述工况数据处理系统；

所述工况数据处理系统，用于判断所述工况数据是否超出预设工况限值；

所述疲劳分析系统，用于在所述工况数据未超出所述预设工况限值时，利用所述工况数据对所述待分析承载部件进行疲劳分析，得到疲劳分析结果；

所述预警系统，用于根据所述疲劳分析结果进行预警。

第二方面，本发明实施例还提供了一种基于前述系统的工况数据分析方法，包括：

通过所述工况数据采集系统采集起重机的待分析承载部件的工况数据；

通过所述工况数据传输系统将所述工况数据传输给所述工况数据处理系统；

通过所述工况数据处理系统判断所述工况数据是否超出预设工况限值；

在所述工况数据未超出所述预设工况限值时，通过所述疲劳分析系统利用所述工况数据对所述待分析承载部件进行疲劳分析，得到疲劳分析结果；

通过所述预警系统根据所述疲劳分析结果进行预警。

该系统和方法至少能实现如下效果：借助于工况数据采集系统采集起重机的待分析承载部件的工况数据；借助于工况数据传输系统将所述工况数据传输给所述工况数据处理系统；借助于工况数据处理系统判断所述工况数据是否超出预设工况限值；在所述工况数据未超出所述预设工况限值时，借助于疲劳分析系统利用所述工况数据对所述待分析承载部件进行疲劳分析，得到疲劳分析结果；借助于预警系统根据所述疲劳分析结果进行预警，通过上述方案能对起重机的待分析承载部件进行疲劳分析以及预警，即能够对起重机进行疲劳预警，便于对起重机的承载部件进行排查。

附图说明

本公开可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分。在附图中：

图1为本发明起重机工况数据分析系统一实施例的结构示意图；

图2为本发明工况数据分析方法一实施例的流程示意图。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本公开内容的示例性实施方式进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施方式的过程中可以做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，并且这些决定可能会随着实施方式的不同而有所改变。

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本公开，在附图中仅仅示出了与根据本公开内容的方案密切相关的装置结构，而省略了与本公开关系不大的其他细节。

应理解的是，本公开内容并不会由于如下参照附图的描述而只限于所描述的实施形式。在本文中，在可行的情况下，实施方式可以相互组合、不同实施方式之间的特征替换或借用、在一个实施方式中省略一个或多个特征。

参看图1，本发明公开一种起重机工况数据分析系统，包括：

工况数据采集系统1、工况数据传输系统2、工况数据处理系统3、疲劳分析系统4以及预警系统5；其中，

所述工况数据采集系统1，用于采集起重机的待分析承载部件的工况数据；

所述工况数据传输系统2，用于将所述工况数据传输给所述工况数据处理系统3；

所述工况数据处理系统3，用于判断所述工况数据是否超出预设工况限值；

所述疲劳分析系统4，用于在所述工况数据未超出所述预设工况限值时，利用所述工况数据对所述待分析承载部件进行疲劳分析，得到疲劳分析结果；

所述预警系统5，用于根据所述疲劳分析结果进行预警。

本实施例中，工况数据采集系统1可以是力限器，待分析承载部件可以包括大臂、转台、车架及支腿，力限器采集的待分析承载部件的工况数据可以包括吊载重量、吊载幅度及大臂臂长。力限器采集的工况数据需要是实时数据，便于后续系统进行实时的疲劳分析及预警。

力限器采集到这些工况数据后，将这些工况数据发送给工况数据传输系统2，工况数据传输系统2对这些工况数据进行分析，判断工况数据是否超出预设工况限值，该判断过程具体可以包括：查找预设的吊载幅度及大臂臂长，与吊载重量限值的对应关系(即预设工况限值)，确定待分析承载部件的吊载幅度及大臂臂长对应的吊载重量限值，将该吊载重量限值确定为第一吊载重量限值；判断待分析承载部件的吊载重量是否小于第一吊载重量限值，若小于第一吊载重量限值，则确定工况数据未超出预设工况限值，否则，则确定工况数据超出预设工况限值。工况数据传输系统2在确定工况数据未超出预设工况限值时，将所述工况数据发送给所述疲劳分析系统4。

所述疲劳分析系统4在接收到所述工况数据后，利用所述工况数据对所述待分析承载部件进行疲劳分析，得到疲劳分析结果，并在所述疲劳分析结果达到预警级别时，通过所述预警系统5进行预警，其中，具体预警方式包括发出声音、发送信息(比如发给预设的管理人员)等等，此处不再赘述。

