CN104030178B - 一种利用塔身顶端轨迹特征判定塔机相邻主肢螺栓预紧力的方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种利用塔身顶端轨迹特征判定塔机相邻主肢螺栓预紧力的方法，包括步骤如下：调整塔机标准节相邻主肢螺栓的预紧力，采集上述预紧力时塔机空载回转臂回转一周中塔身顶端在动坐标系中O’X’Y’平面内投影点集合；绘出同一预紧力所对应的塔身顶端轨迹图；塔机塔身顶端轨迹图的***边缘分别绘制最小外接圆；提取步骤中所述最小外接圆的特征值，结合该特征值和对应的预紧力绘制塔身顶端轨迹特征值与预紧力曲线图，依据预紧力曲线图，查找对应的塔机相邻主肢螺栓预紧力Ka。本发明的优势在于：本发明通过实时检测塔机塔身顶端轨迹图，进而获得最小外接圆，最后通过判定最小外接圆特征值与塔机相邻主肢螺栓预紧力之间的曲线图，进而获知所述塔机相邻主肢螺栓预紧力的大小，方便快捷获知塔机的工作状态是否安全，大大提高塔机安全监测的准确性。

Description

一种利用塔身顶端轨迹特征判定塔机相邻主肢螺栓预紧力的方法及其应用

技术领域

本发明公开了一种利用塔身顶端轨迹特征判定塔机相邻主肢螺栓预紧力的方法及其应用，属于大型塔桅式钢结构塔机安全监测的技术领域。

背景技术

塔式起重机是典型的大型工程机械，属于建筑施工中的高危特种设备。塔机具有作业空间大、性价比高等特点，成为建筑施工中应用最广的起重机械。塔机工作时承受着复杂的交变载荷作用，因而易造成标准节连接螺栓极容易出现松动。

现有技术中，定期对塔机标准节连接螺栓进行检查是一种消除安全隐患的有效方法，但塔机结构庞大，对其全面检查的维护成本较高，同时也达不到实时监控的目的。

现有塔机安全监测装置为针对塔机主肢的钢结构损伤，但针对塔机标准节之间的连接件有无损伤的判断方法却没有报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种利用塔身顶端轨迹特征判定塔机相邻主肢螺栓预紧力的方法。

本发明还公开一种利用上述方法判断塔机相邻主肢螺栓松动的应用。

本发明的技术方案如下：

一种利用塔身顶端轨迹特征判定塔机相邻主肢螺栓预紧力的方法，包括步骤如下：

(1)建立三维模型定坐标系和动坐标系：

在定坐标系oxyz中，以塔机塔身与地面的连接点为坐标原点o，定坐标系oxyz原点o为塔身在地面固定截面的中心点；坐标轴x正方向为地面北向；坐标轴y正方向为地面西向；坐标轴z正方向为垂直于地面向上，与塔机塔身中心线重合；

在动坐标系O’X’Y’Z’中，以塔身顶端回转支承回转平面与过点o且垂直于地面的直线的交点O’为原点，坐标轴X”正方向为起重臂轴线远离塔身方向，即幅度增大方向，坐标轴Z’正方向为垂直于地面向上，坐标轴Y’正方向为垂直于起重臂轴线与X”、Z”轴符合右手螺旋法则；如图1所示，oO”垂直于地面；

调整塔机标准节相邻主肢螺栓的预紧力为Kt1，采集上述预紧力Kt1时塔机空载回转臂回转一周中塔身顶端在动坐标系中O’X’Y’平面内投影点集合；

(2)利用平滑连续的曲线顺序将步骤(1)所述的投影点连接，围成封闭曲线，形成上述预紧力对应的塔身顶端轨迹图；

(3)调整改变步骤(1)所述塔机标准节相邻主肢螺栓的预紧力为Kt2、Kt3……Ktn后，其中n为大于等于2，再按照步骤(1)、(2)记载，分别绘出同一预紧力所对应的塔身顶端轨迹图；

