塔式起重机监控技术

塔式起重机监控技术（精选8篇）

塔式起重机监控技术 第1篇

关键词：无线传感器网络,塔式起重机,监控系统

本文详细介绍了基于无线传感器网络的塔式起重机监控系统的结构, 分析当前建筑领域较为热门的无线通信技术应用现状, 并将热门通信技术进行对比。根据不同施工过程以及不同施工环境提出相对应的无线技术使用策略。实现了无线通讯最佳组合, 促进无线传感技术发展。

1 基于无线传感器网络的塔式起重机监控系统构成

塔式起重机监控系统构成的基础是如何实现节点式的无线传感网络。通过一定的计算处理和控制节点能力, 能实现监测、数据传输、信号采集等能力。并通过无线网络实现塔式起重机控制。其造成主要有四个部分:本地监控系统、数据采集系统以及远程监控系统和无线网络系统。其中, 数据采集系统是无线模块的重要组成部分, 通过分步式传感器采集相关数据, 并做好转换和记录工作传给本地监控系统。而本地监控系统则通过无线网络传来的数据进行比较分析, 判断是否出现系统故障。同时本地监控系统能显示参数状态, 更方便人员进行操作管理。无线路由组成了多个无线网络系统, 利用此系统来实现所有数据传输服务。同时, 利用无线技术实现远程监控能力。即, 对多个区域进行监控, 并实时监测塔式起重机的信号状态。同时可以实现统一管理和控制。

2 塔式起重机无线通信技术应用现状

无线通信技术在针对于本地和远程控制塔式起重机过程中, 可以通过合理的通信方式选择近距离或远距离无线通信。目前, 常用技术手段为CDMA技术与GPRS技术, 近距离无线控制技术主要以无线宽带技术、蓝牙技术以及Zig Bee技术和nrf技术为主, 由于无线宽带技术和蓝牙技术能耗较高, 因此不适合工程机械。

首先, CDMA技术是中国电信无线通信系统, 能实现全频谱传输。不仅不易掉线且功耗和抗干扰能力极强。多用于电力、政府以及军事领域。目前国内多家研究机构和高等院校, 已经将CDMA技术投入使用, 该系统也获得了设计专利。2011年, 电信公司提出给予CDMA式的塔式起重机安全管理平台, 该平台能准确及时的将塔式起重机控制数据和报警信息发布到监控平台, 并能及时报警。实现了真正意义上的远程监控。同时, 该系统记录了至少连万台塔式起重机的工作数据, 保障出现故障时及时分析故障原因并处理。

其次, 中国一定开发的GPRS技术。作为包交换的无线传输技术, 是第三代通信与第二代通信之间的产物。具有传输高且有时效性等特点。针对塔式起重机作业方式研究出基于GPRS远程监控系统。该监控系统以S3C2440微处理器为主控系统, 可以点对点的实现端口和IP分配。

最后, zigbee技术。通常境况下, 此技术作为低功耗的短距离无线通信技术。主要适用于楼宇控制和佳通控制。此系统主要以CC2530芯片为主, 配合自身版本协议, 使其适合负载的起重机工作环境。该系统已经在黑龙江等多省市推广应用。

3 塔式起重机系统无线通信技术选择

综合分析他是其中西无线通信技术应用, 针对进程和远程通信特点进行分析比较, 远程无线通讯技术可以选择一下几个方面。

3.1 根据抗干扰能力和网络覆盖能力选择

在GSM基础上发展而来的GPRS技术, 已经成为较全面的覆盖能力较强的无线通信技术, 因此, 在网络健全和网络覆盖能力上, GPRS技术明显优越于CDMA技术, 因此, 具有一定的优势。但相对于GPRS技术而言, CDMA技术在在刚干扰能力上, 有明显优越于GPRS通讯技术。

3.2 根据费用资源选择

由于不同的自费会产生不同的通信技术需求。因此, 塔式起重机构建监控系统过程中要合理选择通信技术。有用途GPRS技术与CDMA技术都是付费通信, GPRS技术是按照流量计费, 因此可以采用数据交换技术, 让用户在需要的时候开始数据计费, 不需要的时候则关闭通信系统, 避免出现无线资源申请占用问题。由于CDMA技术的相关自费较高, 因此, 单一的收费形式难以满足高端人群的业务需求。

3.3 根据传输速度优化选择

系统实际运行过程中, 强调数据传输速度的高低、CDMA技术与GPRS的技术对比测试中, CDMA技术明显高于GPRS技术。在实际业务运行过程中, CDMA技术的传送速度是GPRS技术的两倍以上。

4 结语

综上所述, 本文详细介绍了无线传感器网络的塔式起重机监控系统的组成及应用现状, 进而分析了基于塔式起重机监控系统运行过程中, 进程与远程无线通信原则, 以及如何以低成本的无线连接来打造灵活性及拓展性较强使用方便的无线传感网络。随着3G与4G基础的不断完善, 通信传输效率也随之增加, 使得塔机控制系统有一定的发展前景。同时CDMA技术与GPRS技术都可以通过技术过度, 应用到塔机监控系统中, 实现无线技术的平滑过渡, 进而增强塔机监控系统的实用性和可靠性。对于复杂环境下作业, 可以通过视频监控以及图像处理等方式, 为系统提供安全可靠地保障。

参考文献

[1]贾佳, 谷立臣.基于多传感器信息融合的塔式起重机防碰撞理论及仿真[J].仪表技术与传感器, 2012 (9) :271-276.

[2]张佃菊, 施华.起重机弓形板放大器变形比例的分析与确定[J].CAD/CAM与制造业信息化, 2012 (8) :48-50.

