專利名稱：桿件軸向荷載超限預(yù)警系統(tǒng)及預(yù)警方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種桿件軸向荷載超限預(yù)警系統(tǒng)及預(yù)警方法，屬于建筑工程荷載測量 技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
桿件在各類工程中有著廣泛的應(yīng)用，例如在建筑安裝工程中使用的腳手架通常由 大量鋼管零部件通過多種形式連接而成。由于腳手架結(jié)構(gòu)龐大，受力狀態(tài)復(fù)雜，在施工中容 易出現(xiàn)局部構(gòu)件超載破壞，特別是高層建筑施工中使用的懸掛式腳手架的爬升桿，一旦斷 裂將導(dǎo)致整體模架下墜，造成重大的安全事故。資料顯示，在我國建筑施工系統(tǒng)每年發(fā)生的 傷亡事故中，約有三分之一的傷亡事故直接或間接地與腳手架架設(shè)工具及其使用的問題有 關(guān)，因而應(yīng)建立切實(shí)可行的安全防護(hù)體系，研發(fā)相應(yīng)的安全預(yù)警設(shè)備，以避免不必要的生命 財(cái)產(chǎn)損失。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的所要解決的技術(shù)問題是針對上述背景技術(shù)中的缺陷，提供一種桿件軸向 荷載超限預(yù)警系統(tǒng)及預(yù)警方法，避免在各類工程中桿件安全隱患的發(fā)生。技術(shù)方案本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案—種桿件軸向荷載超限預(yù)警系統(tǒng)，包括用于采集桿件軸向荷載超限的預(yù)警信號的預(yù)警信號采集裝置；用于采用聲光方式報(bào)警的聲光報(bào)警裝置；用于顯示預(yù)警系統(tǒng)工作狀況的系統(tǒng)工作狀況顯示裝置；用于接收并處理預(yù)警信號采集裝置輸出的預(yù)警信號、并控制聲光報(bào)警裝置和控制 系統(tǒng)工作狀況顯示裝置的信號分析處理模塊；其中預(yù)警信號采集裝置的輸出端與信號分析處理模塊輸入端連接，信號分析處理 模塊的輸出端分別與聲光報(bào)警裝置的輸入端、系統(tǒng)工作狀況顯示裝置的輸入端連接。進(jìn)一步地，上述桿件軸向荷載超限預(yù)警系統(tǒng)的預(yù)警信號采集裝置包括齒桿應(yīng)變放 大裝置和應(yīng)變采集桿。進(jìn)一步地，上述桿件軸向荷載超限預(yù)警系統(tǒng)的齒桿應(yīng)變放大裝置包括測桿、齒條、 同軸齒輪、指針齒輪、指針、表盤、透明表殼和回復(fù)彈簧；所述測桿的底部與應(yīng)變采集桿的頂 部通過聯(lián)軸器相連，應(yīng)變采集桿的底部固定于桿件扣件上，應(yīng)變采集桿的頂部可以上下伸 縮并帶動測桿上下移動，測桿上帶有齒條，齒條與同軸齒輪的小齒輪咬合，同軸齒輪的大齒 輪與轉(zhuǎn)動指針的指針齒輪咬合；齒桿應(yīng)變放大裝置的表面為帶有刻度的表盤，表盤可以繞 其中心轉(zhuǎn)動；測桿與齒桿應(yīng)變放大裝置的外殼通過回復(fù)彈簧連接。進(jìn)一步地，上述桿件軸向荷載超限預(yù)警系統(tǒng)的齒桿應(yīng)變放大裝置的透明表殼可以繞其中心轉(zhuǎn)動，透明表殼上開有一個(gè)小孔，小孔內(nèi)固定設(shè)置有一個(gè)金屬觸點(diǎn)，所述金屬觸點(diǎn) 不與表盤接觸，所述金屬觸點(diǎn)通過一根導(dǎo)線與信號分析處理模塊相連，另一根導(dǎo)線的一端 連接齒桿應(yīng)變放大裝置的指針、另一端連接信號分析處理模塊。進(jìn)一步地，上述桿件軸向荷載超限預(yù)警系統(tǒng)的聲光報(bào)警裝置采用聲光報(bào)警器。進(jìn)一步地，上述桿件軸向荷載超限預(yù)警系統(tǒng)的系統(tǒng)工作狀況顯示裝置采用兩種顏 色的led指示燈，兩種顏色分別為紅色、綠色。進(jìn)一步地，上述桿件軸向荷載超限預(yù)警系統(tǒng)的信號分析處理模塊采用繼電器作為 主要控制部分。