CN109761147B - 一种履带起重机地基承载刚度在线检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于履带起重机技术领域，提供了一种履带起重机地基承载刚度在线检测方法，倾角传感器安装在履带起重机转台上；使用该倾角传感器测量履带起重机空载时回转到0°、90°、180°以及270°时转台的纵向倾角，结合起重机仿真得到的不同地基系数条件下，履带起重机空载回转转台的纵向倾角变化曲线，利用插值法获得现场的地基系数以及地面水平度；依据获得的现场数据，对理想状态下的履带起重机载荷表，使用插值法进行修正，得到保证作业安全的履带起重机载荷表，进而指导履带起重机安全作业。整个过程由车载PLC自动完成，操作方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种地基承载刚度的在线检测方法，具体是一种适用于履带起重机地基承载刚度的在线检测方法，属于履带起重机技术领域。
背景技术
履带起重机由于其起重量大、接地比压小、臂架组合形式多样、作业灵活等优点而被广泛用于石化、电力、冶金等领域。而在起重机使用说明中通常只给出地耐力的要求，而无地基刚度要求，这使得起重机在使用过程中因地基变形不确定而增大侧向倾翻的风险。起重机作业时，不均匀的履带接地比压导致地基不均匀沉降，加上转台、车架、履带架等结构件的弹性变形，最终使整机及臂架的倾斜随载荷状态的不同而变化，而这种变化通常会反过来加剧不均匀的地基沉降，直到地基沉降反力与接地比压相平衡时，这一耦合作用才终止。这一过程在臂架的变幅平面和回转平面(侧向)都可能会发生。因为起重机上的力矩限制器可以依据实时检测到的臂架仰角，给出对应幅度和额定起重量，这为操作人员通过对变幅机构的适当操作，保证起重机在变幅平面内不超载提供了安全保障；但是在臂架的侧向，因为没有相应的安全装置，更不存在可以使臂架保持垂直的机构，臂架的侧向倾斜是不可避免的。若在达到上述终止状态之前，臂架的非线性强度或整机抗倾翻稳定性就达到其极限，起重机就会发生强度或倾翻事故，特别是对于大吨位的履带起重机的大臂长工况，这一风险更加突出。因此，在施工时在线获得履带起重机地基的承载刚度，并依据所测得的刚度对起重机额定起重量进行适当的折减，对指导履带起重机地基处理，保证起重机的作业安全具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在线测量履带起重机地基承载刚度的方法，配合修正后的履带起重机载荷表，指导履带起重机安全作业。
本发明的技术方案：
一种履带起重机地基承载刚度在线检测方法，倾角传感器作为履带起重机的安全装置之一，将其安装在履带起重机转台上；使用该倾角传感器测量履带起重机空载时回转到0°、90°、180°以及270°时转台的纵向倾角，结合起重机仿真得到的不同地基系数(刚度)条件下，履带起重机空载回转转台的纵向倾角变化曲线，利用插值法获得现场的地基系数以及地面水平度；依据获得的现场数据，对理想状态下的履带起重机载荷表，使用插值法进行修正，得到保证作业安全的履带起重机载荷表，进而指导履带起重机安全作业；
对于确定的履带起重机和对应的臂架组合，在水平地基、最小幅度工况下，采用仿真方法，得到不同地基系数条件下履带起重机空载回转转台的纵向倾角变化曲线，其表征履带起重机转台倾斜与地基系数之间的耦合作用规律，其中纵向倾角变化曲线上地基系数是实际地基系数的对数值；典型的特征曲线如图2，其中横轴是回转角度，纵轴是转台纵向倾角；
假设履带起重机位于一未知的地基上，履带起重机最小幅度工况下空载逆时针回转一周，读取转台位于0°、90°、180°以及270°时转台的纵向倾角值分别为β1、β2、β3和β4，则对应的地基初始侧向(垂直履带架方向)倾斜角为：