塔式起重机安全技术操作规程 第2篇

一、作业前应重点检查塔机各部情况是否正常：如机械结构的外观情况，各传机构是否正常；各齿轮箱、液压油箱的油位是否符合标准；主要部位连接螺栓是否松动；钢丝绳磨损情况及穿绕滑轮是否符合规定；供电线电缆有无破损。

二、空载运转，检查行走、回转、起重、变幅等各机构的制动器、安全限位、防护装置等确认正常后，方可作业。

三、作业时，应将驾驶室窗子打开，注意指挥信号，冬季驾驶室内取暖，应有防火、防触电措施。

四、多机作业，应注意保持各机操作距离，各机吊钩上所悬挂重物的距离不得小于3米。

五、操纵各控制器时应依次逐级操作，严禁越档操作，在变换运转方向时，应将控制器转到零位，等电动机停止转动后，再转向另一方向，操作时力求平稳，严禁急开急停。

六、吊钩提升接近臂杆顶部，小车行至端点时，应减速缓行至停止位置，吊钩距臂杆顶部不得小于1米。

七、提升重物后，严禁自由下降，重物就位时，可用微动机构或使用制动器使之缓慢下降。

八、提升的重物平移时，应高出其跨越的障碍物0.5米以上。

九、作业后，应将每个控制开关拨到零位，依次断开各路开关，关闭操作室门窗，下机后切断总电源开关，打开高空指示灯。

塔式起重机监控技术 第3篇

随着国民经济建设的深入，建筑业的不断发展以及建筑主体高度的不断攀升，塔式起重机作为高层建筑施工的主动脉得到了越来越广泛的应用[1]。同时其安全问题日益增多，问题的种类日益多样化，问题的难度和复杂度也在不断急剧增加。塔机的安全问题是不容忽视的，而实现对塔机工况参数的实时采集、监控、预警是解决这些安全问题的关键所在，此外随着嵌入式技术的发展及其在智能监测中的应用，设计一款具有上述功能的基于嵌入式技术的塔机安全监控是非常必要的[2,3]。

为了满足用户对控制系统各方面的需求，使塔机运行更安全、更平稳、更有效，世界各国都开始致力于以微型计算机为核心的塔机安全监控系统的研制。在国内目前主要存在的问题是系统价格昂贵、功能单一、可靠性差，人机交互性差。本设计将嵌入式微控制器和嵌入式操作系统应用在塔吊安全监控装置中，使系统在功能性、实时性、可靠性、扩展性等方面得到了提高。

2 系统总体方案的设计

本系统的设计根据实际需求，依据数字化、多功能、简约化、低成本和高可靠性的设计思路，结合国内建筑机械安全监控技术发展现状和未来系统功能扩展的需求，在查阅大量国内外相关文献资料后，设计引入了嵌入式技术和TFT-LCD显示技术，将ARM与嵌入式Linux相结合，确定了相应的硬件及软件平台。

为了详细、准确地反映塔机的实时工作状态，同时为塔机驾驶员提供良好的塔机运行参数信息，在塔机运行时需要监测的关键参数如下：提升高度、小车幅度、回转角度、起吊重量及风速。塔机安全监控装置的总体设计框图如图1所示，首先这些信息需要通过相应的传感器进行检测，本系统采用的起吊重量传感器为销轴式传感器，提升高度、小车幅度、回转角度传感器为DXZ系列多功能行程限位器，风速传感器为三杯式风速传感器，这些传感器输出信号传输给监控仪表主机。本仪表是一个能够运行操作系统的软硬件综合体。硬件部分主要包括：中央处理单元、存储单元以及外围电路等。软件部分主要包括：Linux嵌入式操作系统、设备驱动程序以及基于MiniGUI的图形用户界面应用程序等。仪表对信息进行采集、处理、存储，并将塔机实时的状态参数显示在液晶屏上，此外做出相应的控制决策，声光的预警及控制量的输出等。

3 硬件设计

系统硬件电路部分的设计主要包括传感器单元和监控仪表单元。

3.1 传感器单元

起吊重量传感器采用销轴式传感器，轴销传感器实际上就是一根承受剪力作用的空心截面圆轴，双剪型电阻应变计粘贴在中心孔内凹槽中心的位置上，在外力的作用下产生弹性形变，电阻应变片随同产生变形阻值也将发生变化，之后采用惠斯登电桥作为检测电路，把这一电阻变化转换为电信号，从而完成外力变换为电信号输出[4]。由于检测电路输出的信号均为毫伏级电压信号，为了提高信号的传输距离和抗干扰性，在其后接一个变送器，将毫伏电压转换为标准的0V～5V电压信号。

提升高度、小车幅度、回转角度传感器采用DXZ系列多功能行程限位器。通常为了起到安全限位的作用，在塔吊的提升、变幅、回转机构中都装有DXZ系列行程限位器。限位器和卷筒轴相联，通过计算吊钩最大高度和最小高度时卷筒卷绕的圈数，调整限位器凸轮机构，进而达到限位的目标。将一精密电位计安装在现有的电气限位器中，其内部为一个滑动变阻器，在其两端加恒定的电压，中间的滑动触头的输出电压就与其移动成一个线性的比例关系，从而起到对高度、幅度、角度测量的作用。

风速传感器采用三杯式风速传感器，其感应元件是三杯风组件，由三个风杯和杯架组成。转换器为多齿转杯和狭缝光耦。当风杯受水平风力作用而旋转时，通过活轴转杯在狭缝光耦中的转动，传感器输出为0V～5V电压信号。

3.2 监控仪表单元

监控仪表系统硬件设计主要包括了中央处理单元模块、电源模块、AD采集模块、TFT液晶屏和触摸屏模块、存储模块、继电器输出模块、音频输出模块及RS232和RS485总线、USB、SD卡等外部接口模块等。系统硬件构成如图2所示。

监控仪表采用三星公司的S3C6410处理器为核心，这是一款基于ARM11内核（ARM1176JZF-S）低功耗、高性价比的RSIC处理器，广泛应用于通用处理和移动领域，其具有667MHz的主频和丰富的硬件外设资源。在设计过程中，监控仪表的硬件平台采用核心板和底层板相分离的结构设计模式，核心板为ARM最小系统板包含了nandflash、norflash和sdram等部分电路，底层板包含了AD采集电路，继电器控制量输出电路及RS232和RS485等外围接口电路。

4 软件设计

软件的设计作为整个系统的核心，向下联系着各个硬件系统的功能，也是整个塔机安全监控信息处理的中心，主要涉及以下几部分工作：

4.1 Li nux内核的裁剪与定制

本系统使用的是2.6.28.6版本的Linux内核。在内核的移植中，主要是修改顶层目录下的Makefile文件，将ARCH改为arm，交叉编译器CROSS＿COMPILE改为arm-linux-；之后对内核进行配置裁剪，在内核的配置过程中，根据塔机安全监控仪表系统的具体需求，裁剪掉了一些系统中用不到的Linux内核自带的驱动程序，同时在内核中添加了定制好A/D转换设备驱动、GPIO驱动、液晶屏和触摸屏驱动，以及对内核自带的USB、RS232、SD卡等设备驱动进行设置。

