一种起重机轮压测试装置与方法制造方法及图纸

一种起重机轮压测试装置：包括磁化线圈电流以及用于提取被测点磁特性各向异性效应的电信号的异方性输出线圈；该装置还设有振荡电路，所述的振荡电路通过放大电路与磁化线圈电流连接；所述的异方性输出线圈通过放大电路接入电桥整流电路，磁化线圈电流也与电桥整流电路电性连接，所述的电桥整流电路和信号采集与处理电路连接；信号采集与处理电路另一端还与一数据采集模块通信连接，数据采集模块再与计算机系统通信连接。本发明专利技术还公开了一种起重机轮压测试方法。本发明专利技术不需表面处理；可非接触测量；测量效率高；结果是绝对值；测量方法简便；无耗材；测量成本低；测量精度高；能实现起重机车轮分布的测量。

Device and method for testing wheel pressure of crane

A kind of crane wheel pressure testing device comprises a magnetizing coil current and for the anisotropy of the output signal extraction coil measured point magnetic properties of the anisotropic effect; the device is also provided with an oscillating circuit, the oscillation circuit through an amplifying circuit connected with the magnetizing coil current; anisotropy of the coil by amplifying output the circuit connected to bridge rectifier circuit, a magnetizing coil current and bridge rectifier circuit is electrically connected with the bridge rectifier circuit and the signal acquisition and processing circuit is connected with the signal acquisition and processing circuit; the other end with a data acquisition module communication connection, data acquisition module is connected with computer communication system. The invention also discloses a method for testing the wheel pressure of the crane. The invention does not need surface treatment; non contact measurement; high measuring efficiency; the result is absolute value; simple measuring method; no consumables; low measurement cost; high accuracy; to achieve the measurement of the distribution of wheel crane.

