曲轨式起重机试验装置及其试验方法

技术领域

本发明涉及一种起重机试验装置，特别涉及一种曲轨式起重机试验装置及其试验方法。

背景技术

液化天然气(LNG)具有清洁高效、安全可控等优点，是中国能源转型过程的主体能源。LNG储罐作为LNG接收站内的核心设备，主要承担接卸、储存和外输等主要功能。随着LNG核心技术不断升级，罐内泵、起重机、气化器等关键设备突破国外壁垒。起重机作为罐顶设备，保证储罐系统安全平稳运行，其功能是在项目建设和运行期间起吊罐内低压泵、装船泵、安全阀等设备。同时LNG储罐规模趋于大型化，国内由3万方起步向22万方及以上罐容方向发展，这就对罐顶起重机有着更高的要求。

目前罐顶起重机主要分为3类，一是电动液压式防爆起重机，结构简单，通过电机驱动液压泵实现起重机变幅、起升、回转，但液压系统控制不精准，液压油容易泄露，应用较少；二是立柱旋臂式起重机，结构紧凑，通过大比率双速控制、双滚筒的设计实现精准定位，回转角度可根据工作需求设定，应用广泛；三是曲轨式起重机，该起重机坐落在钢结构架上，无回转机构，安装维修复杂，操作转向角度相比旋臂式起重机有一定限制，适用于罐顶设备间距大的LNG储罐。

随着储罐规模的扩大，储罐直径、罐内低压泵外输能力等增加，这表明罐顶起重机在起吊半径、起重能力上也需要增加。根据旋臂式起重机工作原理，起重能力增大时其配重相应增大，需通过配筋等方式维持立柱强度；当旋臂半径增加时(由于储罐直径变大，设备布置较分散等因素)，起重能力也相应减弱。另外，为满足LNG接收站LNG装船返输需求，LNG储罐需额外安装LNG装船泵。装船泵重量是以往LNG低压泵的2-2.5倍，重量在6t左右。

由曲轨式起重机自身结构可得，起吊设备时其承压荷载能够均布在轨道上。总体来说，曲轨式起重机起吊重量优于旋臂式起重机，而且荷载均匀分布，受力良好。由于旋臂式起重机载荷集中在立柱一个基础上，起重能力一般为3.5t/5t/7t，使用工况受限，难以满足实际工程项目需求。随着LNG储罐大型化发展，曲轨式起重机具备的起吊半径大、承压荷载均布、起重能力大等优势明显，应用开始普及。曲轨式起重机在罐内泵吊装过程中，具有操作简单、运行精准、安全可靠的优点，而且其旋转装置的设计保证了曲轨式起重机转弯时顺利旋转。

为保证设备出厂的可靠性，每台设备在出厂前需通过由业主和第三方见证的FAT试验。为此，亟待开发一种曲轨式起重机多功能试验台，方便在出厂前检验曲轨式起重机的吊装能力与相应轨道的设计强度、稳定性等是否满足要求。

发明内容

针对上述问题，本发明的其中一个目的是提供一种曲轨式起重机试验装置；本发明的另一个目的是提供一种基于曲轨式起重机试验装置的试验方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种曲轨式起重机试验装置，包括试验台架、试验轨道、动力系统、角度测量系统和应力监测系统；

所述试验轨道安装在所述试验台架的内顶部，曲轨式起重机悬挂于所述试验轨道上，所述动力系统与所述曲轨式起重机连接，被配置为监测和控制所述曲轨式起重机的运行；所述角度测量系统安装在曲轨式起重机的侧面及竖直中线位置上，被配置为监测所述曲轨式起重机运行时的摆动角度；所述应力监测系统安装在所述试验轨道上，被配置为监测所述曲轨式起重机运行时所述试验轨道上所受应力/应变。

所述曲轨式起重机试验装置，优选地，所述试验台架包括横梁、支撑柱、底座和连杆；所述横梁和两支撑柱共同围成门型架，若干所述门型架沿所述试验轨道的轨迹方向间隔设置在地面上，所述支撑柱均通过所述底座固定在地面上，在同侧相邻的两所述支撑柱之间设置两根所述连杆，两根所述连杆呈交叉分布。