4.2 根文件系统的制作

嵌入式Linux支持多种文件系统，常见的文件系统有Ramdisk、CRAMFS、JFFS2、YAFFS等。本系统中使用的Nandflash为2G,DDR内存为256M，同时系统需要写入文件，且需要具有掉电可靠性。根据这些系统的实际需求和文件系统的自身特点，选择YAFFS2作为根文件系统。首先在内核中添加了对yaffs的支持，接着编译并安装了busybox，然后构建了文件系统，最后将构建好的文件系统制作成了yaffs文件系统格式的镜像。

4.3 应用程序的设计

本系统应用程序的编写过程中为了提高软件的运行效率，采用了多线程设计思想，进行了基于MiniGUI图形用户界面的设计。

根据系统功能及操作主体的不同，软件具有两种功能模式，分别是管理模式和工作模式。管理模式下主要进行系统参数的设置和历史参数的查询，包括塔式起重机自身参数信息（外型尺寸、起重特性曲线表等）的设置，传感器的标定等。工作模式为参数设定后正常的工作模式，包括：实时数据的采集、处理、显示、输出等[5]。在系统工作模式下软件采用两个线程，包括一个主线程和两个子线程。其中主线程主要用于人机交互，主要实现图形化的显示、界面的切换等；子线程1主要接收AD采集到塔机运行状态参数，并填充到相应的数据结构体中，该线程每100ms刷新一下数据结构体；子线程2主要负责参数监测和控制量的输出。三者之间以塔式起重机运行状态参数为核心，并且通过线程的同步机制保证数据结构体中数据的安全、准确。三者之间关系如图3所示。

主线程的主要任务是接收和处理窗口收到的各种消息，其中包括：皮肤窗口消息和皮肤事件消息。在本程序中，皮肤事件消息主要包括点击皮肤按钮时产生的消息。例如点击传感器标定按钮，系统将把该皮肤事件发送到事件回调函数中，在该函数中实现对当前界面皮肤对象的注销以及传感器界面新窗口的创建等，从而达到界面切换的目的。皮肤窗口消息主要包括MSG＿CREATE、MSG＿PAINT和MSG＿TIMER等[6]。在皮肤窗口消息回调函数中实现的主要功能是子线程1、子线程2数据的接收和显示界面的实时刷新。具体程序流程如图4所示。

5 结语

本文针对日益增多的塔机安全问题，将ARM与嵌入式Linux软件编程相结合提出的塔机安全监控装置设计方案，通过现场试验表明该装置不仅能够显示塔机的实时运行状态参数，同时能够对存在的安全隐患做到提前的预警并对相应回路进行控制，该装置具有性能稳定，实时性强，误差小，扩展性好的特点。

摘要：塔式起重机(简称塔机)是各类高层建筑和大型建设工程不可缺少的重要施工机械。建筑业的迅速发展,为塔机的发展创造了机遇,提出了挑战。其发展趋势之一是向起升高度、幅度和起重力矩高、大型发展,但作业效率尤其是安全性能的要求也随之增高。为此,应用电子计算机和测控技术,研制开发塔机监控系统成为必要。提出了塔机监控装置的总体设计方案,该装置采用三星S3C6410嵌入式微处理器为监控仪表主机,完成了对塔机运行状态参数如提升高度、小车幅度、回转角度、起吊重量及风速的实时监控。通过现场的测试,证明了该装置可以实时、准确、可靠地工作。

关键词：塔机安全监控,嵌入式Linux,MiniGUI

参考文献

[1]张应立,周玉华.塔式起重机安全技术[M].北京:中国石化出版社,2008.

[2]汤新泉,石志祥.TBSTC-I型塔吊安全监控系统的应用[J].建筑施工,2011,33(2):155-156.

[3]韩九强,赵玮,魏全瑞,沈建坤.建筑塔吊群塔智能防碰撞系统[J].建筑安全,2008(2):12-14.

[4]张文华.基于DSP的塔式起重机安全监控系统研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2010.

[5]张兵.基于ARM的塔式起重机智能检测与防护系统研究[D].长沙:中南大学,2010.

塔式起重机监控技术 第4篇

⑴内爬升作业应在白天进行。风力在五级及以上时，应停止作业；

⑵内爬升时，应加强机上与机下之间的联系以及上部楼层与下部楼层之间的联系，遇有故障及异常情况，应立即停机检查，故障未排除，不得继续爬升；

⑶内爬升过程中，严禁进行起重机的起升、回转、变幅等各项动作；

⑷起重机爬升到指定楼层后，应立即拔出塔身底座的支承梁或支腿，通过内爬升框架固定在楼板上，并应顶紧导向装置或用楔块塞紧；

⑸内爬升塔式起重机的固定间隔不宜小于3个楼层；

⑹对固定内爬升框架的楼层楼板，在楼板下面应增设支柱做临时加固。搁置起重机底座支承梁的楼层下方两层楼板，也应设置支柱做临时加固；

⑺每次内爬升完毕后，楼板上遗留下来的开孔，应立即采用钢筋混凝土封闭；

⑻起重机完成内爬升作业后，应检查内爬升框架的固定、底座支承梁的紧固以及楼板临时支撑的稳固等，确认可靠后，方可进行吊装作业。

2、每月或连续大雨后，应及时对轨道基础进行全面检查，检查内容包括：轨距偏差，钢轨顶面的倾斜度，轨道基础的弹性沉陷，钢轨的不直度及轨道的通过性能等。对混凝土基础，应检查其是否有不均匀的沉降。

3、应保持起重机上所有安全装置灵敏有效，如发现失灵的安全装置，应及时修复或更换。所有安全装置调整后，应加封（火漆或铅封）固定，严禁擅自调整。

4、配电箱应设置在轨道中部，电源电路中应装设错相及断相保护装置及紧急断电开关，电缆卷筒应灵活有效，不得拖缆。

5、起重机在无线电台、电视台或其他强电磁波发射天线附近施工时，与吊钩接触的作业人员，应戴绝缘手套和穿绝缘鞋，并应在吊钩上挂接临时放电装置。

塔式起重机的安全检验技术研究 第5篇

关键词：塔式起重机,安全检验,故障

塔式起重按其行走机构可分为固定式和运行式。现代固定式起重机, 不仅结构先进, 而且可以全回转, 可以是安装在混凝土基础上的固定式塔式起重机或附着于建筑物上的自升式塔式起重机, 也可以安装在建筑物内部的结构上, 随着建筑物升高而爬高。新式的高层建筑施工要求起重机支撑面要小, 起升高度要高, 幅度要大并具有大的起重量, 因此, 近年来自升式塔式起重机得到相当大的发展。