所述步骤(1)和步骤(2)中所述调整是指将所述标准节相邻主肢的螺栓同时调整为彼此相等的预紧力；

(4)按照现有技术对步骤(2)和步骤(3)中塔机塔身顶端轨迹图的***边缘分别绘制最小外接圆；

(5)提取步骤(4)中所述最小外接圆的特征值，结合该特征值和对应的预紧力绘制塔身顶端轨迹特征值与预紧力曲线图，所述预紧力曲线图的横坐标为标准节相邻主肢螺栓的预紧力，所述预紧力曲线图的纵坐标为所述最小外接圆的特征值；

(6)当需要检测塔身标准节相邻主肢螺栓的预紧力时，采集塔机空载回转臂回转一周中塔身顶端在动坐标系中O’X’Y’平面内投影点集合；

(7)利用平滑连续的曲线顺序将步骤(6)所述投影点连接，围成封闭曲线，形成待测预紧力对应的塔身顶端轨迹图；

(8)按照现有技术对步骤(7)中塔机塔身顶端轨迹图的***边缘绘制最小外接圆；

(9)提取步骤(8)中所述最小外接圆的特征值；

(10)依据步骤(5)所述预紧力曲线图，查找步骤(9)所述最小外接圆的特征值所对应的塔机相邻主肢螺栓预紧力Ka。

一种利用上述方法判断塔机相邻主肢螺栓松动的应用，包括步骤如下：

(11)设定塔机相邻主肢螺栓预紧力的预警值Y，所述预警值Y＝K/a，其中K为标准节相邻主肢螺栓预紧力的出厂设计值，单位为牛顿；所述3＜a≤6。

(12)当所述步骤(10)中查找到的塔机相邻主肢螺栓预紧力Ka≥Y时，判定所述塔机相邻主肢螺栓处于安全松动范围；Ka＜Y时，判定所述塔机相邻主肢螺栓处于危险松动范围。当发现所述塔机相邻主肢螺栓处于危险松动范围时，工程现场技术安排相关工作人员进行检修。

根据本发明优选的，在步骤(1)、(3)中，所述的预紧力Kt1、Ktn下，其中n为大于等于2的整数，分别采集所述塔机塔身顶端空载旋转一周时在动坐标系中O’X’Y’平面内的多组投影坐标(x,y)，形成同一预紧力塔机塔身顶端空载时在O’X’Y’平面内的投影坐标集合；

在步骤(6)中，直接采集塔机塔身顶端空载旋转一周时在动坐标系O’X’Y’Z’中O’X’Y’平面内的多组投影坐标(x,y)，形成待测预紧力塔机塔身顶端空载时在O’X’Y’平面内的投影坐标集合。

根据本发明优选的，在步骤(2)、(3)、(7)中，在所述动坐标系O’X’Y’Z’中O’X’Y’平面内，利用同一预紧力条件下的多组投影坐标(x,y)绘制同一预紧力的塔身顶端轨迹图。

根据本发明优选的，在所述步骤(5)、(9)、(10)中，所述最小外接圆的特征值为所述最小外接圆直径r或为最小外接圆圆心偏离中心距离h。所述中心是指：塔机在完好状态下、空载时，塔机回转臂回转一周，所述塔身顶端在动坐标系O’X’Y’Z’中O’X’Y’平面内的多组投影坐标(x,y)，形成待测预紧力塔机塔身顶端空载时在O’X’Y’平面内的投影坐标集合，将上述投影点坐标集合连接绘制为完好状态时的塔身顶端轨迹图，并在轨迹图的***边缘绘制最小外接圆，该最小外接圆的圆心坐标即为所述中心。

当所述最小外接圆的特征值为所述最小外接圆直径r时，所述步骤(5)中塔身顶端轨迹特征与预紧力曲线图的横坐标为标准节相邻主肢螺栓的预紧力，所述曲线图的纵坐标为所述最小外接圆直径r；

