一種基于重力加速度傳感器的起重機(jī)制動(dòng)距離測量方法分析

摘要：起重機(jī)提升機(jī)構(gòu)的制動(dòng)下滑量是衡量制動(dòng)器運(yùn)行狀態(tài)的重要參數(shù)。制動(dòng)器科學(xué)快速的檢測手段對于起重機(jī)的安全運(yùn)行有著舉足輕重的作用。文中通過分析目前常用的起重機(jī)制動(dòng)距離檢測方法存在的缺點(diǎn)和不足，并提出改進(jìn)措施，探索一種基于重力加速傳感器的起重機(jī)制動(dòng)距離檢測方法。

關(guān)鍵詞：起重機(jī)；制動(dòng)下滑量；加速度傳感器

Analysis of a Crane Braking Distance Measurement Method Based on Gravity Acceleration Sensor

XU Shengjun

（Nanping Branch of Fujian Special Equipment Inspection and Research Institute，" Nanping 353000， Fujian， China）

Abstract： The brake sliding amount of the crane hoisting mechanism is an important parameter to measure the running state of the brake. The scientific and rapid detection method of brake plays an important role in the safe operation of crane. This paper analyzes the shortcomings and deficiencies of the commonly used crane braking distance detection methods， puts forward improvement measures， and explores a crane braking distance detection method based on gravity acceleration sensor.

Key Words： Crane; Braking sliding amount; Acceleration sensor

0引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，特種設(shè)備的數(shù)量也隨之快速增長。然而目前普遍運(yùn)用的檢測手段無法高效服務(wù)于檢驗(yàn)人員開展特種設(shè)備檢驗(yàn)工作，導(dǎo)致檢驗(yàn)工作效率較低，無法更好地滿足客戶的需求。以文中所述的起重機(jī)制動(dòng)下滑量來說，目前存在著檢測方法操作復(fù)雜，同時(shí)受到場地的制約大，檢測中存在一定風(fēng)險(xiǎn)等諸多缺陷，無法適應(yīng)企業(yè)快速發(fā)展的需求。因此，亟需探索安全、高效、操作簡易的新型檢測手段。

1" 起重機(jī)制動(dòng)下滑量檢驗(yàn)要求及目前

主流檢測方法分析

1.1 起重機(jī)制動(dòng)下滑量檢驗(yàn)要求

根據(jù)GB 6067.1-2010《起重機(jī)械安全規(guī)程 第1部分：總則》[1]，對起重機(jī)制動(dòng)下滑的允許范圍做出明確規(guī)定：對于吊鉤起重機(jī)，起吊物在下降制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)距離（控制器在下降速度最低檔穩(wěn)定運(yùn)行，拉回零位后，從制動(dòng)器斷電至物品停止的下滑距離），不應(yīng)大于1min內(nèi)穩(wěn)定起升距離的1/65。

1.2 目前主流檢測方法分析

目前，主流的制動(dòng)下滑量檢測有拉線法、拍照法等，但普遍存在安裝繁瑣、需要在制動(dòng)回路中串接額外的斷電裝置、采集制動(dòng)時(shí)刻延遲嚴(yán)重、測量誤差大、停車時(shí)間長、檢測效率低、檢測人員工作強(qiáng)度高、危險(xiǎn)性大等缺點(diǎn)。根據(jù)《福建特檢院起重機(jī)械安裝改造重大維修監(jiān)督檢驗(yàn)院標(biāo)》 [2]對于拉線法、拍照法具體操作如下所述。

1.2.1 拉線法操作方法

采用直徑為1mm的鋼絲繩，一端系一小陀，另一端與固定的微動(dòng)開關(guān)（常閉觸點(diǎn)）相連，常閉觸點(diǎn)接在接觸器控制的下降回路中，陀的重量應(yīng)能夠足以使微動(dòng)開關(guān)動(dòng)作，切斷下降回路。測量時(shí)小陀放在載荷上，當(dāng)額定載荷慢速下降到某一位置時(shí)，小陀與載荷分離，此時(shí)下降電路被立即切斷，載荷隨即開始下降制動(dòng)，到載荷停止后，所測得載荷與小陀之間的垂直距離，即為下降制動(dòng)距離。

