专利名称：工程起重机的安全评估决策系统及其安全评估决策方法
技术领域：
本发明涉及工程起重机的安全评估决策系统及其安全评估决策方法。
背景技术：
工程起重机包括多种类型的起重机，包括汽车起重机、履带起重机、轮胎起重机、塔式起重机、随车起重机等多种类型，其显著的特点有两个，一个是高度的机动性和移动性，另一个是具有一个或多个臂架作业系统，完成对载荷的起吊和作业。工程起重机广泛应用于国民经济建设过程中，由于载荷的长期作用，起重机的主要承载部件臂架系统、转台、下车等主要的结构件会产生一定的损伤并可能发生疲劳破坏，这个产生的原因一方面是由于结构件本身的原始焊接缺陷扩大导致失效，另一方面可能是由于使用过程中的各种不确定因素导致材料或者部件过载失效。一旦起重机的主要结构件如臂架系统失效，有可能会产生严重的事故，因此，对于起重机的载荷进行记录并根据载荷进行疲劳寿命的评估对起重机的安全使用具有重要的实用价值和经济意义。目前，针对起重机的载荷记录及剩余寿命评估预测采用的都是分离式设备，即载荷记录采用一套硬件检测装置，而且采用的都是临时应变片贴片技术进行检测，时效性很差。疲劳寿命评估预测采用的是单独的计算机进行计算，无法实时对起重机的数据进行分析并预警，预测精度低，难以有效实时预警，影响评估精度。

发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种能够对工程起重机的结构剩余寿命进行计算，并自动给出安全评估结论及维保建议的安全评估决策系统。为了解决上述技术问题，本发明所提供的技术方案是:工程起重机的安全评估决策系统，包括外部数据检测模块、数据采集模块、控制模块、显示输入模块、接口模块和存储模块；所述外部数据检测模块安装在工程起重机上；所述外部数据检测模块和数据采集模块之间通过模拟量数据信号通讯联接；所述数据采集模块与控制模块之间通过以太网通讯连接；所述显示输入模块、接口模块和存储模块均与控制模块电连接。所述外部数据检测模块包括用于采集工程起重机的变幅拉力信息的变幅拉力传感器，用于采集工程起重机的臂架角度信息的臂架角度传感器，以及用于采集工程起重机的臂架长度信息的臂架长度传感器。所述外部数据检测模块的臂架角度传感器的测量范围为0°至180°。所述存储模块中存储有各种型号的工程起重机的力学模型数据库。本发明所要解决的第二个技术问题是提供工程起重机的安全评估决策系统的安全评估决策方法。为了解决上述技术问题，本发明所提供的技术方案是:工程起重机的安全评估决策系统的安全评估决策方法，包括以下步骤:①变幅拉力传感器、臂架角度传感器、臂架长度传感器通过数据采集模块分别将工程起重机的变幅拉力信息、臂架角度信息和臂架长度信息传送至控制模块；②检测人员由显示输入模块人工输入工程起重机型号至控制模块；③控制模块根据工程起重机的型号从力学模型数据库中调用该型号的工程起重机的受力模型，同时根据变幅拉力信息、臂架角度信息和臂架长度信息，通过载荷-应力映射关系，计算并记录事先确定的关键结构点应力；④控制模块通过数据记录，计算得到一段时间内工程起重机的载荷谱数据；⑤检测人员根据起重机的设计要求，对起重机的各个关键部位进行重点监测，以工程起重机各个关键部位的受力分析来表征整体起重机的安全指标；⑥控制模块根据四种疲劳寿命评估方法对工程起重机需要进行疲劳寿命评估的部位分别进行计算；所述四种疲劳寿命评估方法分别为基于模糊损伤的名义应力法、局部应力应变法、基于有限元的断裂力学法、以及基于前述三种方法融合的计算方法；⑦四种方法计算完毕后，采用相应的疲劳累积损伤理论将损伤进行累积，并最终计算出工程起重机需要评估部位的疲劳寿命；⑧控制模块根据工程起重机设计规范要求的循环次数和载荷记录，计算现役工程起重机安全作业等级，并给出合适的维护保养建议和安全评估结论；所述评估结论包括报废处理或降级使用或维修使用或继续安全使用。