一种基于加速度计的起重机制动下滑量测量方法

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Abstract：The brake slide distance is an important index for judging the crane brake system during the rated loadtest.Aiming at the current situations，a new test method and mode are discussed in the paper for the purpose of measuringthe brake slide distance in an accurate way。

Keywords：crane；rated load；brake slide distance；measurementTSG Q7016-2008《起重机械安装改造重大维修监督检验规程》要求在起重机械安装监督检验进行额定载荷试验时应测量制动下滑量，制动下滑量应当在允许范围内。但是，在实际安装监检中很难进行准确的检测，标准中要求的方法在实际中也不易操作。如若能研发出方便使用且准确可靠的制动下滑量测试仪器，将有利于检验机构检验的实施，同时也可为特种设备使用单位进行正常自检时提供可靠的测试仪器，存在较大的利用价值与市常1 国内外现状及存在问题目前，国内外对起重机制动下滑量测量的方法主要是机械测量，其方法主要有以下几种：1) 目测目测方法是在起重机安装后检验人员常采用的方法。即在额定载荷状态下，检验人员操作起重机控制板，在下降过程中按下制动按钮，目测从制动时刻到负载停止所下滑的距离。该方法测量的准确性撒于检验人员的感官判断，精确度很低。

2)采用行程开关控制的检测方法采用直径为 1 mlTl钢丝绳，-端系-坠重，另 端与同定的微动开关 (触点常闭)相连，常闭触点接在用接触器控制的下降同路中，坠重的质量应足以使开关动作，切断下降电路，测量时坠重放在载荷 (砝码)上，当额定载荷以慢速挡下降到某-位置时，坠重与载荷分离，此时下降电- 92 - 路立即被切断，载荷随即开始下降制动，待额定载荷停左，测得坠重与载荷之间的垂直距离，即为下降制动距离，连测 3次，取其平均值。该方法要求第 2次检测时又要将行程开关复位，这都不利于检测者的安全。

3)采用 增量型旋转编码器 光电计数器”组合的测量仪该方法在起升机构高速级轴线上的-个传动件 (例如轴或联轴器)上，对圆周作不少于 12等份的标记 (越明显越好)，将光电计数器与机构控制系统联锁，断电瞬时开始计数。计数器的测头对准等份标记，在起升机构以慢速捎稳定下降制动停止后，用所测的计数进行换算。该方法存在计数可能出现偏差，且标记等份比较闲难，存在下滑量测tL5 3数值有误差。

4)采用光控继电器取代行程开关检测该方法是利用光控继电器代替行程开关 .实现对起重机下降回路的控制。制动下滑量则是通过读取砝码-侧磁力表固定的-个钢板尺上的数据来完成。为减小误差对测量结果的影响 .-般都要对测得的几组数据求平均值，以使测量结果更准确5)基于单片机的智能测量该方法采用单片机为测量核心，结合外围电路设计，最终实现下滑量测量。该方法能显示、自动记录和打印测量结果，极大地降低了现场测试人员的劳动量。但是，它在获取制动时刻测量《起重运输机械》 2013(6)距离时仍采用行程开关，其外围电路较复杂。同时该测量装置是-个独立的系统，无法实现测量过程及结果的信息化管理。

6)利用高速图像捕捉设备该方法采用高速图像捕捉设备，其中无线控制系统在控制起重机抱闸系统工作同时通过高速图像捕捉设备同步将载荷制动瞬间的高度值 h 快速实时精确记录下来，然后在制动载荷下滑并稳定后测量出高度值 h：。通过计算机专用软件可快速计算出制动下滑过程中的高度差 Ah：h -h ，该高度差即为测量的制动下滑量。该方法将测量结果信息化，但对摄像机要求高，测量距离不远，最大距离为 10 n'l左右。

2 研究内容本测试系统基于加速度计测量重物下降制动过程中的线加速度，通过数据采集拈实时采集重物运动信息，再通过总线将运动信息传送至数字信号处理拈，上位机测试软件通过通信协议对处理过的信息进行分析、加工，自动计算出制动过程中的速度、位移和下滑量。

