浅析物联网技术的起重机结构应力实时监测与故障诊断系统

浅析物联网技术的起重机结构应力实时监测与故障诊断系统

周凯

江苏省特种设备安全监督检验研究院无锡分院 214000

摘要：起重机在我国是特种设备中的一种，应用范围非常广泛，为我国的制造、物流等行业发展做出了巨大贡献。起重机在工作过程中因为其起吊货物重、工作高度较高等原因，容易发生安全事故，起重机的结构性能、运行状况以及使用功能等出现问题都会对工作效率、人身安全造成非常大的影响，为此制定出一套完善的起重机检测体系显得尤为重要。传统的起重机检测方式费时费力，检测精细度不高，随着互联网技术的发展，物联网被逐渐应用到更多的领域中，物联网技术能够实现实时监控、收集和分析数据以及数据存储功能，将物联网技术应用到起重机检测中能够实现对起重机运行状态的实时监测，能够发现设备中的隐藏问题，并做出相应的解决措施，显著提升起重机管理的效率。

关键词：物联网技术 起重机机构 问题 分析 检测系统

引言：起重机在我国属于特种设备中的一种，起重机的安全性备受关注。起重机的安全运行关系重大，能及时了解起重机的实时运行状态是起重机高效、安全运行的基本保障现阶段起重机的安全问题主要体现在限位装置失效以及缓冲器和止档不匹配两个方面，完善起重机的检测

方法是预防起重机出现安全故障的重要路径，可以从主梁腹板局部翘曲检测、主梁上拱度

检测、电机检测以及灯光回路检测四个检测方法进行。另外，随着信息技术的发展，物联

网技术已经开始运用到起重机的安全监控上面，可以实现起重机运行状况的动态监测以及

故障报警等功能，对于提高起重机的安全性能具有非常重要的作用。

一、基于物联网起重机监测及安全预警

起重机物联网实时监控通过监测起重量g(重量传感器)、电机起升速度”(PLC控制电流)、电机轴承振动幅值八加速度振动传感器)、电机轴承温度r(温度传感器)、金属结构应力占

(应变片)、吊钩高度日(滚筒驱动电机安装旋转编码器)、行车实时位置y(RFID电子标签)等了解起重机的实时运行状态。其中行车实时定位采用射频识别技术设计，根据对行车监控精度的要求，沿行车轨道按一定间隔放置电子标签；在炼钢炉，连铸机等重点设备选代表位置设置电子标签，在行车上对应位置安装识别装置，所有埋设的电子标签都存储有互不重复的地址编码，当行车途经或到达所埋设的电子标签位置时，车载读码器读出该标签地址编码传送到行车数据采集系统。系统采用无源电子标签，且所有用来定位的电子标签相互独立。通过对设备实时监测能保障设备的安全运行，但不能保证起重机在性能下降或故障发生前提前改善性能或消除故障隐患。

二、安全预警模型的建立

安全预警模型如下：采用熵值法和神经网络修正得到二次拟合灰色模型和残差修正灰色模型预测的退化特征值的综合预测值，同时，为降低原始数据引起的模型停滞性，采用新陈代

谢的方法对整个模型进行改进。最后采用归一化数据处理方法处理不同退化特征值的预测结果，得到综合评判值。

1.熵值分配的灰色综合模型

通过建立的二次拟合灰色模型和残差修正灰色模型旧。由于单个预测模型预测值置信度低，需要进行多模型综合预测。下面利用熵值法得到该时刻的综合预测值。在系统中，熵值是系统无序、混乱的一个衡量标准，即系统的熵值越大，它所包含的有用信息就越少，系统性能指标的变化程度就越小。反之，系统的熵值越小，则它包含的有用信息就越多，系统性能指标的变化程度就越大旧。J。利用熵值法的思想：若单个预测模型预测的误差序列的变异程度越大，则在综合预测中所分配的权值就越小。通熵值法计算式为：∥(☆。)=∑f。掣(^i)，江1，2，3，… (1)，n=l式中：f。为由误差序列计算得到的单个预测模型的分配权值；寅∑’(％．)为单个预测模型预测值。

