CN113340630A - 一种卷扬吊装测力系统及吊装安全监测方法 - Google Patents

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董颖欢
郭大松
戴智勇
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Abstract

本发明公开了一种卷扬吊装测力系统及吊装安全监测方法，卷扬吊装测力系统包括：拉力计、导向轮、钢丝绳、导向轮、卷扬机和地锚，所述拉力计连接所述导向轮和所述地锚，所述钢丝绳绕过所述导向轮形成卷扬机端和载荷端，所述卷扬机端连接所述卷扬机，所述载荷端用于承载。吊装安全监测方法包括：通过所述拉力计监测的拉力以及卷扬机端和载荷端的夹角，计算卷扬机端和载荷端的拉力。本发明通过实时监测钢丝绳的受力，保证吊装安全。

Description

一种卷扬吊装测力系统及吊装安全监测方法
技术领域
本发明涉及绳力监测技术领域，具体是涉及一种卷扬吊装测力系统及吊装安全监测方法。
背景技术
卷扬机吊装过程中，为了防止过载而造成安全事故，通常会在钢丝绳上设置拉力计以测量钢丝绳的受力情况。传统的拉力计安装通常有两种方式，即活绳端安装和死绳端安装，但无论是哪一种安装方式，在现场使用的便捷性，以及施工的安全性上，效果都不甚理想。在活绳端安装拉力计时，拉力计的活动性较大，难以随时随地的测量和反馈数据；在死绳端安装拉力计时，由于一般处在高位，一旦发生超载断裂，产生的安全影响较大。此外，由于钢丝绳上使用的拉力计多是压变测力的传感器类型，与钢丝绳的配合安装并不方便，从而造成安装不便，最终的测力结果也不太准确。如何监测钢丝绳的受力，保证吊装安全是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种卷扬吊装测力系统及吊装安全监测方法，以监测钢丝绳的受力。
为了达到上述目的，本发明提供了一种卷扬吊装测力系统，包括：拉力计、导向轮、钢丝绳、导向轮、卷扬机和地锚，所述拉力计连接所述导向轮和所述地锚，所述钢丝绳绕过所述导向轮形成卷扬机端和载荷端，所述卷扬机端连接所述卷扬机，所述载荷端用于承载。
可选的，所述拉力计和所述地锚之间还设置有放卷装置。
可选的，所述拉力计为电子拉力计，所述电子拉力计能够与显示终端通信连接。
本发明还提供一种吊装安全监测方法，包括：
提供以上所述的卷扬吊装测力系统；
通过所述拉力计监测的拉力以及卷扬机端和载荷端的夹角，计算卷扬机端和载荷端的拉力。
可选的，当所述钢丝绳处于静力平衡状态，卷扬机端和载荷端的拉力为：
S1＝S2＝T/Kα，
其中，T为拉力计的拉力，S1为卷扬机端的拉力，S2为载荷端的拉力，Kα＝2×cos(α/2)，α为卷扬机端和载荷端的夹角。
可选的，当所述钢丝绳处于运动状态，卷扬机端和载荷端的拉力分别为：
S1＝fα×S2，
S2＝T/[(1+fα)×(Kα/2)]，
其中，T为拉力计的拉力，S1为卷扬机端的拉力，S2为载荷端的拉力，Kα＝2×cos(α/2)，α为卷扬机端和载荷端的夹角，fα为摩擦影响系数。
可选的，以所述钢丝绳的安全允许拉力与所述卷扬机的安全允许拉力的较小值计算拉力计的拉力允许值，当拉力计监测的拉力超过设置的拉力计的拉力允许值即报警。
本发明提供的卷扬吊装测力系统，包括：拉力计、导向轮、钢丝绳、导向轮、卷扬机和地锚，所述拉力计连接所述导向轮和所述地锚，所述钢丝绳绕过所述导向轮形成卷扬机端和载荷端，所述卷扬机端连接所述卷扬机，所述载荷端用于承载。吊装安全监测方法，包括：通过所述拉力计监测的拉力以及卷扬机端和载荷端的夹角，计算卷扬机端和载荷端的拉力。本发明通过实时监测钢丝绳的受力，保证吊装安全。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1是本发明提供的卷扬吊装测力系统竖直方向吊装示意图；
图2是本发明提供的卷扬吊装测力系统水平方向吊装示意图；
图3是本发明提供的卷扬吊装测力系统简图；
图4是本发明提供的卷扬吊装测力系统受力分析图。
其中：1-拉力计，2-收卷装置，3-导向轮，4-桅杆架，5-地锚。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
图1是本发明提供的卷扬吊装测力系统竖直方向吊装示意图，图2是本发明提供的卷扬吊装测力系统水平方向吊装示意图，图3是本发明提供的卷扬吊装测力系统简图，图4是本发明提供的卷扬吊装测力系统受力分析图，参见图1-图4所示，所述卷扬吊装测力系统包括：拉力计1、导向轮2、钢丝绳、导向轮3、卷扬机和地锚5，所述拉力计1连接所述导向轮2和所述地锚5。所述钢丝绳绕过所述导向轮2形成卷扬机端和载荷端，所述卷扬机端连接所述卷扬机，所述载荷端用于承载。由于导向轮2是通过拉索连接拉力计1，拉力计1也是通过拉索连接地锚5，因此导向轮2能够在钢丝绳上滚动，使拉索的延长线平分卷扬机端和载荷端的夹角α。
