（机械制造及其自动化专业论文）基于web的起重机械结构监测系统研究.pdf

独创性声明 本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示了谢意。 ，晶 签名：二q 壹日期：趣! ! ：! ： 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的 全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有 关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息 服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) ：嗡尚 导师( 签名) ：日期乒f ，f 步声 ，- 武汉理工大学硕士学位论文 摘要 随着国民经济的发展，起重机械在港口码头、铁路装卸场、建筑工地、造 船厂的使用越来越广、作用越来越大。由于起重量大、作业连续性强、现场环 境恶劣等因素，起重机械在实际使用过程中容易出现各种事故，造成无法弥补 的人员伤亡和巨大的财产损失。为了保障起重机械的工作安全，国家准标局颁 布了起重机械安全规程g b6 0 6 7 8 5 ，对起重机械的设计、制造、检验、报废、 使用与管理等方面的安全要求做了最基本的规定。尽管如此，由于起重机械引 起的人员伤亡和设备事故屡见不鲜。缺乏有效的监督与管理是造成事故频发的 主要原因之一。为此如何监督与管理好这些设备，确保作业的安全可靠性，提 高企业的经济效益，是现代企业管理的目标之一。 本课题研究了一款基于g p r s 数传技术和w e b 技术的大型起重机械状态远 程监测系统。该系统利用无线通讯网络，基于b s 型模式平台，能够实现高精 度的结构动载应力和其他参数的数据采集、数据安全高效传输、监测数据的实 时显示与预警以及基于监测数据的安全评估。该系统经实际应用验证，数据可 靠，性能稳定，对提高起重机械工作效率和安全性具有重要的意义，具有良好 的经济性和实用性，可广泛应用在大型起重机械的长期监测及结构测试等项目。 全文共分七章。 第一章强调了起重机械工作安全的重要性，并重点分析了起重机械结构常 规检测和监测方法的不足，对起重机械结构安全评价和安全监控系统的研究现 状进行了总结，提出了一款基于g p r s 数传技术和w e b 技术的大型起重机械状 态远程监测系统。 第二章通过比较四种数据传输方式的优劣，采用了基于g p r s 的无线数据传 输技术，并提出了u d p 协议少量丢包问题的解决方案以及减少g p r s 流量的数 据压缩方法。 第三章简述了基于t d c 的应变测量原理，研究并比较了传统和t d c 的零 点补偿和温度补偿方法，得出t d c 补偿方法可靠、使用方便。 第四章研究了自重应力计算与导入以及零点漂移修正的方法，并对如何根 据静动载测试结果进行结构劣化趋势分析及安全寿命在线评估进行了研究。 第五章分析了大型起重机械状态远程监测系统研究的软硬件设计方法，对 系统的硬件组成做了简要描述，重点对软件部分包括g p r sd t u 终端设置和监 控中心进行了设计，开发了基于w e b 的起重机械状态远程监测系统。 武汉理工大学硕士学位论文 第六章设计并进行了监测系统可靠性与稳定性的测试和实际应用测试，论 证了起重机械监测系统的可靠性和实用性。 第七章在总结了论文所做工作的基础上，对下一步的研究工作做出了规划， 如系统增加一些故障诊断功能，研究数据传输与数据库访问的安全问题，随着 移动网络从2 5 g 发展到3 g ，系统硬件与软件的升级问题。 关键词：远程监测，数据传输，裂化趋势，安全评估，起重机 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fn a t i o n a le c o n o m y ，i nt h ep o r t s ，r a i ly a r d so fl o a d i n g a n du n l o a d i n gg o o d s ，c o n s t r u c t i o ns i t e sa n ds h i p y a r d s ，t h el i f t i n gm a c h i n e r yi su s e d m o r ea n dm o r ew i d e l ya n dt h er o l ei sm o r ea n dm o r ei m p o r t a n t b e c a u s eo ft h eb i g l i f t i n gc a p a c i t y ，t h es t r o n gc o n t i n u i t yo p e r a t i o n s ，t h ep o o re n v i r o n m e n to n - s