当所述最小外接圆的特征值为最小外接圆圆心偏离中心距离h时，所述步骤(5)中塔身顶端轨迹特征与预紧力曲线图的横坐标为标准节相邻主肢螺栓的预紧力，所述曲线图的纵坐标为最小外接圆圆心偏离中心距离h。

根据本发明优选的，所述步骤(3)中，调整改变步骤(1)所述塔机标准节相邻主肢螺栓的预紧力为Kt1＝K/1.1；Kt2＝K/1.5；Kt3＝K/1.7；Kt4＝K/1.9；Kt5＝K/2；Kt6＝K/4；Kt7＝K/5；利用力矩扳手调整塔机标准节相邻主肢螺栓的预紧力。

根据本发明优选的，利用塔机刚度仪采集塔机空载回转臂回转一周中塔身顶端在动坐标系O’X’Y’Z’中O’X’Y’平面内的投影点集合。

本发明的优势在于：

本发明通过实时检测塔机塔身顶端轨迹图，进而获得最小外接圆，最后通过判定最小外接圆特征值与塔机相邻主肢螺栓预紧力之间的曲线图，进而获知所述塔机相邻主肢螺栓预紧力的大小，方便快捷获知塔机的工作状态是否安全，大大提高塔机安全监测的准确性。

附图说明

图1是本发明所建立三维模型定坐标系和动坐标系；

图2本发明中实施例1中，在动坐标系中O’X’Y’平面内，分别绘出不同预紧力所对应的多个塔身顶端轨迹图；

图3是塔身顶端轨迹特征与预紧力曲线图，其中最小外接圆的特征值为最小外接圆直径r；

图4是塔身顶端轨迹特征与预紧力曲线图，其中最小外接圆的特征值为最小外接圆圆心偏离中心距离h。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但不限于此。

将刚度仪安装于塔机回转塔身的任意一根主肢上，用于采集塔机塔身顶端在O’X’Y’平面内的投影点集合：塔机空载旋转一周时，所述刚度仪采集塔身顶端在O’X’Y’平面内的投影点坐标。(刚度仪只要上电工作就开始采集数据，之前所述每隔15°采集一次，是实验时便于数据处理。实际上塔机在回转的过程中，刚度仪一直在采集数据。)

实施例1、

一种利用塔身顶端轨迹特征判定塔机相邻主肢螺栓预紧力的方法，包括步骤如下：

(1)如图1所示，建立三维模型定坐标系和动坐标系：

在定坐标系oxyz中，以塔机塔身与地面的连接点为坐标原点o，定坐标系oxyz原点o为塔身在地面固定截面的中心点；坐标轴x正方向为地面北向；坐标轴y正方向为地面西向；坐标轴z正方向为垂直于地面向上，与塔机塔身中心线重合；

在动坐标系O’X’Y’Z’中，以塔身顶端回转支承回转平面与过点o且垂直于地面的直线的交点O’为原点，坐标轴X”正方向为起重臂轴线远离塔身方向，即幅度增大方向，坐标轴Z’正方向为垂直于地面向上，坐标轴Y’正方向为垂直于起重臂轴线与X”、Z”轴符合右手螺旋法则；如图1所示，oO”垂直于地面；

调整塔机标准节相邻主肢螺栓的预紧力为Kt1，采集上述预紧力Kt1时塔机空载回转臂回转一周中塔身顶端在动坐标系中O’X’Y’平面内投影点集合；

(2)利用平滑连续的曲线顺序将步骤(1)所述的投影点连接，围成封闭曲线，形成上述预紧力对应的塔身顶端轨迹图；

(3)调整改变步骤(1)所述塔机标准节相邻主肢螺栓的预紧力为Kt2、Kt3……Ktn后，其中n为大于等于2，再按照步骤(1)、(2)记载，分别绘出同一预紧力所对应的塔身顶端轨迹图；