具体的，当卷扬吊装测力系统竖直方向吊装，载荷端绕过桅杆架4上的定滑轮，通过一动滑轮组负载。导向轮2两端的钢丝绳与拉力计1的拉索形成平衡受力的结构，根据受力的平行四边形法则，拉力计1的拉力T为导向轮2两侧钢丝绳分力的合力，即卷扬机端的拉力S1和载荷端的拉力S2的合力。在知道卷扬机端和载荷端的夹角α时，就能测出卷扬机端的拉力S1，在辅以摩擦力等因素对测量结果的影响，通过一定的修正系数矫正之后，就能较为准确的测量出钢丝绳的拉力，最终实现安全受力，确保不超载。同样的，当卷扬吊装测力系统水平方向吊装，只要地锚5将钢丝绳拉出夹角，也能形成平面上平行四边法则。原理不变，适应现场变化，实用性强。
进一步的，参见图1-图4所示，所述拉力计1和所述地锚5之间还设置有放卷装置2，放卷装置2用于收放连接拉力计1的拉索，即导向轮2和地锚5之间的距离可以调节，通过调节导向轮2和地锚5之间的距离可以调节卷扬机端和载荷端的夹角α，以便于测量角度α以及计算卷扬机端的拉力S1和载荷端的拉力S2。所述拉力计1为电子拉力计，所述电子拉力计能够与显示终端通信连接，显示终端可以设置有手机、电脑等终端。
本发明还提供吊装安全监测方法，包括：提供以上所述的卷扬吊装测力系统，通过所述拉力计1监测的拉力T以及卷扬机端和载荷端的夹角α，计算卷扬机端的拉力S1和载荷端的拉力S2。
具体的，当所述钢丝绳处于静力平衡状态，根据静力平衡原理有：
S1＝S2，
T＝(S1+S2)×cos(α/2)＝2×S1×cos(α/2)＝Kα×S1 (1)
式中系数：Kα＝2×cos(α/2)，T为拉力计的拉力，S1为卷扬机端的拉力，S2为载荷端的拉力，α为卷扬机端和载荷端的夹角。S1含吊装滑轮组转动部件的静摩擦力及导向轮2转动部件的静摩擦力，S2含吊装滑轮组转动部件的静摩擦力。
Kα不为0时：
S1＝S2＝T/Kα (2)
为方便实际操作计算，针对S1与S2不同的夹角α，将公式(1)和(2)中的系数Kα值制成下表：
系数Kα值表
α(度) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
Kα 2.00 1.99 1.97 1.93 1.88 1.81 1.73 1.64 1.53 1.41 1.29 1.15
α 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 180
Kα 1.00 0.92 0.85 0.77 0.68 0.60 0.52 0.43 0.35 0.26 0.17 0
注：1、处于两个角度区间内时采用插值法计算(取小数点后两位)。
2、摩擦影响系数fα是按青铜材料考虑的，如为其他材料则应按实际材料取值。
应用公式(1)、(2)可在钢丝绳处于静止状态时进行受力监测。取钢丝绳的安全允许拉力[S]与卷扬机的安全允许拉力[S']两者的较小值作为公式中的S1，对T的允许值[T]进行设定计算，超过该设定值即报警，或者在测得T值时计算出S1的值，进而得到跑绳与卷扬机的受力数据情况。
当所述钢丝绳处于运动状态，S1与S2这两个分力受导向轮2转动部件摩擦力的影响会出现略微的差别(取决于导向轮2转动部件采用的材料和制作结构形式)，为了更精确及在吊装操作运行中也能进行可靠监测，考虑摩擦力的影响，对公式(1)、(2)引入摩擦影响系数fα，则有：
S1＝fα×S2 (3)
式中，转动摩擦面一般为青铜材料(可取摩擦影响系数fα＝1.04)。
T＝(fα×S2+S2)×cos(α/2)，
T＝(1+fα)×S2×cos(α/2)，
T＝(1+fα)×(Kα/2)×S2，
T＝(1+fα)/fα×(Kα/2)×S1 (4)
Kα不为0时：
S2＝T/[(1+fα)×(Kα/2)] (5)
应用公式(3)、(4)、(5)可对钢丝绳处于运动状态时进行监测控制。参照前述计算方法，取钢丝绳的安全允许拉力[S]与卷扬机的安全允许拉力[S']两者的较小值作为公式中的S1，同样可对T的允许值[T']进行设定计算，超过该设定值即报警，或者在测得T值时也能计算出S1、S2的值，进而得到跑绳与卷扬机的受力数据情况，并能根据吊装滑轮组的工况进一步计算出吊装载荷的数值。
实际吊装工作中，在吊装跑绳的安全系数有足够保证时(规范规定其安全系数不应小于5)，测力监控可按卷扬机的额定牵引力进行控制，防止其过载导致拉断钢丝绳等事故的发生(但采用大吨位卷扬机牵引较小的钢丝绳时应按钢丝绳的安全允许拉力计算T的设定值)。为此根据上述计算公式制定“按卷扬机额定牵引力控制的[T]和[T']值表”以方便实际工作中直接查找使用。
按卷扬机额定牵引力控制的[T]值
Figure BDA0003065460900000061
按卷扬机额定牵引力控制的[T]值(续表)
Figure BDA0003065460900000062
注：该表按卷扬机额定牵引力的85％进行控制，适用于钢丝绳静止时(如试吊检查)的测力监控。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (7)

