以風(fēng)險識別為目的的門式起重機(jī)傳感器優(yōu)化布置研究.pdf

1、起重機(jī)械是工業(yè)生產(chǎn)和物流業(yè)的重要設(shè)備，其安全運行直接關(guān)系到企業(yè)安全生產(chǎn)和國家經(jīng)濟(jì)運行的安全。隨著國家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，起重機(jī)械得到了廣泛的應(yīng)用。同時，科技的發(fā)展和需求的升級，使得起重機(jī)械向結(jié)構(gòu)大型化、功能多元化發(fā)展，人們對其安全性能的要求不斷增高，起重機(jī)械風(fēng)險監(jiān)測系統(tǒng)也隨之不斷得到廣泛應(yīng)用。然而，起重機(jī)械傳統(tǒng)健康監(jiān)測著重于對結(jié)構(gòu)損傷發(fā)出預(yù)警，主要考慮正常工況下起重機(jī)結(jié)構(gòu)的承載能力，而未將吊重突然卸載，歪拉斜吊、臺風(fēng)作用下大車歪斜前進(jìn)等特殊

2、危險工況考慮在內(nèi)。因此在研究起重機(jī)風(fēng)險時，應(yīng)考慮起重機(jī)械結(jié)構(gòu)特性不同于橋梁等柔度較大的結(jié)構(gòu)，其本身結(jié)構(gòu)高聳、剛度大、重心高，失效狀態(tài)多為突發(fā)的、難以預(yù)測的倒塌、脫軌等非損傷累積的過程，與常規(guī)結(jié)構(gòu)的失效模式不同這些特點。
　　針對上述情況，本文提出了應(yīng)對起重機(jī)風(fēng)險監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行完善的觀點。在利用智能傳感技術(shù)實現(xiàn)基于損傷累積的起重機(jī)風(fēng)險監(jiān)測的基礎(chǔ)上，結(jié)合起重機(jī)服役環(huán)境、常見失效模式等特點，同時實現(xiàn)對起重機(jī)瞬態(tài)突發(fā)危險工況即起重機(jī)基于狀態(tài)

3、的風(fēng)險的監(jiān)測，并利用起重機(jī)械損傷預(yù)警和安全評估系統(tǒng)相關(guān)理論和方法，及時并準(zhǔn)確地對起重機(jī)風(fēng)險進(jìn)行識別和判斷，以便及時而有針對性地制定風(fēng)險相關(guān)策略和手段以降低事故發(fā)生的概率。本文以門式起重機(jī)為研究對象，提出了一種基于風(fēng)險的、更為科學(xué)的、全面的起重機(jī)風(fēng)險監(jiān)測概念，總結(jié)出了基于風(fēng)險識別的健康監(jiān)測系統(tǒng)框架，并對其監(jiān)測系統(tǒng)的傳感器布置進(jìn)行了相關(guān)研究和優(yōu)化。
　　首先，結(jié)合結(jié)構(gòu)風(fēng)險的概念以及起重機(jī)結(jié)構(gòu)特性，本文提出將起重機(jī)風(fēng)險監(jiān)測系統(tǒng)分為2類:

4、一類是基于狀態(tài)的起重機(jī)風(fēng)險監(jiān)測系統(tǒng);另一類是基于損傷累積的起重機(jī)風(fēng)險監(jiān)測系統(tǒng)。
　　其次，依照《起重機(jī)設(shè)計規(guī)范》和《起重機(jī)械安全規(guī)程》、應(yīng)用本課題組研制的軌行式起重機(jī)防撞系統(tǒng)以及通過大型有限元分析軟件ANSYS的數(shù)值模擬，分別從起重機(jī)工作環(huán)境、工作空間以及自身狀態(tài)等三個方面分析得到了起重機(jī)狀態(tài)風(fēng)險監(jiān)測儀器布置方案。
　　然后，鑒于一般情況下應(yīng)力、位移傳感器主要布置在應(yīng)力、位移危險點用以判斷和記錄結(jié)構(gòu)整體和局部狀態(tài)以評估結(jié)構(gòu)損

5、傷和壽命。本文認(rèn)為:應(yīng)力、位移傳感器還可用于監(jiān)測識別起重機(jī)基于狀態(tài)的風(fēng)險。應(yīng)用綜合評價法對用于識別起重機(jī)狀態(tài)風(fēng)險的應(yīng)力及位移傳感器進(jìn)行優(yōu)化布置。根據(jù)起重機(jī)結(jié)構(gòu)、工作環(huán)境及有限元分析結(jié)果確定影響測點布置的因素集;利用層次分析法(AHP)確定各因素權(quán)重;通過距離測度矩陣構(gòu)建模糊支持度矩陣;應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)的方法將因素集中各因素進(jìn)行分級和標(biāo)準(zhǔn)量化;最后利用加權(quán)平均綜合評價法對應(yīng)力位移傳感器待選測點進(jìn)行了優(yōu)化布置。
　　最后，本文對用于起重機(jī)

6、模態(tài)識別的狀態(tài)風(fēng)險監(jiān)測的加速度傳感器進(jìn)行了優(yōu)化布置研究。應(yīng)用MATLAB對門式起重機(jī)基于模態(tài)識別的加速度傳感器優(yōu)化布置程序進(jìn)行優(yōu)化，分別從模態(tài)數(shù)目的選取、傳感器數(shù)目的確定以及優(yōu)化方法的改進(jìn)三方面進(jìn)行。通過ROC變化率選取模態(tài)數(shù)目;運用基本和聲算法確定傳感器數(shù)目;通過改進(jìn)和聲記憶庫初始值以及將三個重要參數(shù)設(shè)為隨迭代過程動態(tài)變化的形式對和聲算法進(jìn)行改進(jìn)。應(yīng)用簡支鋼桁架梁橋模型證實了改進(jìn)優(yōu)化方法在收斂速率以及穩(wěn)定性方面的優(yōu)越性。通過應(yīng)用提出的