δ1＝(β2-β4)/2
地基初始纵向(平行履带架方向)倾斜角为：
δ2＝(β1-β3)/2
对应的地基水平时转台位于90°与270°的计算纵向倾斜角为：
γ2＝γ4＝(β2+β4)/2
其中，δ1为地基初始侧向倾斜角，δ2为地基初始纵向倾斜角，γ2与γ4为对应的地基水平时转台位于90°与270°的计算纵向倾斜角；
若δ1＞0,则基础向右倾斜δ1°(基础左侧高右侧低)；若δ1＜0,则基础向左倾斜-δ1°(基础右侧高左侧低)；若δ1＝0,则基础左右方向水平；
若δ2＞0,则基础向前倾斜δ2°(基础后方高前方低)；若δ2＜0,则基础向后倾斜-δ2°(基础前方高后方低)；若δ2＝0,则基础前后方向水平。
履带起重机的方位及回转方向如图3所示。
根据γ2与γ4在纵向倾角变化曲线上的位置，读取与其相邻的两条纵向倾角变化曲线在90°与270°的转台纵向倾角α2、α4与θ2、θ4，以及两条纵向倾角变化曲线对应的地基系数对数值k1与k2,其中α2＝α4，θ2＝θ4；则待求地基系数的对数值为：
k3＝(γ2-α2)(k2-k1)/(θ2-α2)+k1
对应的实际地基系数为：
使用插值法得到地基的初始侧向倾斜角为δ1，初始纵向倾斜角为δ2，地基系数为k对应的履带起重机载荷表，指导履带起重机安全作业。
本发明的效果和益处是：可以在线获取履带起重机地基的初始侧向倾斜角、初始纵向倾斜角以及地基系数，进而得到现场地基系数与地基水平度对应的履带起重机载荷表。整个过程由车载PLC自动完成，操作方便。
附图说明
图1是倾角传感器在转台上的安装位置。
图2是某履带起重机在一特定臂架组合工况下的转台纵向倾角特征曲线。
图3是履带起重机的回转方向及方位图。
图中：1转台；2倾角传感器。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细说明本发明的具体实施方式。
本发明利用安装在转台上的倾角传感器在线自动获取转台位于0°、90°、180°以及270°时转台的纵向倾角。通过存储在PLC控制***内的履带起重机转台纵向倾角特征曲线与地基承载刚度算法自动计算出作业现场的地基系数与地面水平度。利用存储在PLC控制***内的不同地基系数与地面水平度的履带起重机载荷表，自动计算出作业现场工况条件下修正后的履带起重机载荷表。为履带起重机的安全作业提供必要的参考。
(1)获得履带起重机转台纵向倾角特征曲线。履带起重机设计完成后，应用仿真方法，得到所有臂架组合在水平地基、最小幅度工况下的转台纵向倾角特征曲线，如图2所示。图2是某履带起重机在一特定臂架组合工况下的转台纵向倾角特征曲线，其横轴是回转角度，纵轴是转台纵向倾角。
(2)地基系数与地面水平度计算方法。假设履带起重机位于某施工现场的未知地基上，履带起重机最小幅度工况下空载逆时针回转一周，读取转台位于0°、90°、180°以及270°时转台的纵向倾角值分别为β1＝-0.838°、β2＝0.059°、β3＝-0.195°、β4＝-0.552°。则对应的地基初始侧向(垂直履带架方向)倾斜角为：
δ1＝(β2-β4)/2＝0.306°
地基初始纵向(平行履带架方向)倾斜角为：
δ2＝(β1-β3)/2＝-0.322°
对应的地基水平时转台位于90°与270°的计算纵向倾斜角为：
γ2＝γ4＝(β2+β4)/2＝-0.247°
利用图2，可以得到转台在90°与270°时，纵向倾斜角γ2＝γ4＝-0.247°位于地基系数k1＝3.954、k2＝4.041之间，通过图2读取当k1＝3.954时，转台在90°与270°纵向倾斜角为α2＝α4＝-0.272°；当k2＝4.041时，转台在90°与270°纵向倾斜角为θ2＝θ4＝-0.233°。则待求地基系数的对数值为：