1 检验要求和项目

1.1 工作条件检查

1) 根据使用现场所在地区历年的气象资料检查工作环境温度, 应符合-20~40℃最大风力不应超过设计规定的非工作风力。如有必要应实测风速, 以便掌握工作。2) 检查塔式起重机运动部分与建筑物及外围施工设施之间的安全操作距离, 应符合不小于0.5m的要求;与附近其他塔式起重机在水平和垂直方向的距离, 应符合不小于2.0m的要求;与输电线路的距离。3) 检查供给电源的电压误差不应大于±10%, 供电总容量则不小于使用说明书的规定, 可用电压表在总电源进线端测量。4) 检查起重机与基础的铺设。5) 根据使用单位提供的预计吊质量、使用频度等作业情况, 检查是否符合设计规定的工作级别 (利用等级、载荷状态) 。

1.2 超重机运行安全检查

检查安全装置是否设置, 并符合有关规定。1) 安全止挡必须保证能与塔式起重机上的缓冲装置接触, 并固定牢靠。2) 扫轨板与轨顶面间隙不得大于5mm。3) 行走限位器和行程挡铁动作灵活准确, 挡铁位置和长度应保证使在制动行程内运行的塔式起重机自动安全停车。

1.3 与建筑物锚固或在建筑物内爬的固定式塔式起重机的安全检查检查

如由轨行式转为固定式使用, 应注意检查夹轨器应卡牢, 行走机构的电源应切断。

1.4 压重与配重的检查

压重与配重的数量、质量、位置应符合使用说明书规定, 并与塔身、臂架的安装高度和长度相适应。压重与配重的固定必须牢固可靠, 固定用的螺杆、拉板、销轴应安装正确, 保证无摆动、摇晃、滑移、跌落, 能抵抗振动、倾斜。

1.5 通道和平台的检查

1) 检查梯子的宽度, 不应小于300mm;梯杆间距应为250~300mm;梯杆后面, 应有不少于160mm深度的自由空间。2) 检查梯子护圈或其他类似防护措施的设置。3) 检查供通行的走台, 宽度不应小于500mm;在梯子高度上, 每隔6~8m应设休息平台。4) 检查栏杆, 高度不得低于1.0m。

2 检验整机电路故障时应注意的几个问题

2.1 主电路和控制电路应同时考虑

一般情况定子电路的公用滑线处的接线断路时, 小车和起升电动机都不能开动。但有保护柜的接触器吸合后, 电源线 (公用线) 上的电流就能沿着熔断器、接触器联锁触头、吊钩控制器上升和下降联锁触头和上升限位开关等对小车电动机供电。由于小车电动机容量小, 熔断器不至于过载而熔断, 小车仍能开动。但是当起升机构运转时, 控制器中一个联锁触头断开, 电路中断, 接触器掉闸, 电动机停止运转。这样的故障常被误认为是控制电路的故障, 造成长时间找不到发出故障的部位, 所以在检修时, 必须全面地分析整个电路, 以便迅速排除故障。

2.2 考虑电路以外的因素

在检修和判断起重机电路故障时, 不但应检查起重电路本身, 而且应考虑到影响起重机电路工作可靠性的一些外部因素。例如, 由于振动所引起的过电流继电器常闭触头瞬间断开, 以及主滑线局部接触不良等所引起的接触器掉闸。这一类故障的特点是时断时续。有时发生故障停车检查, 电路又恢复正常, 这时就要考虑到电路以外的因素。

2.3 检查起重机电路故障常用的仪器

检查故障常用仪器有试电笔、试验灯、摇表 (兆欧表) 、钳式电流表、万用表等。1) 试电笔。在使用试电笔检查电路时, 注意电流的互感作用。电路导线一般都是捆在一起的, 当其中一根或几根导线带电时, 用试电笔试不带电的导线 (断路) , 试电笔也会由于互感而起辉, 这就容易造成错误的判断。所以在检修时尽可能不用试电笔。2) 试验灯。试验灯是一种简单的检验工具, 但由于检查必须带电作业, 所以要注意安全。3) 摇表 (兆欧表) 。主要用来检查电动机绕组和其他电器线圈的绝缘程度, 以及电路导线间或导线对地的绝缘程度。在起重机上一般采用500V的摇表。4) 钳式电流表。主要用来测量电动机定子电路或转子电路中的电流。5) 万用电表。用万用电表的电压挡可以正确地测量出起重机电路中的交流电压、直流电压, 用其电阻挡 (一般用R1000挡) 可以测量电路的通断情况。由于使用万用表检查电路故障时, 可以基本上做到不带电作业, 所以比较安全。

参考文献

[1]刘爱国, 安振木, 陈剑锋, 翟让主编.起重机械安装与维修实用技术[M].河南科学技术出版社, 2003.

[2]朱兆华, 郭其云, 徐丙根编著.起重作业安全技术问答[M].化学工业出版社, 2009.

塔式起重机变幅机构的变频调速技术 第6篇

要调节异步电动机的转速,可从改变下列3个参数入手:定子绕组的极对数、电动机的转差率和供电电源的频率。改变第1个参数是同步转速,改变第2个参数只能实现在同步转速下的调速,而通过改变供电电源的频率调节电动机的转速,即变频调速,是从恒转矩到恒功率进行全方位的调速,只要设定一个频率就有一个对应的转速。

1. 变频调速的电控设计

变频调速能够做到重载低速、轻载高速,使电动机分别工作在不同的恒转矩或恒功率区域。其电控设计以负载工作的实时变化要求为基础进行,因此需要对负载和电动机的特性进行全面的设计和计算。

(1)空载及负载阻力的计算

水平臂塔机吊钩变幅机构一般采用牵引式小车钢丝绳缠绕系统。应用变频器调速依据具体情况分别计算,小车运行分空载与负载2种情况:

空载时的主要参数G (吊具、小车和绳重)是塔机设计时确定的,其产生的阻力是不变的。计算空载阻力时,去掉起吊质量Q,只保留G及相关值,然后汇总即可得出工作机构本身在运行中产生的阻力矩。

