吊桿機和單點吊機檢測方法探討

姚京波　劉建華

【摘 要】 歸納總結吊桿機和單點吊機的檢測方法，編制可操作的流程，對測量儀器、測量程序、測量方法等進行闡述， 以規范吊桿機及單點吊機的檢測工作和檢測程序。

【關鍵詞】 吊桿機；單點吊機；檢測方法；性能測試

文章編號： 10.3969/j.issn.1674-8239.2017.10.012

【Abstract】The author summarizes the boom machine and single point crane detection method， establishes the operational process， and introduces the measurement instruments， measurement procedures and measurement methods in this paper， in order to standardize testing and testing procedures of boom machine and single point crane.

【Key Words】boom machine； single point crane； detection method； performance test

1 研究背景

舞臺機械是劇場中涉及到安全因素最多、最重要的演出設備之一，而在臺上機械設備中，吊桿機和單點吊機是數量最多、使用最頻繁、安全性要求最高的設備。吊桿機及單點吊機在工程安裝、調試、自檢和驗收階段，其測量方法從立意到實施，從經驗判斷到量化判定，已經形成一套比較完善、規范和可行的操作流程和具體節點，對于技術進步和行業發展有積極的促進作用。

為了更好地貫徹、執行WH/T 27-2007《舞臺機械 驗收檢測程序》行業標準，根據中國的行業發展現狀和有關規定，參照國外的經驗，有必要研究制定吊桿機及單點吊機的檢測方法，對測量儀器、測量項目、測量方法、測量報告格式等進行標準化研究，以規范吊桿機及單點吊機的檢測工作和檢測程序，使吊桿機及單點吊機的檢測工作有章可循；讓專業人員更好地進行吊桿機及單點吊機的檢測。重視設備的安全及質量問題，使其達到最佳的使用效果，對于促進和提高中國的舞臺機械制造水平具有積極的意義。

在探索檢測方法的過程中，對多個演出場所進行了大量的調查研究，以此歸納總結了舞臺吊桿機和單點吊機的檢測方法，包括技術資料初步檢查，設備工藝布置與結構檢查，外觀檢查，安全設施測試，性能測試（包含載荷、速度、停位精度、同步精度、噪聲等），控制操作系統的功能測試及所用測試手段的規范。

