起重机运行状态监测及寿命预测系统设计

发布时间：2017-06-21 03:01

  本文关键词：起重机运行状态监测及寿命预测系统设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：起重机作为一种搬运机械,广泛运用在港口、建筑工地以及工矿企业等地,在国民生产中发挥着不可替代的作用。随着起重机的使用范围越来越广,其运行过程中蕴藏的风险也越来越高,一旦起重机械发生安全事故,将造成无法弥补的人员伤亡和财产损失。因此,本文研究设计了一种针对应变和倾角的起重机运行状态监测系统,以实现起重机结构的安全评价,保障其安全运行。首先,本文分析了当前国内外起重机安全监测系统的发展现状,对比当前各种评价指标的优劣,选取疲劳寿命以及挠度作为主要性能评价指标。有效可靠地估算起重机的剩余疲劳寿命,可以确保起重机在安全期内运行,防止起重机“突然死亡”,从而充分发挥起重机的经济效益；针对门式起重机,挠度是衡量主梁变形的重要指标,对挠度进行监测可以保障小车的安全运行,同时为主梁的维护提供依据。其次,根据起重机运行状态参数监测的技术要求,确定了无线传输数据的方案。系统采用串口转3G的方式搭建数据传输通道,终端采集器采集数据经由单片机通过串口发送至3G模块,3G模块通过TCP/IP协议将数据传送到远程监测端,最终实现面向网络的起重机运行状态远程监测。然后,分析了起重机运行状态监测系统的功能需求,结合传感器技术、嵌入式技术以及无线通信技术,构建了上层为远程监测端,底层为各类传感器节点的双层起重机安全监测系统。论文以模块化的思想进行了监测系统的硬件设计和软件开发,包括数据采集模块、单片机控制模块、无线通信模块以及远程监测模块等。远程监测端主要进行数据接收、解析、显示和保存,并根据结构性能评估指标,对起重机运行状态做出评价,最终实现起重机的安全智能监测。另外,研究了起重机疲劳寿命估算以及挠度监测的实现方法。对应力——时间历程进行雨流计数处理得到金属结构的二维应力谱,为疲劳寿命评估提供基础数据；分析现有累计损伤理论的不足,提出了基于修正疲劳寿命的线性累计损伤理论,通过测试对比,发现修正之后的理论计算结果更精确。建立简支梁模型,分析了复合载荷加载情况下简支梁的挠度曲线方程,并给出了由倾角计算挠度的基本方法。最后,对系统进行了性能测试以及起重机现场测试,实现了起重机运行状态监测以及结构安全评价功能,验证了系统的稳定性和有效性。
【关键词】：起重机 远程监测 3G网络 寿命预测 安全评价
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH21
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.2.1 起重机安全评价方法研究现状10-11
• 1.2.2 起重机运行参数检测方法研究现状11-12
• 1.2.3 起重机远程安全监测系统发展现状12-14
• 1.2.4 无线传输技术发展现状14
• 1.3 本文的研究内容14-16
• 第2章 起重机剩余疲劳寿命估算及挠度分析方法研究16-30
• 2.1 起重机剩余疲劳寿命估算16-25
• 2.1.1 应力谱获取16-19
• 2.1.2 无限寿命校核19-20
• 2.1.3 基于修正疲劳寿命的有限寿命评估20-24
• 2.1.4 起重机关键零部件疲劳寿命估算方法确定24-25
• 2.2 起重机主梁挠度分析25-28
• 2.2.1 挠度基本概念简介25-26
• 2.2.2 简支梁挠度分析26-28
• 2.2.3 倾角法测量挠度原理28
• 2.3 本章小结28-30
• 第3章 起重机运行状态监测系统设计与实现30-49
• 3.1 系统功能需求分析及总体方案设计30-33
• 3.1.1 系统功能需求分析30
• 3.1.2 起重机运行状态监测系统总体方案设计30-33
• 3.2 起重机运行状态监测系统硬件设计33-39
• 3.2.1 应变测量电路设计33-34
• 3.2.2 倾角测量电路设计34-35
• 3.2.3 单片机电路介绍35-36
• 3.2.4 电平转换电路36
• 3.2.5 电源电路36-37
• 3.2.6 无线模块电路设计37-39
• 3.3 起重机运行状态监测系统软件设计39-47
• 3.3.1 下位机控制程序设计39-43
• 3.3.2 上位机监测软件设计43-47
• 3.4 本章小结47-49
• 第4章 系统测试与现场应用49-60
• 4.1 应变采集特性实验49-52
• 4.1.1 静态应变测量精度实验49-50
• 4.1.2 应变采集动态特性测试50-52
• 4.2 倾角采集精度测试52-54
• 4.2.1 倾角静态采集精度测试52
• 4.2.2 静态挠度精度测试实验52-54
• 4.3 系统现场测试与应用54-59
• 4.3.1 应变测试54-56
• 4.3.2 挠度测试56-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第5章 全文总结60-62
• 5.1 全文总结60
• 5.2 未来展望60-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-66
• 攻读硕士学位期间发表的论文66

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