i t ea n ds o 0 1 1 ，i nt h ep r o c e s so ft h ea c t u a lu s eo fl i f t i n gm a c h i n e r yi t sp r o n et o 晡n ga b o u t a c c i d e n t s ，c a u s i n gi r r e p a r a b l ec a s u a l t i e sa n dh u g ep r o p e r t yl o s s e s i no r d e rt op r o t e c t t h ew o r k i n gs a f e t yo ft h ec r a n e s ，t h en a t i o n a ls t a n d a r db u r e a ui s s u e dt h es t a n d a r d c r a n es a f e t yr e g u l a t i o n sg b6 0 6 7 - 8 5a n dr e q u i r e dt h em o s tb a s i cs a f er e q u i r e m e n t s o nt h ed e s i g n , m a n u f a c t u r e ，i n s p e c t i o n , s c r a p i n g ，u s ea n dm a n a g e m e n to ft h ec r a n e s h o w e v e r , i n d i v i d u a li n j u r i e sa n de q u i p m e n ta c c i d e n t sd u et ol i f t i n gm a c h i n e r ya l e c o i n m o n t h el a c ko fe f f e c t i v es u p e r v i s i o na n dm a n a g e m e n ti st h eo n em a i nc a u s eo f f r e q u e n ta c c i d e n t s h o wt om o n i t o ra n dm a n a g et h e s ed e v i c e sa n dt oe n s u r et h e r e l i a b i l i t yo fo p e r a t i o na n dt oi m p r o v et h ee c o n o m i ce f f i c i e n c yo fe n t e r p r i s e si so n e o ft h eg o a l so fm o d e mb u s i n e s sm a n a g e m e n t al a r g ec r a n es t r u c t u r er e m o t em o n i t o r i n gs y s t e mb a s e do ng p r st e c h n o l o g y a n dw e bt e c h n o l o g yw e r ed e s i g n e da n dd e v e l o p e di nt h i sp a p e r t h es y s t e mb a s e d o nb sm o d e lp l a t f o r ma n dw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k , c a na c h i e v et h e h i g h - p r e c i s i o nd a t ac o l l e c t i o no fd y n a m i cl o a ds t r e s sa n do t h e rp a r a m e t e r s ，k e e pd a t a t r a n s p o r t i n gs e c u r ea n de f f i c i e n t ，i m p l e m e n to n - l i n em o n i t o r i n ga n dw a r n i n gi n a d v a n c ea n ds a f e t ya s s e s s m e n tb a s e do nm o n i t o r i n gd a t a a sar e s u l to ft h ep r a c t i c a l a p p l i c a t i o n ，t h es y s t e mc o u l de n s u r er e l i a b l ed a t aa n ds t a b l ep e r f o r m a n c ea