拉線法缺點(diǎn)分析：（1）需要準(zhǔn)備的裝備多。為完成檢驗(yàn)需要準(zhǔn)備：直徑為1mm的鋼絲繩、小陀、微動(dòng)開關(guān)，長距離電纜線。（2）準(zhǔn)備時(shí)間長。使用該方法完成檢測，首先要將微動(dòng)開關(guān)接線，并找到位置固定好；其次要將微動(dòng)開關(guān)接線接入制動(dòng)器控制的下降回路中；再次對于載荷要求高，需要比較標(biāo)準(zhǔn)整塊載荷，否則不規(guī)則的載荷，在制動(dòng)的下降過程中，不易測得小陀與載荷之間的距離。（3）對現(xiàn)場人員要求較高。由于涉及到將微動(dòng)開關(guān)接入制動(dòng)器控制回路，要求現(xiàn)場人員對起重機(jī)的電路較為熟悉。如果現(xiàn)場配合人員對電路不熟悉，很可能產(chǎn)生意外。（4）檢測精度低風(fēng)險(xiǎn)大。一方面由于需要接入制動(dòng)器下降控制回路，就不可避免地存在延遲。另一方面小陀與載荷之間的距離測量由于存在載荷不規(guī)則，并且在制動(dòng)后相對位置發(fā)生變化導(dǎo)致測量誤差加大。同時(shí)由于測量中需要靠近吊裝的載荷，測量過程也存在較大風(fēng)險(xiǎn)。

1.2.2 拍照法操作方法

起重機(jī)勻速吊起或放下載荷時(shí)被制動(dòng)瞬間會(huì)有個(gè)下滑的過程，通過計(jì)算機(jī)軟件控制無線信號(hào)發(fā)送系統(tǒng)控制起重機(jī)抱閘系統(tǒng)工作，同時(shí)通過其高速圖像采集器將載荷制動(dòng)瞬間的高度值h1快速實(shí)時(shí)精確記錄下來，然后在制動(dòng)載荷下滑并穩(wěn)定后測量出高度值h2。通過計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)計(jì)算單元可快速計(jì)算出制動(dòng)下滑過程中的高度差Δh=h1-h2，該高度差即為測量的制動(dòng)下滑量，如圖1所示。

拍照法缺點(diǎn)分析：（1）需要準(zhǔn)備的裝備多。為完成檢驗(yàn)需要準(zhǔn)備：視屏監(jiān)控設(shè)備、三腳架、筆記本電腦，及無線發(fā)射器、制動(dòng)器工作控制單元。（2）準(zhǔn)備時(shí)間長。使用該方法完成檢測，首先要視屏監(jiān)控裝置架設(shè)完畢，其次要將視屏監(jiān)控裝置連接電腦并連接無線發(fā)射器，安裝制動(dòng)器動(dòng)作控制裝置。上述情況需要的時(shí)間非常長。（3）對現(xiàn)場人員要求較高。由于涉及到將制動(dòng)器動(dòng)作控制裝置接入制動(dòng)器控制回路，與拉線法相同，要求現(xiàn)場人員對起重機(jī)的電路較為熟悉。如果現(xiàn)場配合人員對電路不熟悉，很可能產(chǎn)生意外。（4）檢測精度低。與拉線法相同，一方面由于需要接線不可避免地存在延遲，另一方面載荷的不規(guī)則和晃動(dòng)對測量精度會(huì)有較大影響。

2" 基于重力加速度傳感器測量方案概述

系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集器、手持終端組成。數(shù)據(jù)采集器固定于重物或吊鉤上，感受重物的加速度信號(hào)，數(shù)據(jù)采集器將加速度信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，通過無線通訊的方式發(fā)送至手持終端。手持終端的測量軟件通過數(shù)字濾波運(yùn)算后，顯示加速度數(shù)值，繪制加速度曲線，與標(biāo)準(zhǔn)閾值進(jìn)行比較，判定制動(dòng)起始信號(hào)，通過一次積分得到速度，通過二次積分算法獲得重物制動(dòng)下滑量位移，首先，進(jìn)行穩(wěn)定起升速度計(jì)算，得出穩(wěn)定起身速度V后，V乘以1min時(shí)間，得到1min內(nèi)穩(wěn)定起升距離S，S乘 1/65得出判定標(biāo)準(zhǔn)值；其次，通過測量出的制動(dòng)下滑量與判定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，自動(dòng)評判制動(dòng)下滑量數(shù)值是否超標(biāo)，記錄并保存測量結(jié)果，方案如圖2所示。

