CN104555765A - 一种塔机垂直度监测***及监测方法 - Google Patents

Abstract

一种塔机垂直度监测***及监测方法，包括安装在回转塔身的倾角测量装置；安装在塔机上支座上的转角测量装置；安装在司机室内操作面板上的显示报警装置。所述转角测量装置设有与回转齿圈相啮合的小齿轮，所述倾角测量装置、转角测量装置分别通过线缆连接显示报警装置，倾角测量装置和转角测量装置将测得的数据通过线缆输入到显示报警装置中，显示报警装置用于对数据进行处理及存储，并实时显示。本发明一种塔机垂直度监测***及监测方法，能够快速、准确地自动测量塔机垂直度，并实时显示。即使在塔身中心线为折线的情况下，也可以实现准确测量。

Description

一种塔机垂直度监测***及监测方法

技术领域

本发明一种塔机垂直度监测***及监测方法，属于塔机安全监测技术领域。

背景技术

塔机垂直度是指塔机安装后在塔顶处于平衡状态下，塔身实际中心线在被测高度上和被测平面内对理论中心线的最大水平误差，塔机垂直度分为侧向垂直度偏差Δ_X和Δ_Y及总垂直度偏差Δ。垂直度对塔机的顶升、起重性能及抗倾覆性有较大的影响。当垂直度误差大于允许误差时，塔机由于重心高、回转半径大，很容易发生倒塌事故，给施工企业和个人造成巨大的经济损失，甚至危及到相关人员的生命安全。因此，为了保证塔机正常工作，国家出台了相关规定，其中GB/T 5031–2008对塔机侧向垂直度的规定是：塔机侧向垂直度允许误差为4‰。

目前塔机垂直度的测量方法是采用标尺和经纬仪配合的测量方法，具体操作如下：在塔身标准节最上端(一般在臂根铰点高度平面内)和最下端分别粘贴水平方向标尺，标尺坐标原点位于塔身标准节主弦杆几何中心线上；测量时调整经纬仪水平，使经纬仪初始刻度线与塔身标准节最下端标尺零刻度重合，然后将目镜旋转对向塔身顶部标尺，所测出的偏差为塔机在该测量面内的水平偏差；同理，将经经纬仪沿另一方向架设，同时塔机回转90°，测出塔机在该测量面内的水平偏差。此方法对标尺的制造和安装精度要求较高，需要专业的测量设备及人员，测量过程繁琐。由于经纬仪的精度为2″-5″，水平标尺的安装精度也较差，使得该方法的测量精度也不高。为了克服这些弊端，有人提出了利用倾角传感器测量塔身倾角的方法测量塔机垂直度。该方法虽然测量简单、快捷，但只能测量塔身中心线为直线的情况。由于塔机升高是通过上部顶升加标准节的方法，加入的标准节通常存在制造和安装误差，而使得各节之间中心线连线实际为折线，此时，这种方法测量的垂直度将存在较大误差。

发明内容

本发明针对现有塔机垂直度测量技术的不足，提供了一种塔机垂直度监测***及监测方法，能够快速、准确地自动测量塔机垂直度，并实时显示。即使在塔身中心线为折线的情况下，也可以实现准确测量。

本发明采取的技术方案为：

一种塔机垂直度监测***，包括安装在回转塔身的的倾角测量装置；安装在塔机上支座上的转角测量装置；安装在司机室内操作面板上的显示报警装置。所述转角测量装置设有与回转齿圈相啮合的小齿轮，所述倾角测量装置、转角测量装置分别通过线缆连接显示报警装置，倾角测量装置和转角测量装置将测得的数据通过线缆输入到显示报警装置中，显示报警装置用于对数据进行处理及存储，并实时显示。

所述倾角测量装置包括倾角传感器、十字固定板、固定框，所述倾角传感器固定安装在十字固定板上，所述十字固定板固定在回转塔身一根主弦杆的最上端。

所述转角测量装置包括外壳、小齿轮、位移传感器、螺母撞块，外壳固定在塔机上支座的侧面上，小齿轮与塔机下支座中的回转齿圈相啮合；当塔机转动时，小齿轮随着塔机上支座绕着中心轴公转的同时也在自转，从而带动丝杠旋转，滑杆与螺母撞块通过滑动副相联，使螺母撞块沿着滑杆滑动，位移传感器与螺母撞块固定连接，位移传感器记录下螺母撞块的位移量。

所述显示报警装置设有转角数据输入接口、显示屏、报警灯、蜂鸣器、倾角数据输入接口。

本发明一种塔机垂直度监测***及监测方法，利用倾角传感器精确、实时测量塔机的垂直度，能够比较准确地测量出塔身中心线为折线时塔机的垂直度。该***具有操作方便、实时快捷、无需专业人员测量等优点，能够有效防止塔机因垂直度超标而造成的事故，具有很好的推广应用价值。