所述步骤(1)和步骤(2)中所述调整是指将所述标准节相邻主肢的螺栓同时调整为彼此相等的预紧力；

(4)按照现有技术对步骤(2)和步骤(3)中塔机塔身顶端轨迹图的***边缘分别绘制最小外接圆；

(5)提取步骤(4)中所述最小外接圆的特征值，结合该特征值和对应的预紧力绘制塔身顶端轨迹特征值与预紧力曲线图，所述预紧力曲线图的横坐标为标准节相邻主肢螺栓的预紧力，所述预紧力曲线图的纵坐标为所述最小外接圆的特征值；

(6)当需要检测塔身标准节相邻主肢螺栓的预紧力时，采集塔机空载回转臂回转一周中塔身顶端在动坐标系中O’X’Y’平面内投影点集合；

(7)利用平滑连续的曲线顺序将步骤(6)所述投影点连接，围成封闭曲线，形成待测预紧力对应的塔身顶端轨迹图；

(8)按照现有技术对步骤(7)中塔机塔身顶端轨迹图的***边缘绘制最小外接圆；

(9)提取步骤(8)中所述最小外接圆的特征值；

(10)依据步骤(5)所述预紧力曲线图，查找步骤(9)所述最小外接圆的特征值所对应的塔机相邻主肢螺栓预紧力Ka。

在步骤(1)、(3)中，所述的预紧力Kt1、Ktn下，其中n为大于等于2的整数，分别采集所述塔机塔身顶端空载旋转一周时在动坐标系中O’X’Y’平面内的多组投影坐标(x,y)，形成同一预紧力塔机塔身顶端空载时在O’X’Y’平面内的投影坐标集合；

在步骤(6)中，直接采集塔机塔身顶端空载旋转一周时在动坐标系O’X’Y’Z’中O’X’Y’平面内的多组投影坐标(x,y)，形成待测预紧力塔机塔身顶端空载时在O’X’Y’平面内的投影坐标集合。

在步骤(2)、(3)、(7)中，在所述动坐标系O’X’Y’Z’中O’X’Y’平面内，利用同一预紧力条件下的多组投影坐标(x,y)绘制同一预紧力的塔身顶端轨迹图。

如图3、图4所示。

在所述步骤(5)、(9)、(10)中，所述最小外接圆的特征值为所述最小外接圆直径r或为最小外接圆圆心偏离中心距离h。所述中心是指：塔机在完好状态下、空载时，塔机回转臂回转一周，所述塔身顶端在动坐标系O’X’Y’Z’中O’X’Y’平面内的多组投影坐标(x,y)，形成待测预紧力塔机塔身顶端空载时在O’X’Y’平面内的投影坐标集合，将上述投影点坐标集合连接绘制为完好状态时的塔身顶端轨迹图，并在轨迹图的***边缘绘制最小外接圆，该最小外接圆的圆心坐标即为所述中心。

当所述最小外接圆的特征值为所述最小外接圆直径r时，所述步骤(5)中塔身顶端轨迹特征与预紧力曲线图的横坐标为标准节相邻主肢螺栓的预紧力，所述曲线图的纵坐标为所述最小外接圆直径r；

当所述最小外接圆的特征值为最小外接圆圆心偏离中心距离h时，所述步骤(5)中塔身顶端轨迹特征与预紧力曲线图的横坐标为标准节相邻主肢螺栓的预紧力，所述曲线图的纵坐标为最小外接圆圆心偏离中心距离h。

所述步骤(3)中，调整改变步骤(1)所述塔机标准节相邻主肢螺栓的预紧力为Kt1＝K/1.1；Kt2＝K/1.5；Kt3＝K/1.7；Kt4＝K/1.9；Kt5＝K/2；Kt6＝K/4；Kt7＝K/5；利用力矩扳手调整塔机标准节相邻主肢螺栓的预紧力。

如图2所示，随着连接螺栓预紧力的减小，塔身顶端轨迹图形先由一个点变成近似圆，且图形面积在增大，当预紧力减小到设计值的2分之一时，图形出现内凹的特征，预紧力减小到设计值的4分之一时，绘制的塔身顶端轨迹图出现内凹区域的近似圆。