2.1 加速度计功能加速度计是惯性导航系统的关键部件之-，它的重要性越来越为人们所理解。在各种运载体的导航定位中，通过测量位置、速度或加速度都可以得到运动物体的轨迹。但是，在运动物体的内部能够测量的量只有加速度。本文便是研究依据牛顿惯性原理和惯性导航原理，利用加速度计来测量运动物体的加速度，通过积分获得试验所需要的速度和位置信息，从而得到制动下滑量的测量方法。

2.2 算法实现如图 1，加速度计控制回路并联在起重机下降接触器回路中。当下降接触器断电，在制动器抱闸的同时，加速度计开始工作。通过重力修正，可方便的得出重物连 同吊钩的下降加速度信息，再通过积分运算，可获得重物的速度信息，通过再次积分运算，便可获得重物的位置信息。

图1 加速度-速度-位置算法图《起重运输机械》 2013(6)2.3 测试系统实现系统测试功能如图2，起重机下降制动过程中，加速度计将测量信息通过数据线传输给上位机，上位机测试软件将获得的信息经过数据处理，可得到起重机制动下滑量、速度 -时间曲线、位移-时间曲线等信息。测试软件还有数据储存功能，实现起重机制动下滑量的信息化管理。

I - - 垂圈 I：匦圃 ：图2 测试系统功能方框图上位机由数据采集拈、数字信号处理拈、通讯接口和测试软件组成，主要任务分为5个方面：1)采集加速度计测量信号；2)信号处理，积分计算；3)输出速度、位置信息；4)获得制动下滑量，判定合格性；5)打英储存功能，实现信息化管理。

2.4 测试系统工作原理本测试系统以吊钩及重物的运动信息为测试对象 ，利用计算机通讯技术 ，以上位机作为整个系统的控制、计算、判 断、连接核心及运行平台。系统通过总线接 口向起重机起升机构发送命令，控制吊钩和重物的运动；同时利用数据采集拈采集加速度计的输出信号，并将采集到的数据通过总线读人测试软件系统 ，实现测试的 自动化 、快速化。本测试 系统工作原理如图3所示。

测试软件系统上位机数据 蠡 丽控制拈 吊钩及重物图3 测试系统工作原理图上位机的测试软件系统监控整个测试过程，- 93 - 完成测试数据的接收、处理、滤波和运算，自动完成对各测量节点的数据处理与状态转换。用户通过软件交互界面设置标定或测试任务，并监控系统运行的状态和结果；软件系统还包括底层驱动程序部分，使上位机与总线接 口正常通信。总线接口部分包括数据采集拈和控制拈。数据采集拈接收测试软件发出的控制命令，完成加速度计数据的采集、数据格式的转换等功能；控制拈接收测试软件发出的控制指令，完成吊钩及重物升降动作的控制。

3 基于加速度计的测试系统优点1)精度高。加速度计 的测量精度在 ±1×10 m；2)响应速度快，能耗低 (<0.06 mA)；3)智能化程度高∩由系统直接获得起重机制动下滑量、速度 -时间曲线、位移 -时间曲线等信息。根据 GB/T 14405-2011《通用桥式起重机》对吊钩起重机，起吊物品在下降制动时的制动距离 (机构控制器处在下降速度的最低挡稳定运行，拉回零位后，从制动器断电至重物停止时的下滑距离)不应大于 1 rain内稳定起升距离的1/65。”可直接判定制动下滑量的合格性；4)测试易于实现。加速度计获得重力加速度，既可测静态又可测动态加速度；既可输出数字信号，也可输出模拟电压信号；5)安全性高。测试系统的测量装置加速度计安装在吊钩颈部，体积小，易拆装，抗干扰性校且检测人员可远程操作，远离重物，排除起重机制动失效，重物坠落，影响检测人员及测试仪器安全的可能性。