2.1 數(shù)據(jù)采集器設(shè)計(jì)方案

數(shù)據(jù)采集器由加速度傳感器、電路板、鋰電池、充電接口、天線、電源按鈕、外殼、永磁鐵組成。加速度傳感器、天線、電源按鈕、鋰電池、充電接口與電路板連接。鋰電池通過電源按鈕向電路板提供電源，電路板上的穩(wěn)壓電路向加速度傳感器、單片機(jī)、無線通訊電路提供電源。單片機(jī)與加速度傳感器的數(shù)據(jù)輸出接口連接，獲取加速度數(shù)據(jù)通過無線通訊電路發(fā)送至手持終端。采集器外殼三點(diǎn)分布強(qiáng)力永磁鐵，可將采集器吸附于重物或者吊鉤側(cè)面，可自動(dòng)識(shí)別測量方向。

數(shù)據(jù)采集器功能框圖如圖3所示。

2.2 軟件及界面設(shè)計(jì)方案

輸入測量信息和加速度閾值，點(diǎn)擊【開始】按鈕，軟件開始顯示加速度數(shù)值并繪制加速度曲線，自動(dòng)識(shí)別啟制動(dòng)時(shí)刻，啟動(dòng)速度、位移積分算法，顯示重物速度、位移數(shù)值，記錄制動(dòng)下滑量、穩(wěn)定運(yùn)行速度，計(jì)算并顯示標(biāo)準(zhǔn)制動(dòng)下滑量及測量結(jié)論。軟件界面實(shí)時(shí)顯示采集器剩余電量，當(dāng)電池電量低于30%發(fā)出報(bào)警提示。點(diǎn)擊【停止】按鈕，結(jié)束測量。點(diǎn)擊【保存】按鈕，保存測量數(shù)據(jù)。點(diǎn)擊【打印】按鈕，打印測量數(shù)據(jù)。點(diǎn)擊【瀏覽】按鈕，查看保存的歷史數(shù)據(jù)。點(diǎn)擊【姿態(tài)校準(zhǔn)】按鈕，自動(dòng)對數(shù)據(jù)采集器當(dāng)前姿態(tài)進(jìn)行校準(zhǔn)修正。點(diǎn)擊【重新測量】按鈕，清空測量數(shù)據(jù)，重新測量。

軟件界面的設(shè)計(jì)如圖4所示。

2.3 基于重力加速傳感器方案優(yōu)點(diǎn)

基于重力加速傳感器的起重機(jī)制動(dòng)下滑量檢測儀，能夠有效解決目前主流檢測方法的不足。（1）儀器簡單輕便，不需要再攜帶大量裝備，給檢驗(yàn)工作減負(fù)。（2）使制動(dòng)下滑量檢測不再需要制動(dòng)回路中串接斷電裝置，極大降低了操作難度和操作風(fēng)險(xiǎn)，且減少接線時(shí)間。（3）能夠克服制動(dòng)時(shí)刻采集延遲，安裝方便快捷，對起重機(jī)制動(dòng)下滑量進(jìn)行準(zhǔn)確、快速檢測，可同時(shí)測量出判定標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場直接給出結(jié)果，從而提高檢測效率和檢測精度。（4）不需要檢測人員在載荷吊裝的情況下測量，可以在載荷放置安全后，收回儀器即可，數(shù)據(jù)可以通過藍(lán)牙鏈接到平板或手機(jī)上，有效降低人員安全風(fēng)險(xiǎn)和工作強(qiáng)度。縮短停車時(shí)間，節(jié)省企業(yè)成本。（5）該儀器研發(fā)所涉及的電子元器件價(jià)格不高，相較于拍照法，能極大地降低儀器成本，創(chuàng)造良好的社會(huì)效益。

3 結(jié)語

該檢驗(yàn)儀器及方法適合各類環(huán)境，具有高便捷性、高可靠性、高精度、高安全性等諸多優(yōu)點(diǎn)。筆者認(rèn)為基于重力加速度的起重機(jī)制停距離測量方案，能夠有效解決目前檢驗(yàn)中的各類痛點(diǎn)，對檢驗(yàn)工作提升帶來良好收益，同時(shí)減低企業(yè)的檢測待機(jī)時(shí)間，降低企業(yè)成本。

參考文獻(xiàn)

[1]起重機(jī)械安全規(guī)程 第1部分：總則：GB 6067.1-2010[S].

[2]福建特檢院起重機(jī)械安裝改造重大維修監(jiān)督檢驗(yàn)院標(biāo)[Z].

收稿日期：2022-03-29

作者簡介：許盛均，男，福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院南平分院，工程師