采用了上述技术方案后，本发明具有以下的有益效果:(1)本发明在工程起重机上安装外部数据检测模块，通过外部数据检测模块采集的数据并结合工程起重机的受力模型，以及载荷-应力映射关系，计算并记录事先确定的关键结构点应力，成本低，实现了对工程起重机数据的实时分析和预警功能。(2)本发明的存储模块中存储有各种型号的工程起重机的力学模型数据库，极大地减少了对起重机相关部位的直接应力检测，通过调用数据库，可以通过起升或者变幅载荷，直接计算得到各个部位的载荷数据，简化了通用的应力采集渠道。(3)本发明提供了四种疲劳寿命评估方法，可以根据不同的工程起重机和不同的作业工况，选择不同的计算方法进行对比分析，增加评估结果的可靠性。(4)本发明可以通过接口模块提供的多种接口与起重机原控制系统、笔记本电脑、裂纹检测仪器、结构应力检测仪器连接后进行数据通讯，修正模型的部分参数，从而提高寿命评估预测精度。


为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中图1为本发明的工程起重机的安全评估决策系统的结构框图。附图中的标号为:外部数据检测模块1、变幅拉力传感器11、臂架角度传感器12、臂架长度传感器13、数据采集模块2、控制模块3、显示输入模块4、接口模块5、存储模块6。
具体实施例方式(实施例1)
见图1，本实施例的工程起重机的安全评估决策系统，包括外部数据检测模块1、数据采集模块2、控制模块3、显示输入模块4、接口模块5和存储模块6。外部数据检测模块I安装在工程起重机上。外部数据检测模块I包括用于采集工程起重机的变幅拉力信息的变幅拉力传感器11，用于采集工程起重机的臂架角度信息的臂架角度传感器12，以及用于采集工程起重机的臂架长度信息的臂架长度传感器13。臂架角度传感器12的测量范围为0°至180°。臂架长度传感器13测量范围可根据实际起重机臂架长度确定。外部数据检测模块I和数据采集模块2之间通过模拟量数据信号通讯联接。数据采集模块2与控制模块3之间通过以太网通讯连接。显示输入模块4、接口模块5和存储模块6均与控制模块3电连接。存储模块6中存储有各种型号的工程起重机的力学模型数据库。本工程起重 机的安全评估决策系统可以通过接口模块5提供的多种接口与起重机原控制系统、笔记本电脑、裂纹检测仪器、结构应力检测仪器连接后进行数据通讯，修正模型的部分参数，从而提高寿命评估预测精度。工程起重机的安全评估决策系统的计算方法，包括以下步骤:①变幅拉力传感器11、臂架角度传感器12和臂架长度传感器13通过数据采集模块2分别将工程起重机的变幅拉力信息、臂架角度信息、臂架长度信息传送至控制模块3 ；②检测人员由显示输入模块4人工输入工程起重机型号至控制模块3 ；③控制模块3根据工程起重机的型号从力学模型数据库中调用该型号的工程起重机的受力模型，同时根据变幅拉力信息、臂架角度信息和臂架长度信息，通过载荷-应力映射关系，计算并记录事先确定的关键结构点应力；④控制模块3通过数据记录，计算得到一段时间内工程起重机的载荷谱数据；⑤检测人员根据起重机的设计要求，对起重机的各个关键部位进行重点监测，以工程起重机各个关键部位的受力分析来表征整体起重机的安全指标；⑥控制模块3根据四种疲劳寿命评估方法对工程起重机需要进行疲劳寿命评估的部位分别进行计算；所述四种疲劳寿命评估方法分别为基于模糊损伤的名义应力法、局部应力应变法、基于有限元的断裂力学法、以及基于前述三种方法融合的计算方法；⑦四种方法计算完毕后，采用相应的疲劳累积损伤理论将损伤进行累积，并最终计算出工程起重机需要评估部位的疲劳寿命；⑧控制模块3根据工程起重机设计规范要求的循环次数和载荷记录，计算现役工程起重机安全作业等级，并给出合适的维护保养建议和安全评估结论；所述评估结论包括报废处理或降级使用或维修使用或继续安全使用。基于模糊损伤的名义应力法是根据结构件载荷谱求出结构危险部位的名义应力谱，应用相应的S-N曲线和疲劳累积损伤法则计算结构疲劳寿命的方法，在损伤度的权函数中引入了隶属度的概念，并根据不同的载荷状况确定隶属度函数，从而计算模糊损伤值，并根据临界损伤值和累积损伤最终计算载荷谱循环周期。

