基于霍爾傳感器檢測起重機制動下滑量的技術研究

王小翼

（江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院張家港分院，江蘇 張家港 215600）

起重機制動后，由于負載自身的重力會導致負載繼續往下滑動一段距離，這段距離就是制動下滑量。制動下滑量應當符合相關標準的規定。GB6067.1-2010《起重機械安全規程 第1 部分：總則》第4.2.6.3 中規定：對于吊鉤起重機，起吊物在下降制動時的制動距離（控制器在下降速度最低檔穩定運行，拉回零位后，從制動器斷電至物品停止時的下滑距離）不應大于1min 內穩定起升距離的1/65。因為下滑制動量過大會對起重機、起吊載荷和現場工作人員的安全造成影響、一旦發生事故會產生很大損失。同時，下滑制動量也是橫梁制動系統性能的指標之一。

目前測量制動下滑量的方法多采用目測和微動開關控制的檢測方法。這些方法都需要依靠檢驗人員的感官來判定動作，測量的結果往往偏差很大，效率不高且精度很低。本文設計研究了一種利用霍爾傳感器和數據采集系統來監測門座式起重機制動下滑量的檢測系統，該系統不僅能實時反映制動系統動作情況，還能夠將制動系統工作時的各項數據精確記錄下來，后期可以對數據進行分析處理，精確地計算出制動下滑量。

1 制動下滑量檢測原理

根據原理，應該是抱閘電機得電后，然后抱閘打開，起重機起升機構工作；制動時，抱閘電機失電，抱閘閉合，制動輪停止轉動。制動下滑量就是在抱閘電機失電開始時，到負載完全停止運動這段時間內負載下滑的距離。因此，根據這個原理，在抱閘電機的三相進線上布置一個霍爾電流傳感器，用來檢測抱閘電機得電和失電的情況；同時，在制動輪上布置霍爾轉速傳感器、在制動輪上貼兩個小磁鐵，這樣制動輪轉過一圈，轉速傳感器會采集到兩個信號，在軟件中就是表現為兩個尖波。這樣可以通過比較在同一時間內抱閘電機失電后制動輪運動情況來判斷和計算制動下滑量。這些傳感器通過數據線連接到數據處理模塊上，數據處理模塊再把測量到的數據傳輸到電腦上，通過軟件將微動開關的狀態、抱閘線圈電流和制動輪轉速以曲線形式實時顯示。其中數據采集模塊，一秒鐘采集500 個數據，即采樣周期為0.002s，即時間精度可以達到0.002s。電路如圖1 所示。

圖1 電路原理圖

2 檢測儀器以及檢測精度

整個檢測系統由霍爾電流傳感器、霍爾轉速傳感器、微動開關、DeweSoft 數據采集系統組成。主要檢測參數及級精度見表1。

表1 主要試驗參數

3 檢驗方案

（1）測試前準備工作：①首先對起重機起升電氣機構進行常規檢查：a、電氣設備固定是否牢固，控制功能是否有效；b、線路保護是否良好；c、斷錯相、零位、失壓保護是否有效；d、測量接地電阻，判斷阻值是否符合標準。②準備好測試儀器和測試工具，并將相應測量儀器和測試工具放置到指定地點。吊重運送到指定地點，相關工作人員到達指定位置。③對要測量的部位，進行除銹除塵清洗處理。④在清洗完畢后，初步觀察各個測量點使用情況，拍照做好記錄。

（2）傳感器調試和參數設置。在傳感器使用之前，要對傳感器進行設置和定標，使傳感器可以線性輸出數據。設置完傳感器后，打開數據處理模塊和電腦，開始對傳感器和數據處理模塊進行調試。首先設置采樣頻率，通常的設置為1 秒采集500 個數據。同時，將數據的顯示方式設置為曲線，以便于直觀的反應數據的變化。