n db eo f g r e a ts i g n i f i c a n c et oi m p r o v et h ee f f i c i e n c ya n ds a f e t yo ft h ec r a n e s s o i tw o u l d c r e a t ee n o r m o u se c o n o m i ca n dp r a c t i c a lb e n e f i ta n df i t si nw i t ht h el o n g t e r m m o n i t o r i n go fh u g ec r a n e sa n ds t r u c t u r a lt e s t i n ga n do t h e rp r o j e c t s t h ef u l lt e x ti s d i v i d e di n t os e v e n c h a p t e r s c h a p t e ro n ee m p h a s i z e dt h ei m p o r t a n c eo fc r a n es a f e t y ，a n da n a l y z e dt h el a c ko f c o n v e n t i o n a lm e t h o d so fd e t e c t i o na n dm o n i t o r i n go fc r a n es t r u c t u r ea n dm a d e g e n e r a ls u m m a r i z e so ns t r u c t u r a ls a f e t ye v a l u a t i o no fl i f t i n ga p p l i a n c e sa n ds e c u r i t y m o n i t o r i n gs y s t e m sf o rt h ep r e s e n ts i t u a t i o n t h e ni tp r o p o s e dal a r g ec r a n es t r u c t u r e i i i 武汉理工大学硕士学位论文 r e m o t em o n i t o r i n gs y s t e mb a s e do ng p r st e c h n o l o g ya n dw e bt e c h n o l o g y i nc h a p t e rt w of o c u s e do nf o u rd a t at r a n s m i s s i o nm e t h o d sb yc o m p a r i n gt h e i r a d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e s ，a n di t i ss u i t a b l ef o ru st oa d o p tt h ew i r e l e s sd a t a t r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g yb a s e do ng p r s i na d d i t i o ni tp r o p o s e ds o l u t i o nm e t h o d so n t h ep r o b l e m so fas m a l la m o u n to fp a c k e tl o s so fu d pp r o t o c o l sa n dd a t a c o m p r e s s i o nt or e d u c et h eg p r s f l o w i nc h a p t e rt h r e et h ep r i n c i p l eo fs t r a i nm e a s u r e m e mb a s e do nt d cw a ss t u d i e d t h e nb yc o m p a r i n gt h ez e r oc o m p e n s a t i o na n dt e m p e r a t u r ec o m p e n s a t i o nb e t w e e n t h et r a d i t i o n a lm e t h o da n dt h em e t h o db a s e do nt d c ，i tp r o v e dt h a tt h ec o m p e n s a t i o n m e t h o db a s e do nt d ci sr e l i a b l ea n dc o n v e n i e n tt ou s e c h a p t e rf o