本发明实施例提供的起重机工况数据分析系统，借助于工况数据采集系统1采集起重机的待分析承载部件的工况数据；借助于工况数据传输系统2将所述工况数据传输给所述工况数据处理系统3；借助于工况数据处理系统3判断所述工况数据是否超出预设工况限值；在所述工况数据未超出所述预设工况限值时，借助于疲劳分析系统4利用所述工况数据对所述待分析承载部件进行疲劳分析，得到疲劳分析结果；借助于预警系统5根据所述疲劳分析结果进行预警，通过上述方案能对起重机的待分析承载部件进行疲劳分析以及预警，即能够对起重机进行疲劳预警，便于对起重机的承载部件进行排查。

在前述系统实施例的基础上，所述疲劳分析系统4，具体可以用于：

针对所述待分析承载部件构建有限元模型，并根据所述工况数据和有限元模型得到所述待分析承载部件在单位载荷下的有限元分析结果；

采用雨流计数法对所述工况数据进行处理得到不同载荷幅下的循环次数，并根据所述有限元分析结果、不同载荷幅下的循环次数和所述待分析承载部件的材料的S-N曲线得到所述待分析承载部件的损伤值。

本实施例中，在进行疲劳分析时，可以对起重机的待分析承载部件构建有限元模型。

然后对待分析承载部件做试验采集载荷谱(即工况数据)，将采集的载荷谱结合待分析承载部件的材料S-N曲线得到在neq循环次数下的等效载荷幅，基于此等效载荷幅，结合有限元模型算出待分析承载部件的疲劳损伤，标定对应状态下的等效载荷幅及疲劳损伤。之后对所述工况数据进行雨流计数，同样算出在neq循环次数下的等效载荷幅，然后结合之前标定的等效载荷幅及疲劳损伤，结合对应材料S-N曲线的反斜率直接算出当前状态下的待分析承载部件的疲劳损伤。

最后，在获得待分析承载部件的疲劳损伤后，需要根据待分析承载部件的疲劳损伤进行疲劳损伤预警，便于使用人员获知待分析承载部件疲劳损伤情况。

本实施例中，通过为待分析承载部件构建的有限元模型，并采用雨流计数法来对待分析承载部件进行疲劳分析，相较于前述实施例，能得到较准确的疲劳分析结果。

在前述系统实施例的基础上，所述系统还可以包括：

强度和屈曲分析系统，用于在所述工况数据超出所述预设工况限值时，利用所述工况数据对所述待分析承载部件进行强度和屈曲分析，得到强度和屈曲分析结果；

其中，所述预警系统5，还用于根据所述强度和屈曲分析结果进行预警。

本实施例中，在所述工况数据超出所述预设工况限值时，需要进行强度和屈曲分析，并对强度和屈曲分析结果进行预警。强度和屈曲分析具体可以包括如下步骤：基于所述有限元模型和所述工况数据，对所述待分析承载部件进行强度和屈曲分析，得到所述强度和屈曲分析结果。

可以理解的是，强度和屈曲分析，具体是针对所述待分析承载部件构建有限元模型，基于所述工况数据，对所述有限元模型进行加载静强度分析，得到所述待分析承载部件的应力云图，并根据所述应力云图、所述待分析承载部件的材料的许用应力和抗拉强度判断所述待分析承载部件是否有开裂的风险；基于所述工况数据，对所述有限元模型进行屈曲分析，得到超载工况下所述待分析承载部件各个部位的前5阶屈曲系数，并根据所述前5阶屈曲系数判断所述待分析承载部件是否有屈曲变形的风险。

可以理解的是，在进行屈曲分析时，若判断获知所述前5阶屈曲系数小于预设数值(比如可以根据需要设置为1)，则确定该小于预设数值的前 5阶屈曲系数对应的部位有屈曲变形的风险。在进行屈曲分析时，除了得到前5阶屈曲系数外，还可以得到超载工况下所述待分析承载部件各个部位的屈曲云图。这样，在确定出存在屈曲变形的风险的部位时可以根据屈曲云图确定出存在屈曲变形风险的具体部位。