其基本计算公式为:_
权利要求
1.工程起重机的安全评估决策系统，其特征在于:包括外部数据检测模块(I)、数据采集模块(2 )、控制模块(3 )、显示输入模块(4 )、接口模块(5 )和存储模块(6 );所述外部数据检测模块(I)安装在工程起重机上；所述外部数据检测模块(I)和数据采集模块(2)之间通过模拟量数据信号通讯联接；所述数据采集模块(2)与控制模块(3)之间通过以太网通讯连接；所述显示输入模块(4)、接口模块(5)和存储模块(6)均与控制模块(3)电连接。
2.根据权利要求1所述的工程起重机的安全评估决策系统，其特征在于:所述外部数据检测模块(I)包括用于采集工程起重机的变幅拉力信息的变幅拉力传感器(11 )，用于采集工程起重机的臂架角度信息的臂架角度传感器(12)，以及用于采集工程起重机的臂架长度信息的臂架长度传感器(13 )。
3.根据权利要求2所述的工程起重机的安全评估决策系统，其特征在于:所述外部数据检测模块(I)的臂架角度传感器(12)的测量范围为0°至180°。
4.根据权利要求1所述的工程起重机的安全评估决策系统，其特征在于:所述存储模块(6)中存储有各种型号的工程起重机的力学模型数据库。
5.工程起重机的安全评估决策系统的安全评估决策方法，其特征在于:包括以下步骤: ①变幅拉力传感器(11)、臂架角度传感器(12)、臂架长度传感器(13)通过数据采集模块(2)分别将工程起重机的变幅拉力信息、臂架角度信息、臂架长度信息传送至控制模块(3)； ②检测人员由显示输入模块(4)人工输入工程起重机型号至控制模块(3)； ③控制模块(3)根据工程起重机的型号从力学模型数据库中调用该型号的工程起重机的受力模型，同时根据变幅拉力信息、臂架角度信息和臂架长度信息，通过载荷-应力映射关系，计算并记录事先确定的关键结构点应力； ④控制模块(3)通过数据记录，计算得到一段时间内工程起重机的载荷谱数据； ⑤检测人员根据起重机的设计要求，对起重机的各个关键部位进行重点监测，以工程起重机各个关键部位的受力分析来表征整体起重机的安全指标； ⑥控制模块(3)根据四种疲劳寿命评估方法对工程起重机需要进行疲劳寿命评估的部位分别进行计算；所述四种疲劳寿命评估方法分别为基于模糊损伤的名义应力法、局部应力应变法、基于有限元的断裂力学法、以及基于前述三种方法融合的计算方法； ⑦四种方法计算完毕后，采用相应的疲劳累积损伤理论将损伤进行累积，并最终计算出工程起重机需要评估部位的疲劳寿命； ⑧控制模块(3)根据工程起重机设计规范要求的循环次数和载荷记录，计算现役工程起重机安全作业等级，并给出合适的维护保养建议和安全评估结论；所述评估结论包括报废处理或降级使用或维修使用或继续安全使用。
全文摘要
本发明公开了工程起重机的安全评估决策系统及其安全评估决策方法，其中工程起重机的安全评估决策系统，包括外部数据检测模块、数据采集模块、控制模块、显示输入模块、接口模块和存储模块；所述外部数据检测模块安装在工程起重机上；所述外部数据检测模块和数据采集模块之间通过模拟量数据信号通讯联接；所述数据采集模块与控制模块之间通过以太网通讯连接；所述显示输入模块、接口模块和存储模块均与控制模块电连接。本发明通过外部数据检测模块采集的数据并结合工程起重机的受力模型，以及载荷-应力映射关系，计算并记录事先确定的关键结构点应力，成本低，实现了对工程起重机数据的实时分析和预警功能。
文档编号G01M99/00GK103149042SQ201310036500
公开日2013年6月12日 申请日期2013年1月30日 优先权日2013年1月30日
发明者王欣, 蔡福海, 宋晓光, 杨绍伟, 黄一, 潘志毅, 黄燕 申请人:大连理工大学(徐州)工程机械研究中心, 大连理工大学, 常州益利亚重工机械科技有限公司, 大连益利亚工程机械有限公司, 徐州益利亚工程机械有限公司