CN104034469B - 起重机大车轮压的测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种起重机大车轮压的测定方法,包括如下步骤:(1)布片:在大车轨道的侧面粘贴应变片;(2)建立轮压监测***:将应变片与无线应变节点和监控主机连接;(3)标定:起重机空载、小车位于合适位置,大车匀速驶过大车轨道,利用轮压监测***记录应变‑时间曲线,获得轮压与应变的标定系数为(4)现场测定大车轮压:根据起吊设定的起重量、小车位于设定的位置时,采集相应的应变值,将应变值换算成相应车轮轮压:本发明的测定方法不仅简便、实用,能准确测定各个轮压的实际大小,比计算法直接可靠,还能直观地反映起重机在各种工况下轮压的不均匀性,为起重机车轮的设计优化、使用和维护以及节约土建成本提供基础数据。
Description
技术领域
本发明涉及一种工程机械领域的测量方法,具体涉及一种起重机大车轮压的测定方法。
背景技术
起重机运行大车的车轮对其轨道的压力称为大车轮压,它是起重机的重要参数,也是工业厂房和大车轨道基础的主要设计荷载和依据。大车轮压是由设计人员根据起重机的起重量、自重、跨度、移动小车位置等利用平衡条件计算出来的,为了简化计算,认为同一轨道上各个车轮的轮压是均匀分布的,而且只给出在最不利工况下的平均最大轮压。目前,多数起重机采用四支点式的结构,这种布置具有良好的对称性和工艺性,并且稳定性高,但是理论上讲,3点确定一平面,4点支承实为一静不定***,这种结构的轮压分配是超静定的,各支点实际承受的压力(轮压)很难准确计算;况且轮压的分配还与结构和基础的刚度、结构的制造精度和轨道的平整度等有关,所以要精确计算是难以做到的。
现有的起重机设计初期,许多参数尚不明确,常常根据设计手册中的参考图表或经验公式估算而得,为了保险起见,估算得出的轮压往往是偏大的、保守的,这样就会使得选用的起重机车轮、设计建造的厂房和轨道基础,因为富裕强度过多而造成很大的浪费。比如,工业厂房建筑中,计算桥式起重机大车轮压的习惯方法是按照桥式起重机的小车吊运最大载荷且处于极限位置时(即最靠近大车轨道的位置)来计算,这种计算方法是十分保守的,实际上大多数的桥式起重机在吊运额定载荷时小车一般不会运行到极限位置,若按照小车处于极限位置时计算出来的大车轮压实际上是远远高于真实轮压的,按照计算出的轮压建造的厂房会因为富裕强度过多而造成浪费。
为解决传统设计过程中选用的计算公式本身具有较多假设、式中的某些参量都是估算、计算结果误差较大、根据计算结果进行的土建富裕强度过多而造成浪费的问题,《起重机最大轮压的测定方法》(傅燕鸣,徐大伟,玛赞宽《机械设计与研究》1993(01):46-48)中提出了一种起重机最大轮压的测定方法,本方法首先按照起重机的重心位置确定起重机的四个支点中受最大载荷的支点,利用2只千斤顶将承受最大载荷的支承腿稍稍提起,使6只车轮全部脱离轨道接触,同时在2只千斤顶处分别设置1个电阻式拉压力传感器,然后利用起重机轮压静态测定试验装置和起重机轮压动态测定试验装置分别测定起重机在静态和动态时每个传感器所受的压力,并根据公式Pimax=Pi静+Pi幅(i=1,2)计算出每个传感器所受的最大动压力,根据公式计算出该支承腿的最大动载荷,进一步根据公式计算出每只车轮的轮压。本测定方法为现场实测方法,简单方便,其测定结果较理论计算法更为精确可靠。但是该测定方法存在如下问题:(1)确定受载荷最大支乘点是人为确定的,容易存在判断失误;(2)用千斤顶将其中一个支承腿稍稍提起的量不容易控制,不能保证6只车轮全部与轨道脱离接触,或者脱离接触的距离均匀;(3)车轮与轨道脱离接触后会使起重机的重心位置发生偏移,所以此时传感器检测到的压力与实际支撑腿所受压力存在出入,检测结果不是最为精确;(4)计算每个轮压时,认为6只车轮的轮压是均等的,与起重机的实际轮压不符,其实每只车轮的轮压都是不同;(5)本测定方法只能在起重机大车不运行的情况下进行,而起重机大车运行时其轮压随小车载荷、结构和轨道的刚度、轨道的平整度等变化而发生变化,所以本测定方法所得轮压只能作为设计参考,不能真实模拟起重机工作的大车轮压。基于上述各缺点,本测定方法仍不能解决计算所得轮压和实际轮压存在偏差的问题。