（3）在各個檢測點安裝傳感器。①找到抱閘電機，確定抱閘電機的三相進線。在電機的輸入端安裝電流傳感器，測量電機輸入端實時的電流，并通過數據線連接到數據處理器上，接線圖見圖1。②在電機制動輪上布置好霍爾轉速傳感器，測量電機輸出軸上的轉速。轉速傳感器通過數據線和數據處理器連接起來。霍爾傳感器布置見圖2。

圖2 轉速傳感器

（4）空載試驗。①試驗開始前，先確定每個傳感器，每個數據傳輸通道都能測量和接收到數據。可以在電腦上通過觀察對應窗口是否有數據顯示來判斷。②在吊載實驗過程中，吊臂方向始終與大車行走方向成90°，門座起重機旋轉機構保持鎖死狀態。一切準備完畢后，電腦前的數據記錄員通過對講機，向吊重處和司機室人員發布命令，開始空載試驗。③吊重處人員接到開始命令，確定空載狀態后，然后向司機室發布起升命令。司機起升同時，電腦前的數據記錄員，按下“開始”命令，開始接受7 個傳感器的傳輸過來的數據。司機將吊載以最低檔位吊離地面0.3 米左右，然后保持載荷靜止1 分鐘；數據采集人員在這1 分鐘內采集穩定的數據值，然后向司機發布變幅命令。④司機操縱吊載向外變幅，直至幅度增至最大，然后將吊載保持靜止約3 分鐘；數據采集人員在這3 分鐘內采集穩定數據值，采集結束后向司機發布起升命令。⑤司機以最低檔位將吊載向上起升，吊離地面約2 米距離；數據采集人員在這段時間內采集起升系統電力參數。采集完畢后，電腦前的數據采集員按下“停止”命令，同時后向司機室發布結束命令。⑥司機已最低檔位下放吊載至地面0.3 米左右，再進行變幅，至幅度最小，將載荷放下。

（5）重載試驗。重載試驗起吊次數和負載率如表2 所示，重載試驗的試驗方法同步驟（4）。

表2 起吊重量

（6）在間隔一段時間后，繼續進行同一試驗，試驗方法重復步驟（1）～（5）。

（7）數據處理與分析。①吊重試驗結束后，將傳感器等從測量點拆除下來。收拾工具，打掃現場衛生。②對采集到的數據進行處理。分別計算各負載情況下制動下滑量。

4 測試試驗

本次試驗是在2018 年9 月12 日在江蘇沙鋼集團碼頭上一臺門座式起重機上進行的。

圖3 上位圖是制動輪轉速隨時間變化的實時曲線圖，一個尖峰表明制動輪轉過半圈。下位圖是主起升電機電流隨時間變化的實時曲線圖。從圖3 中可以看出，在同一個時間段內，電機啟動時，電機先得電，然后制動輪開始轉動；制動時，電機先失電，然后制動輪才停止轉動。從這幅圖中可以看出，電機啟動和制停與抱閘之間有個延時動作，表明抱閘的閉合與釋放都滯后于電動機。當電機制動失電時，抱閘還沒有閉合，制動輪還在轉動，負載還會有個向下制動距離。制動時電流與轉速的局部放大圖見圖4。

圖3 轉速與電機電流變化圖

從圖4 中可以知道，電機失電后，制動輪至少轉了1 圈，制動時間是0.511s。由電動機銘牌可以知道，電動機轉速為588r/min，起升速度為50m/min。即電動機轉一圈，起升0.086m。由此可以推出電機失電后，制動距離至少為0.086m。

圖4 制動時轉速與電機電流變化圖

5 結語

通過實際檢測發現，通過霍爾傳感器和數據采集系統能夠精確測得門座式起重機的制動下滑量。這種檢測方式經過實際應用后，得到了檢測人員和用戶的一致好評，因為該系統可以高效精確的測量出門座式起重機的制動下滑量，而且可以將得到的數據進行存儲，方便以后查閱與比較。同時這種檢測方式也為日后的智能化檢測提供了實踐和理論準備。