负载阻力因起吊质量Q的变化而变化,计算负载阻力时,去掉G保留起吊质量Q及相关值。其中负载最大时的阻力为Fjmax。负载从0到最大值Qm,其单项阻力和实际阻力的计算结果可以各用一条曲线来表示(见图1)。

只有完成不同负载在不同速度时的计算,才能确定负载是在恒转矩还是在恒功率区域工作。

(2)运行速度的选择

传统设计时,无论是空载还是最大负载,速度与负载基本无关。在选用变频器进行调速时,最大负载时的最高运行速度定为基本速度,这时电动机工作在恒转距范围内。根据性能要求,将机构可以达到速度的最大值定为最高速度,这时电动机工作在恒功率范围内。这样能扩大调速范围,有利于提高工作效率,使变频调速更有意义。

(3)速度多段化的选择

塔机变幅机构大多采用双速、三速或力矩电动机,其速度只有2挡或3挡。在应用变频器进行调速时,选择几段速度合适是一个值得探讨的问题。现在绝大多数的设计依然是3挡,这显然不理想。选择几段速度应根据所选变频器的性能和变幅机构的要求来决定。一般变频器本身都有多段速度的设定,少则8段,多则16段。变幅机构拖动负载的大小决定其对多段速度的要求:对于起吊质量8 t的变幅机构,选择5～8段既可;对于起吊质量10～16t的变幅机构,选择8～10段既可;对于起吊质量≥16t的变幅机构,可以选择更多的速度段。

(4)多段速度的分配

电动机的恒转矩输出要满足最大起吊质量的要求,这是最基本的设计思路。在起吊质量变小或空载时,要提高工作效率必然要提高运行速度,实现恒功率输出,这是应用变频调速的根本原因之一。如果多段速度选择为8段,根据作业需要,必须有一个启动挡(或称就位挡),中间设几个过渡挡。在电动机的恒转矩输出范围内,设定5段比较适宜;在恒功率输出范围内设定3段速度挡,即可基本满足运行要求。

(5)最高速度的确定

在应用变频器进行调速时,最高速度的选择在恒功率区域,与各段速度的确定值有直接关系。在设计中,确定最高速度才可以决定以下各段速度。最高速度主要取决于塔机臂架的长度和最大起吊质量以及机械精度。从效率方面讲,臂架长时最高速度值可取大些,反之则可取小些。从工作平稳方面讲,起吊质量大时最高速度值可取小些,反之则可取大些。目前塔机臂架长度值越来越大,因此一般取最高速度值≥60 m/min。

(6)各速度值的分配

20世纪80年代引进的法国波坦6DPC4型(10 t)三速电动机变幅机构的运行速度分别为7.5 m/min、30 m/min及60 m/min,其变速比为60/7.5=8。假如最高速度依然定为60 m/min,那么最低速度(或称为启动速度)可设计为5 m/min,其变速比为60/5=12,这样就位就要平稳许多。中间各段速度可以分别设定为5 m/min、10 m/min、15 m/min、20 m/min、30 m/min、40 m/min、50 m/min、60 m/min,如此,塔机性能明显提高。

应该指出的是:除最低和最高速度之外,其余各段速度是可以任意确定的,原则是更适于实际作业的需要。

(7)选择实际应用的最高速度

为了运行平稳,有时并不需要按最高速度运行,对其加以限制就有一个选择的问题。以8段速度、变速比为12、最高速度60 m/min为例,实际应用的最高速度应以起吊质量、臂长以及塔机操作者的水平决定,可以设定为60 m/min、50 m/min、40 m/min、30 m/min。若设定最高速度50 m/min,运行时不应超过此数值。

(8)最高速度的自动控制

为保证电动机及其拖动机构的正常运行,电气系统应具备最高速度的自动控制功能,能根据其负载大小限制其运行的最高速度。如果恒转矩区域的最高速度设计为30 m/min,那么满载时就不能高于此速度。其目的是避免因变幅机构运行恶劣而损坏机器。其他负载以此类推。

(9)速度的显示

变频调速要实现无级调速、多级定速,就非常需要1个速度显示装置,给塔机操作者带来方便。速度显示装置要显示电动机运行的实时速度段,以便于调速;变幅机构停止时,还要显示允许运行的最高速度段。

(10)电动机的选择

传统设计是根据最大负载在最大速度时确定功率。一般选择绕线电动机、力矩电动机、双速电动机或三速电动机,其综合效率很低。

应用变频器进行调速时,电动机工作的最高速度应低于减速器允许的最高速度,一般以恒转矩范围与恒功率范围之比来确定电动机的功率与极数,这样可做到重载低速、轻载高速,大大提高工作效率,使成本降低。

(11)减速器的选择

减速器的形式、减速比和允许的工作转速与变幅速度、所选电动机和机构形式相关,选择减速器时要以具体性能参数确定。

(12)变幅机构的操作控制

传统的变幅控制采用联动台,向前、向后分别只有3个速度。而变幅机构采用变频调整技术之后,把操作指令变成最好的控制指令。其运行的软件以及软件上产生的控制效果,可给应用者带来直接效益。其流程示意如图2所示。对于没有可编程序控制器的变频变幅调速机构,只等于用变频器代替接触器,没有任何实际意义。

2. 对现有变幅机构的改进

目前应用最广泛的变幅机构是采用双速电动机拖动。其原电动机为YD132S-8/4型,低速运行速度20 m/min,高速运行速度40 m/min,存在低速就位困难问题,需要反复打反车完成就位。空载或轻载时的最高速度也只有40 m/min,效率明显偏低,有必要进行改进。

首先用YZP132S-6型电动机代替原来的YD132S-8/4型电动机。初步设定为8段速度,恒转矩区域为5段,恒功率区域为3段。根据最大起吊质量决定其最高速度为60 m/min。根据需要,最高速度的应用选择分别为38 m/mim、48 m/mim、60 m/mim,显示值分别在速度段6、7、8。作业速度具体数值见表1。

改进后,在保留原机构的基础上,低速和高速的应用都有很大的扩展,变速比由40/20=2扩展到60/3=20,既满足了平稳就位的要求,又提高了工作效率,中间还有几个任意选择的速度,带来了实实在在的方便。