所述曲轨式起重机试验装置，优选地，所述试验轨道由若干轨道模块沿所需轨迹拼接而成；所述轨道模块为工字钢轨道。

所述曲轨式起重机试验装置，优选地，所述动力系统包括电缆拖令、启动箱、接线箱和无线遥控手柄；所述电缆拖令包括电缆轨道、电缆和电缆小车；所述电缆轨道平行于所述试验轨道，并通过由所述试验轨道顶端引出的支撑架安装在所述试验台架上；若干所述电缆小车设置在所述电缆轨道上；所述启动箱安装在地面上；所述接线箱安装在所述曲轨式起重机上；所述电缆从所述启动箱引出，依次穿设在若干所述电缆小车后，与所述接线箱连接；所述无线遥控手柄与所述电缆拖令、启动箱、接线箱连接，被配置为控制所述曲轨式起重机的启停、运行和状态指示。

所述曲轨式起重机试验装置，优选地，所述角度测量系统包括倾角传感器、第一便携式传送单元和数据处理单元；所述倾角传感器安装在所述曲轨式起重机的侧面及竖直中线位置上，用于监测曲轨式起重机运行时在水平方向和竖直方向的振幅；所述数据处理单元通过所述第一便携式传送单元连接所述倾角传感器，并被配置为将所述倾角传感器传来的摆动振幅处理为摆动角度。

所述曲轨式起重机试验装置，优选地，所述应力监测系统包括应变片、第二便携式传送单元和显示单元；在所述试验轨道上间隔设置多个应变片；所述应变片采集所述试验轨道表面应力/应变数据，所述显示单元通过所述第二便携式传送单元与应变片连接，用于显示所述应变片传来的应力/应变数据。

所述曲轨式起重机试验装置，优选地，所述第一便携式传送单元采用信号传输线，所述数据处理单元采用计算机。

所述曲轨式起重机试验装置，优选地，所述第二便携式传送单元采用信号传输线，所述显示单元采用显示器。

所述曲轨式起重机试验装置，优选地，所述试验轨道与电缆轨道之间的间距为800mm。

第二方面，本发明还提供一种基于第一方面所述试验装置的试验方法，包括以下步骤：

(1)进行试验装置的组装；其中，动力系统包括电缆拖令、启动箱、接线箱和无线遥控手柄，电缆拖令包括电缆轨道、电缆和电缆小车；电缆轨道平行于试验轨道，并通过由试验轨道顶端引出的支撑架安装在试验台架上；若干电缆小车设置在电缆轨道上；启动箱安装在地面上；接线箱安装在曲轨式起重机上；电缆从启动箱引出，依次穿设在若干电缆小车后，与接线箱连接；无线遥控手柄与所述电缆拖令、启动箱、接线箱连接，无线遥控手柄用于控制曲轨式起重机的启停、运行和状态指示；

(2)操作者通过动力系统的无线遥控手柄启停曲轨式起重机，并控制曲轨式起重机行走和/或起吊物品，确定曲轨式起重机的运动轨迹；

(3)根据曲轨式起重机的型号，确定其目标吨位；在起吊前，根据目标吨位和试验轨道的型号设定曲轨式起重机的运行速度；

(4)通过动力系统的无线遥控手柄控制曲轨式起重机运行，包括曲轨式起重机沿试验轨道的行走、转弯以及行走过程中起吊目标吨位的物品；

(5)角度测量系统测量曲轨式起重机在目标吨位下运行时的摆动角度；利用目视法检验曲轨式起重机在试验轨道转弯时是否顺畅、有无卡滞；利用应力监测系统监测试验轨道表面所受应力/应变，根据应力/应变数据确定试验轨道的强度和变形程度；动力系统的无线遥控手柄监测曲轨式起重机在行走、起吊物品时是否保持设定的运行速度；利用目视法检验曲轨式起重机与动力系统的电缆的运行是否同步；

(6)若曲轨式起重机在运行时的摆动角度在0～0.5°内，曲轨式起重机在试验轨道上转弯顺畅无卡滞，曲轨式起重机保持设定的运行速度，试验轨道的强度、变形程度未超出要求程度，曲轨式起重机与动力系统的电缆同步运行，则确定曲轨式起重机的起吊能力满足要求、性能稳定，曲轨式起重机和试验轨道、电缆轨道相匹配；

若曲轨式起重机在运行时的摆动角度在0～0.5°内，当出现曲轨式起重机未达到设定的运行速度、曲轨式起重机在试验轨道上转弯出现卡滞、曲轨式起重机未达到规定的负载能力而导致起吊失败中的一种情形或几种情形时，重新调整或设计制造曲轨式起重机，重复步骤(2)～(5)，直至检测合格；