随着物流行业需要和经济建设的不断发展,起重机的拥有量迅速增加,吨位要求也不断增加,起重机朝着大型化、高效化和重型化的方向发展,为了控制起重机车轮的轮压,车轮的数量也安装的越来越多。随着车轮数目的增加,轮压的准确计算就更加困难,计算值跟实际值的偏差也愈发难以预料了。
为缩小轮压的计算值和实际值之间的偏差,《基于实验测试及有限元分析的起重机车轮轮压研究》(吴峰崎,汤晓英,俞中建《起重运输机械》,2011(11):53-55)中利用有限元分析和实际检测对比,进行车轮的非线性受力分析。经过对车轮的非线性受力分析,可知车轮各部分的受力变化和变形量,以此可弥补试验现场不便于各种工况的受力状态受力分析,也体现了理论与实测结果的符合性。有限元模型只有车轮和与之配套的钢轨来模拟线接触,然后在车轮上施加一定的载荷,分析车轮的受力状态和应变。但起重机在实际工作时的载荷是时刻发生变化的,所以有限元分析法不能完全模拟起重机大车轮压的实际情况。本文中也提出了一种利用应变片的变形获得测点应力变化的现场实测轮压的方法,该方法为:在轮毂中部相距较近位置贴2个应变片进行实验测试,考察不同载荷下该测点的应力变化。但是,起重机的车轮是运动的、与周围零部件的连接较多、空间受到限制,每个车轮上均需布片才能测得各个车轮的轮压,车轮数量较多、布片测点越多,布置应变片和连接仪器的难度就越大。所以该方法适用于被测车轮较少的车轮轮压测定,对于被测车轮较多的起重机,受限于布片位置和数量、应变片与仪器的连接等,无法用在现场实测起重机运行时各车轮的轮压。
因此,有必要提供一种简便、实用,测点少,布片和仪器连接方便,能同时监测各个车轮轮压,直观确定最大轮压的车轮位置的起重机大车轮压的测定方法。
发明内容
本发明目的是提供一种起重机大车轮压的测定方法,简便、实用,能准确测定各个轮压的实际大小,直观地反映起重机在各种工况下轮压的不均匀性,为起重机车轮的设计优化、使用和维护以及节约土建成本提供基础数据。
为达到上述目的,本发明采用的技术方案是:一种起重机大车轮压的测定方法,包括如下步骤:
(1)布片:在起重机的被测车轮走过的大车轨道的侧面粘贴应变片,确定布片位置;
(2)建立轮压监测***:将步骤(1)的应变片与无线应变节点和监控主机连接成轮压监测***;
(3)标定:起重机空载、小车位于料仓上方时,大车匀速驶过大车轨道的布片位置,利用轮压监测***记录应变-时间曲线,应变-时间曲线的每个波形的谷值对应于其中一个车轮引起的应变,所有波形的谷值之和为起重机的总应变,然后将起重机的空载重力除以总应变,即得轮压与应变的标定系数,完成标定;
其中,轮压与应变的标定系数为式中G为起重机的空载重力,m为起重机大车的车轮数量,Fi为空载时第i个大车车轮引起的应变;
(4)现场测定大车轮压:根据设定的测试工况、起吊设定的起重量、小车位于设定的位置时,大车车轮以动/静态压在布片位置上,利用轮压监测***的无线应变节点采集相应的应变值,传输给监控主机,然后监控主机根据步骤(3)的标定系数将应变值换算成相应车轮的轮压:式中Pi为第i个大车车轮的轮压,为第i个大车车轮引起的应变。
其中,所述步骤(1)中将应变片粘贴于大车轨道侧面之后,将各应变片以半桥接法进行连接。