2.神经网络对综合模型的修正

通过熵值法能够改善单个预测模型预测精度低的不足。特别适合混合预测模型在某时刻的预测值有比实测值偏大的模型也有比实测值偏小的模型的情况。但当所有预测模型在某段时刻的预测值与实测值相比全部偏大或全部偏小时，熵值法修正的预测精度就会下降。而神经网适合处理需要同时考虑许多因素、不精确的信息问题。此时，采用神经网络对预测值进行二次修正，弥补熵值法的不足。

三、现阶段起重机安全问题分析

现阶段起重机的安全问题主要体现在两个方面，分别是限位装置失效以及缓冲器和止档不匹配。造成限位装置失效通常是由两方面原因造成的 ：第一是设备操作工人在进行使用时操作不规范，导致起重机在起重过程中会产生侧向拉力，绳索在上升过程中会出现斜拉现象，造成限位器中的螺栓部件发生变形，最终影响到限位装置的工作效能 ；第二是限位装置自然使用损坏造成的，起重设备使用过程中限位装置造成磨损是非常正常的现象，如果没有及时更换磨损过度的限位装置，在继续使用的情况下也会造成限位装置失效。缓冲器和止档不匹配主要是由于两个部件的安装工序相差较大，缓冲器是在起重设备生产加工完成以后，并且设备还未出厂就已经安装好的，止档装置的安装是在起重设备使用过

程中，由使用方自行安装的，最终由于两者不匹配而导致起重机安全事故的发生。

四、起重机检测方法

1.主梁腹板局部翘曲检测。起重机按照结构形式分为多种类型，常用的方式有桥式起

重机，本文也以桥式起重机为例进行检测。起重机主梁腹板的检测标准规定在腹板的任意位

置选取点进行受力分析，在实际测量过程中通常选取的检测方向和检测点在盖板高度的 1/3 范围内。紧接着使用专用工具确定检测点，将检测点处的相关数据代入到计算公式中，从而能

够得到腹板最大与最小值之间的数据差，得到的数值就是需要检测的局部翘曲值。检测出的数值不能够大于表格中的数值才能保证起重机主梁腹板的力学性能，确保起重机能够安全运行。

2.主梁上拱度检测。

主梁上拱度检测是

起重机检测中必不可少的项目，检测前需要保基于物联网技术的起重机检测方法与应用探讨质量基础主梁处于水平位置，可以使用垫片对主梁进行调整，调整后的主梁两端底座板的垂直高度差不得大于 2mm。为了提高检测结果的精确性，需要控制测量器材的精度以及位置，水准仪是检测的必备工具之一，使用位置一般放在底座板的上表面，然后采用水准仪对各点的高度及平均值进行测量，设定平均值为h 0，三大底座板的高度分别为h 1、h 2、h 3，则F =h 0-h +△F ，其中△F 为垫脚方位与拱度的关系，同时还需要对起重机工作的地方进行照明，灯光的检测主要是对灯光的防碰防撞性能的检测。在进行起重机灯光回路的检测时首先要断开总电源，同时为了提高回路检测的安全性，可以在现场设置安全性能更高的低压检测电源。另外，需要注意的是不能将起重机的外部壳体作为线路的零线，防止电气事故的发生 ；还需要注意的是不能将电机电源作为灯光电源使用，防止因为灯光线路问题造成整个起重机电路的瘫痪。

结语：综上所述，此新型检测装置设计合理，结构简单，实施容易，在保证了原有砂轮耗尽的检测及报警功能的同时更加精准的控制，提高了砂轮的使用率。

参考文献：

[1] 张华刚 基于虚拟仪器的桥门式起重机起升机构检测评价系统 [J]. 石家庄铁道大学学报,2018,(01)

[2] 赵凯等 应力测试结合无损检测在起重机专用梁式吊具安全评估中的应用分析 [J]. 内燃机与配件 , 2017(24)