当试验轨道的强度低、变形程度超出要求程度，则更换试验轨道，重复步骤(1)～(5)；

当曲轨式起重机与电缆的运行未同步，需同时调整曲轨式起重机和试验轨道、电缆轨道，重复步骤(1)～(5)，直至同步运行；

若曲轨式起重机在运行时的摆动角度大于0.5°时，即曲轨式起重机性能未达到要求。

本发明采用以上技术方案，其具有如下优点：1、本发明提供的曲轨式起重机，包括试验台架、试验轨道、动力系统、角度测量系统和应力监测系统，试验轨道设置在试验台架的内顶部，曲轨式起重机悬挂在试验轨道上，通过动力系统控制和监测曲轨式起重机的运行，角度测量系统监测起重机运行时的摆动角度，应力监测系统监测起重机运行时试验轨道所受应力/应变，从而方便对曲轨式起重机的起吊能力、运行稳定性、与试验轨道的适配性(同步性)以及轨道的力学特性等进行检验。此外，试验轨道可根据需要安装在试验台架的内顶部的中心位置，或者偏心设置在试验台架的内顶部，从而可检验试验轨道在上述两种工况下的力学性能，从而方便检验曲轨式起重机在上述两种工况下的行走性能和转弯性能、曲轨式起重机的稳定性、曲轨式起重机与轨道的适配性等。

2、本发明的试验轨道由若干轨道模块沿所需轨迹拼接而成，轨道模块的数量可根据LNG罐顶空间布置情况和曲轨式起重机的型号、起重需求等决定，进而整个试验装置可为不同吊装能力的曲轨式起重机提供各项功能试验场所，具备良好的互换性。

附图说明

图1为本公开实施例提供的曲轨式起重机试验装置的俯视图；

图2为本公开实施例提供的曲轨式起重机试验装置的主视图；

图3为图1的A向结构示意图；

图4为本公开实施例提供的曲轨式起重机试验装置的角度测量系统的示意图；

图5为本公开实施例提供的曲轨式起重机试验装置的应力监测系统的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”“内”、“外”、“横”、“竖”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，使用术语“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1、图4-5所示，本公开一实施例提供一种曲轨式起重机试验装置，包括试验台架1、试验轨道2、动力系统3、角度测量系统4和应力监测系统5；

试验轨道2安装在试验台架1的内顶部，曲轨式起重机悬挂于试验轨道2上，动力系统3与曲轨式起重机连接，被配置为监测和控制曲轨式起重机的运行；角度测量系统4安装在曲轨式起重机的侧面及竖直中线位置上，被配置为监测曲轨式起重机运行时的摆动角度；应力监测系统5，安装在试验轨道2上，被配置为监测曲轨式起重机运行时试验轨道2上所受应力/应变。

在上述实施例中，如图1、图2所示，试验台架1包括横梁11、支撑柱12、底座13和连杆14；横梁11和两支撑柱12共同围成门型架，若干门型架沿试验轨道2的轨迹方向间隔设置在地面上，支撑柱12均通过底座13固定在地面上，在同侧相邻的两支撑柱12之间设置两根连杆14，两根连杆14呈交叉分布，防止试验台架的晃动，提高整体结构的稳定性；门型架之间的间距可根据实际需求设计。

在上述实施例中，如图1所示，试验轨道2由若干轨道模块21沿所需轨迹拼接而成，轨道模块21的总数目根据LNG储罐罐顶空间布置情况和曲轨式起重机的型号、起重需求等决定；轨道模块21根据实际需求可以组合不同轨道半径、轨道数量、轨道横梁间距的轨道型号，轨道组合方式灵活多变，为各种型号的曲轨式起重机提供配套的试验轨道，用于出厂前的检验，验证曲轨式起重机行走性能、转弯性能、轨道与曲轨式起重机匹配性等。轨道模块21为工字钢轨道，试验轨道2由若干工字钢轨道拼接而成。

在上述实施例中，优选地，试验轨道2一般安装在试验台架1内顶部的中心位置；但在一些实际工况下应考虑LNG储罐罐顶设备和仪表安装等空间布置因素，曲轨式起重机实际运行轨道的安装位置并非试验台架1的中心位置，而是偏心安装在试验台架1上。具体为轨道模块21一般安装在横梁11的中心位置，在一些实际工况下应考虑LNG储罐罐顶设备和仪表安装等空间布置因素，轨道模块21偏心地安装在横梁13上，以验证在这种危险工况下所述轨道模块的强度和稳定性。