u rt h em e t h o d so ft h ew e i g h ts t r e s sc a l c u l a t i o na n dt h ez e r od r i f t c o r r e c t i o nw a ss t u d i e d i ta l s om a d et h o r o u g hr e s e a r c h e st h a th o wt oa n a l y z e s t r u c t u r a ld e t e r i o r a t i o nt r e n da n de s t i m a t et h er e s i d u a lf a t i g u el i f eo fl a r g ec r a n e so n l i n ea c c o r d i n gt os t a t i ca n dd y n a m i ct e s tr e s u l t s i n c h a p t e r f i v et h e d e s i g n i n g m e t h o do ft h ep o r t m a c h i n e r ys t r u c t u r e d m o n i t o r i n gs y s t e m ss o f t w a r ea n dh a r d w a r ew a sa n a l y z e da n dd e s i g n e d t h e ni t b r i e f l yd e s c r i b e dt h eh a r d w a r ec o m p o n e n t so ft h es y s t e ma n de m p h a t i c a l l yd e s i g n e d t h es o f t w a r ep a r ti n c l u d i n gg p r sd t ut e r m i n a lc o n t o la n dt h em o n i t o r i n gc e n t e r , a n d al a r g ec r a n es t r u c t u r er e m o t em o n i t o r i n gs y s t e mb a s e do nw e bt e c h n o l o g yw a s d e v e l o p e di nt h i sc h a p t e r 。 i nc h a p t e rs i xt h er e l i a b i l i t ya n ds t a b i l i t yt e s t i n ga n da p p l i c a t i o nc a p a b i l i t y t e s t i n g o ft h ec r a n e m o n i t o r i n gs y s t e m w e r ed e s i g n e da n da c c o m p l i s h e d i t d e m o n s t r a t e dt h er e l i a b i l i t ya n dp r a c t i c a l i t yo ft h es y s t e m i nc h a p t e rs e v e nt h e p a p e r s m a i nr e s e a r c hw o r ka n da c h i e v e m e n tw e r e s u m m a r i z e dg e n e r a l l y , a n dt h ef o r e c a s tt o t h er e s e a r c hw o r ka n dd e v e l o p m e n t d i r e c t i o ni nt h ef u t u r ew a sm a d e ，s u c ha st oa d dt h ef a u l td i a g n o s i sf u n c t i o no ft h e s y s t e m ，t h ed a t at r a n s f e ra n dd a t a b a s ea c c e s ss e c u r i t yi s s u e s ，w i t ht h em o b i l en e t w o r k f r o m2 5 gd e v e l o p i n gt o3 g ，s y s t e m sh a r d w a r ea n ds o f t w a r eu p g r a d ei s s u e s k e y w o r d s ：r e m o t em o n i t o r i n g ，d a t at r a n s m i s s i o n ，d e t e r i o r a t i o nt r e n d ，s a f e t y a s s e s s m e n t ，c r a n e i v 武汉理工大学硕士学位论文 目录 摘要- i a b s t r a c t i i i 第l 章 绪论：一l 1 1 课题研究的目的与意义j 。