在得到强度和屈曲分析结果后，需要对强度和屈曲分析结果进行预警，便于使用人员获知待分析承载部件开裂和屈曲变形情况。

本实施例中，利用待分析承载部件的有限元模型来对待分析承载部件进行强度和屈曲分析，能得到较准确的强度和屈曲分析结果。

在前述系统实施例的基础上，所述待分析承载部件可以包括大臂、转台、车架及支腿，所述工况数据包括吊载重量、吊载幅度及大臂臂长。

参看图2，本发明公开一种基于前述任一项所述的起重机工况数据分析系统的工况数据分析方法，包括：

S1、通过所述工况数据采集系统采集起重机的待分析承载部件的工况数据；

本实施例中，步骤S1具体可以包括：通过力限器采集起重机的大臂、转台、车架及支腿的工况数据，得到起重机的吊载重量、吊载幅度及大臂臂长。

S2、通过所述工况数据传输系统将所述工况数据传输给所述工况数据处理系统；

S3、通过所述工况数据处理系统判断所述工况数据是否超出预设工况限值；

本实施例中，步骤S3具体可以包括：通过所述工况数据处理系统查找预设的吊载幅度及大臂臂长，与吊载重量限值的对应关系(即预设工况限值)，确定待分析承载部件的吊载幅度及大臂臂长对应的吊载重量限值，将该吊载重量限值确定为第一吊载重量限值；判断待分析承载部件的吊载重量是否小于第一吊载重量限值，若小于第一吊载重量限值，则确定工况数据未超出预设工况限值，否则，则确定工况数据超出预设工况限值。

S4、在所述工况数据未超出所述预设工况限值时，通过所述疲劳分析系统利用所述工况数据对所述待分析承载部件进行疲劳分析，得到疲劳分析结果；

S5、通过所述预警系统根据所述疲劳分析结果进行预警。

本实施例中，步骤S5具体可以包括：在所述疲劳分析结果达到预警级别时，通过所述预警系统5进行预警，其中，具体预警方式包括发出声音、发送信息等等，此处不再赘述。

本发明实施例提供的工况数据分析方法，通过工况数据采集系统采集起重机的待分析承载部件的工况数据；通过工况数据传输系统将所述工况数据传输给所述工况数据处理系统；通过工况数据处理系统判断所述工况数据是否超出预设工况限值；在所述工况数据未超出所述预设工况限值时，通过疲劳分析系统利用所述工况数据对所述待分析承载部件进行疲劳分析，得到疲劳分析结果；通过预警系统根据所述疲劳分析结果进行预警，通过上述方案能对起重机的待分析承载部件进行疲劳分析以及预警，即能够对起重机进行疲劳预警，便于对起重机的承载部件进行排查。

在前述方法实施例的基础上，所述通过所述疲劳分析系统利用所述工况数据对所述待分析承载部件进行疲劳分析，可以包括：

针对所述待分析承载部件构建有限元模型，并根据所述工况数据和有限元模型得到所述待分析承载部件在单位载荷下的有限元分析结果；

采用雨流计数法对所述工况数据进行处理得到不同载荷幅下的循环次数，并根据所述有限元分析结果、不同载荷幅下的循环次数和所述待分析承载部件的材料的S-N曲线得到所述待分析承载部件的损伤值。

本实施例中，通过所述疲劳分析系统为待分析承载部件构建的有限元模型，并采用雨流计数法来对待分析承载部件进行疲劳分析，相较于前述实施例，能得到较准确的疲劳分析结果。

在前述方法实施例的基础上，所述方法还可以包括：

S6、在所述工况数据超出所述预设工况限值时，通过强度和屈曲分析系统利用所述工况数据对所述待分析承载部件进行强度和屈曲分析，得到强度和屈曲分析结果；

其中，所述通过所述预警系统根据所述疲劳分析结果进行预警，还包括：

S7、通过所述预警系统根据所述强度和屈曲分析结果进行预警。

本实施例中，在所述工况数据超出所述预设工况限值时，需要进行强度和屈曲分析。在得到强度和屈曲分析结果后，需要对强度和屈曲分析结果进行预警，便于使用人员获知待分析承载部件开裂和屈曲变形情况。

在前述方法实施例的基础上，所述通过强度和屈曲分析系统利用所述工况数据对所述待分析承载部件进行强度和屈曲分析，可以包括：

基于所述有限元模型和所述工况数据，对所述待分析承载部件进行强度和屈曲分析，得到所述强度和屈曲分析结果。

本实施例中，利用待分析承载部件的有限元模型来对待分析承载部件进行强度和屈曲分析，能得到较准确的强度和屈曲分析结果。

在前述方法实施例的基础上，所述待分析承载部件可以包括大臂、转台、车架及支腿，所述工况数据包括吊载重量、吊载幅度及大臂臂长。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory， RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种起重机工况数据分析系统，其特征在于，包括：