实施例2、

如图3、图4所示。

一种利用如实施例1所述方法判断塔机相邻主肢螺栓松动的应用，包括步骤如下：

(11)设定塔机相邻主肢螺栓预紧力的预警值Y，所述预警值Y＝K/a，其中K为标准节相邻主肢螺栓预紧力的出厂设计值，单位为牛顿；所述a＝2；

(12)当所述步骤(10)中查找到的塔机相邻主肢螺栓预紧力Ka≥K/2时，判定所述塔机相邻主肢螺栓处于安全松动范围；Ka＜K/2时，判定所述塔机相邻主肢螺栓处于危险松动范围。当发现所述塔机相邻主肢螺栓处于危险松动范围时，工程现场技术安排相关工作人员进行检修。

实施例3、

如实施例1所述一种利用塔身顶端轨迹特征判定塔机相邻主肢螺栓预紧力的方法，其区别在于，利用塔机刚度仪采集塔机空载回转臂回转一周中塔身顶端在动坐标系O’X’Y’Z’中O’X’Y’平面内的投影点集合。

如步骤(7)所述当绘制的塔身顶端轨迹图：随着预紧力不断减小，所述塔身顶端轨迹图先由一个点变成近似圆、然后逐渐变具有内凹区域的近似圆、最终逐渐变为具有内凹圆形的近似圆。

Claims (8)

1.一种利用塔身顶端轨迹特征判定塔机相邻主肢螺栓预紧力的方法，其特征在于，该方法包括步骤如下：

(1)建立三维模型定坐标系和动坐标系：

在定坐标系oxyz中，以塔机塔身与地面的连接点为坐标原点o，定坐标系oxyz原点o为塔身在地面固定截面的中心点；坐标轴x正方向为地面北向；坐标轴y正方向为地面西向；坐标轴z正方向为垂直于地面向上，与塔机塔身中心线重合；

在动坐标系O’X’Y’Z’中，以塔身顶端回转支承回转平面与过原点o且垂直于地面的直线的交点O’为原点，坐标轴X’正方向为起重臂轴线远离塔身方向，即幅度增大方向，坐标轴Z’正方向为垂直于地面向上，坐标轴Y’正方向为垂直于起重臂轴线与X’、Z’轴符合右手螺旋法则；

调整塔机标准节相邻主肢螺栓的预紧力为Kt1，采集上述预紧力Kt1时塔机空载回转臂回转一周中塔身顶端在动坐标系中O’X’Y’平面内投影点集合；

(2)利用平滑连续的曲线顺序将步骤(1)所述的投影点连接，围成封闭曲线，形成上述预紧力对应的塔身顶端轨迹图；

(3)调整改变步骤(1)所述塔机标准节相邻主肢螺栓的预紧力为Kt2、Kt3……Ktn后，其中n为大于等于2，再按照步骤(1)、(2)记载，分别绘出同一预紧力所对应的塔身顶端轨迹图；

所述步骤(1)和步骤(2)中所述调整是指将所述标准节相邻主肢的螺栓同时调整为彼此相等的预紧力；

(4)按照现有技术对步骤(2)和步骤(3)中塔机塔身顶端轨迹图的***边缘分别绘制最小外接圆；

(5)提取步骤(4)中所述最小外接圆的特征值，结合该特征值和对应的预紧力绘制塔身顶端轨迹特征值与预紧力曲线图，所述预紧力曲线图的横坐标为标准节相邻主肢螺栓的预紧力，所述预紧力曲线图的纵坐标为所述最小外接圆的特征值；