【技术实现步骤摘要】
一种起重机轮压测试装置与方法
本专利技术涉及一种轮压测试装置，特别是一种起重机轮压测试装置，本专利技术还涉及利用该装置进行轮压测试的方法。
技术介绍
起重机轮压是起重机械设计中的关键重要参数，一般是指一个车轮对地面或轨面的垂直压力。轮压的最大值不仅影响到起重机的机构设计，如车轮大小和数量等，还会影响到起重机的桥架、门架结构的设计和基础承压能力的设计。传统起重机设计中，轮压依据设计手册根据起重机自重、跨度、起吊重量等根据静力平衡方程计算出来的；但由于此问题实际是一个超静定问题，因此必须进行必要的简化，而且轮压的分配还与结构的刚度有关，所以按照传统的方法计算的轮压值精确度较低。文献《起重机最大轮压的测定方法》（傅燕鸣，徐大伟等《机械设计与研究》1993（01）：46-48）中提出一种最大载荷支点测量法测量轮压。最大载荷支点测量法是根据起重机重心确定最大载荷的支点，用千斤顶将承受最大载荷的支腿抬起，使车轮脱离轨道接触，测出千斤顶前端静态应变值，然后使起重机满载作离地全速上升和上升制动、全速下降和下降制动等动作，测出几组压力最大值的数据。最后，计算支撑腿的最大载荷，再平均分给车轮而得出最大轮压值。最大载荷支点测量法简单方便，测定结果较理论计算更为精确可靠，但该方法中确定重心位置可能存在误差，不能保证全部车轮都与轨道脱离接触，而且车轮与轨道脱离接触后重心位置会发生变化，只能获取轮压的平均值，不能够进行动态和实时测量。授权公告号CN104034469B的专利技术专利公开了一种起重机最大轮压测定方法。该方法首先在轨道两侧粘贴应变片，然后测量起重机空载匀速通过测量点的应变，从而获得轮压与应变的标定系数；最后测量各工况测量点的应变值，然后根据线性公式把应变值换算成轮压值。该方法通过应变值来间接获得轮压值，操作方便。但该方法需要测量起重机空载匀速通过测量点的应变，从而获得轮压与应变的标定系数，由于振动，轨道不平等原因此时测量的空载应变往往不准确且难以辨识；而且该方法通过一个线性经验公式把应变转换为轮压，但由于轮轨接触过程中不可避免要发生塑形变形，因此应变与轮压的关系往往不是线性的，随着起重机重量和载荷的增大，此方法测量的准确度将越来越低。研究最大轮压问题必须研究和解决轮轨接触问题，而该问题在理论和实验测试方面都具有较高难度。轮轨滚动接触基本理论研究包括轮轨蠕滑率/力理论和轮轨三维弹塑性滚动接触。目前有多种轮轨接触模型，Cater的二维滚动接触模型，Vermeulen-Johnson在Cater研究的基础上建立的无自旋三维滚动接触模型，Kaller基于边界元、弹性力学余能变分原理和数学规划法建立了三维弹性体非Hertz线性滚动接触模型和Kaller简化模型并且编制了数值计算程序CONTACT；CONTACT基于的理论叫做“完全理论”，是目前研究三维弹性体非Hertz滚动接触问题最完善的理论。沈－Hedrick-Elkins小自旋三维滚动接触模型。上述的滚动接触模型多基于Hertz接触条件，只考虑线弹性接触问题，简化了滚动接触，对于接触斑曲率半径和接触物体几何特征尺寸处于同量级的情况、弹塑性和大变形滚动接触等问题有待发展新的接触理论模型来考虑这些因素。轮轨接触问题是一种接触边界、材料、几何高度非线性的行为，有限元方法是研究和解决此问题的一种较理想的方法。上世纪80年代末，Oden和Lin用有限元法求解平面滚动接触问题，Bass在此基础上研究了三维滚动接触问题；Telliskivit通过轮轨静态接触分析指出：轮轨发生2点接触时，有限元法与Hertz理论、CONTACT计算结果差异较大；钟万勰利用参变量变分原理和有限元二次规划法求解了三维静态弹塑性接触问题，张军利用该理论和计算程序DELNAS分析了启动和制动时轮轨弹塑性滚动接触；目前采用有限元方法研究轮轨滚动接触问题得到的结论还较零散，没有把轮轨运动状态和轮轨蠕滑力关系按数表方式建立起来，不能提供快速精确的计算模型。目前随着港口起重机械、轮轨交通和某些游乐设施的发展，迫切需要寻找一种理论和实验测试相结合的方法，快速便捷的获得满足工程使用精度的轮轨力，进而为设备的设计、优化、动力学仿真、在线监测提供支持。目前国内设计人员使用的是根据经典力学得到的经验公式和数据，不能满足起重机械设计的效能最优和轻量化要求。工程实践需要更精确的最大轮压值，但是现在多数起重机轮压分配是超静定的，其分配与起重机的结构、基础刚度、制造精度和轨道平度有关，因而要直接精确测量或者理论计算非常困难，所以有必要研究一种可以精确和便捷的测试起重机械最大轮压的方法和装置。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种精确、便捷的起重机轮压测试装置。本专利技术所要解决的另一个技术问题是提供了一种起重机轮压测试方法。该方法是基于弹塑性接触的力学的港口起重机轨道竖直方向应变与轮压模型与起重机轮压测试装置相结合的起重机最大轮压的测量方法，可以快速方便和准确地测量起重机各轮轮压，为起重机设计，优化，轻量化，以及港口建设提供基础数据。本专利技术所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本专利技术是一种起重机轮压测试装置，其特点是：包括探头，所述的探头为磁应力传感器，所述的磁应力传感器包括磁化线圈电流以及用于提取被测点磁特性各向异性效应的电信号的异方性输出线圈；该装置还设有振荡电路，所述的振荡电路通过放大电路与磁化线圈电流连接；所述的异方性输出线圈通过放大电路接入电桥整流电路，磁化线圈电流也与电桥整流电路电性连接，所述的电桥整流电路和信号采集与处理电路连接；信号采集与处理电路另一端还与一数据采集模块通信连接，数据采集模块再与计算机系统通信连接。本专利技术所述的起重机轮压测试装置，其进一步优选的技术方案是：该装置还设有壳体，所述的振荡电路、放大电路、电桥整流电路、信号采集与处理电路和数据采集模块均设在壳体内；在壳体上还设有频率选择开关和电流调节开关，所述的电流调节开关与电桥整流电路连接；所述的频率选择开关与振荡电路连接。本专利技术所述的起重机轮压测试装置，其进一步优选的技术方案是：所述的频率选择开关分为两档，其中1档为0Hz－100Hz，2档为100Hz－2000Hz；所述的调电流调节开关的调节范围是0A－1A。本专利技术还公开了一种起重机轮压测试方法，其特点是：其步骤如下：（1）通过计算得到当起重臂与轨道平行有最大的轮压，根据所确定的最大轮压与起重臂位置的关系建立起重机整体有限元模型；通过经典理论和有限元分析计算，得到轮压分布规律:起重机各轮的轮压分布不同，驱动轮组的各轮的轮压接近相同，从动轮组各轮的轮压近似相同；重心靠近哪个轮组，其轮压较大，随着起吊重量的增大，距起重臂近的轮组的轮压越来越大，而较远轮组的轮压越来越小；（2）建立基于弹塑性接触理论的应变—轮压模型：首先确定应变测量点位置；其次建立轮轨弹塑性接触分析模型；有限元模型取钢轨长0.5m，取1/2钢轨建模；取1/12车轮建模，有限元模型采用ANSYS实体单元SOLID45，共划分8483个单元和9995个节点；约束轨道Y向位移，在对称面施加对称约束；在轮辋对称面上施加垂向力；车轮踏面选用CONTA174单元模拟接触面，钢轨选用TARGE170单元模拟目标面，接触算法选本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种起重机轮压测试装置，其特征在于：包括探头，所述的探头为磁应力传感器，所述的磁应力传感器包括磁化线圈电流以及用于提取被测点磁特性各向异性效应的电信号的异方性输出线圈；该装置还设有振荡电路，所述的振荡电路通过放大电路与磁化线圈电流连接；所述的异方性输出线圈通过放大电路接入电桥整流电路，磁化线圈电流也与电桥整流电路电性连接，所述的电桥整流电路和信号采集与处理电路连接；信号采集与处理电路另一端还与一数据采集模块通信连接，数据采集模块再与计算机系统通信连接。