3. 新变幅机构的变频电控设计

由于变频调速性能高,任何塔机的变幅机构都可以应用。本文仅以起重臂架最大长度70 m、最大起吊质量16 t的塔机为例进行介绍。

(1)基本速度

在塔机最大载荷时,因变幅小车在臂架上运行产生的振动较大,所以速度不宜过快,一般均采用低速或中速。电动机在恒转矩条件下应满足这一要求。可把最大阻力时(其中包含风载阻力)变幅小车的运行速度40 m/min定为基本速度。

(2)最大速度

在臂端吊运允许运行载荷的概率最高,且运行距离最长,此时变幅小车应能达到最大运行速度。电动机在恒功率条件下应满足这一要求(设定为80 m/min),以提高工作效率。

(3)就位速度

为了把重物平稳准确地放在预定位置,变幅机构通常要设定一个慢速。传统控制中,若采用多速电动机,该速度由其最低速度确定;若采用绕线电动机和力矩电动机,该速度根据重物的大小确定,常常造成低速偏高,就位不稳定。而采用变频器可以灵活地设定一个实用的就位速度(3m/min)。

(4)选择最高速度段

变频调速可将速度分为12段,速度分段数值见表2。可以从7～12速度段中任意选择最高速度段,6个最高速度完全可以满足不同载荷的要求。与法国波坦6DPC54型(最大起吊质量16t,三速为45m/mim、22.5m/mim、5.6m/mim)小车变幅机构相比,高速可以提高到80 m/min提高了70%;减速就位时速度可低至3m/min,运行十分平稳(见图3)。

新的设计真正做到了重载低速、轻载高速,又有多种速度可供选择,大大提高电动机的工作效率,降低了能耗。

4. 电控设计的实施

(1)电控系统的组成

电控系统分为输入和控制2部分(见图4)。输入部分主要有联动台、最高速选择开关、安全限位和工作监测等;控制部分包括可编程序控制器、变频器、电动机制动器和速度显示器等。可编程序控制器是控制的中枢,主要控制变频器、电动机制动器和速度显示器等。

(2)速度控制和安全限位

速度选择开关是一个三回路多位旋转开关,可根据需要的速度段进行设计,在恒转矩区域内可以有8个选择,在恒功率区域内可以有4个选择。安全限位的输入采用了法国波坦6DPC54型小车变幅机构的形式,变幅小车向内、向外移动都有减速限位和安全限位,同时把力矩限位加到了向外移动的回路中(见图5)。

(3)工作监测和速度显示

工作监测主要监测电动机、变频器的工作情况。它要根据电动机、变频器的具体型号、性能进行全面设计,保证出现意外情况时电控系统能有效地采取保护措施。速度显示采用一个显示灯,简单实用。以12段速度为例,显示值见表3。

在1～8段恒转矩区域内,不同负载可以任意选择:在9～12恒功率区域内,较小负载允许的最高速度可以随意选择。在显示上不同的是:10段显示的是A,11段显示的是B,12段显示的是C,停机时显示的是允许的最高速度段,工作时显示的是实时速度段。

塔式起重机监控技术 第7篇

然而起重机械行业发展背后所存在的安全问题是不容忽视的。随着我国起重机械的产量和市场保有量不断增加的同时, 事故发生率也在不断增加, 所造成的财产损失也越来越大。据统计, 2013年全年江苏省发生的塔机伤亡事故有生命伤亡的就有数十起, 绝大多数都是因为起重机械老化造成。并且塔机不仅具有一般工程机械都有的不利因素:工作环境恶劣、连续作业、频繁转换场地等, 同时还有比一般工程机械更高的安全要求。因此塔机的安全问题应提高到首要的位置, 安全指标应是考察塔机性能最重要的指标。如果能对塔机安全评估关键技术进行研究, 开发一款安全评估软件对塔机进行安全评估, 则可以有效得对塔机安全状态做出评估, 从而避免事故的发生。

1 塔机安全评估关键技术研究

1.1 检测

1) 裂纹检测由于金属起重机械的结构件主要指的是起重机械的桁架, 是起重机械最主要的构成部分。结构件常见的失效形式有结构件局部断裂、局部变形等, 其后果轻者导致产品功能丧失, 重者导致机毁人亡的重大事故, 因而对金属结构件的裂纹检测非常有必要。首先要确定塔机最容易出现裂纹的部位, 其次分析并确定可能出现裂纹的形态, 并且通过机理分析和现场检测经验, 寻求能够简单有效地区别表面缺陷和内部缺陷的方法, 最后采用无损检测的方法分析各种无损检测仪器检测裂纹的适用范围和有效性并进一步验证其检测的准确性。

2) 变形检测由于塔机工作时受到反复交变应力, 会对起重机造成疲劳损伤, 因此对塔机变形检测很有必要。首先确定塔机常见的变形部位及其变形的主要参数, 其次通过分析起重机的事故以及同类产品的相关标准, 然后可以确定变形的允许值并提出判定规则。

3) 腐蚀和磨损量的检测塔机相对恶劣的工作环境, 造成了起重机金属结构件和电器控制件的磨损, 因此, 首先研究确定塔机常见的腐蚀和磨损部位, 提出有效可行的检测腐蚀和磨损的方法, 分析确定腐蚀和磨损的允许值, 并提出判定方法。

4) 连接缺陷的检测塔机主要靠销、轴等部件把金属结构件相互连接起来, 而长时间的工作会造成连接处的松动, 严重影响塔机工作的安全。对于连接缺陷的检测, 首先确定塔机关键连接部位 (如销、轴) , 研究并提出可行的轴孔间隙测量手段, 通过分析起重机的事故以及受力特征确定间隙的允许值并提出判定方法, 最后确定销、轴连接的定位是否正确完好并判断其定位可靠性。

1.2 塔机模糊评估法

面对目前塔机分析手段中存在的全面性欠缺、灵活性差等问题, 在多属性评估中引入模糊数学的概念。将塔机模拟数据、现场实测数据以及专家经验三类数据使用模糊评估法, 可以更好符合决策人思维模糊的特点, 构建柔性的评估模型。在评估中运用定性和定量相结合的方法可以较好地解决评估指标的多样化问题和评估信息的不确定性, 使得评估结果更接近实际。

2 塔机安全评估软件

2.1 软件原理

本塔机安全评估软件把各类检测结果、有限元样机模型分析结果、专家经验以及在线起重机现场实测数据等进行模糊综合评判, 采用层次分析法技术设立塔机安全评估准则, 并基于Visual C++平台开发安全评估系统。本软件主要分为两大模块即数据采集与结果处理。评估软件原理图如图1所示。

