起重機制動下滑量檢測系統的應用經濟性分析

邱光斌

（江西省檢驗檢測認證總院特種設備檢驗檢測研究院贛州檢測分院， 江西 贛州 341000）

0 引言

起重機制動下滑量是起重機安全運行的重要參數，該項參數也是起重機檢測過程中的必檢項目之一?，F階段，在起重機制動下滑量檢測過程中常用到目測、微動開關控制檢測、光控繼電器檢測等方式，但不同的方式均有自身的弊端，通常簡單的檢測檢測方式準確度低，準確度高的檢測方式實際操作較為復雜，需要耗費大量的人力、財力，這并不利于起重機使用企業和檢測機構的發展[1]。因此，設計一種簡單、高效、精確的起重機制動下滑量檢測系統也成為工業領域發展的關鍵。

1 起重機下滑量檢測需求分析

本次系統設計主要用于梁高在15 m 范圍以內的橋式和門式起重機，根據《起重機械安全規程》和《起重機械定期檢驗規則》，以及設備的使用顯示情況，系統在下滑量數據測試時的精度要求達到±2 mm 以內，測試系統顯示精度為0.1 mm 以下。檢測系統設備需要具備拆卸便捷、易于攜帶、操作簡單的特點，能夠對起重機下滑量進行自主測量計算。

2 起重機下滑量檢測系統設計

2.1 測試平臺機械結構設計

根據起重機下滑量檢測系統需求本次設計測試平臺三維模型結構如圖1 所示。測試平臺支撐架采用三角架作為基礎，該種結構具有穩定、輕便的優點。三腳架上端設置有承重平臺，承重平臺為“工”字形，承重平臺上下盤由四根承重桿連接，中間懸空為滾珠絲桿的移動留空間。承重平臺上盤兩端設置有導向桿，升降平臺穿插在導向桿上，并與承重平臺上盤通過滾珠絲桿連接。激光傳感器、位移傳感器等安裝于升降平臺上。承重平臺上盤兩端安裝有“L”形支架，用于電機限位、傳感器保護組件的安裝。在測試過程中，電機驅動滾珠絲桿實現升降平臺的上下移動，導向桿能夠保證升降平臺垂直上下移動，不會產生水平方向的位移。

圖1 測試平臺三維模型結構

2.2 硬件系統設計

2.2.1 硬件組件的選擇

為了滿足下滑量的檢測需求，本次采用KEYENCE激光組件，該組件中包含有LV-NH62 激光感測頭，LV-N11N 激光放大器以及OP-42197 反光帶。KEYENCE 激光組件具有信號發射、接收一體化的功能，并且功耗低、質量輕，可以應用于多種場合，能夠滿足系統測試需求。位移傳感器選擇KFM200 電位器式導電塑膠膜質位移傳感器，該種傳感器結構具有簡單，輸出信號大的特點。傾角傳感器選用MSA-LA2.0 雙軸加速度傳感器，該傳感器量程為±2 g，由于傾角傳感器只用于測量單個傾角，并且在測試過程中負測試裝置傾角相對較小，因此該傳感器能夠滿足測試需求。驅動電機選用步進電機，型號為57BYGH255-1004A，電機配備有UIM24302 驅動器。

2.2.2 檢測電路設計

檢測系統主控制器芯片選用STM32F103RET6芯片，該芯片具有16 路通道，多功能雙向I/O 口51個，能夠滿足測試傳感器信號傳輸處理需求。主控制器電路包含有復位、式中程序調試下載等功能。根據系統需求，激光傳感器只需要實現一路激光定位，因此只需要連接一路信號輸出線，信號輸出線需要與STM32F103RET6 芯片的PB12（Laser_IN）連接，并且中間需要設置10K 上拉電阻，其余兩路線與地線和電源連接。

KFM-200 mm 位移傳感器有4 路線路，MSA-LA2.0 傾角檢測傳感器有8 路線路。在電路設計當中，為了避免輸入信號產生的高頻噪聲，需要在傳感器與信號輸入端之間設計抗混疊濾波器電路，從而確保信號傳輸的精確性，根據測試需求設計如電路圖2。

