起重機械制動下滑量的檢測方法研究

高 巖

（遼寧省檢驗檢測認證中心 遼寧省安全科學研究院電梯事業部， 遼寧 沈陽 110004）

0 引言

起重機械制動下滑量是起重機械安全性能的重要指標[1]之一，關系到工作現場人身及財產的重大安全。 下滑量的檢測是起重機械型式試驗[2]、出廠檢驗和定期檢驗中的關鍵項目，對試驗過程的安全性、檢驗結果的精度以及可操作性都有很高的要求。世界發達國家諸如德國、法國等工程機械強國都制定了相應的起重機械制動下滑量的檢測標準，并研發出專門的檢測儀器。我國多年來也一直在開展起重機械制動下滑量的檢測， 但檢測手段比較落后，滿足不了起重機械發展速度的要求，制約了先進技術的應用。

1 對制動下滑量檢測的意義

起重機械在工作過程中，當控制系統發出制動信號，由于電氣和機械動作響應的時間差以及負載自重的影響，載荷將會繼續下滑一段距離，這段距離值即為制動下滑量。 制動下滑量是衡量起重機械安全性能的一個重要指標， 直接影響到現場工作人員的人身安全和設備財產損失。 起重機械在出廠前、 安裝后都需要對該值進行檢測，檢驗合格后方能投入使用，在當地市場監督管理部門辦理使用登記。 同時，起重機械在現場使用一段時間后，由于特殊工況以及存在的超載違規等情況， 更加劇了制動裝置的磨損[3]，起重機械制動下滑量會變得越來越大。在《起重機械定期檢驗規則》（TSG Q7015—2016）[5]中增加了額定載荷試驗項目， 需要對起重機械的制動下滑量進行檢驗，驗證該值是否還在合格范圍內，取得檢驗合格報告后才能繼續使用。

2 目前常見的檢測方法

目前國內常見的檢測方法主要有：

（1）目測[1]。 起重機械裝載額定載荷[2]，在載荷下降的過程中按下控制裝置上的制動按鈕， 目測載荷從給出制動信號的位置到停止穩定后所下滑的這段距離值即為制動下滑量。 其測量精度取決于檢驗人員的視覺判斷，與實際值誤差很大。

（2）行程開關檢測法[4]。 起重機械裝載額定載荷，在載荷下降的過程中， 通過載荷的標定部位撞擊一外設行程開關給出制動信號， 測量行程開關位置和載荷標定部位停止位置之間的距離即為制動下滑量。 其缺點在于：行程開關給出的制動信號和制動器動作存在一定的延時差，影響了檢測結果的準確性；檢測人員需要接近載荷，在標定部位量取制動下滑量， 并且進行二次測量時又需要手動復位行程開關， 這都將對檢測人員的人身安全造成不小的隱患。

（3）光控繼電器檢測法[4]。 上述行程開關由光控繼電器代替，并在載荷一側設置固定在磁力表座上的鋼板尺，通過讀取鋼板尺上的刻度來得到制動下滑量， 以此來減小測量誤差。缺點是仍然需要測量人員接近吊掛載荷，存在一定的安全隱患。

（4）單片機智能檢測法[6]。 利用單片機和智能電路設計，達到實時顯示、自動記錄和打印檢測報告。 缺點是仍需要利用行程開關給出制動信號， 且外圍電路的鋪設和安裝較為復雜， 非廠家或實驗室專業人員難以完成該項檢測，適用性不廣泛，安全性也不夠強。

3 新型制動下滑量檢測儀的研制

上述各種檢測方法均存在誤差較大、安全性不強、過程繁瑣且適用性較差的缺點， 我院聯合大連光程光電科技有限公司經過科技查新和多個技術方案的反復論證，走訪各檢驗檢測單位以及起重機械制造廠試驗現場，對比調研需求， 根據檢規中對起重機的制動下滑量指標檢測的要求， 決定研制出具有既能滿足國家特種設備標準要求，又處于領先地位的檢測裝置，確定了我們自己的研制原則。

（1）標準化原則。一個產品的開發研制必須符合國家標準、行業標準等要求，有一套完善的標準化體系，而產品的標準化應該在其開發研制過程中逐步形成并落實，以此來保證產品質量。 為此， 我們的研制工作首先以TSG Q7002-2007 《橋式起重機型式試驗細則》、TSG Q7003-2007《門式起重機型式試驗細則》、國家標準GB/T 3811-2008《起重機設計規范》、GB/T14405-2011《通用橋式 起 重 機》、GB/T14406-2011 《通 用 門 式 起 重 機》、JB/T1306-2008《電動單梁起重機》及TSG 特種設備安全技術規范TSG Q7015-2008《起重機械定期檢驗規則》為基礎，在研制過程中逐步完善制動下滑量檢測儀的標準。

（2）實用性原則。 開發研制的產品必須具有實用性。主要體現在以下幾個方面： ①測量數據的精度滿足國家標準的規定要求； ②測量范圍能夠滿足要求； ③操作簡單、維修方便；④其它通用國家標準的要求；⑤便于數據的計算機管理。

（3）博采眾長的原則。在不侵犯他人知識產權的前提下，廣泛汲取他人之所長，改進、消化吸收，使之成為我們自己產品的一部分， 是使研制工作少走彎路的有效途經之一。

最終我們決定采用工業高速攝像機抓拍制動瞬間的測量數據值，并實現了無線遙控[6]與抱閘制動同步信號的非接觸式測量，研發出了新型的便攜、高精度、超安全的起重機械制動下滑量檢測儀。