1 1 2 港口起重机械结构监测系统的研究现状与发展动态：3 1 2 1 结构测试方法研究现状与发展动态厶j 3 1 2 2 起重机械结构安全评价研究：3 1 2 3 起重机械远程安全监控系统的研究现状_ 一5 1 3 论文研究的内容与方法：7 第2 章无线数据传输技术研究9 2 1 我国主要公网介绍一9 2 2 数据传输方式选择1 1 2 3g p r s 网络关键技术研究一1 2 2 3 1g p r s 网络传输协议选择及可靠性研究1 2 2 3 2g p r sd t u 模块选择及通讯协议设计一1 3 2 3 3 数据压缩方法研究- 19 第3 章基于t d c 的零点补偿和增益补偿方法研究2 l 3 1 基于t d c 的应变测量原理2 1 3 2 增益误差和零点误差概念2 2 3 3 传统增益补偿和零点补偿的方式2 2 3 4t d c 测试系统的增益补偿和零点补偿o 2 3 3 5 两种补偿方式的比较2 4 第4 章结构在线安全性评估方法研究2 5 4 1 自重应力计算与导入以及零点漂移修正2 5 4 1 1 自重应力计算与导入_ 2 5 4 1 2 零点漂移修正2 5 4 2 基于智能静动载检测的劣化趋势分析2 6 4 2 1 智能静动载检测的实现2 6 4 2 2 劣化趋势分析2 7 v 武汉理工大学硕士学位论文 4 3 安全使用期在线评估2 7 第5 章基于w e b 的起重机械结构远程监测系统研制3 0 5 1 系统功能分析及总体设计3 0 5 1 1 系统功能分析3 0 5 1 2 系统总体设计一3 0 5 2 监测系统的硬件组成3 2 5 2 1 总体电源模块设计3 2 5 2 2 应变测量硬件设计3 3 5 2 3 工况参数测量硬件设计一3 3 5 2 4g p r s 模块设计3 5 5 3 系统软件设计3 5 5 3 1g p r sd t u 终端设置。3 7 5 3 2 服务器数据接收模块。3 8 5 3 4w e b 查询一4 6 5 3 5 终端管理模块5 0 5 3 6 报警模块设计5 2 第6 章港口起重机械状态无线监测系统的应用5 6 6 1 监测系统的性能试验5 6 6 2 监测系统在港口起重机械的实际应用6 3 第7 章总结与展望6 6 7 1 本文的主要研究成果6 6 7 2 展望与发展6 6 参考文献6 7 致 谢7 0 攻读硕士学位期间科研和论文情况7 1 v l 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 课题研究的目的与意义 随着国民经济的发展，起重机械在港口码头、铁路装卸场、建筑工地、造 船厂的使用越来越广、作用越来越大。由于起重量大、作业连续性强、现场环 境恶劣等因素，起重机械在实际使用过程中容易出现各种事故，造成无法弥补 的人员伤亡和巨大的财产损失。据中国特种设备检验网统计，2 0 0 8 年共发生特 种设备事故3 0 7 起( 其中起重机械事故5 4 起) ，死亡3 1 7 人，受伤4 6 1 人，直 接经济损失9 7 8 9 4 8 万元。2 0 0 9 年共发生特种设备事故3 8 0 起( 其中起重机械 事故6 9 起) ，死亡3 1 5 人，受伤4 0 2 人，直接经济损失6 1 8 1 万元。2 0 1 0 年1 月 至6 月，共发生特种设备事故8 0 起( 其中起重机械事故2 7 起) ，死亡8 5 人， 受伤9 0 人。为了保障起重机械的工作安全，国家准标局颁布了起重机械安全规 程g b6 0 6 7 8 5 ，对起重机械的设计、制造、检验、报废、使用与管理等方面的 安全要求做了最基本的规定。2 0 1 1 年3 月2 5 日，国家质检总局和国家安全监管 总局联合印发大型起重机械安装安全监控管理系统实施方案，部署在“十二五” 期间，以公路建设、铁路建设、船舶修造等行业( 领域) 为重点，以提高大型 起重机械本质安全为目的，以使用单位和生产单位为主体，逐步实现在大型起 重机械上安装安全监控管理系统的任务。尽管如此，由于起重机械引起的人员 伤亡和设备事故屡见不鲜。缺乏有效的监督与管理是造成事故频发的主要原因 之一。为此如何监督与管理好这些设备，确保作业的安全可靠性，提高企业的 经济效益，是现代企业管理的目标之一。 支撑起重机安全的金属结构多为薄臂箱型结构，在多种工况复杂作用力下， 承受冲击载荷大，金属结构容易出现各种缺陷；另外违规操作、维护管理水平 低也是造成安全事故发生的主要原因之一，为确保大型起重机械的安全运行， 必须加强设备运行维护与管理。 