k3＝(γ2-α2)(k2-k1)/(θ2-α2)+k1＝4.000846
对应的实际地基系数为：
最终，可以得到施工现场履带起重机地基的初始侧向倾斜角为0.306°，基础向右倾斜(基础左侧高右侧低)；初始纵向倾斜角为-0.322°，基础向后倾斜(基础前方高后方低)；地基系数为10019kN/m3。
(3)将获得的履带起重机转台纵向倾角特征曲线、地基刚度的计算方法、不同地基系数与地面水平度的履带起重机载荷表一并存入到履带起重机PLC控制***。同时将倾角传感器安装到转台上并进行调试，如图1所示。
(4)履带起重机到达施工现场后按照施工方案组合臂架***，将PLC控制***调整到该组合臂架***对应的工作模式，调整臂架到最小幅度。履带起重机空载逆时针回转一周，***利用安装在转台上的倾角传感器自动采集转台位于0°、90°、180°以及270°时转台的纵向倾角值。PLC***根据采集到的转台纵向倾角值按照本发明算法自动计算出地基系数与地面水平度。结合不同地基系数与地面水平度的履带起重机载荷表，PLC控制***自动计算出该工况与地基刚度条件下对应的履带起重机载荷表。
Claims (1)
1.一种履带起重机地基承载刚度在线检测方法，其特征在于，倾角传感器作为履带起重机的安全装置之一，将其安装在履带起重机转台上；使用该倾角传感器测量履带起重机空载时回转到0°、90°、180°以及270°时转台的纵向倾角，结合起重机仿真得到的不同地基系数条件下，履带起重机空载回转转台的纵向倾角变化曲线，利用插值法获得现场的地基系数以及地面水平度；依据获得的现场数据，对理想状态下的履带起重机载荷表，使用插值法进行修正，得到保证作业安全的履带起重机载荷表，进而指导履带起重机安全作业；
对于确定的履带起重机和对应的臂架组合，在水平地基、最小幅度工况下，采用仿真方法，得到不同地基系数条件下履带起重机空载回转转台的纵向倾角变化曲线，其表征履带起重机转台倾斜与地基系数之间的耦合作用规律，其中纵向倾角变化曲线上地基系数是实际地基系数的对数值；
假设履带起重机位于一未知的地基上，履带起重机最小幅度工况下空载逆时针回转一周，读取转台位于0°、90°、180°以及270°时转台的纵向倾角值分别为β1、β2、β3和β4，则对应的地基初始侧向倾斜角为：
δ1＝(β2-β4)/2
其中，初始侧向即为垂直履带架方向；
地基初始纵向倾斜角为：
δ2＝(β1-β3)/2
其中，初始纵向即为平行履带架方向；
对应的地基水平时转台位于90°与270°的计算纵向倾斜角为：
γ2＝γ4＝(β2+β4)/2
其中，δ1为地基初始侧向倾斜角，δ2为地基初始纵向倾斜角，γ2与γ4为对应的地基水平时转台位于90°与270°的计算纵向倾斜角；
若δ1＞0,则基础向右倾斜δ1°，基础左侧高右侧低；若δ1＜0,则基础向左倾斜-δ1°，基础右侧高左侧低；若δ1＝0,则基础左右方向水平；
若δ2＞0,则基础向前倾斜δ2°，基础后方高前方低；若δ2＜0,则基础向后倾斜-δ2°，基础前方高后方低；若δ2＝0,则基础前后方向水平；
根据γ2与γ4所在纵向倾角变化曲线上的位置，读取该所在纵向倾角变化曲线与其相邻的两条纵向倾角变化曲线在90°与270°的转台纵向倾角α2、α4与θ2、θ4，以及两条纵向倾角变化曲线对应的地基系数对数值k1与k2,其中α2＝α4，θ2＝θ4；则待求地基系数的对数值为：
k3＝(γ2-α2)(k2-k1)/(θ2-α2)+k1
对应的实际地基系数为：
使用插值法得到地基的初始侧向倾斜角为δ1，初始纵向倾斜角为δ2，地基系数为k对应的履带起重机载荷表，指导履带起重机安全作业。
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