圖2 主控制器中位移、傾角傳感器信號處理的接口電路

2.3 軟件系統設計

本次系統軟件編程選用Real View 編譯器，RVMDK3.80 版本，該編譯器符合STM32F103RET6 芯片編譯需求，并且編譯界面相對簡單，性能較高。整個控制程序有主程序與多個子程序構成，其中子程序包含有自檢程序、信號傳輸程序、下滑量檢測程序等。系統邏輯程序設計為：

1）系統啟動，進入自檢程序中，對傳感器、無線信號傳輸模塊、電機限位等設施進行檢測，如果其中出現問題則在上位機中顯示檢測問題結果，如果沒有問題進入下一步；

2）由檢測人員電機起重機啟動（上升/下降）按鈕，系統發出啟動指令，負載根據信號指示上升/下降；

3）激光傳感器接收到反饋信號后記錄位移傳感器位置H1，主控制器同時發出起重機制動命令；

4）在發出指令10 s 后，重置激光信號標志位，啟動檢測電機，驅動升降平臺上升/下降；

5）激光傳感器接收到反饋信號后記錄位移傳感器位置H2，傾角傳感器檢測初始停止位置和最終停止位置與垂直面的夾角α；

6）信號傳輸回中控系統中進行計算得出位移差h=|H2-H1|×cosα，并顯示于上位機上。

3 起重機制動下滑量檢測系統的測試及應用

3.1 測試

為了驗證制動下滑量檢測系統的效果，在設計完成后與某省級特檢院相聯合進行檢測驗證。測試對象為MH 型單主梁門式起重機（20 t），起升高度為10 m；懸臂葫蘆吊（10 t），起升高度為7 m。根據測試要求，本次選用載荷為8 t。測試前將測試機構安裝與距離起重機8 m 的位置，并在負載上安裝反光帶，測試系統與起重機啟動控制系統連接。每組測試共進行8次，其中MH 型單主梁門式起重機測試時采用上升制動的測試方式，懸臂葫蘆吊采用下降制動的測試方式，經過檢測得出結果如圖3、圖4。

圖3 MH 型單主梁門式起重機下滑量測試結果

圖4 懸臂葫蘆吊下滑量測試結果

根據圖3、圖4 可知，利用制動下滑量檢測系統所測得的下滑量相較于特檢院檢測值更為平緩，說明數據可靠性較高；制動下滑量檢測系統測得的精度為小數點后兩位，特檢院檢測為小數點后一位，并且制動下滑量檢測系統檢測得到的數據更加接近起重機行業內認可的檢測數據。由此可見，本文所設計的起重機制動下滑量檢測系統可被應用于起重機下滑量檢測工作當中。

3.2 實際應用

某檢測機構主要采用微動開關控制檢測方法和光控繼電器控制檢測方法，通常情況下，測量一臺起重機便需要2 h 左右，每組3 人每日可測量5 臺，因此該機構每年需要投入大量差旅費和人工費。在2022 年起重機制動下滑量檢測系統應用后，該企業人工費用得到極大壓縮。根據與2021 年3 月相比，對同樣的13 個工廠起重機進行檢測，2022 年檢測完成共計11 個工作日，2021 年檢測完成共計29 個工作日，其中人工費用200 元/d，差旅費用每人90 元/d，因此應用起重機制動下滑量檢測系統后降低費用為15 660 元，并且同月又多檢測19 個企業，共產生利潤186 380 元。由此可見，起重機制動下滑量檢測系統的應用具有良好的經濟性。

4 結論

1）根據起重機制動下滑量檢測現實情況提出下滑量檢測系統設計需求。

2）從機械結構、硬件系統和軟件系統三方面對起重機制動下滑量檢測系統進行設計，對激光傳感器、位移傳感器、傾角傳感器電路進行設計，同時明確程序設計流程。

3）對起重機制動下滑量檢測系統進行測試，結果顯示起重機制動下滑量檢測系統檢測值波動較小，符合起重機制動下滑量檢測要求。將該系統應用于某檢測機構中，經過對13 家工廠起重機進行檢測，結果發現能夠降低15 660 元成本，并且因檢測效率提升同月多產生186 380 元利潤。

（編輯：趙婧）