該起重機械制動下滑量檢測儀經過大型廠礦企業、碼頭等各用戶現場的測試試驗， 證明了該儀器具有功能強大、操作方便、抗干擾能力強、測量精度高、安全可靠等先進技術優勢。

4 新型制動下滑量檢測儀的構成及原理

4.1 視頻監控主機

視頻監控主機主要用于視頻監控和圖像采集， 見圖1，包括工業高速攝像頭、變焦鏡頭和數據通訊線。主機后面設置有數據通訊接口， 通過數據線可以和電腦進行實時通訊。鏡頭上有兩個手動調焦環和一個亮度調節環，用來調節圖像的大小和清晰度。前面的是粗調調焦環， 控制視頻的大小和遠近，后面的是微調調焦環，使圖像更加清晰。 中間是亮度調節環，可以調節圖像的亮度，如果亮度調節環已經處于最大位置，還可通過電腦軟件中的視頻調節功能再增加亮度。

圖1 視頻監控主機

注意當主機固定于三角架上后，見圖2，調節過程中應首先通過三角架自帶的云臺調整攝像頭的角度及水平， 然后調節鏡頭前調焦環將鏡頭調至廣角狀態以便快速尋找目標（高度尺），初步對準后調節鏡頭后調焦環使高度尺刻度清晰可見且刻度顯示與軟件測量線盡量平行， 以便測量讀數準確。

圖2 主機三角架

4.2 信號發射器、信號接收器

信號發射器采用無線USB連接計算機，由計算機軟件控制并發射信號； 信號接收器通過附屬的外接鱷魚夾串聯接到起重機抱閘控制回路中，也是通過無線模式接收控制信號，見圖3。

圖3 信號發射器、信號接收器

4.3 其他附屬設施

其他附屬設施還包括高度尺、托盤、輔助照明燈、三

角架、筆記本電腦、專用測量軟件等，見圖5。

4.4 檢測方案

首先，要找到起重機械電控柜中的抱閘控制回路，將信號接收器附屬的外接鱷魚夾串聯接到抱閘控制回路開關的兩個端子上，使信號接收器可以通過內部的無線控制單元，對起重機械抱閘控制回路進行通斷控制，見圖4。從而實現了制動下滑量的測量信號與抱閘控制系統的通斷信號是同時發出的，信號的實時性大大提高了測量的精確度。

圖4 抱閘控制回路開關接線圖

然后， 將起重機械吊載額定載荷，見圖5，在載荷正常工作下降的過程中，由計算機軟件控制無線發射器向起重機械電控柜內安裝的無線接收器發送斷電信號，此時抱閘動作； 同時視頻監控主機自動進行高速圖像捕捉，實時精確記錄下發出載荷制動信號瞬間的高度值h1。

圖5 檢測過程圖

最后，在載荷制動下滑并穩定后，通過計算機軟件控制視頻監控主機再次記錄最終位置的高度值h2，計算機軟件可自動計算出高度差（Δh=h1-h2），Δh 即為該臺起重機械的制動下滑量。

4.5 計算機操作過程

為了保證檢驗人員的人身安全， 我們實現了測試過程的非接觸式操作。整個過程都是用計算機軟件控制，檢驗員可選擇一處安全位置， 利用鼠標操作計算機即可快速完成測量，見圖6、圖7。

圖6 待機界面窗口

首先，操作計算機軟件彈出測量窗口，見圖7，此時圖像如亮度太暗，則在高度尺正前方安置輔助照明光源，照亮測量部分。此時如亮度太亮，則調節鏡頭亮度環使圖像亮度滿足要求。使起重機載荷上升至一定高度，然后由司機控制載荷下降，操作員觀察載荷下降到一定高度（不低于1m）立即點擊“起點測量【F3】”，發射器發出信號，接收器收到信號后即斷開起重機械抱閘控制回路， 使起重機械下降過程中制動， 同時視頻監控主機高速截取當前（載荷繼續下滑前）的測量數據圖像，即為h1（制動點），人工添加該數據至相應數據框。

圖7 測量窗口

當載荷制動停穩后，點擊“終點測量【F4】”，視頻監控主機截取當前的測量數據圖像，即為h2（終點），人工添加該數據至相應數據框， 同時按照提示保存圖像數據至指定的目錄中以便以后復查。點擊“計算下滑量”，即自動得到Δh（下滑量）。 此時完成了一次制動下滑量測量過程，然后點擊添加數據按鈕，將數據存入下方數據表格中。

最后，點擊“設備復位【F5】”，發射器發出信號，接收器收到信號后接通其內部繼電器， 即接通起重機械抱閘回路，同時視頻監控主機復位至動態采集并顯示圖像模式。如需多次重復測量，重復以上步驟并可自動計算平均值。

5 結論

同國內常見的檢測方法相對比，該起重機械制動下滑量檢測儀具有如下技術領先優勢：①非接觸的測量方式，采用20 倍率變焦光學鏡頭，圖像數據清晰，安全測量距離可達8m，有效保護測試人員的安全；②采用高速圖像實時捕捉識別技術，實現了制動初始點數據可靠采集，速率達到200 幀/秒以上，測量示值誤差符合100mm 范圍內2mm；③采用無線指令與遙控技術，避免了傳統測試方法需要現場敷設電纜的弊病，抗電磁干擾能力強，測量重復精度達到0.3mm； ④研制的專用測量軟件實現了實時觀測、統計分析、報告生成、原始數據的保存等實用化功能；⑤該檢測儀采用緊湊型工程化設計，體積小、重量輕、便攜易拆裝，含儀器箱重量小于5kg。

綜上， 該起重機械制動下滑量檢測儀將高速實時捕捉圖像技術、無線傳輸遙控指令技術、專用軟件處理數據技術有機結合， 并實現了對起重機械制動下滑量的非接觸檢測，該檢測方法國內領先，其應用將大幅提高我國起重機械制動下滑量的檢測水平。