一種基于上述桿件軸向荷載超限預(yù)警系統(tǒng)的桿件軸向荷載超限預(yù)警方法，包括如 下步驟步驟A、首先將信號分析處理模塊置于控制箱內(nèi)，其次將系統(tǒng)工作狀況顯示裝置安 裝在控制箱表面，之后將控制箱、聲光報(bào)警裝置、預(yù)警信號采集裝置均通過桿件扣件固定在 桿件上；步驟B、預(yù)警系統(tǒng)啟動前，通過旋轉(zhuǎn)齒桿應(yīng)變放大裝置的表盤，使表盤的零刻度與 指針的投影重合，設(shè)定被測桿件荷載的初始值；通過旋轉(zhuǎn)齒桿應(yīng)變放大裝置的透明表殼，使 透明表殼上的金屬觸點(diǎn)的投影位于所需設(shè)定的荷載預(yù)警值對應(yīng)的刻度處；步驟C、啟動預(yù)警系統(tǒng)，預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)后，通過被測桿件上荷載的變化引 起齒桿應(yīng)變放大裝置的指針偏轉(zhuǎn)，當(dāng)荷載增量達(dá)到預(yù)警值時(shí)，齒桿應(yīng)變放大裝置的指針與 透明表殼上的金屬觸點(diǎn)接觸，繼電器常開點(diǎn)閉合，信號分析處理模塊控制工作狀況顯示裝 置顯紅燈，同時(shí)啟動聲光報(bào)警裝置進(jìn)行預(yù)警。有益效果1、可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)同軸齒輪的大、小齒輪以及指針齒輪、表盤的半徑，以獲 得所需精度，測量精度高。2、適用性強(qiáng)，可以根據(jù)不同桿件的特點(diǎn)和使用需要，設(shè)定桿件軸向荷載初始值和
預(yù)警值。3、預(yù)警及時(shí)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測桿件的工作狀況，及時(shí)預(yù)警荷載超限狀況，保證桿件的 使用安全，為施工現(xiàn)場的生命財(cái)產(chǎn)安全提供保障。4、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、成本低廉，通過桿件扣件即可固定在桿件上或從桿件 上卸掉。通過旋轉(zhuǎn)齒桿應(yīng)變放大裝置的表盤和透明表殼即可實(shí)現(xiàn)初始值和預(yù)警值的設(shè)定。


圖1本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及桿件扣件截面示意圖。圖2本發(fā)明的齒桿應(yīng)變放大裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖3本發(fā)明的系統(tǒng)的框架示意圖。
圖4本發(fā)明的電路原理圖。圖1中的標(biāo)號解釋1、桿件，2、齒桿應(yīng)變放大裝置，3、應(yīng)變采集桿，4、金屬觸點(diǎn)，5、 桿件扣件，6、信號分析處理模塊，7、系統(tǒng)工作狀況顯示裝置，8、聲光報(bào)警裝置。圖2中的標(biāo)號解釋2_1、測桿，2-2、齒條，2-3、同軸齒輪，2-4、指針齒輪，2-5、指 針，2-6、表盤，2-7、回復(fù)彈簧，2-8、透明表殼。具體實(shí)施方案下面結(jié)合附圖對技術(shù)方案的實(shí)施作進(jìn)一步的詳細(xì)描述如圖1所示，本發(fā)明桿件軸向荷載超限預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于設(shè)置在桿件上的預(yù)警信號采集裝置；設(shè)置在桿件上的聲光報(bào)警裝置8 ；設(shè)置在桿 件上的系統(tǒng)工作狀況顯示裝置7 ；—個(gè)用于接收并處理預(yù)警信號采集裝置齒桿應(yīng)變放大 裝置2、應(yīng)變采集桿3輸出的信號、控制聲光報(bào)警裝置8和控制系統(tǒng)工作狀況顯示裝置7的 信號分析處理模塊6。信號分析處理模塊6置于控制箱內(nèi)，系統(tǒng)工作狀況顯示裝置7安裝在控制箱表面， 控制箱、聲光報(bào)警裝置8、預(yù)警信號采集裝置均通過桿件扣件5固定在桿件1上。