2.2 评估软件数据采集

数据来源可以分为三个部分:样机虚拟试验、有限元分析和在役起重机实测。

1) 样机虚拟试验塔机样机虚拟试验对整个在线评估环节至关重要, 它为安全评估系统提供了基本数学模型和原始数据。通过对样机的传动机构可靠性试验、虚拟动载试验、起升机构动态虚拟试验、整机抗倾翻稳定性试验和虚拟超载试验, 可以构建该型号起重机的有限元模型, 为下一步的有限元分析得出精准数据打下基础。

2) 有限元分析通过使用Ansys软件对三维实体建模后的塔机进行有限元分析, 可以得出起重机局部应力、应变、模态信息及变形等数据, 进一步修正了样机虚拟试验得到的数据。

3) 在役起重机实测由于塔机实际工作环境的不同, 不能单纯靠理论数据进行评估, 而要通过对在役起重机实时检测, 得出更加重要的实测数据。

2.3 评估软件运行

把上述采集的各类数据输入软件, 再根据后台嵌入的模糊理论和层次分析法得出各级指标与整机的评价结果。使用VC++为编程语言并结合ANSYS分析软件, 采用Excel为后台数据载体, 开发了用于评估塔机的专有程序。软件体系结构见图2所示。

3 结论

本文通过对塔机安全评估关键技术研究, 开发一款基于模糊评价理论结合VC++和ANSYS软件的塔机安全评估软件, 完成了数据输入、专家评估、权重模拟、模糊评价和结果分析等功能, 其操作界面灵活, 结构合理科学, 并提高了评估人员的工作效率, 节省人力资源。

参考文献

[1]刘敬知, 殷晨波.基于模糊理论的门式起重机安全状况综合评估[J].机械制造与自动化, 2014, 43 (1) :189-191.

[2]丁克勤, 李娜, 王志杰, 等.大型起重机械健康监测系统开发与应用[J].无损检测, 2011, 33 (9) :20-22.

塔式起重机监控技术 第8篇

关键词：DBQ1500Ⅱ型塔式起重机,安装,技术

1 工程概况

为了满足某厂改扩建工程安装施工的需要,计划安装1台由浙江省水电建筑机械厂出厂的DBQ1500Ⅱ型塔式起重机。DBQ1500Ⅱ型塔式起重机主臂长为51 m,副臂长为36 m,起重工作级别为A4级(GB381183),最大起重力矩为1 000 tm,主钩最大起重量为43.4t,工作幅度为10.6～40 m,最大起升高度为90 m;副钩最大起重量为10t,工作幅度为12.9～44 m,最大起升高度为93 m,轨距为10.5 m,基距为10.5 m,尾部回转半径为9.5 m,总功率为292.5 kW,最大行走范围为150 m。

2 方案选择

根据作业方法的不同,对以下2个安装工序的作业方法进行技术经济评估。

2.1 机台吊装的作业方法及技术经济评估

2.1.1 方案Ⅰ:整体吊装

在地面将机台中部(31.6 t,已将回转驱动装置5.6 t装配于机台中部)与机台左、右侧(11.1 t)拼装好,然后进行整体吊装。此时起吊物的总重量为42.7 t,起吊高度为11 m。起吊物体积比较庞大,这就要求起吊吊装的幅度也比较大;由于体积比较庞大,抬吊吊装比较难控制吊物的平衡,容易使2台吊机的动作不一致,引起吊物摆动或侧向位移磕碰,从而损坏回转装置部件。相对来说,单台吊机吊装吊物的平衡及调整比较容易控制且安全,因此宜采用单台吊机吊装吊,但回转驱动装置调整难度大且必须要有足够大起重量的起重设备(150 t以上的履带吊)才能满足吊装要求。投入设备及台班:30 t汽车式起重机1个台班,150 t以上的履带吊1个台班。

2.2.2方案Ⅱ:分部吊装

用70 t汽车吊和50 t汽车吊两端抬吊吊装机台中部,然后用50 t汽车吊依次吊装机台左、右侧。机台中部相对整体来说体积很小,抬吊时,其平衡及摆动比较好控制,回转驱动装置比较好调整;但吊装机台左、右侧螺栓安装时是高处作业,需搭设辅助棚架,安装时间长。投入设备及台班:70t汽车式起重机半个台班,50 t汽车式起重机1.5个台班。

综上所述,方案Ⅰ相对简便,但安装技术难度大,且投入设备费用较高;而方案Ⅱ安装技术难度不大,投入设备费用较低,但安装时间较长。对比这2个方案,均各有所长,但考虑到设备的安全及避免不必要的麻烦,结合本项目实际情况,采用方案Ⅱ进行机台吊装。

2.2 组吊装配主臂的作业方法及技术经济评估

2.2.1 方案I:整体吊装主臂

考虑其销轴较紧,用50 t汽车吊在地面完成组合后整体吊装,销轴由外往里装,并上好弹簧卡销。组合成整体后主臂长度为51 m,重量为26 t,吊装高度为11 m,单台70 t汽车吊难以满足吊装要求,故整体吊装主臂时可用2吊机(50 t汽车吊和70 t汽车吊)抬吊的方案,穿好根部销轴后将主臂头部位置搁在9.8 m高的支架上。投入设备及台班:70 t汽车式起重机1个台班,50 t汽车式起重机1个台班。

2.2.2 方案Ⅱ:分2段拼装再分部吊装主臂

由于主臂长度为51 m,重量为26 t,50 t汽车式起重机难以吊装,故分2部分进行安装,第一次组装根段及2段12 m段,长度为28.7 m,重量为13.6t;第二次组装2段6m段,3 m段,前段和头部,长度为22.9 m,重量为11.86t。第一次拼装及吊装后用棚架管搭设棚架,以固定其尾部,高度约为12.8 m,承受载荷约为12 t;第二次拼装后同样用棚架管搭设棚架来固定,高度约为9.8 m,承受载荷约为7 t,吊装该部分后即完成主臂的组装。投入设备及台班:50 t汽车式起重机2.5个台班。

综上所述,方案Ⅰ相对简便、安全,投入设备费用虽稍高,但可以缩短安装时间;而方案Ⅱ虽然可以节省机械费用,但安装时间较长且高空作业时间较长,安全保障要求较高,相对投入人工及材料较多。对比这2个方案,总体投入成本差不多,结合项目现场实际情况,采用方案Ⅰ进行主臂吊装更为合理,更适合项目施工要求。