2 測量使用的主要工具和儀器設備

（1）手持風速測量計。精度等級：風速，±3%（0.4 m/s～40 m/s）；空氣溫度，1℃（-29℃～70℃）；相對濕度，3%（5%～95%）。

（2）電流鉗表（福祿克F381）。精度等級：2%±5位數（10 Hz～100 Hz），5%±5位數（100 Hz～500 Hz）。

（3）激光水平儀（百得BDL310S）。精度等級：±3 mm（6 m）。

（4）激光測距儀（徠卡D8）。精度等級：±1 mm（0.05 m～200 m）。

（5）轉速計（福祿克F931、F810）。精度等級：±0.02%讀數+1個字。

（6）聲級計（B&K2250）。精度等級：符合GB3785和IEC61672標準對2級機的要求。

（7）秒表（君斯達JS-505）。

（8）鋼板尺。

（9）三腳架。

（10）自制檢測輔助設備（如卡具和基準平臺等）。

3 檢測依據

依據招投標文件、合同中的技術部分、設計圖紙、竣工圖、標準（與劇場舞臺相關標準）。

4 吊桿機及單點吊機的檢查及測量項目

4.1 技術資料初步檢查

參照《舞臺機械 驗收檢測程序》中“3.2 初步檢查”相關要求。

4.2 設備工藝布置與結構檢查

參照《舞臺機械 驗收檢測程序》中“3.3 設備工藝布置與結構檢查”相關要求。

4.3 外觀檢查

參照《舞臺機械 驗收檢測程序》中“3.4.2 外觀檢查”相關要求。

4.4 安全設施的測試

參照《舞臺機械 驗收檢測程序》中“3.4.3 安全設施的測試”相關要求。

4.5 性能測試

參照《舞臺機械 驗收檢測程序》中“3.4.4 性能測試”相關要求。主要對載荷、速度、停位精度、同步精度和噪聲等性能參數進行測試。

5 設備性能測試

5.1 測試條件

參照《舞臺機械 驗收檢測程序》中“3.4.1 驗收測試的條件和項目”中關于測試條件的要求。

5.2 測試環境

一般要求測試場所封閉，避免外界干擾（包括聲、光、空氣對流等影響）。場所內溫度、濕度應適宜，無明顯吹風感（或風速小于1 m/s）。

測試環境的測量采用手持風速測量計。開機后等候5 min左右，待數值穩定后，選擇風速、濕度和溫度檔位測量相應環境參數。期間要持續按鍵來讓儀器不進入休眠或者關機狀態。測量風速時打開風扇的塑料罩。若測試環境不符合上述要求，應采取相應措施以滿足。

5.3 吊桿機性能測試

5.3.1 載荷測試

測試所用儀器設備：電流鉗表（福祿克F381）。

（1）卷揚系統

選取技術要求中設備的額定載荷作為測試載荷，以額定速度進行全行程運行，若無法進行全行程運行時，也應滿足不少于1/2行程運行。endprint

觀察以下狀態是否運行正常：驅動機械和傳動裝置，制動器或載荷保持裝置，離合器的結合與分離，液壓、氣動和電氣系統部件。

記錄以下數據是否嚴重偏離：設備升降過程中用電流鉗表測量的穩態（或接近穩態）電流數據；數據宜在設備額定電流范圍之內，若嚴重偏離（如高出10%以上，數據待驗證）應查找原因，并排除安全隱患。測試活動見圖1。

（2）曳引滑輪系統

在額定載荷工作時的平衡重下，選取技術要求的額定載荷的1.3倍作為測試載荷，以額定速度進行全行程運行，若無法進行全行程運行時，也應滿足不少于1/2行程運行。

觀察運行狀態和記錄測試數據同（1）的要求。同時，應觀察鋼絲繩在曳引輪上是否打滑。

5.3.2 速度測試

（1）方法1：吊桿升降行程直接測量（激光測距停位測量）

測試所用儀器設備：激光測距儀（徠卡D8）、秒表和燈鉤掛板（自制）。

被測吊桿機負載50%的額定載荷（為提高多項性能參數測試效率，也可負載額定載荷）以額定速度進行全行程運行，若不能全行程運行時，也應滿足不少于1/2行程運行。測試過程包括速度測量和速度狀態測試兩方面內容。

注：此處要測試的速度應該是設備運行穩態時的最大速度。對于啟動和制動時的加速度所對應的時間參數，不同廠家設定的時間參數不一樣，但一般不會超過5 s。因此，為了消除加速度時間參數的影響，一般選擇有延時（如延時5 s以上）測量的激光測距儀。

速度測量程序如下。

第一步，安裝固定好測試基準平臺（燈鉤掛板及激光測距儀）。

第二步，設置激光測距儀在設備啟動后5 s開始測量，4 s～5 s后結束測量。用起始時間點與測量停位差值的絕對值作為測試的行程，用字母表示為l（單位m），一般按照測距儀顯示讀數，即保留3位小數。按照慣例，為進一步減小測量誤差，一般重復上述測量3次以上，取平均值作為最終測量數據。

第三步，采用公式，計算實際測量速度，計算結果一般保留2位小數。其中v為速度（單位m/s），t為時間（單位s）。

第四步，宜在現場計算出最終測量數據，核實設備運行狀況，有較大偏離（未作具體規定時，一般以不小于額定速度的8%為參考）應排查原因并適當復檢。測試活動見圖2。

速度狀態測試，主要指設備低速運行穩定性檢查及調速性能（若配置變頻器系統）檢查。一般按上述負載要求，使設備處于最低速度運行，察看運行穩定性。調速設備在固定的調速比進行調速運行，察看設備運行的穩定性。