金属结构的检测方法常采用基于关键构件受力点的应变测试方法。常规的 检测方法采用贴应变片，然后将信号通过导线输送到应变测试仪器。这种方式 的主要缺陷包括：1 ) 检测结果只能反映当时的单点时间的信息，无法提供实时 状态，不能应对结构突发事故。2 ) 检测干扰大：传输导线不可避免地受到各种 入 f ， p i 武汉理工大学硕士学位论文 电磁干扰，导线引入的阻抗、环境温度的变化也会对检测精度产生干扰。3 ) 检 测时间长、劳动强度大：需要布置和拆卸大量的导线，需要将测试设备搬到起 重机上，准备时间通常占整个测试时间的6 0 以上。4 ) 常规的应力测试获取的 是基于某个状态的应力变化信息，通常不能获取关键受力点的绝对数值，用之 判断结构的安全存在局限性；5 ) 目前进行构件的安全使用期分析时，动态时间 历程一般采用现场获取，代表性差。且历史数据一般较难进行有效统计。 随着计算机技术、无线传感器网络技术、物联网技术的发展，无线应变测 试正在港机等起重行业进行应用尝试。目前，生产无线应变测试产品的企业较 多，但成功应用于起重机械的很少。专业用于起重机械结构监测的几乎没有。 主要原因体现在：1 ) 常规的无线应变测试系统主要以短距离测试为主，过多考 虑节点的节能，发射功率不高，非可视传输距离受限。2 ) 常用的无线传感器网 络测试系统在起重机械上应用大多存在金属障碍物绕射和穿透能力差的缺点。 3 ) 港口环境恶劣，起重机制动频繁，常用的无线传感器网络测试系统的抗干扰 能力差。4 ) 一般的无线应变测试系统需要额外配置远程传输功能，系统稳定性 不够。5 ) 常规的无线应变测试系统价格贵。单个测试节点的价格在5 0 0 0 元( 国 产) 5 0 0 0 0 元( 进口) 之间。不含传感器等其它成本。 为了有效的解决现有测试系统的弊端，保障起重机械的安全运行，避免巨 大的经济损失和无法弥补的人员伤亡，大幅度降低监测成本，提高企业的经济 效益，建立和应用大型起重机械状态远程监测系统显得十分必要和迫切。起重 机械管理者对监测系统的要求一般体现在： 1 ) 数据准确可靠，系统稳定，实时性好。 2 ) 价格实惠、维护成本低。 3 ) 使用简易方便，无需专业的工作人员监管，系统自动对数据进行分析、 评估、预警。 4 ) 安装更换方便。 本课题研究了一款基于g p r s 数传技术和w e b 技术的大型起重机械状态远 程监测系统。该系统利用无线通讯网络，基于b s 型模式平台，能够实现高精 度的结构动载应力和其他参数的数据采集、数据安全高效传输、监测数据的实 时显示与预警以及基于监测数据的安全评估，可有效减少监测费用，保证数据 的实时可靠，提高起重机械工作效率和安全性的优点，具有良好的经济性和实 用性。可广泛应用在大型起重机械的智能检测和安全监测等项目。 2 ，武汉理工大学硕士学位论文 1 2 港口起重机械结构监测系统的研究现状与发展动态 1 2 1 结构测试方法研究现状与发展动态 入 f ， 卜 4 传统的结构检测方式采用贴应变片和布置导线，然后将信号通过导线输送 到应变测试仪器。陈峥【8 】等介绍了浮式起重机应力检测的方法，采用有线的应变 仪器进行静动载测试，并对测试结果进行了安全评估。陈中【5 7 】等采用同样的测 试方法对桥式起重机金属结构进行了静动载应力检测并分析了测试结果。陈华1 5 9 1 等研究了起重机械安装中的应力测试技术，并对起重量为6 0 0t 的门式起重机主 梁进行了应力检测。 随着无线传感器网络技术的发展，刘小贞【5 8 j 等利用无线射频技术设计了一 种起重机应力状态监测的无线检测系统，并重点介绍了硬件部分。尚盈【5 副等利 用z i g b e e 技术设计了用于应变监测的无线传感器网络节点，并对节点进行了标 定，通过试验验证了节点的抗干扰性强，实时性好，稳定可靠。戴亚文i ”j 采用i e e e 8 0 2 1 5 4 通信技术和2 4 位高精度a d 芯片设计和开发了一种高精度无线应变传 感器节点，并通过试验验证该节点精度高，功耗小，实用性强。吴金鹏i l 、黄 海涛【7 】探析了港口机械金属结构应力监测的方法与手段，提出基于光纤光栅传感 技术的应力监测和基于电阻应变电测技术的应力监测方法。这些系统主要用于 现场无线检测，传输距离一般在5 0 m 1 0 0 m ，未实现远程数据的传输，未能实现 实时在线监测，系统硬件包括采集节点和基站节点，设备费用高。 1 2 2 起重机械结构安全评价研究 金属结构做为港口机械承受载荷的支撑部件，在多种工况复杂作用力下， 每次循环都处于反复制动的交变动载荷作用，承受冲击载荷大，结构安全评价 研究意义重大。结构疲劳寿命分析基本方法疲劳寿命分析主要包括以下4 种方 法： 1 ) 名义应力法，以名义应力为基本参数，根据载荷谱求出结构危险部位的名 义应力谱，以s - n 曲线和疲劳累积损伤法为主要计算依据计算结构疲劳寿命的 方法。 