其中,所述步骤(1)中采用温度补偿法,以补偿温度变化引起的应变片的应变,可以选用动态模拟法和自我温度补偿法中的一种。
其中,所述步骤(2)中所述无线应变节点选用SG404无线应变节点,其通过BS903网关与所述监控主机连接。
其中,所述步骤(3)中大车以最低速匀速驶过大车轨道的布片位置,因为大车以最低速运行时运行最平稳。
其中,所述起重机有两排被测车轮,前门框侧的一排被测车轮数量为n,后门框侧的一排被测车轮数量为m-n,相应地需要两条大车轨道,步骤(1)中在每一条大车轨道的布片位置设有两片
所述应变片,分居于大车轨道的两侧,其中,前门框侧大车轨道上的两片应变片为测点A和测点B,后门框侧大车轨道上的两片
应变片为测点C和测点D;
步骤(3)中利用轮压监测***记录得到测点A应变-时间曲线、测点B应变-时间曲线、测点C应变-时间曲线和测点D应变-时间曲线;
前门框侧大车车轮引起的应变Fi=(fiA+fiB)/2,式中i=1~n,fiA为测点A应变-时间曲线上第i个大车车轮引起的应变,fiB为测点B应变-时间曲线上第i个大车车轮引起的应变;
后门框侧大车车轮引起的应变Fi=(fiC+fiD)/2,式中i=n+1~m,fiC为测点C应变-时间曲线上第i个大车车轮引起的应变,fiD为测点D应变-时间曲线上第i个大车车轮引起的应变;
轮压与应变的标定系数为
步骤(4)中,
前门框侧的第i个大车车轮的轮压:
后门框侧的第i个大车车轮的轮压:
其中,所述步骤(4)大车车轮以动/静态压在布片位置上包括两种情况:
(4-1)起重机的大车不运行,被测车轮静止于布片位置处的大车轨道上,测定大车静态时该被测车轮的轮压;
(4-2)起重机大车的被测车轮沿大车轨道运行,驶过布片位置,测定大车动态时该被测车轮的轮压。
由于上述技术方案运用,本发明与现有技术相比具有下列优点:
1.本发明在大车轨道上布片,由于轨道是固定的、平直的,有较宽松的布置应变片的空间,而且本技术方案的测点数量最多仅需4个,测点少,便于应变片和仪器的布置和连接,操作简单。
2.利用本发明的测定方法获得的测点数据,不仅能知道在任一工况下各个车轮轮压的实际大小,而且还能直观地了解每个车轮在轨道两侧的轮压值的差异及其在所有车轮轮压中所处的状态,更能轻而易举地确定轮压最大的车轮位置,该方法不仅能够弥补计算法不能精确计算各个车轮实际轮压的缺陷,还能摆脱实验法测定起重机最大轮压时,在起重机同一支脚下有多个车轮的情况下,无法确定承受最大轮压的车轮位置的不足。
3.本发明的测定方法不仅简便、实用,能准确测定各个轮压的实际大小,比计算法直接可靠,还能直观地反映起重机在各种工况下轮压的不均匀性,为起重机车轮的设计优化、使用和维护以及节约土建成本提供基础数据。
附图说明
图1是本发明实施例一的工作原理框图;
图2是实施例一中轮压监测***的结构框图;
图3是实施例一中桥式抓斗卸船机的结构示意图;
图4是实施例一中前门框侧大车车轮与布片位置的位置关系图;
图5是图4中布片位置的测点A和测点B的分布图;
图6是实施例一中后门框侧大车车轮与布片位置的位置关系图;
图7是图6中布片位置的测点C和测点D的分布图;
图8是实施例一中测点A应变-时间曲线图;
图9是实施例一中测点B应变-时间曲线图;
图10是实施例一中测点C应变-时间曲线图;
图11是实施例一中测点D应变-时间曲线图;
图12是实施例一中前门框侧大车车轮的应变-轮压折线图;
图13是实施例一中后门框侧大车车轮的应变-轮压折线图。
附图标记说明:
1、车轮;
2、前门框侧大车轨道;
3、后门框侧大车轨道;
4、应变片。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述:
实施例一:一种起重机大车轮压的测定方法,包括如下步骤:
