基于倾角传感器的塔吊垂直度分段测量系统-机械工程专业论文.docx

万方数据 万方数据 Dissertation Submitted to Hebei University of Technology for The Master Degree of Mechanical Engineering A MEASUREMENT SYSTEM BASED ON TILT SENSOR FOR THE INCLINED STATE OF TOWER CRANE by Miao Wengang Supervisor: Prof. Dai Shijie April 2015 原创性声明本人 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取 得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经 发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及 的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文 原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 关于学位论文版权使用授权的说明 本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有 权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全 文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。 （保密的学位论文在解密后适用本授权说明） 学位论文作者签名： 日期： 导 师 签 名： 日期 河北工业大学硕士学位论文 摘 要 塔吊是建筑场地必备的吊卸设备，具有作业高度大、吊载重量大、作业时间长等 特点,安装及使用过程中其安全性很重要，尤其使用过程中其稳定性尤为重要。塔吊 垂直度是测评其稳定性的一项重要指标，多数事故的发生与塔吊的垂直度超过规定标 准有关，塔吊垂直度测量方法的研究引起了人们的关注。 目前传统的塔吊垂直度测量方法是利用经纬仪和标靶配合的人工测量方式，此方 法操作复杂、精度较低且操作限制条件较多。设计一个精度高、操作简便的塔吊倾斜 检测系统十分必要，同时对其它领域的垂直度测量也有一定的研究意义。 针对目前人工测量方法的缺点，通过对位移、角度测量传感器的分析，确定使用 倾角传感器作为测量系统核心部件。 采用 Ansys 建立了塔吊仿真模型，可更全面了解塔吊可能出现的各种倾斜变形情 况。对部分工况下的塔吊倾斜状况进行了仿真分析，研究人员可以直观的观察塔吊在 不同工况下可能出现的倾斜状态。对一些工况下塔吊的受力情况进行了分析，判断其 是否产生挠性变形，为数据补偿提供了一定的参考。塔吊模型的模态分析结果显示， 塔吊在受外界扰动的情况下塔身会出现弯曲、扭曲、抖动、旋转等姿态。部分动态分 析结果显示塔吊在作业中可能产生瞬间的过大倾斜。通过以上分析可知准确掌握塔吊 的整体倾斜变形情况需要对塔吊进行多点测量，据此确定分段测量的方案。并且为防 止瞬时过大倾斜引起系统误报警，测量系统应设置相应的功能，这为测量系统的设计 提供了参考。 对测量方案流程进行了设计，并对传感器安装位置、姿态等细节进行了分析，结 果显示设计合理。基于 ADXL345 加速度传感器设计了简易倾角传感器，并对影响其精 度的因素做了相关介绍分析，对倾角传感器的测量原理给出了更详细的介绍，并应用 自制传感器对无线通讯模块进行了测试。 采用倾角传感器设计了塔吊垂直度分段测量系统，编制了简洁的上位机控制界 面。实际测量实验结果与经纬仪多次测量并对数据进行严谨处理后的结果进行对比， 两者基本一致，说明了系统测量精度的可靠性。为减小操作过程的危险性，采用无线 通讯读取数据,实验结果表明，无线通讯信息传送流畅，可实时显示塔吊的倾斜状态， 较精确的显示塔吊的整体状态。该方法可以更简便、直观的检测塔吊的整体倾斜状态， 对塔吊的安全作业有较好的指导作用和实际应用意义。 关键词：塔吊垂直度，倾角传感器，塔吊仿真模型，分段测量系统 I 基于倾角传感器的塔吊垂直度分段测量系统 II 河北工业大学硕士学位论文 ABSTRACT Tower crane is necessary in construction site, its characteristics include working height, lifting characteristics of large carrying capacity and long operation time, the safety of tower crane is very important, stability is particularly important. The inclination of tower crane is an imp