2 ) 局部应力应变法，基本假设：若同种材料制成的构件的危险部位的最大 应力应变历程与一个光滑试件的应力应变历程相同，则它们的疲劳寿命相同。 目前的局部应力应变法绝大多数采用稳态循环应力一应变曲线。主要用于单个 3 、 ， 、 武汉理工大学硕士学位论文 零件的疲劳分析，对于大型复杂结构的疲劳分析还不能满足精确度的要求。 3 ) 损伤容限法，是在断裂力学基础上发展起来的一种疲劳分析方法。在规 定的期限内，不会发生低循环疲劳失效或高循环疲劳失效所受到的损伤程度的上 限，称为损伤容限。其假设前提为结构有初始裂纹，根据结构在外部载荷作用下 的裂纹扩展规律，估算其剩余寿命。 4 ) 疲劳可靠性法，钢结构的疲劳可靠性一般按疲劳承载能力极限状态进行 验算。根据需要可采用等效等幅重复应力法、极限损伤度法、断裂力学方法。 根据载荷、材料疲劳性能和其它影响疲劳寿命数据分散性的因素提出疲劳破坏 概率的概念，确定在一定的范围内结构不被破坏。 在上述疲劳寿命分析方法中，根据名义应力法算出的寿命的是总寿命；局部 应力应变法算出的是裂纹形成寿命；根据损伤容限法算出的是裂纹扩展寿命； 总寿命为裂纹形成寿命与裂纹扩展寿命之和。刘晋川【1 2 】等对结构疲劳寿命分析 基本方法的进行了分析探讨，并开发了以损伤容限法计算结构疲劳剩余寿命的 评估系统。张莉瑶【3 6 】将隶属函数引入到剩余寿命评估中，形成了基于模糊修正 m i n e r 法则的疲劳寿命估算方法，解决了传统疲劳寿命预测误差较大的问题。并 以3 2 t 3 1 5 m 通用中轨桥式起重机为例进行了剩余寿命计算。王进 3 7 1 提出了用有 限元软件对塔机进行疲劳寿命计算的方法，并以q t z 4 0 1 0 型塔式起重机为例， 得到该塔机的疲劳剩余寿命。并依据疲劳寿命计算结果，对该类型塔式起重机 提出了具体的优化方案。姜明鸿 9 1 等提出了根据港口机械历史检测结果数据库， 依据结构劣化指标和安全使用期的名义应力法预测结构的剩余安全使用期限。 杨俊【3 5 】等( 北京起重运输机械设计研究院) 基于可靠性理论和安全评估理 论，根据起重机械设备的故障规律把起重机械的安全可靠性分为早期、中期、 后期3 个阶段分别进行研究，具有一定的实用价值。 付芹【2 】研究了p n n ( p n n 是基于p a r z e n 窗函数和b a y e s 分类规则的前向型自 监督神经网络模型) 模型理论和方法，并以塔机为例利用p n n 模型进行故障诊断 和预报，实验结果证明该方法准确有效，有很高的实用价值。 李波【3 8 】依据模糊综合评判数学法设计了桥机金属结构评估系统，并利用蒙 特卡罗法与有限元技术以及m s c n a s t r a n 及i s i g h t 平台，对桥式起重机金属结构 进行了可靠性分析。 市场上缺少将起重机械状态监测和安全评估相结合的产品，由于设备的安 全评估是- - n 综合性的学问，企业的工作人员不一定具备这样的专业知识，企 业如果引进引进这方面的技术人才，这样不仅增加企业的负担也造成人力资源 4 ，a 武汉理工大学硕士学位论文 的浪费。 1 2 3 起重机械远程安全监控系统的研究现状 国内许多学者对塔机的相关参数进行了安全监控，李楠 3 0 l 等在分析塔式起 重机结构和事故原因的基础上，对塔机的起重量、小车幅度、小车速度、回转 角度、起升高度、起重力矩、吊臂倾角、风力风速、温( 湿) 度等参数进行监测， 为塔机作业提供了更精确更完善的安全保障。王海霞 4 1 等根据塔机起重力矩与力 矩限制器弓板位移量之间的函数关系，通过测量弓板位移就可以计算起重力矩， 从而实现起重力矩的实时监测，并通过实际应用验证函数曲线拟合较好。贾永 峰【2 0 】等根据数据拟合建立了起重量限制器所受拉力与起重量的数学模型，为准 确的监测塔机起重量提供了新的方法。并结合塔机q t z 6 3 实测研究表明该测量 方法精度高、误差小。王乔【3 i ( 山东省建筑科学研究院建设机械研究所) 研究了 一种塔机起重力矩在线监测系统。该系统采用数字式位移传感器，通过监测塔 机吊重时弓板的变形量得出实测起重力矩并统计塔机工作的满载率和循环次数 进行安全寿命评估，精度高，成本低。高钰敏1 2 9 ( 宜昌市微特电子设备有限责 任公司) 自主研发了w t l a 2 2 0 塔机安全监控系统，对塔机在使用过程中的工 况进行了实时监控并预警，并介绍了g p s g p r s 模块操作流程，该系统具有一 定的推广意义。戚本志【2 7 1 等开发了基于a r m 和g p r s 的塔机远程监控系统，系 统由终端监控平台和远程监控管理平台组成。终端监控平台将塔吊运行工况信 息和预警信息实时发送到g i s 可视化远程监控平台，报警信息同时以短信的方 式发到工作人员手机上，该系统适用于高层建筑工程等项目。 朱晓红【2 2 】根据铁路救援起重吊车作业时的受力情况，对各支腿受力及地面 坚实程度进行实时监测和评估，工作人员可以从各监测显示器上看到起重吊车 在作业时的稳定状态，对现场作业时的安全提供了有效的保障，并提高了事故 救援的效率。