(6)当需要检测塔身标准节相邻主肢螺栓的预紧力时，采集塔机空载回转臂回转一周中塔身顶端在动坐标系中O’X’Y’平面内投影点集合；

(7)利用平滑连续的曲线顺序将步骤(6)所述投影点连接，围成封闭曲线，形成待测预紧力对应的塔身顶端轨迹图；

(8)按照现有技术对步骤(7)中塔机塔身顶端轨迹图的***边缘绘制最小外接圆；

(9)提取步骤(8)中所述最小外接圆的特征值；

(10)依据步骤(5)所述预紧力曲线图，查找步骤(9)所述最小外接圆的特征值所对应的塔机相邻主肢螺栓预紧力Ka。

2.一种利用如权利要求1所述方法判断塔机相邻主肢螺栓松动的方法，包括步骤如下：

(11)设定塔机相邻主肢螺栓预紧力的预警值Y，所述预警值Y＝K/a，其中K为标准节相邻主肢螺栓预紧力的出厂设计值，单位为牛顿；所述3＜a≤6。

(12)当所述步骤(10)中查找到的塔机相邻主肢螺栓预紧力Ka≥Y时，判定所述塔机相邻主肢螺栓处于安全松动范围；Ka＜Y时，判定所述塔机相邻主肢螺栓处于危险松动范围。

3.根据权利要求1所述一种利用塔身顶端轨迹特征判定塔机相邻主肢螺栓预紧力的方法，其特征在于，在步骤(1)、(3)中，所述的预紧力Kt1、Ktn下，其中n为大于等于2的整数，分别采集所述塔机塔身顶端空载旋转一周时在动坐标系中O’X’Y’平面内的多组投影坐标(x,y)，形成同一预紧力塔机塔身顶端空载时在O’X’Y’平面内的投影坐标集合；

在步骤(6)中，直接采集塔机塔身顶端空载旋转一周时在动坐标系O’X’Y’Z’中O’X’Y’平面内的多组投影坐标(x,y)，形成待测预紧力塔机塔身顶端空载时在O’X’Y’平面内的投影坐标集合。

4.根据权利要求1所述一种利用塔身顶端轨迹特征判定塔机相邻主肢螺栓预紧力的方法，其特征在于，在步骤(2)、(3)、(7)中，在所述动坐标系O’X’Y’Z’中O’X’Y’平面内，利用同一预紧力条件下的多组投影坐标(x,y)绘制同一预紧力的塔身顶端轨迹图。

5.根据权利要求1所述一种利用塔身顶端轨迹特征判定塔机相邻主肢螺栓预紧力的方法，其特征在于，在所述步骤(5)、(9)、(10)中，所述最小外接圆的特征值为所述最小外接圆直径r或为最小外接圆圆心偏离中心距离h。

6.根据权利要求5所述一种利用塔身顶端轨迹特征判定塔机相邻主肢螺栓预紧力的方法，其特征在于，当所述最小外接圆的特征值为所述最小外接圆直径r时，所述步骤(5)中塔身顶端轨迹特征与预紧力曲线图的横坐标为标准节相邻主肢螺栓的预紧力，所述曲线图的纵坐标为所述最小外接圆直径r；

当所述最小外接圆的特征值为最小外接圆圆心偏离中心距离h时，所述步骤(5)中塔身顶端轨迹特征与预紧力曲线图的横坐标为标准节相邻主肢螺栓的预紧力，所述曲线图的纵坐标为最小外接圆圆心偏离中心距离h。

7.根据权利要求1所述一种利用塔身顶端轨迹特征判定塔机相邻主肢螺栓预紧力的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，调整改变步骤(1)所述塔机标准节相邻主肢螺栓的预紧力为Kt1＝K/1.1；Kt2＝K/1.5；Kt3＝K/1.7；Kt4＝K/1.9；Kt5＝K/2；Kt6＝K/4；Kt7＝K/5；利用力矩扳手调整塔机标准节相邻主肢螺栓的预紧力。

8.根据权利要求1所述一种利用塔身顶端轨迹特征判定塔机相邻主肢螺栓预紧力的方法，其特征在于，利用塔机刚度仪采集塔机空载回转臂回转一周中塔身顶端在动坐标系O’X’Y’Z’中O’X’Y’平面内的投影点集合。