【技术特征摘要】
1.一种起重机轮压测试装置，其特征在于：包括探头，所述的探头为磁应力传感器，所述的磁应力传感器包括磁化线圈电流以及用于提取被测点磁特性各向异性效应的电信号的异方性输出线圈；该装置还设有振荡电路，所述的振荡电路通过放大电路与磁化线圈电流连接；所述的异方性输出线圈通过放大电路接入电桥整流电路，磁化线圈电流也与电桥整流电路电性连接，所述的电桥整流电路和信号采集与处理电路连接；信号采集与处理电路另一端还与一数据采集模块通信连接，数据采集模块再与计算机系统通信连接。2.根据权利要求1所述的起重机轮压测试装置，其特征在于：该装置还设有壳体，所述的振荡电路、放大电路、电桥整流电路、信号采集与处理电路和数据采集模块均设在壳体内；在壳体上还设有频率选择开关和电流调节开关，所述的电流调节开关与电桥整流电路连接；所述的频率选择开关与振荡电路连接。3.根据权利要求2所述的起重机轮压测试装置，其特征在于：所述的频率选择开关分为两档，其中1档为0Hz－100Hz，2档为100Hz－2000Hz；所述的调电流调节开关的调节范围是0A－1A。4.一种起重机轮压测试方法，其特征在于：其步骤如下：（1）通过计算得到当起重臂与轨道平行有最大的轮压，根据所确定的最大轮压与起重臂位置的关系建立起重机整体有限元模型；通过经典理论和有限元分析计算，得到轮压分布规律:起重机各轮的轮压分布不同，驱动轮组的各轮的轮压接近相同，从动轮组各轮的轮压近似相同；重心靠近哪个轮组，其轮压较大，随着起吊重量的增大，距起重臂近的轮组的轮压越来越大，而较远轮组的轮压越来越小；（2）建立基于弹塑性接触理论的应变—轮压模型：首先确定应变测量点位置；其次建立轮轨弹塑性接触分析模型；有限元模型取钢轨长0.5m，取1/2钢轨建模；取1/12车轮建模，有限元模型采用ANSYS实体单元SOLID45，共划分8483个单元和9995个节点；约束轨道Y向位移，在对称面施加对称约束；在轮辋对称面上施加垂向力；车轮踏面选用CONTA174单元模拟接触面，钢...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志斌，张华民，钱明佺，葛藤，殷春浩，
申请(专利权)人：江苏省特种设备安全监督检验研究院，
类型：发明
国别省市：江苏,32