基于失效模式的起重装备服役健康监测
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作者丁克勤 刘关四
出版社机械工业出版社
ISBN9787111605126
出版时间2018-11
装帧平装
开本16开
定价50元
货号25585199
上书时间2024-10-28
商品详情
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前言
前言
起重装备是一种以间隙作业方式对物料进行起升、下降和水平移动的物料搬运机械。起重装备的作业通常带有重复循环的性质，经常起动、制动、正向和反向运动是起重装备的基本特点。起重装备是现代工业生产、城市发展、人民生活必不可少的基础设施，广泛应用于冶金、电力、港口、物流、机械制造、建筑业和海洋工程等国民经济各行业中，起重装备的安全关系到人民生命安全，也关系到国家经济运行安全和社会稳定。
随着我国经济的快速发展，起重装备向大型化、多功能化、高参数化方向发展，必然对起重装备的检验检测等提出新的挑战和更高要求。起重装备主要由结构、机构、电气系统、钢丝绳、吊具等关键部件组成，其失效模式复杂多样，不尽相同。传统的起重装备检验检测主要以定期检验为主，没有充分考虑到起重装备的失效模式，也不能满足起重装备在作业过程中对关键部件运行状态实时监测的需求；而且检验强度大、效率低，难以保障起重装备的安全运行。因此，为保障大型起重装备安全运行，以失效模式为基础，全面实施起重装备结构、机构、电气系统等关键部件运行健康监测势在必行。
结构健康监测的概念于1954年被提出，于20世纪80年代开始得到广泛探索与研究。其基本原理是利用安装到结构与材料上的先进传感、驱动元件，在线实时获取与机构和材料健康状况相关的信息，结合先进的信号处理方法和材料结构力学建模方法，提取结构损伤特征参数，识别结构的健康状况，并在早期就加以控制或采取补救措施，以消除安全隐患或控制安全隐患的进一步发展，从而避免安全事故的发生。
本书以起重装备为对象，全面论述了基于失效模式的起重装备服役健康监测的基本理论、方法及其应用。本书共分为10章，第1章主要介绍了起重装备的发展趋势与特点以及对健康监测的需求，第2章主要介绍了起重机类型及典型失效模式，第3主要介绍了起重装备结构应力状态光纤监测技术，第4章主要介绍了起重装备结构疲劳损伤磁效应监测技术，第5主要介绍了起重装备结构疲劳裂纹超声导波监测技术，第6章主要介绍了起重装备结构损伤演化声发射监测技术，第7章主要介绍了起重装备减速机运行状态健康监测技术，第8章主要介绍了起重装备制动器运行健康监测技术，第9章主要介绍了起重装备电气系统运行状态健康监测技术，第10章主要介绍了面向云服务的起重装备健康监测一体化系统。
本书由丁克勤、刘关四编著，参加部分章节编写等相关工作的还有陈光、辛伟、胡亚男、赵娜、柳亦兵、张旭、王志杰、李娜等同志。
在本书即将出版之际，特别感谢长期以来关心和支持我国起重装备健康监测技术发展的林树青研究员、郭元亮研究员等专家，感谢国家高技术研究发展计划（863计划）课题“大型复杂起重装备全生命周期数据集成管理与应用技术研究”（2015AA043702）提供的经费支持，感谢机械工业出版社电工电子分社相关领导和编辑同志为本书出版所付出的辛苦工作。
本书在写作过程中参考或引用了许多学者的资料，作者已尽可能在参考文献中列出，在此谨对他们表示衷心的感谢。若某些引用资料因作者疏忽未标注其出处，在此表示歉意。
基于失效模式的起重装备服役健康监测在我国仍处于积累和发展阶段。由于时间仓促和作者认识上的局限性，本书疏漏和不当之处在所难免，敬请广大读者不吝赐教。
作者
2018年于北京
导语摘要
《基于失效模式的起重装备服役健康监测》详细剖析了起重装备健康管理需求及其全生命周期数据，系统阐述了起重装备的结构、机构和电气等三个子系统的健康诊断和故障预测方法，全面介绍了起重装备整机系统的安全性评价方法以及以可靠性为中心的维修方法，书尾简要介绍了大数据、物联网的先进理论、技术和方法以及所开发的基于大数据的起重装备服役健康管理平台。《基于失效模式的起重装备服役健康监测》体系清晰、重点突出、内容详实。
目录
目录
第 章 绪论1
1.1 起重装备发展趋势及其特点1
1.2 国内外结构健康监测发展现状5
1.3 起重装备健康监测体系构建10
1.4 本书主要内容11
第 章 起重机类型及典型失效模式12
2.1 概述12
2.2 起重机的类型12
★ 2.2.1 桥架型起重机12
★ 2.2.2 臂架型起重机16
★ 2.2.3 缆索型起重机18
2.3 起重机的构成20
★ 2.3.1 桥架型起重机的组成20
★ 2.3.2 臂架型起重机的组成22
★ 2.3.3 缆索型起重机的组成26
2.4 起重机典型失效模式分析28
★ 2.4.1 金属结构典型失效模式分析28
★ 2.4.2 零部件典型失效模式分析28
★ 2.4.3 机构典型失效模式分析30
2.5 事故案例31
第 章 起重装备结构应力状态光纤
光栅监测33
3.1 概述33
3.2 光纤光栅传感器监测基本原理与传感
特性33
★ 3.2.1 光纤光栅传感基本原理34
★ 3.2.2 光纤光栅温度特性37
★ 3.2.3 光纤光栅应变特性38
★ 3.2.4 光纤光栅温度应变交叉敏感
特性39