3 主要作业程序及技术措施

(1)安装行走机构,轨距中心为12 000±3 mm,各球铰与门架安装平面距轨面高差应2 mm。

(2)安装门架。①门架四腿安装中心距为10 500±3 mm,对角线长度为15 945±3 mm;门架与回转轴承的连接平面对轨面标高差为±0.75 mm,其中心与四腿安装时对角线交总的偏移应5 mm;门架与行走台车联结法兰平面在连接螺栓中心2d范围内的间隙应<1 mm,其余部位应<2 mm。②安装门架时先在地面组装好门腿,按规定力矩扭紧螺栓,然后整体吊装单侧门腿于预先要装在钢轨上的行走台车上,扭紧螺丝,用4条缆风绳和4只2 t葫芦打好地锚以固定,另一侧用同样方法安装及固定。③按门架“一”字梁的尺寸将2组门腿量好,略放2～4 mm余量,用2根18#或20#槽钢将2组门腿连成整体。④按与门腿相对应的编号,在地面将两横梁与“一”字梁组装成组合体,按规定力矩扭紧螺栓。⑤用150 t汽车吊整体起吊组合件(横梁与“一”字梁,重35 t)到一定高度后,根据需要适当调整好“一”字梁组合件与门腿的位置,调整位置后就位安装并扭紧螺栓。⑥吊装圆筒体并按规定力矩扭紧螺栓;圆筒体与“一”字梁的连接用M36预紧螺栓。

(3)装配回转支承轴承和中心导电装置及电缆绞盘。回转支承轴承中心对门腿对角线交叉点的偏移应4 mm。中心导电装置中属机台以上的部分要后装。

(4)组吊装配机台。①将机台中部(重量为31.6 t)置于轨道中间,利用150 t汽车吊就位于适当位置并调整好幅度吊起机台中部,调整好位置并进行机台中部安装连接。②注意调整机台回转中心与支承轴承中心的同轴度0.4 mm,保证2套回转驱动装置小齿轮与支承轴承齿圈的啮合中心距为1 830±0.4 mm,机台与轴承连接的M36预紧螺栓必须按规定力矩扭紧。

(5)装配回转驱动装置于机台中部。为尽可能减少机台中部组合体的重量,必须在完成机台中部的吊装后立即进行本工序的安装。

(6)吊装机台上的各部件。依次吊装副变幅绞车、主起升绞车、副起升绞车、主变幅绞车、电气柜和电气室、吊装司机室及其内部设备等部件。

(7)组吊装配主臂。在地面完成组合后整体吊装,销轴由外往里装,并上好弹簧卡销。整体吊装主臂可用2台吊机抬吊的方案,并将主臂头部位置搁在9.8 m高的支架上。

(8)安装主臂撑杆及搬起拉索。①主臂撑杆应在地面组装成形,一端与机台上的安装孔销轴连接,另一端等主臂搬起到适合角度时与主臂上的主臂撑杆支座孔销轴连接。②在安装搬起拉索时,应在探索支架处分为2部分,前面部分事先装于主臂头部,后半部分事先连于搬起架上。

(9)安装副臂。①组装副臂时,根段与前部几段先不连接,先将根段绞轴连接于主臂头部。②然后安装副臂幅度检测装置和副臂撑杆。

(10)吊装主撑臂、副撑臂:安装时各配合绞点及面均应清洗干净,按润滑要求加足润滑脂,装好的主、副撑臂均倒向副臂方向。

(11)用辅助吊车将主撑臂稍抬起,穿绕副变幅钢丝绳,注意固定端拉力传感器的安装,保护电气引线,继续用辅助吊车拉起主撑臂,注意同时放出副变幅绳,直至主撑臂撑杆相连接,且主撑臂应后倾。

(12)安装主臂拉索,先将最下段连于主臂耳板上,其余几段与主撑臂连接,最后再将2段连接,注意销轴要从里向外穿,上好弹簧卡销,主臂拉索共2根,每边1根,分别装于搬起拉索的外边。

(13)装上副臂撑杆组及安装副臂拉索。注意销轴要从里向外穿,上好弹簧卡销。

(14)将副起重钢丝绳引到副臂头部导向滑轮处,副起升绞车要处于待运转状态,并将副钩起升高度限制器的托块安装好。

(15)主臂按51m组合时,需在组装主臂时事先装上搬起拉索支架,然后装上搬起拉索。把搬起拉索的18.1 m段连接于搬起架,用辅助吊车起吊调整搬起架前倾至与机台成15°～20°位置。

(16)连接搬起拉索,连接销轴由里向外装,穿上弹簧卡销。安装风速仪连接各限位开关的电气线路,并全面检查。

4 安装完毕后试运转,检查验收

4.1 无载及静载试验

(1)分别试验各机构动作,以检验各电气控制回路动作的正确性及各机构动作的准确性,并调整各安全限位装置。

(2)静载试验。①在无载试验及调整工作完成后,进行静载试验,以检验各部钢结构、机构的强度、刚度及制动可靠性和整机静态稳定。②试验方法是加载(额定载荷)后离地300 mm,悬吊10 min,除起升机构外不做其他动作。③1.25倍额定载荷静载试验。

在进行上述试验后,无冲击地加载到该额定载荷的1.25倍,悬吊10 min,检查起重机主要钢结构件,不得有永久变形,目测检查未见裂纹,油漆剥落或其他损坏,连接处不得有松动或损坏,检验整机静态稳定性。

4.2 动载试验

(1)在静载试验后,可进行动载试验。主、付钩分别起吊相应于各幅度的额定载荷。使各机构轮流运转;付钩可在最大工作高度起吊额定起重量,重复作上述运转。测量各机构的功率、速度、电机温升等数据,并验证起重机的动态稳定。

(2)主钩起吊应于各幅度下额定载荷的1.1倍的试验载荷,使各机构轮流运转,付钩在最大幅度起吊额定载荷的1.1倍重复上述运动,此时不检测速度和电机温升。

(3)在每组合状态的单项试验完成后,在不同时起吊制动条件下,做起重与回转,或起重与行走2个机构的联动试验各3次。

4.3 检验验收并移交使用

上述各项试验合格后,向具有验收检验资质的检验机构申请验收检验,验收检验合格并取得安全使用证后才能投入正式运行使用。

5 结语