本发明一种塔机垂直度监测***及监测方法，克服了现有垂直度测量技术过程繁琐、精度不高、需要专业设备和专业人员测量等缺陷，具有操作方便、实时快捷和自动测量等优点，能够有效防止塔机因垂直度超标而造成的倾翻事故，具有很好的推广应用价值。

附图说明

图1是本发明的倾角测量装置的结构示意图；

图2是本发明的转角测量装置的结构示意图；

图3是本发明的显示报警装置结构图；

图4是本发明的垂直度监测***的结构示意图；

图5是本发明的垂直度监测***的结构框图；

图6是本发明的垂直度监测***的安装位置图；

图7是本发明的垂直度测量的三维直角坐标系；

图8是本发明的塔机垂直度测量面；

图9是本发明的在OYZ监测面内塔机侧向垂直度测量原理示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种塔机垂直度监测***，包括安装在回转塔身6的的倾角测量装置1；

安装在塔机上支座9上的转角测量装置2；安装在司机室10内操作面板上的显示报警装置3。倾角测量装置由倾角传感器11、十字固定板12以及固定框13组成。倾角传感器11通过4个螺钉固定在十字固定板12上，利用2个螺栓螺母将十字固定板12与固定框13固定在塔机回转塔身6的一根主弦杆之上。此时，倾角传感器11的与十字固定板12的接触面应该与测量面垂直，且倾角传感器11固定在回转塔身6一根主弦杆的最上端(一般在臂根铰点高度平面内)，安装位置如图6所示。每次引进标准节时，倾角传感器11测得的数据可以看作是引进标准节的倾角。

为了消除塔机平衡臂及起重臂对测量垂直度的影响，应使塔机起重臂81轴线垂直于测量面。为了识别是在哪个测量面测得的数据，本***添加了转角测量装置2，其结构如图2所示，安装位置如图6所示。转角测量装置2主要是在原有的转角限位器的基础上添加一个位移传感器24，改进而来的。转角测量装置的外壳22固定在塔机上支座9的侧面上，小齿轮23与塔机下支座7中的回转齿圈8相啮合；当塔机转动时，小齿轮23随着上支座9绕着中心轴公转的同时也在自转，从而带动丝杠26旋转，滑杆27与螺母撞块25通过滑动副相联，使螺母撞块25沿着滑杆27滑动，而位移传感器24与螺母撞块25固定连接，进而位移传感器24记录下螺母撞块25的位移量。由于小齿轮23与回转齿圈8的传动比一定，同时丝杠26的转角与螺母撞块25的位移量成正比，因此可以通过位移传感器24间接测出塔机的转角。由于位移传感器24在断电恢复后仍然能够读出位移数值，故转角测量装置2在断电恢复后仍能够准确测量塔机的转角。

安装位移传感器24时，一定要保证位移传感器24有一定的初始位移量，并保证塔机在向使位移量减少的方向回转时，转角测量装置2仍能准确测量出塔机的回转角度。若丝杠26上的螺纹为右旋，回转齿圈8的齿数为Z₁，转角测量装置2中小齿轮23的齿数为Z₂，螺旋导程为L，位移传感器24所测的位移量为S，位移传感器24的初始位移量为S₀，则塔机转角α为：

$\mathrm{\α}=\frac{2\mathrm{\π}(S_0-S)Z_2}{Z_{1}L}$

若α为正，从上往下看，塔机逆时针旋转；若α为负，从上往下看，塔机顺时针旋转。

显示报警装置3的结构如图3所示，安装位置如图6所示。显示报警装置3由转角数据输入接口31、显示屏32、报警灯33、蜂鸣器34、开始按钮35、复位按钮36、零位调整按钮37、电源指示灯38、正常工作指示灯39、电源接口310、倾角数据输入接口311和内部电路组成，将显示报警装置3安装在驾驶室10中。接入电源后，电源指示灯38亮红光；按下开始按钮35后，若塔机垂直度满足要求，则垂直度测量***正常工作，正常工作指示灯39亮绿光，若塔机垂直度超标时，蜂鸣器34发出警告声音，同时报警灯33红光闪烁；按下复位按钮36可以清除显示报警装置3中所存储的数据，保证该装置能够多次重复正常使用；按下零位调整按钮37可以调整倾角测量装置1中倾角传感器11的零位，以消除塔机初次安装(非顶升加节)时因为塔机制造和倾角测量装置1的安装误差所引入的倾角值。同时，该装置能够对从倾角测量装置1和转角测量装置2输入的数据进行处理及存储，并实时显示塔机的垂直度，当塔机垂直度误差或所添加的标准节水平误差超过允许值时，能够自动启动声光报警功能，并使塔机停止回转。