（2）方法2：吊桿升降行程直接測量（標定長度繩索測量）

測試所用儀器設備：標定量繩索和秒表等。

吊桿機測試負載和測量行程同方法1。測量程序如下。

第一步，準備具有標定長度的繩索，一般取標定長度2 m，且標定起始點距吊桿上繩索固定點的長度宜為3 m左右。將繩索固定于吊桿兩端合適位置并隨吊桿同步運行。

第二步，用手給繩索預緊力，將繩索盡量拉直并保持鉛直。吊桿上升運行時，用秒表測量繩索上升標定距離所需時間。測量3次，并記錄。

第三步，采用公式，計算實際測量速度，計算結果一般保留2位小數。其中l為標定量2 m，v為速度（單位m/s），t為時間（單位s）。

第四步，宜在現場計算出最終測量數據，核實設備運行狀況，有較大偏離（未作具體規定時，一般以不小于額定速度的8%為參考）應排查原因并適當復檢。

注：該方法僅限于測量吊桿上升時的速度，有一定的局限性。

（3）方法3：吊桿升降行程間接測量（卷筒轉速換算測量）

測試所用儀器設備：卷尺和非接觸式轉速計（F810）。

吊桿機測試負載和測量行程同方法1。測量程序如下。

第一步，向施工廠家咨詢設備圖紙中的卷筒中徑尺寸并用卷尺核實。或者準確來說，宜用同規格鋼絲繩在卷筒沿槽纏繞一圈，測量所需鋼絲繩長度記為標定長度。

第二步，待吊桿機運行5 s后，用非接觸式轉速計測量卷筒轉速，取卷筒運行穩態時的轉速作為測試結果。重復測量3次以上。

第三步，采用公式，或者計算速度，其中，v為速度（單位m/s），n為卷筒的轉速（單位r/min），d2為卷筒中徑（單位m），l2為鋼絲繩繞卷筒一周的長度（單位m）。計算至少3次并取平均值，結果一般保留2位小數。

第四步，宜在現場計算出最終測量數據，核實設備運行狀況，有較大偏離（未作具體規定時，一般以不小于額定速度的8%為參考）應排查原因并適當復檢。

（4）方法4：吊桿升降行程直接測量（卷筒線速度測量）

“方法4”是“方法3”的簡化版，即應用有測線速度的轉速計（F931）直接測量吊桿在穩態時，卷筒的線速度，從而簡化測量流程。

5.3.3 停位精度測量

測量所用儀器設備：燈鉤掛板（自制）、激光測距儀（徠卡D8）。

被測吊桿以額定載荷和額定速度運行，設定不同行程（通常為全行程的1/3以上）進行單臺設備的停位精度測量。測量程序如下。

第一步，安裝燈鉤掛板，使掛板盡量保持水平。

第二步，宜將吊桿運行至1/2行程處附近，并將此停位在控制臺標記為測量的基準停位，用激光測距儀測量的數值為基準值。

第三步，將吊桿上升或下降不少于全行程的1/3后，再回到基準停位，測量此時吊桿停位數值并記錄，一般應測量3次以上。

第四步，取多次測量值與基準值差值的絕對值的平均值作為該設備的停位精度。

第五步，宜在現場計算出最終測量數據，如有較大偏離（如要求停位精度3 mm）應排查原因并適當復檢。

此外，停位精度測量還宜包含行程測量，行程測量是停位精度測量的一個子項目。因此，被測量吊桿也宜以額定載荷和額定速度運行。測量程序如下。endprint

第一步，安裝燈鉤掛板，使掛板盡量保持水平。

第二步，將吊桿運行至行程下限和上限，分別用激光測距儀測量數值并記錄，一般測量3組（一組數值指上限-下限數值）以上數值。

第三步，取上限和下限數值絕對值的平均值作為該設備的行程。

第四步，宜在現場計算出最終測量數據，如有較大偏離應排查原因并適當復檢。

5.3.4 同步精度測量

同步精度測量應在停位精度測量合格之后進行，其測量程序與停位精度測量相似，可以視為停位精度的高階測量。

測量所用儀器設備：2套激光測距儀（徠卡D8）和2套燈鉤掛板（自制）。

被測設備以額定載荷和額定速度運行，設定測量行程（通常為全行程的1/3以上）進行設備的同步精度測量。測量程序如下。

第一步，選取被測量設備，一般為相鄰的2道吊桿，分別安裝燈鉤掛板，使掛板盡量保持水平。

第二步，將被測設備設置在行程下限附近調平，測量標記為初始點。

第三步，將被測設備同步提升，在測量行程內按照預定位置同步停位，測量停位數值，將該數值差值的絕對值作為一次同步誤差。一般測量不少于3次，取平均值作為被測設備的同步誤差。