如圖2所示，桿件扣件5分別由兩個(gè)半圓形鋼槽組成，一側(cè)鉸接，將另一側(cè)分開后， 扣在需要預(yù)警的桿件1上，再通過螺絲錨固，保證桿件扣件5與桿件1連接牢固。如圖3所示，預(yù)警系統(tǒng)包括預(yù)警信號采集裝置、聲光報(bào)警裝置、系統(tǒng)工作狀況顯 示裝置、信號分析處理模塊；其中預(yù)警信號采集裝置的輸出端與信號分析處理模塊輸入端 連接，信號分析處理模塊的輸出端分別與聲光報(bào)警裝置的輸入端、系統(tǒng)工作狀況顯示裝置 的輸入端連接。預(yù)警信號采集裝置由齒桿應(yīng)變放大裝置2和應(yīng)變采集桿3組成。齒桿應(yīng)變放大裝 置2通過桿件扣件5固定在桿件1上，其測桿的底部與應(yīng)變采集桿3的頂部通過聯(lián)軸器相 連，應(yīng)變采集桿3的底部固定在桿件扣件5上，桿件扣件5固定在桿件1上。齒桿應(yīng)變放大裝置2包括測桿2-1、齒條2-2、同軸齒輪2_3、指針齒輪2_4、指針 2-5、表盤2-6、回復(fù)彈簧2-7和透明表殼2-8。測桿2_1與齒桿應(yīng)變放大裝置2的外殼通過 回復(fù)彈簧2-7連接，保證當(dāng)被測量桿件1的軸向荷載減小時(shí)，測桿2-1能夠及時(shí)復(fù)位。測桿 2-1上帶有齒條2-2，齒條2-2與同軸齒輪2-3的小齒輪咬合，同軸齒輪2_3的大齒輪與轉(zhuǎn) 動指針2-5的指針齒輪2-4咬合。當(dāng)應(yīng)變采集桿3采集到被測量桿件1的受力變化時(shí)，其 頂部將上下伸縮并帶動測桿2-1上下移動，同軸齒輪2-3也跟著一起轉(zhuǎn)動，然后通過指針齒 輪2-4帶動指針2-5偏轉(zhuǎn)。齒桿應(yīng)變放大裝置2的透明表殼2-8可以繞其中心轉(zhuǎn)動，透明表殼2-8上開有一 個(gè)小孔，金屬觸點(diǎn)4固定于小孔內(nèi)，但不與表盤2-6接觸，金屬觸點(diǎn)4通過一根導(dǎo)線與信號 分析處理模塊6相連。另有一根導(dǎo)線一端與齒桿應(yīng)變放大裝置2的指針2-5相連，另一端 與信號分析處理模塊6相連。在桿件軸向荷載超限預(yù)警系統(tǒng)啟動前，通過旋轉(zhuǎn)齒桿應(yīng)變放 大裝置2的表盤2-6，使表盤2-6的零刻度與指針2-5的投影重合，設(shè)定被測桿件1的荷載 初始值。指針2-5的讀數(shù)對應(yīng)于兩個(gè)桿件扣件5之間桿件1的軸向變形增量。通過旋轉(zhuǎn)齒 桿應(yīng)變放大裝置2的透明表殼2-8，使金屬觸點(diǎn)4的投影位于所需設(shè)定的荷載預(yù)警值對應(yīng)的 刻度處。預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)后，被測桿件1上荷載的變化將引起指針2-5偏轉(zhuǎn)，當(dāng)荷載 增量達(dá)到預(yù)警值時(shí)，指針2-5與金屬觸點(diǎn)4接觸，繼電器Kl常開點(diǎn)閉合，信號分析處理模塊 6啟動聲光報(bào)警裝置8進(jìn)行預(yù)警。將桿件軸向荷載超限預(yù)警系統(tǒng)安裝在桿件1上，接通電源后，系統(tǒng)工作狀況顯示 裝置7顯示綠燈。信號分析處理模塊6接收預(yù)警信號采集裝置采集到的信號，通過處理后， 在系統(tǒng)工作狀況顯示裝置7和聲光報(bào)警裝置8中輸出結(jié)果。當(dāng)桿件1軸向荷載超限時(shí)，系統(tǒng)工作狀況顯示裝置7顯示紅燈，同時(shí)啟動聲光報(bào)警裝置8進(jìn)行預(yù)警。如圖4所示，本實(shí)施例的桿件軸向荷載超限預(yù)警系統(tǒng)電路原理。閉合Si，接通電源 1，系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)工作狀況顯示裝置7顯示綠燈；當(dāng)桿件1所受荷載增量達(dá)到 預(yù)警值時(shí)，齒桿應(yīng)變放大裝置2的指針2-5與金屬觸點(diǎn)4接觸，開關(guān)S2閉合，使得繼電器Kl 常開點(diǎn)閉合，系統(tǒng)工作狀況顯示裝置7顯示紅燈，同時(shí)啟動聲光報(bào)警裝置8進(jìn)行預(yù)警。本實(shí)施例的具體工作過程如下選用外徑為48mm、壁厚為3. 