如图4和图5所示，倾角测量装置1和转角测量装置2通过线缆4连接到显示报警装置3，同时显示报警装置3能够为倾角测量装置1和转角测量装置2提供电源。在塔机工作的任意瞬间，倾角测量装置1和转角测量装置2将它们所测得的数据通过电缆4传递给显示报警装置3，显示报警装置3对这些数据进行处理及存储，计算出塔机的垂直度，并显示出来；当塔机垂直度误差超过允许值时，启动声光报警功能。

如图7所示，建立一个三维直角坐标系OXYZ，该坐标系的原点为塔机底座上表面的中心点，Z轴正方向竖直向上，X轴正方向为塔机处于顶升状态时起重臂轴线远离塔身方向，Y轴垂直于X、Z轴且符合右手螺旋定理，OXZ面及OYZ面分别为垂直度测量面。

塔机在完成一个测量面的垂直度测量后，需要回转90°，然后在另一测量面进行垂直度测量，如图8所示。当塔机的起重臂81轴线与X轴重合时，测量面为OYZ面，引进标准节所引起的侧向偏差为Lcosθ_Xi cosα；当塔机起重臂—平衡臂轴线与Y轴重合时，测量面为OXZ面，引进标准节所引起的侧向偏差为Lcosθ_Yi sinα。

塔机在OXZ测量面内的垂直度测量原理如图9所示。在OXZ和OYZ两个测量面内，塔机各个标准节在测量面内倾角θ_Yi、θ_Xi的余弦值的算术平均值即为塔机在该平面内的侧向垂直度，则有：

${\mathrm{\Δ}}_X=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\cos {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{Xi}}\cos \mathrm{\α}}{n},{\mathrm{\Δ}}_Y=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\cos {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{Yi}}\sin \mathrm{\α}}{n},\mathrm{\Δ}=\sqrt{{{\mathrm{\Δ}}_X}^2+{{\mathrm{\Δ}}_Y}^2}.$

一种采用上述***测量塔机垂直度的方法包括以下步骤：一、安装倾角测量装置1，将倾角测量装置1安装在回转塔身6的最上端(一般在臂根铰点高度平面内)，使倾角传感器11的安装面与塔机起重臂81轴线平行；二、安装转角测量装置2，将转角测量装置2固定安装在塔机上支座9侧面，并使转角测量装置2中的小齿轮23与回转齿圈8相啮合；三、安装显示报警装置3，将显示报警装置3安装在司机室10座椅旁边的操作面板中，使显示报警装置3与塔机现有的工作开关及按钮处在同一壳体中；四、将塔机调整到回转角α为零的位置：五、接通显示报警装置3的电源，按下开始按钮35和复位按钮36，清除显示报警装置3中已经存储的数据；六、在未进行顶升加节前，按下显示报警装置3中的零位调整按钮37，使倾角测量装置1所测得的倾角在显示报警装置3中的显示数值为零，同时显示报警装置3记录并存储位移传感器24的初始值S₀；七、当塔机起重臂81轴线与X、Y轴重合时，显示报警装置3记录并存储转角α和倾角θ_Xi、θ_Yi；最后，显示报警装置3对所输入的数据进行处理，并显示塔机的垂直度Δ_X、Δ_Y和Δ。

Claims (9)

1.一种塔机垂直度监测***，包括：安装在回转塔身(6)的的倾角测量装置(1)；安装在塔机上支座(9)上的转角测量装置(2)；安装在司机室(10)内操作面板上的显示报警装置(3)；其特征在于，所述转角测量装置(2)设有与回转齿圈(8)相啮合的小齿轮(23)，所述倾角测量装置(1)、转角测量装置(2)分别通过线缆(4)连接显示报警装置(3)，倾角测量装置(1)和转角测量装置(2)将测得的数据通过线缆(4)输入到显示报警装置(3)中，显示报警装置(3)用于对数据进行处理及存储，并实时显示。

2.根据权利要求1所述一种塔机垂直度监测***，其特征在于，所述倾角测量装置(1)包括倾角传感器(11)、十字固定板(12)、固定框(13)，所述倾角传感器(11)固定安装在十字固定板(12)上，所述十字固定板(12)固定在回转塔身(6)一根主弦杆的最上端。

3.根据权利要求1所述一种塔机垂直度监测***，其特征在于，所述转角测量装置(2)包括外壳(22)、小齿轮(23)、位移传感器(24)、螺母撞块(25)，外壳(22)固定在塔机上支座(9)的侧面上，小齿轮(23)与塔机下支座(7)中的回转齿圈(8)相啮合；当塔机转动时，小齿轮(23)随着塔机上支座(9)绕着中心轴公转的同时也在自转，从而带动丝杠(26)旋转，滑杆(27)与螺母撞块(25)通过滑动副相联，使螺母撞块(25)沿着滑杆(27)滑动，位移传感器(24)与螺母撞块(25)固定连接，位移传感器(24)记录下螺母撞块(25)的位移量。