强宝民【5 】等也提出了根据实时测量液压支腿受力的方法来确定起 重转载设备整车稳定性状况的监测方案。 裴玮【3 3 】等将虚拟仿真技术与有限元计算方法结合，以l 型单主梁吊钩门式 起重机为例，对起重机安全监测传感器布点位置的选择进行了研究，并通过应 变测试验了证仿真结果和实测吻合。裴玮【2 4 】等设计了基于分布式光纤传感技术 的起重机械健康监测与预警系统，利用时间序列分析发对起重机械损伤进行预警， 为企业对起重机械的管理提供了技术基础。 5 a 武汉理工大学硕士学位论文 朱钰【3 l 】等设计开发出了一套起重机工况监控及报警系统，对起重机的起升、 回转、变幅等状态进行了安全监控，并根据状态信息分等级实行报警或停机处理。 王卫辉【2 l j 等分析盘式制动器的制动力矩的工作原理，采用p l c 对起升机构 制动器运行状况进行了实时监测。唐开龙1 3 4 】等( 上海海得控制系统股份有限公 司) 设计开发了一种适用于港口起重设备远程监控的n e t s c a d a 系统，该系统 采用了最新的互联网和数据库技术，可以对各种型号的p l c 进行监控，用户可 以通过i n t e m e t 在任何地点、任何时间进行监测和遥控。张愉【1 7 】等研究了一种基 于i n t e m e t 和无线以太网的港口起重机远程监控系统，该系统可以对各种型号的 p l c 进行远程监控( 被监控的起重设备的p l c 控制器必须有以太网接口) ，易操 作、成本低，系统安全可靠。 杨小栋【2 3 】研制了一种新型的自动防风防撞装置，在防风装置上设置光电开 关和预警电路，防止强台风和瞬间突发强风使起重机械失控移动，并且能够检测 大车行进前方的障碍物，发出防撞预警信号。 尹献德 2 6 j 等( 河南省特种设备安全检测研究院) 研制了基于i - l c o s i i 嵌入 式实时操作系统r t o s 、针对桥( 门) 式起重机安全运行的监控装置，对拱度、起 重量、起升钢丝绳偏角、起升高度、制动器性能和大车行走同步性进行实时监 测，并实现参数的实时显示、预警和紧急控制。通过在3 2 5 t 桥式起重机上的应用， 证明该装置所选监测参数能够实现预期的安全防护作用。 程家斌【2 5 】设计了汽车起重机安全监控系统，采集装置包括压力传感器、角 度传感器、长度传感器、钢丝过卷传感器、钢丝过放传感器，液晶显示屏显示 工况信息、并发出声光提示和报警信息提醒工作人员。并通过实践证明该系统 运行稳定可靠，具有推广应用价值。 李正君【l o 】等通过无线以太网络技术对装卸设备中央控制器( p l c ) 进行远程 状态监控，获取实时的装卸数据和设备运行信息，实现港口装卸设备的高效监 测与管理。 曾杨【1 3 】等( 长沙中联重工科技有限公司) 对工程机械智能监测系统的关键 技术进行了研究，并提出了软件结构分七层设计的方法。 王仁群【1 5 】等设计了一套基于c a n 总线的塔机安全监控系统，系统由数据采 集模块( 有起重量检测模块、幅度检测模块、高度检测模块和角度检测模块) 、 继电器模块、人机界面模块和c a n 总线组成。用户在液晶显示器可以查看塔机 运行时的实时工作参数。该系统在实际运用中，效果良好_ 黄兵【l 】设计了基于以太网的2 5 0 0 t 起重船机舱监测报警系统a m s ，重点研究 6 产 武汉理工大学硕士学位论文 了报警的内容及功能实现。 刘晓胜【2 8 】介绍了塔机监控与安全保护系统的软硬件设计，系统选用g p s + g p r s 用来实现塔机的定位与通信。g p s 用来获取自身的位置信息，并通过g p r s 网络将塔机的位置信息、状态数据发送到远程监测中心。塔机群之间采用z i g b e e 无线技术进行通信，实现塔机群相互定位及组网通信。并重点探究了塔机群防 碰撞算法，以及数据的存储与安全算法。 基于g p r s 和c s 模式的应力监测系统，解决了数据传输距离的问题，但 是在c s 模式下，客户需要安装客户端软件，不方便随时随地实时查看，大大 影响了监测系统的推广。刘俊掣1 4 1 等提出了一种基于b s 模式的工业生产数据 监测系统，采用客户层、服务层、数据层三层体系结构，实现了工业生产过程 中数据的网络监测，具有实际应用价值。另外，张红先等【3 2 j 研究了基于j s p 技 术的电力设备运行状态的远程监测，还增加了专家留言，操作简单，并在湖南 电力试验研究所的中心服务器上运行，取得了很好的经济效益和可观的实用价 值。周科1 9 1 等设计的多层结构模式网上分布式监测系统，采用j a v a b e a n 技术和 w e b 技术实现了企业工业控制数据的远程动态显示和发布，并将管理网络同工控 网络结合在一起。 日本安川公司的基于无线接入技术的起重机监控系统( c r a n em o n i t o r i n g s y s t e m ，c m s ) 利用