5mm的Q235無縫鋼管作為本實(shí)施例中桿件1的材料， 其彈性模量為206GPa，容許應(yīng)力值為[ο] = 167MPa，齒桿應(yīng)變放大裝置2精度為0. OOlmm, 指針2-5旋轉(zhuǎn)1圈對應(yīng)于兩個(gè)桿件扣件5之間桿件1的軸向變形增量為0. 2mm。兩個(gè)桿件 扣件5的中心距為L0為150mm。取預(yù)警值為容許應(yīng)力值的70%，則桿件1所用材料的預(yù)警應(yīng)變?yōu)閇 ε ] = [ σ ] /E = (167 X IO3 X 70 % ) / (206 X IO6) = 5. 6748 X 1(Γ4兩個(gè)桿件扣件5之間桿件1的預(yù)警變形為[L] = [ ε ] XL。= 5. 6748X IO-4X 150 = 0. 085122mm[L] = 0.085122mm < 0.2mm，即當(dāng)桿件受力達(dá)到預(yù)警狀態(tài)時(shí)，指針2-5旋轉(zhuǎn)的幅度 不會超過1圈，因此本實(shí)施例確定的兩個(gè)桿件扣件5的中心距符合桿件1的材料及齒桿應(yīng) 變放大裝置2的設(shè)計(jì)要求。旋轉(zhuǎn)齒桿應(yīng)變放大裝置2的表盤，將金屬觸點(diǎn)4置于荷載預(yù)警 值處。在某施工現(xiàn)場進(jìn)行了如下表所示的桿件荷載預(yù)警試驗(yàn) 如表中所列數(shù)據(jù)可知，桿件1、2、3的軸向荷載超過了預(yù)警值，系統(tǒng)啟動聲光報(bào)警 裝置8進(jìn)行預(yù)警，而桿件4、5、6的軸向荷載在預(yù)警值范圍內(nèi)，系統(tǒng)工作狀況顯示裝置7顯示 綠燈。由本實(shí)施例可知，本發(fā)明預(yù)警準(zhǔn)確，設(shè)備工作狀況良好。本發(fā)明中涉及的未說明部 分與現(xiàn)有技術(shù)相同。
權(quán)利要求
一種桿件軸向荷載超限預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，包括用于采集桿件軸向荷載超限的預(yù)警信號的預(yù)警信號采集裝置；用于采用聲光方式報(bào)警的聲光報(bào)警裝置；用于顯示預(yù)警系統(tǒng)工作狀況的系統(tǒng)工作狀況顯示裝置；用于接收并處理預(yù)警信號采集裝置輸出的預(yù)警信號、并控制聲光報(bào)警裝置和控制系統(tǒng)工作狀況顯示裝置的信號分析處理模塊；其中預(yù)警信號采集裝置的輸出端與信號分析處理模塊輸入端連接，信號分析處理模塊的輸出端分別與聲光報(bào)警裝置的輸入端以及系統(tǒng)工作狀況顯示裝置的輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的桿件軸向荷載超限預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于所述預(yù)警信號采 集裝置包括齒桿應(yīng)變放大裝置和應(yīng)變采集桿。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的桿件軸向荷載超限預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于所述齒桿應(yīng)變放 大裝置包括測桿、齒條、同軸齒輪、指針齒輪、指針、表盤、透明表殼和回復(fù)彈簧；所述測桿的 底部與應(yīng)變采集桿的頂部通過聯(lián)軸器相連，應(yīng)變采集桿的底部固定于桿件扣件上，應(yīng)變采 集桿的頂部可以上下伸縮并帶動測桿上下移動，測桿上帶有齒條，齒條與同軸齒輪的小齒 輪咬合，同軸齒輪的大齒輪與轉(zhuǎn)動指針的指針齒輪咬合；齒桿應(yīng)變放大裝置的表面為帶有 刻度的表盤，表盤可以繞其中心轉(zhuǎn)動；測桿與齒桿應(yīng)變放大裝置的外殼通過回復(fù)彈簧連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的桿件軸向荷載超限預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于所述齒桿應(yīng)變放 