4.根据权利要求1所述一种塔机垂直度监测***，其特征在于，所述显示报警装置(3)设有转角数据输入接口(31)、显示屏(32)、报警灯(33)、蜂鸣器(34)、倾角数据输入接口(311)。

5.采用如权利要求1～4任意一种塔机垂直度监测***的监测方法，其特征在于，安装位移传感器(24)时，保证位移传感器(24)有一定的初始位移量，并保证塔机在向使位移量减少的方向回转时，转角测量装置(2)仍能准确测量出塔机的回转角度；若丝杠(26)上的螺纹为右旋，回转齿圈(8)的齿数为Z₁，转角测量装置(2)中小齿轮(23)的齿数为Z₂，螺旋导程为L，位移传感器(24)所测的位移量为S，位移传感器(24)的初始位移量为S₀，则塔机转角α为：

$\mathrm{\α}=\frac{2\mathrm{\π}(S_0-S)Z_2}{Z_{1}L}$

若α为正，从上往下看，塔机逆时针旋转；若α为负，从上往下看，塔机顺时针旋转。

6.采用如权利要求1～4任意一种塔机垂直度监测***的监测方法，其特征在于，显示屏(32)能够显示倾角值、转角值、侧向垂直度△_X、△_Y和总垂直度△。

7.采用如权利要求1～4任意一种塔机垂直度监测***的监测方法，其特征在于，建立一个三维直角坐标系OXYZ，该坐标系的原点为塔机底座(71)上表面的中心点，Z轴正方向为竖直向上，X轴正方向为塔机处于顶升状态时起重臂轴线远离塔身方向，Y轴垂直于X、Z轴且符合右手螺旋定理，OXZ面及OYZ面分别为垂直度测量面；在OXZ测量面内，塔机垂直度为各标准节在该测量面内倾角θ_Yi的余弦值的算术平均值；在OYZ测量面内，塔机垂直度为各标准节在该测量面内倾角θ_Xi的余弦值的算术平均值。

8.采用如权利要求1～4任意一种塔机垂直度监测***的监测方法，其特征在于，起重臂(81)轴线垂直于测量面，在完成一个测量面的测量后，塔机需要回转90°，进而在另一测量面进行测量；当塔机起重臂(81)轴线与X轴重合时，垂直度测量面为OYZ面，侧向垂直度为△_X；当塔机起重臂(81)轴线与Y轴重合时，垂直度测量面为OXZ面，侧向垂直度为△_Y；塔机垂直度为△，则有：

${\mathrm{\Δ}}_X=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\cos {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{Xi}}\cos \mathrm{\α}}{n},$ ${\mathrm{\Δ}}_Y=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\cos {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{Yi}}\sin \mathrm{\α}}{n},$ $\mathrm{\Δ}=\sqrt{{{\mathrm{\Δ}}_X}^2+{{\mathrm{\Δ}}_Y}^2}.$

9.采用如权利要求1～4任意一种塔机垂直度监测***的监测方法，其特征在于包括以下步骤：

1：安装倾角测量装置(1)：将倾角测量装置(1)安装在回转塔身(6)的最上端，使倾角传感器(11)的安装面与起重臂—平衡臂轴线平行；

2：安装转角测量装置(2)：将转角测量装置(2)固定安装在塔机上支座(9)侧面，并使转角测量装置(2)中的小齿轮(23)与回转齿圈(8)相啮合；

3、安装显示报警装置(3)：将显示报警装置(3)安装在司机室(10)座椅旁边的操作面板中，使显示报警装置(3)与塔机现有的工作开关及按钮处在同一壳体中；

4：将塔机调整到回转角α为零的位置；

5、接通显示报警装置(3)的电源，按下电源按钮和开始按钮(35)，按下复位按钮(36)，清除显示报警装置(3)中已经存储的数据；

6、在未进行顶升加节前，按下显示报警装置(3)中的零位调整按钮(37)，使倾角测量装置(1)所测得的倾角在显示报警装置(3)中的显示数值为零，同时显示报警装置(3)记录并存储位移传感器(24)的初始值S₀；

7、当塔机起重臂—平衡臂轴线与X、Y轴重合时，显示报警装置(3)记录并存储转角α和倾角θ_Xi、θ_Yi；最后显示报警装置(3)对所输入的数据进行处理，并显示塔机的垂直度△_X、△_Y和△。