(1)布片:选择可以保证起重机所有车轮都能通过的大车轨道的侧面粘贴应变片,确定布片位置,一般位于相邻压板的中间;
其中,将电阻应变片以电阻丝长度方向垂直于轨道顶面的方式粘贴于大车轨道侧面之后,将各应变片以半桥接法进行连接;
本步骤中采用温度补偿法,以补偿温度变化引起的应变片的应变,可以选用动态模拟法和自我温度补偿法中的一种。
本实施例中,选用动态模拟法,在粘贴电阻应变片后,布置温度补偿片。
(2)建立轮压监测***:将步骤(1)的应变片与无线应变节点和监控主机连接成轮压监测***;
其中,所述无线应变节点选用SG404无线应变节点,其通过BS903网关与所述监控主机连接。
(3)标定:起重机空载、小车位于料仓上方(因为料仓上方的位置小车逗留时间最长)时,大车以最低速匀速驶过大车轨道的布片位置,利用轮压监测***记录应变-时间曲线,应变-时间曲线的每个波形的谷值对应于其中一个车轮引起的应变,所有波形的谷值之和为起重机的总应变,然后将起重机的空载重力除以总应变,即得轮压与应变的标定系数,完成标定;
其中,轮压与应变的标定系数为式中G为起重机的空载重力,m为起重机大车的车轮数量,Fi为空载时第i个大车车轮引起的应变;
(4)现场测定大车轮压:根据设定的测试工况、起吊设定的起重量、小车位于设定的位置时,大车车轮以动/静态压在布片位置上,利用轮压监测***的无线应变节点采集相应的应变值,传输给监控主机,然后监控主机根据步骤(3)的标定系数将应变值换算成相应车轮的轮压:式中Pi为第i个大车车轮的轮压,为第i个大车车轮引起的应变;
其中,大车车轮以动/静态压在布片位置上包括两种情况:
(4-1)起重机的大车不运行,被测车轮静止于布片位置处的大车轨道上,测定大车静态时该被测车轮的轮压;
(4-2)起重机大车的被测车轮沿大车轨道运行,驶过布片位置,测定大车动态时该被测车轮的轮压。
本发明的大车轮压测定原理为:大车车轮是起重机和大车轨道之间传力的唯一零件,大车轨道上铅垂方向的力全部来自车轮,根据起重机车轮压过大车轨道时,作用于大车轨道上的铅垂方向的力会使大车轨道产生应变的特点,将电阻应变片(简称应变片)粘贴在被测车轮走过的大车轨道的侧面,当被测车轮走过时应变片随着大车轨道一起变形,应变片的电阻值将发生相应的变化,动态信号测试分析***将电阻变化转换成应变值并记录下来,然后依据轮压—应变标定曲线将应变换算成轮压,让每个大车车轮都压过布有应变片的检测点,就能测定每个车轮的轮压,其工作原理框图如图1所示。
通常,起重机出厂时铭牌会标明起重机空载时的总质量,总质量乘以重力加速度即得起重机的总重力。因为起重机空载时轮压的总和与起重机的总重力相等,总的应变与总的轮压呈正比,也就与起重机的总重力呈正比,因此,测出起重机空载时的总应变,就可确定轮压—应变的标定系数和标定曲线了,如上述的步骤(3)所述。
本实施例以如图3所示的某发电有限公司卸煤码头使用的32t桥式抓斗卸船机为例,该桥式抓斗卸船机的大车有两排车轮,共36个,需要两条大车轨道。其中,前门框侧的一排车轮有20个,后门框侧的一排车轮有16个,利用本测定方法进行其大车轮压的测定,包括如下步骤:
S01、在每条大车轨道上确定布片位置,为了了解应变在轨道两侧的一致性和防止应变片在测定过程中的意外损坏,在每个布片位置均设置了两个测定点,每个测定点粘贴一片应变片,具体为:如图4、图5所示,前门框侧大车轨道上有1~20号车轮1,在前门框侧大车轨道2上设置测点A和测点B;如图6、图7所示,后门框侧大车轨道上有21~36号车轮1,在后门框侧大车轨道3上设置测点C和测点D。测点A、B、C和D四处均粘贴一片电阻应变片4,并布置温度补偿片;
S02、将下表一中各仪器连接成图2所示的轮压监测***,测试所得数据通过监控主机显示、存储、分析;
表一测定用仪器明细表