1.一种卷扬吊装测力系统，其特征在于，包括：拉力计、导向轮、钢丝绳、导向轮、卷扬机和地锚，所述拉力计连接所述导向轮和所述地锚，所述钢丝绳绕过所述导向轮形成卷扬机端和载荷端，所述卷扬机端连接所述卷扬机，所述载荷端用于承载。
2.根据权利要求1所述的卷扬吊装测力系统，其特征在于，所述拉力计和所述地锚之间还设置有放卷装置。
3.根据权利要求1所述的卷扬吊装测力系统，其特征在于，所述拉力计为电子拉力计，所述电子拉力计能够与显示终端通信连接。
4.一种吊装安全监测方法，其特征在于，包括：
提供根据权利要求1～3任意一项所述的卷扬吊装测力系统；
通过所述拉力计监测的拉力以及卷扬机端和载荷端的夹角，计算卷扬机端和载荷端的拉力。
5.根据权利要求4所述的吊装安全监测方法，其特征在于，当所述钢丝绳处于静力平衡状态，卷扬机端和载荷端的拉力为：
S1＝S2＝T/Kα，
其中，T为拉力计的拉力，S1为卷扬机端的拉力，S2为载荷端的拉力，Kα＝2×cos(α/2)，α为卷扬机端和载荷端的夹角。
6.根据权利要求4所述的吊装安全监测方法，其特征在于，当所述钢丝绳处于运动状态，卷扬机端和载荷端的拉力分别为：
S1＝fα×S2，
S2＝T/[(1+fα)×(Kα/2)]，
其中，T为拉力计的拉力，S1为卷扬机端的拉力，S2为载荷端的拉力，Kα＝2×cos(α/2)，α为卷扬机端和载荷端的夹角，fα为摩擦影响系数。
7.根据权利要求5或6所述的吊装安全监测方法，其特征在于，以所述钢丝绳的安全允许拉力与所述卷扬机的安全允许拉力的较小值计算拉力计的拉力允许值，当拉力计监测的拉力超过设置的拉力计的拉力允许值即报警。
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