在上述实施例中，如图1-3所示，动力系统3包括电缆拖令31、启动箱32、接线箱33和无线遥控手柄34；电缆拖令31包括电缆轨道311、电缆312和电缆小车313；电缆轨道311平行于试验轨道2，并通过由试验轨道2顶端引出的支撑架(图中未示出)安装在试验台架1上，电缆轨道311上设置若干电缆小车313；启动箱32安装在地面上；接线箱33安装在曲轨式起重机上；电缆312从地面的启动箱32引出，依次穿设在若干电缆小车313后，与接线箱33连接；无线遥控手柄34与电缆拖令31、启动箱32和接线箱33连接，被配置为控制曲轨式起重机的启停、运行和状态指示(如报警)；电缆312静止时(即曲轨式起重机还未启动时)呈大“W”型布置，随着曲轨式起重机的行走距离增加，电缆312依次展开，逐渐呈小“W”型布置。工作时，通过无线遥控手柄34控制曲轨式起重机的行走和起升运动，当曲轨式起重机未按规定轨迹运行或规定速度运行时，无线遥控手柄34上显示报警指示(如报警指示灯闪烁)，以此提醒操作者。

在上述实施例中，如图4所示，角度测量系统4包括倾角传感器41、第一便携式传送单元42和数据处理单元43；倾角传感器41安装在曲轨式起重机的侧面及竖直中线位置上，用于监测曲轨式起重机运行(包括行走和/或起吊物品)时在水平方向和竖直方向(即X轴和Y轴方向)的振幅，数据处理单元43通过第一便携式传送单元42连接倾角传感器41，并被配置为将倾角传感器41传来的摆动振幅处理为摆动角度，以此检验曲轨式起重机在行走及转弯时性能稳定性。

在上述实施例中，如图5所示，应力监测系统5包括应变片51、第二便携式传送单元52和显示单元53；在试验轨道2上间隔设置多个应变片51；应变片51采集试验轨道2表面应力/应变数据，显示单元53通过第二便携式传送单元52与应变片51连接，用于显示应变片51传来的应力/应变数据，以此监测轨道受力(反映轨道强度)与变形情况。优选地，每个轨道模块21上安装一个应变片51，应变片51数量与轨道模块21数量相同。

在上述实施例中，第一便携式传送单元42和第二便携式传送单元52均采用信号传输线，数据处理单元43采用计算机，显示单元53采用显示器。

在上述实施例中，试验轨道1曲率最大处半径可达4000mm，相应的位置对应的电缆轨道311半径可达4800mm。而对于曲率较平缓的位置，试验轨道半径可达22600mm，相应的位置对应的电缆轨道311半径可达21800mm。

在上述实施例中，支撑柱12的长×宽×高为300×300×4400mm，门型架的相邻两支撑柱12间的距离为5000mm。

在上述实施例中，横梁13的长×宽×高可为300×5500×300mm；相邻横梁13间距不等，横梁13间距越大，试验轨道受力越大。

在上述实施例中，试验轨道2与电缆轨道311之间的间距为800mm。

基于上述实施例中的曲轨式起重机试验装置，本公开一实施例还提供一种曲轨式起重机试验装置的试验方法，包括以下步骤：

(1)进行试验装置的组装

根据曲轨式起重机型号以及实际LNG储罐罐顶的空间位置因素确定试验轨道2的型号，然后进行试验台架1的搭建，再将试验轨道2安装在试验台架1的内顶部，可根据实际工况，将试验轨道2安装在试验台架1的内顶部的中心位置，或偏心安装在试验台架1的内顶部；曲轨式起重机悬挂在试验轨道2的一端(始端或末端)，即曲轨式起重机从试验轨道2的一端嵌套在其上；

为使电缆312和曲轨式起重机同步运动，将若干电缆小车313从电缆轨道311一端(与试验轨道2悬挂曲轨式起重机的一端为同侧)嵌套其上；电缆312从地面的启动箱32引出，穿设过若干电缆小车313后，引至曲轨式起重机上安装的接线箱33，电缆312固定在电缆小车313上，无线遥控手柄34与电缆拖令31、启动箱32和接线箱33连接；