大裝置的透明表殼可以繞其中心轉(zhuǎn)動，透明表殼上開有一個(gè)小孔，小孔內(nèi)固定設(shè)置有一個(gè) 金屬觸點(diǎn)，所述金屬觸點(diǎn)不與表盤接觸，所述金屬觸點(diǎn)的末端通過一根導(dǎo)線與信號分析處 理模塊相連，另有一根導(dǎo)線的一端連接齒桿應(yīng)變放大裝置的指針、另一端連接信號分析處 理模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的桿件軸向荷載超限預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于所述聲光報(bào)警裝 置采用聲光報(bào)警器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的桿件軸向荷載超限預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)工作狀 況顯示裝置采用兩種顏色的led指示燈，兩種顏色分別為紅色、綠色。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的桿件軸向荷載超限預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于所述信號分析處 理模塊采用繼電器作為主要控制部分。
8.一種基于權(quán)利要求1至7任意所述的桿件軸向荷載超限預(yù)警系統(tǒng)的桿件軸向荷載超 限預(yù)警方法，其特征在于包括如下步驟步驟A、首先將信號分析處理模塊置于控制箱內(nèi)，其次將系統(tǒng)工作狀況顯示裝置安裝在 控制箱表面，之后將控制箱、聲光報(bào)警裝置、預(yù)警信號采集裝置均通過桿件扣件固定在桿件 上；步驟B、預(yù)警系統(tǒng)啟動前，通過旋轉(zhuǎn)齒桿應(yīng)變放大裝置的表盤，使表盤的零刻度與指針 的投影重合，設(shè)定被測桿件荷載的初始值；通過旋轉(zhuǎn)齒桿應(yīng)變放大裝置的透明表殼，使透明 表殼上的金屬觸點(diǎn)的投影位于所需設(shè)定的荷載預(yù)警值對應(yīng)的刻度處；步驟C、啟動預(yù)警系統(tǒng)，預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)后，通過被測桿件上荷載的變化引起齒 桿應(yīng)變放大裝置的指針偏轉(zhuǎn)，當(dāng)荷載增量達(dá)到預(yù)警值時(shí)，齒桿應(yīng)變放大裝置的指針與透明 表殼上的金屬觸點(diǎn)接觸，繼電器常開點(diǎn)閉合，信號分析處理模塊控制工作狀況顯示裝置顯 紅燈，同時(shí)啟動聲光報(bào)警裝置進(jìn)行預(yù)警。
全文摘要
本發(fā)明提供一種桿件軸向荷載超限預(yù)警系統(tǒng)及預(yù)警方法，屬于建筑工程荷載測量技術(shù)領(lǐng)域。預(yù)警系統(tǒng)包括設(shè)置在桿件上的預(yù)警信號采集裝置、聲光報(bào)警裝置、系統(tǒng)工作狀況顯示裝置，還包括一個(gè)用于接收并處理預(yù)警信號采集裝置輸出的信號、控制聲光報(bào)警裝置和控制系統(tǒng)工作狀況顯示裝置的信號分析處理模塊。預(yù)警方法通過精確測量桿件的軸向微小形變，獲取其受力狀況，并設(shè)定荷載超限預(yù)警值，當(dāng)荷載超限時(shí)，系統(tǒng)的信號分析處理模塊將啟動聲光報(bào)警裝置予以警告。本發(fā)明測量精度高、適應(yīng)性強(qiáng)、使用和維護(hù)方便、成本低廉，能實(shí)時(shí)監(jiān)測桿件的工作狀況，及時(shí)有效地預(yù)警荷載超限，保證桿件的使用安全，為施工現(xiàn)場的生命財(cái)產(chǎn)安全提供保障。
文檔編號G08B7/06GK101908259SQ20101022500
公開日2010年12月8日 申請日期2010年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月13日
發(fā)明者廖迎娣, 張峰, 陳波濤, 陳達(dá) 申請人:河海大學(xué);南京河?？萍加邢薰?br>