★ 3.2.5 典型光纤光栅应变传感器40
3.3 FBG应变传感器的应变传递机理42
★ 3.3.1 表面粘贴式FBG应变传感
器应变传递机理42
★ 3.3.2 埋入式FBG应变传感器应
变传递机理44
3.4 常用的光纤布拉格光栅解调方法45
★ 3.4.1 基于光纤F-P可调谐滤波法45
★ 3.4.2 基于光谱仪检测的解调技术46
★ 3.4.3 非平衡Mach-Zender干涉法46
3.5 FBG传感器性能退化分析47
★ 3.5.1 热导致的FBG传感器性能
退化47
★ 3.5.2 应力导致的FBG应变传感
器性能退化47
3.6 工程应用48
第 章 起重装备结构疲劳损伤磁
效应监测56
4.1 概述56
4.2 结构疲劳损伤演化过程及度量56
★ 4.2.1 疲劳损伤过程的不同阶段56
★ 4.2.2 位错对结构疲劳损伤的影响57
★ 4.2.3 结构疲劳中的累积损伤理论60
4.3 结构疲劳损伤和磁滞特性关系理论62
★ 4.3.1 金属结构的磁化特性62
★ 4.3.2 磁化效应J-A理论模型63
★ 4.3.3 疲劳损伤与磁滞特性的关系
分析65
4.4 起重装备结构疲劳损伤磁监测试验平台67
★ 4.4.1 疲劳损伤磁监测装置67
★ 4.4.2 磁传感器67
★ 4.4.3 疲劳损伤磁监测试验平台68
4.5 起重装备结构疲劳损伤磁监测试验69
★ 4.5.1 磁传感器的磁路分析69
★ 4.5.2 结构疲劳损伤不同时的磁滞
回线70
★ 4.5.3 磁滞回线磁参量与疲劳损伤的
关系71
★ 4.5.4 多组试件的疲劳损伤磁监测
试验结果72
第 章 起重装备结构疲劳裂纹超声
导波监测75
5.1 概述75
5.2 超声导波基本理论75
★ 5.2.1 超声导波基本概念75
★ 5.2.2 自由板中的超声导波76
★ 5.2.3 超声导波频散方程78
5.3 超声导波监测传感技术与系统82
★ 5.3.1 超声Lamb波监测原理82
★ 5.3.2 超声Lamb波传感器83
★ 5.3.3 传感器阵列技术84
★ 5.3.4 超声导波监测系统85
5.4 超声导波监测信号分析与处理技术86
★ 5.4.1 频谱分析技术87
★ 5.4.2 时频分析技术87
5.5 超声Lamb波缺陷定位成像技术89
★ 5.5.1 基于损伤概率成像算法的层
析成像原理89
★ 5.5.2 圆弧成像原理90
★ 5.5.3 椭圆成像原理91
5.6 金属板结构超声导波监测试验91
第 章 起重装备结构损伤演化声
发射监测95
6.1 概述95
6.2 声发射监测理论基础96
★ 6.2.1 声发射波的传播96
★ 6.2.2 凯赛尔效应和费利西蒂效应98
★ 6.2.3 声发射监测原理98
6.3 声发射监测传感技术99
★ 6.3.1 传感器工作原理99
★ 6.3.2 传感器的类型99
★ 6.3.3 传感器的结构100
6.4 声发射信号处理方法100
★ 6.4.1 声发射信号的参数分析方法100
★ 6.4.2 其他信号处理方法103
6.5 典型声发射监测系统105
★ 6.5.1 声发射监测系统105
★ 6.5.2 基于光纤传输的声发射监
测系统108
6.6 声发射监测技术的实验及应用109
第 章 起重装备减速机运行状态
健康监测116
7.1 概述116
7.2 起重装备减速机失效模式116
7.3 起重装备减速机运行状态监测技术120
7.4 起重装备减速机振动基本原理124
★ 7.4.1 齿轮减速机振动125
★ 7.4.2 轴承振动129
7.5 起重装备减速机振动监测系统131
★ 7.5.1 振动监测系统概述131
★ 7.5.2 常用振动传感器132
★ 7.5.3 模拟信号调理135
★ 7.5.4 模数转换135
7.6 起重装备减速机振动监测信号分析136
★ 7.6.1 振动监测信号的时域分析136
★ 7.6.2 振动监测信号的频域分析140
★ 7.6.3 现代信号分析技术143
7.7 起重装备减速机振动监测标准144
第 章 起重装备制动器运行状态
健康监测146
8.1 概述146
8.2 制动器典型失效模式及失效机理分析146
★ 8.2.1 制动器典型失效模式146
★ 8.2.2 制动器失效机理分析146
8.3 制动器运行状态监测内容149
8.4 起重装备制动器性能监测系统151
★ 8.4.1 监测系统整体设计151
★ 8.4.2 基于多变量传感器的制动
器性能监测系统154
第 章 起重装备电气控制系统
运行状态健康监测156
9.1 概述156
9.2 电气部件的故障分析156
★ 9.2.1 断路器的故障分析156
★ 9.2.2 继电器的故障分析1
内容摘要
《基于失效模式的起重装备服役健康监测》详细剖析了起重装备健康管理需求及其全生命周期数据，系统阐述了起重装备的结构、机构和电气等三个子系统的健康诊断和故障预测方法，全面介绍了起重装备整机系统的安全性评价方法以及以可靠性为中心的维修方法，书尾简要介绍了大数据、物联网的先进理论、技术和方法以及所开发的基于大数据的起重装备服役健康管理平台。《基于失效模式的起重装备服役健康监测》体系清晰、重点突出、内容详实。
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