第四步，宜在現場計算出最終測量數據，如有較大偏離（參考設計文件要求）應排查原因并適當復檢。

同樣的方法，測量被測設備在下降時的同步誤差。

5.3.5 噪聲測量

測量所用儀器設備：聲級計（B&K2250），三腳架等。

現場條件：空場，大幕打開，按舞臺布置掛三分之一的幕布，側舞臺和后舞臺隔離幕關閉。

若被測設備運行條件有要求，按要求測量。若無要求，一般可選取空載額定速度、80%額定載荷、80%額定速度和額定速度、額定載荷等運行條件進行測量。

測量程序如下。

第一步，測試地點選取觀眾席第一排中間1.5 m高處，測量背景噪聲并記錄。測量時，聲壓級選擇A計權測量有效值。

第二步，選擇上述運行條件之一進行測量并明確表明。測量時，聲壓級選擇A計權同時測量有效值和最大值，測量時間選取原則是應最大程度地反映設備運行情況。

第三步，設備在上升和下降過程各測量一次，取上升和下降兩次測量中的較大值作為被測設備的實測噪聲，并應統一標定類型（如有效值或最大值）。

根據設備運行噪聲與環境背景噪聲的差值進行修正，修正參考以下要求。

設備噪聲值與背景噪聲值相差不小于10 dB，不做修正；

設備噪聲值與背景噪聲值相差7 dB～9 dB，修正值-1 dB；

設備噪聲值與背景噪聲值相差4 dB～6 dB，修正值-2 dB；

設備噪聲值與背景噪聲值相差3 dB，修正值-3 dB；

設備噪聲值與背景噪聲值相差小于3 dB，先降背景噪聲，再測量。

5.4 單點吊機性能測試

5.4.1 載荷測試

同“5.3.1 載荷測試”。

5.4.2 速度測試

同“5.3.2 速度測試”中“方法3”和“方法4”。

5.4.3 停位精度測量

因單點吊機末端較難固定水平的掛板，故不能采取同吊桿機相同的測量方法。

測量所用儀器設備：激光水平儀（百得BDL310S）、記號筆和鋼板尺。

被測設備以額定載荷和額定速度運行，設定測量行程（通常為全行程的1/3以上）進行設備的停位精度測量。測量程序如下。

第一步，將被測設備提升至1/2行程附近，在控制臺上記錄，作為基準點。在設備層卷揚機與轉向滑輪之間隨機選取一點，用記號筆標記，并將激光水平儀鉛垂線對準標記位置。

第二步，將設備以額定速度運行不少于1/3行程后回到基準點。用鋼直尺測量激光水平儀鉛垂線在鋼絲繩上投影與標記點之間差值的絕對值作為一次測量的停位精度。一般測量3次以上，取平均值作為該設備的停位精度。

第三步，宜在現場計算出停位誤差，若有較大偏離（參考設計文件要求）應排查原因并適當復檢。

5.4.4 同步精度測量

該項測量在竣工驗收或第三方測試中一般不作要求，這里就不再研究。

5.4.5 噪聲測量

同“5.3.5 噪聲測量”。

6 結語

目前為止，國內關于吊桿機和單點吊機的檢測方法尚未達成理想的共識。寥寥可數的相關標準、規范更多為綱要性的要求，缺少必要的量化指標及可操作的具體措施。筆者所在團隊探討的舞臺機械吊桿機和單點吊機檢測方法的規范化，就是充分解讀現有規范中的要求，編制可操作的流程，從多維度探尋適應現階段的測量方法，努力做到檢測規范化，提高檢測效率和等級，為舞臺機械設備在驗收檢測工作中起到一定的引導作用，促進中國舞臺機械行業健康正常的發展。

隨著相關應用科學技術的快速發展，檢測手段也在不斷地更新。只有持續改進并優化檢測流程，才有可能最大程度地實現檢測數字化、規范化、科學化。

（注：文中給出的具體測試設備均為作者測試時所用設備，作為參考，并非唯一。）endprint