[发明专利]一种利用塔身顶端轨迹特征判定塔机塔身单肢螺栓预紧力的方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用塔身顶端轨迹特征判定塔机塔身单肢螺栓预紧力的方法及其应用，属于塔桅式钢结构安全监测领域。

背景技术

塔机由于其自身工作效率高、工作半径大等优点，成为现代工业和土木工程领域广泛使用的起重运输机械。塔机在使用过程中，螺栓连接极易出现预紧力不足或螺栓松动的情况，这对于塔机安全工作是极大的隐患。定期对塔机进行安全检查是一种消除安全隐患的方法，但塔机结构庞大，全面检查是一件费时费力的工作。如何对塔机塔身单肢螺栓松动的状态进行检测，目前还没有相关的方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种利用塔身顶端轨迹特征判定塔机塔身单肢螺栓预紧力的方法。

本发明还公开一种利用上述方法判断塔机塔身单肢螺栓松动的应用。

本发明的技术方案如下：

一种利用塔身顶端轨迹特征判定塔机塔身单肢螺栓预紧力的方法，包括步骤如下：

(1)建立三维模型定坐标系和动坐标系：

在定坐标系oxyz中，以塔机塔身与地面的连接点为坐标原点o，定坐标系oxyz原点o为塔身在地面固定截面的中心点；坐标轴x正方向为地面北向；坐标轴y正方向为地面西向；坐标轴z正方向为垂直于地面向上，与塔机塔身中心线重合；

在动坐标系O’X’Y’Z’中，以塔身顶端回转支承回转平面与过点o且垂直于地面的直线的交点O’为原点，坐标轴X’正方向为起重臂轴线远离塔身方向，即幅度增大方向，坐标轴Z’正方向为垂直于地面向上，坐标轴Y’正方向为垂直于起重臂轴线与X’、Z’轴符合右手螺旋法则；如图1所示，oO’垂直于地面；

调整塔机塔身单肢螺栓预紧力为Kt1，采集上述预紧力Kt1时塔机空载回转臂回转一周中塔身顶端在动坐标系中O’X’Y’平面内投影点集合；

(2)利用平滑连续的曲线顺序将步骤(1)所述的投影点连接，围成封闭曲线，形成上述预紧力对应的塔身顶端轨迹图；

(3)调整改变步骤(1)所述塔机塔身单肢螺栓预紧力为Kt2、Kt3……Ktn后，其中n为大于等于2的整数，再按照步骤(1)、(2)记载，分别绘出同一预紧力所对应的塔身顶端轨迹图；

(4)按照现有技术对步骤(2)和步骤(3)中塔机塔身顶端轨迹图的外围边缘分别绘制最小外接圆；

(5)提取步骤(4)中所述最小外接圆的特征值，结合该特征值和对应的预紧力绘制塔身顶端轨迹特征值与预紧力曲线图，所述预紧力曲线图的横坐标为塔机塔身单肢螺栓预紧力，所述预紧力曲线图的纵坐标为所述最小外接圆的特征值；

(6)当需要检测塔机塔身单肢螺栓预紧力时，采集塔机空载回转臂回转一周中塔身顶端在动坐标系中O’X’Y’平面内投影点集合；

(7)利用平滑连续的曲线顺序将步骤(6)所述投影点连接，围成封闭曲线，形成待测预紧力对应的塔身顶端轨迹图；

(8)按照现有技术对步骤(7)中塔机塔身顶端轨迹图的外围边缘绘制最小外接圆；

(9)提取步骤(8)中所述最小外接圆的特征值；

(10)依据步骤(5)所述预紧力曲线图，查找步骤(9)所述最小外接圆的特征值所对应的塔机塔身单肢螺栓预紧力Ka。

一种利用上述方法判断塔机塔身单肢螺栓松动的应用，包括步骤如下：

(11)设定塔机塔身单肢螺栓预紧力的预警值Y，所述预警值Y＝K/a，其中K为塔机塔身单肢螺栓预紧力的出厂设计值，单位为牛顿；所述1＜a≤2；

(12)当所述步骤(10)中查找到的塔机塔身单肢螺栓预紧力Ka≥Y时，判定所述塔机塔身单肢螺栓处于安全松动范围；Ka＜Y时，判定所述塔机塔身单肢螺栓处于危险松动范围。根据本发明优选的，在步骤(1)、(3)中，所述的预紧力Kt1、Ktn下，其中n为大于等于2的整数，分别采集所述塔机塔身顶端空载旋转一周时在动坐标系中O’X’Y’平面内的多组投影坐标(x,y)，形成同一预紧力塔机塔身顶端空载时在O’X’Y’平面内的投影坐标集合。

在步骤(6)中，直接采集塔机塔身顶端空载旋转一周时在动坐标系O’X’Y’Z’中O’X’Y’平面内的多组投影坐标(x,y)，形成待测预紧力塔机塔身顶端空载时在O’X’Y’平面内的投影坐标集合。

根据本发明优选的，在步骤(2)、(3)、(7)中，在所述动坐标系O’X’Y’Z’中O’X’Y’平面内，利用同一预紧力条件下的多组投影坐标(x,y)绘制同一预紧力的塔身顶端轨迹图。