工况数据采集系统、工况数据传输系统、工况数据处理系统、疲劳分析系统以及预警系统；其中，

所述工况数据采集系统，用于采集起重机的待分析承载部件的工况数据；

所述工况数据传输系统，用于将所述工况数据传输给所述工况数据处理系统；

所述工况数据处理系统，用于判断所述工况数据是否超出预设工况限值；

所述疲劳分析系统，用于在所述工况数据未超出所述预设工况限值时，利用所述工况数据对所述待分析承载部件进行疲劳分析，得到疲劳分析结果；

所述预警系统，用于根据所述疲劳分析结果进行预警。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述疲劳分析系统，具体用于：

针对所述待分析承载部件构建有限元模型，并根据所述工况数据和有限元模型得到所述待分析承载部件在单位载荷下的有限元分析结果；

采用雨流计数法对所述工况数据进行处理得到不同载荷幅下的循环次数，并根据所述有限元分析结果、不同载荷幅下的循环次数和所述待分析承载部件的材料的S-N曲线得到所述待分析承载部件的损伤值。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

强度和屈曲分析系统，用于在所述工况数据超出所述预设工况限值时，利用所述工况数据对所述待分析承载部件进行强度和屈曲分析，得到强度和屈曲分析结果；

其中，所述预警系统，还用于根据所述强度和屈曲分析结果进行预警。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述强度和屈曲分析系统，具体用于：

针对所述待分析承载部件构建有限元模型，基于所述工况数据，对所述有限元模型进行加载静强度分析，得到所述待分析承载部件的应力云图，并根据所述应力云图、所述待分析承载部件的材料的许用应力和抗拉强度判断所述待分析承载部件是否有开裂的风险；

基于所述工况数据，对所述有限元模型进行屈曲分析，得到超载工况下所述待分析承载部件各个部位的前5阶屈曲系数，并根据所述前5阶屈曲系数判断所述待分析承载部件是否有屈曲变形的风险。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述待分析承载部件包括大臂、转台、车架及支腿，所述工况数据包括吊载重量、吊载幅度及大臂臂长。

6.一种基于权利要求1至5任一项所述的系统的工况数据分析方法，其特征在于，包括：

通过所述工况数据采集系统采集起重机的待分析承载部件的工况数据；

通过所述工况数据传输系统将所述工况数据传输给所述工况数据处理系统；

通过所述工况数据处理系统判断所述工况数据是否超出预设工况限值；

在所述工况数据未超出所述预设工况限值时，通过所述疲劳分析系统利用所述工况数据对所述待分析承载部件进行疲劳分析，得到疲劳分析结果；

通过所述预警系统根据所述疲劳分析结果进行预警。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述通过所述疲劳分析系统利用所述工况数据对所述待分析承载部件进行疲劳分析，包括：

针对所述待分析承载部件构建有限元模型，并根据所述工况数据和有限元模型得到所述待分析承载部件在单位载荷下的有限元分析结果；

采用雨流计数法对所述工况数据进行处理得到不同载荷幅下的循环次数，并根据所述有限元分析结果、不同载荷幅下的循环次数和所述待分析承载部件的材料的S-N曲线得到所述待分析承载部件的损伤值。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述工况数据超出所述预设工况限值时，通过强度和屈曲分析系统利用所述工况数据对所述待分析承载部件进行强度和屈曲分析，得到强度和屈曲分析结果；

其中，所述通过所述预警系统根据所述疲劳分析结果进行预警，还包括：

通过所述预警系统根据所述强度和屈曲分析结果进行预警。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述通过强度和屈曲分析系统利用所述工况数据对所述待分析承载部件进行强度和屈曲分析，包括：

针对所述待分析承载部件构建有限元模型，基于所述工况数据，对所述有限元模型进行加载静强度分析，得到所述待分析承载部件的应力云图，并根据所述应力云图、所述待分析承载部件的材料的许用应力和抗拉强度判断所述待分析承载部件是否有开裂的风险；

基于所述工况数据，对所述有限元模型进行屈曲分析，得到超载工况下所述待分析承载部件各个部位的前5阶屈曲系数，并根据所述前5阶屈曲系数判断所述待分析承载部件是否有屈曲变形的风险。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述待分析承载部件包括大臂、转台、车架及支腿，所述工况数据包括吊载重量、吊载幅度及大臂臂长。

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