序号 | 仪器名称 | 型号 | 数量 |
1 | 电阻应变计 | BE120-3AA(11) | 8 |
2 | 板基接线端子 | 903# | 8 |
3 | 无线应变节点 | SG404 | 4 |
4 | 网关 | BS903 | 1 |
5 | 监控主机 | IBM手提电脑 | 1 |
S03、32t桥式抓斗卸船机的小车空载、位于料仓上方,使起重机大车以最低速匀速运行经过每处测点,无线应变节点采集应变信号,传输给监控主机,得到图8所示的测点A应变-时间曲线图、图9所示的测点B应变-时间曲线图、图10所示的测点C应变-时间曲线图和图11所示的测点D应变-时间曲线图;
S04、读出每个车轮引起的单侧应变fi(数据见表二),计算其平均值即为车轮引起的应变Fi,则:
前门框侧大车车轮引起的应变Fi=(fiA+fiB)/2,式中i=1~20,fiA为测点A应变-时间曲线上第i个大车车轮引起的应变,fiB为测点B应变-时间曲线上第i个大车车轮引起的应变;
后门框侧大车车轮引起的应变Fi=(fiC+fiD)/2,式中i=21~36,fiC为测点C应变-时间曲线上第i个大车车轮引起的应变,fiD为测点D应变-时间曲线上第i个大车车轮引起的应变;
轮压与应变的标定系数为
前门框侧的第i个大车车轮的轮压:
后门框侧的第i个大车车轮的轮压:
因本实施例测定的是32t桥式抓斗卸船机在小车空载、位于料仓上方时的大车轮压,所以本实施例中相同的i值所对应的
S05、计算应变的总和: (数据由应变-时间曲线图读取),已知桥式抓斗卸船机的整机重量G=1060.4吨,则可计算出各大车轮的轮压
表二轮压测定数据记录表(应变的单位με,轮压的单位t)
由表二可知,桥式抓斗卸船机空载、抓斗位于料仓上方时,最大轮压是49.66吨,出现在前门框侧大车轨道上的10号车轮上;最小轮压是13.35吨,出现在后门框侧大车轨道上的33号车轮上;每个车轮上的轮压都不一样,前门框侧大车轨道上的车轮轮压普遍大于后门框侧大车轨道上的轮压。若将各个测点上的应变值以及每个车轮引起的平均应变值以图12和图13的折线图形式展示,则可更直观的掌握每个车轮和所有车轮的轮压大小及其分布情况。
其中,图12中系列1是测点A得到的应变值折线,系列2是测点B得到的应变值折线,系列3是测点各个车轮的平均应变值折线;图13中系列1是测点C得到的应变值折线,系列2是测点D得到的应变值折线,系列3是测点各个车轮的平均应变值折线。
应当指出,上述的实施例一测定了32t桥式抓斗卸船机的小车空载、位于料仓上方时各个车轮的轮压,本发明的测定方法同样适用于起重机在设定测试工况、起吊设定起重量、小车位于设定位置时各个车轮的轮压。
还是以32t桥式抓斗卸船机为例,保持实施例一中的布片位置、轮压监测***不变,让处于设定测试工况、起吊设定起重量、小车位于设定位置的起重机的大车以最低速沿大车轨道运行,SG404无线应变节点采集此时测点A、测点B、测点C和测点D处的应变片的应变,传输给监控主机,得到各测点的应变-时间曲线图,根据应变-时间曲线图的谷值即可计算出各个车轮引起的应变然后将实施例一的标定系数代入公式就可以得到起重机在设定测试工况、起吊设定起重量、小车位于设定位置时的第i个大车车轮的轮压。
利用本发明的测定方法获得的测点数据,不仅能知道在任一工况下各个车轮轮压的实际大小,而且还能直观地了解每个车轮在轨道两侧的轮压值的差异及其在所有车轮轮压中所处的状态,更能轻而易举地确定轮压最大的车轮位置,该方法不仅能够弥补计算法不能精确计算各个车轮实际轮压的缺陷,还能摆脱实验法测定起重机最大轮压时,在起重机同一支脚下有多个车轮的情况下,无法确定承受最大轮压的车轮位置的不足。