在曲轨式起重机的侧面及竖直中线位置安装倾角传感器41，用于监测曲轨式起重机运行(包括行走和/或起吊物品)时在水平方向和竖直方向(即X轴和Y轴方向)的振幅，数据处理单元43通过第一便携式传送单元42接收倾角传感器41传来的信号，并将信号处理为摆动角度，以此检验曲轨式起重机在行走和/或起吊物品时性能稳定性；

在试验轨道2上且沿轨迹方向间隔设置应变片51，应变片51实时采集试验轨道2表面应力/应变数据，监测试验轨道2的强度和变形等力学特性；

(2)安装结束后，开启电源，操作者通过无线遥控手柄34启停曲轨式起重机，并控制曲轨式起重机行走和/或起吊物品，确定曲轨式起重机的运动轨迹。

(3)根据曲轨式起重机的型号，确定其目标吨位；在起吊前，根据目标吨位和试验轨道2的型号设定曲轨式起重机的运行速度；

曲轨式起重机在行走、起升时需保持一定速度来确保其运行和操作时的稳定性，故在起吊前，需提前设定曲轨式起重机的运行速度；

(4)通过动力系统3控制曲轨式起重机运行，包括曲轨式起重机沿试验轨道2的行走、转弯以及行走过程中起吊目标吨位的物品。

(5)角度测量系统4测量曲轨式起重机在目标吨位下运行时的摆动角度，当摆动角度范围为0～0.5°时，表明曲轨式起重机在目标吨位下运行未出现较大晃动，行走及转弯时平稳性良好；当摆动角度大于0.5°时，则表明曲轨式起重机平稳性尚缺，其晃动也会影响试验轨道2的稳定性；应力监测系统5监测试验轨道2表面所受应力/应变，根据应力/应变数据确定试验轨道2的强度和变形程度；利用动力系统3的无线遥控手柄34监测曲轨式起重机在行走、起升时是否保持运行速度；利用目视法检验曲轨式起重机在试验轨道2转弯时是否顺畅、有无卡滞；利用目视法检验曲轨式起重机与动力系统3的电缆312是否同步运行与转弯、有无卡滞，确保试验轨道2、电缆轨道311与曲轨式起重机的适配性。

(6)若曲轨式起重机在运行时的摆动角度在0～0.5°内，曲轨式起重机在试验轨道2上转弯顺畅无卡滞，曲轨式起重机保持设定的运行速度(即无线遥控手柄34的运行指示灯为正常闪烁)，试验轨道2的强度、变形程度未超出要求程度，曲轨式起重机和动力装置3的电缆312同步运行与转弯且无卡滞，则确定曲轨式起重机的起吊能力满足要求、性能稳定，曲轨式起重机和试验轨道2、电缆轨道311相匹配；

若曲轨式起重机在运行时的摆动角度在0～0.5°内，当出现曲轨式起重机未达到设定的运行速度(即无线遥控手柄34的运行指示灯为异常闪烁，如红灯闪烁)、曲轨式起重机在试验轨道2上转弯出现卡滞、曲轨式起重机未达到规定的负载能力而导致起吊失败等情况中的一种或几种时，说明曲轨式起重机性能未达到基本要求：需调节曲轨式起重机性能，如调整曲轨式起重机装配间隙或者重新安装曲轨式起重机等，并重复步骤(2)～(5)，若仍出现曲轨式起重机未达到设定的运行速度、曲轨式起重机在试验轨道2上转弯出现卡滞、曲轨式起重机未达到规定的负载能力而导致起吊失败等情况中的一种或几种出现时，说明曲轨式起重机在前期设计、后期制造中出现问题，此时需联系厂家重新设计和制造曲轨式起重机，并重复步骤(2)～(5)，直至检验合格；当试验轨道2的强度低、变形程度超出要求程度，则更换试验轨道2(如增减轨道模块21)，重复步骤(1)-(5)，直至试验轨道2的强度和变形程度符合要求；当曲轨式起重机和动力装置3的电缆312的运行出现卡滞，即未同步运行，需同时调整曲轨式起重机、试验轨道2和电缆轨道311，如调整曲轨式起重机装配间隙或者重新安装曲轨式起重机等，增减轨道模块21，调整电缆轨道311，重复步骤(1)-(5)，直至同步运行。

若曲轨式起重机在运行时的摆动角度大于0.5°时，表明曲轨式起重机平稳性不满足要求，即曲轨式起重机性能未达到要求。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。