以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明所述原理的前提下,还可以作出若干改进或替换,这些改进或替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种起重机大车轮压的测定方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)布片:在起重机的被测车轮走过的大车轨道的侧面粘贴应变片,确定布片位置;
(2)建立轮压监测***:将步骤(1)的应变片与无线应变节点和监控主机连接成轮压监测***;
(3)标定:起重机空载、小车位于料仓上方时,大车匀速驶过大车轨道的布片位置,利用轮压监测***记录应变-时间曲线,应变-时间曲线的每个波形的谷值对应于其中一个车轮引起的应变,所有波形的谷值之和为起重机的总应变,然后将起重机的空载重力除以总应变,即得轮压与应变的标定系数,完成标定;
其中,轮压与应变的标定系数为式中G为起重机的空载重力,m为起重机大车的车轮数量,Fi为空载时第i个大车车轮引起的应变;
(4)现场测定大车轮压:根据设定的测试工况、起吊设定的起重量、小车位于设定的位置时,大车车轮以动/静态压在布片位置上,利用轮压监测***的无线应变节点采集相应的应变值,传输给监控主机,然后监控主机根据步骤(3)的标定系数将应变值换算成相应车轮的轮压:式中Pi为第i个大车车轮的轮压,为第i个大车车轮引起的应变。
2.根据权利要求1所述的起重机大车轮压的测定方法,其特征在于,所述步骤(1)中将应变片以电阻丝长度方向垂直于轨道顶面的方式粘贴于大车轨道侧面之后,将各应变片以半桥接法进行连接。
3.根据权利要求1或2所述的起重机大车轮压的测定方法,其特征在于,所述步骤(1)中采用温度补偿法。
4.根据权利要求1所述的起重机大车轮压的测定方法,其特征在于,所述步骤(2)中所述无线应变节点选用SG404无线应变节点,其通过BS903网关与所述监控主机连接。
5.根据权利要求1所述的起重机大车轮压的测定方法,其特征在于,所述步骤(3)中大车以最低速匀速驶过大车轨道的布片位置。
6.根据权利要求1所述的起重机大车轮压的测定方法,其特征在于,所述起重机有两排被测车轮,前门框侧的一排被测车轮数量为n,后门框侧的一排被测车轮数量为m-n,相应地需要两条大车轨道,步骤(1)中在每一条大车轨道的布片位置设有两片所述应变片,分居于大车轨道的两侧,其中,前门框侧大车轨道上的两片应变片为测点A和测点B,后门框侧大车轨道上的两片应变片为测点C和测点D;
步骤(3)中利用轮压监测***记录得到测点A应变-时间曲线、测点B应变-时间曲线、测点C应变-时间曲线和测点D应变-时间曲线;
前门框侧大车车轮引起的应变Fi=(fiA+fiB)/2,式中i=1~n,fiA为测点A应变-时间曲线上第i个大车车轮引起的应变,fiB为测点B应变-时间曲线上第i个大车车轮引起的应变;
后门框侧大车车轮引起的应变Fi=(fiC+fiD)/2,式中i=n+1~m,fiC为测点C应变-时间曲线上第i个大车车轮引起的应变,fiD为测点D应变-时间曲线上第i个大车车轮引起的应变;
轮压与应变的标定系数为
步骤(4)中,
前门框侧的第i个大车车轮的轮压:
后门框侧的第i个大车车轮的轮压:
7.根据权利要求1所述的起重机大车轮压的测定方法,其特征在于,所述步骤(4)大车车轮以动/静态压在布片位置上包括两种情况:
(4-1)起重机的大车不运行,被测车轮静止于布片位置处的大车轨道上,测定大车静态时该被测车轮的轮压;
(4-2)起重机大车的被测车轮沿大车轨道运行,驶过布片位置,测定大车动态时该被测车轮的轮压。
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