摘 要 本文介紹一種用于制動(dòng)位移測(cè)量和起升機(jī)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的起重機(jī)機(jī)構(gòu)制動(dòng)過程參數(shù)檢測(cè)裝置及制動(dòng)性能分析方法。 測(cè)量記錄裝置用于控制測(cè)量過程、處理和保存測(cè)量數(shù)據(jù) 、判斷制動(dòng)性能 ，通過制動(dòng)性能曲線可以觀察制動(dòng)性能變化趨勢(shì) ，有助于早期發(fā)現(xiàn)制動(dòng)機(jī)構(gòu)故障 ，避免因制動(dòng)性能劣化引發(fā)的事故 。

起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)下降制動(dòng)距離是衡量起重機(jī)械安全性能的一項(xiàng)重要指標(biāo) ，長(zhǎng)期以來，對(duì)該指標(biāo)的檢測(cè)都是在對(duì)起重機(jī)作定期性能檢測(cè)時(shí)進(jìn)行，由于檢測(cè)周期間隔時(shí)間較長(zhǎng)，其間因制動(dòng)性能的劣化導(dǎo)致下滑量的超標(biāo)不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和預(yù)報(bào) ，嚴(yán)重威脅起重機(jī)械的安全運(yùn)行。目前對(duì)起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)下降制動(dòng)距離的檢測(cè)主要包括目測(cè)和專用儀器法 ，這些檢測(cè)手段和方法僅適用于起重機(jī)生產(chǎn)廠出廠產(chǎn)品的制動(dòng)性能檢測(cè) ，或者是在用起重機(jī)的年度檢驗(yàn)時(shí)對(duì)制動(dòng)下滑量進(jìn)行檢測(cè)的場(chǎng)合 ，均無法做到對(duì)該指標(biāo)長(zhǎng)期連續(xù)的監(jiān)測(cè)。

通過對(duì)制動(dòng)距離的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和制動(dòng)性能變化趨勢(shì)的在線分析可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)制動(dòng)下滑超標(biāo) ，做到早期預(yù)報(bào) ，有效保障起重機(jī)械運(yùn)行安全。

1 方法目的

本方法的目的在于提供一種基于位移量測(cè)量和起升機(jī)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)制動(dòng)過程參數(shù)檢測(cè)及制動(dòng)性能分析方法 ，上述測(cè)量 、記錄和分析均在起重機(jī)日常運(yùn)行過程中進(jìn)行 。 通過實(shí)時(shí)測(cè)量和記錄起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)制動(dòng)過程參數(shù) ，為評(píng)估起升機(jī)構(gòu)的制動(dòng)性能提供依據(jù) ，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)性能劣化自動(dòng)預(yù)報(bào)。 所說的制動(dòng)過程參數(shù)至少包括 ：起升機(jī)構(gòu)運(yùn)行指令信號(hào)、制動(dòng)器動(dòng)作信號(hào)、機(jī)構(gòu)位移量。

2 技術(shù)方案

本方法采用旋轉(zhuǎn)增量編碼器直接測(cè)量起升機(jī)構(gòu)位移量 ，為了保證測(cè)量精度 ，采用編碼器直接安裝在卷筒軸端 ，通過測(cè)量卷筒的旋轉(zhuǎn)弧度換算吊具的直線位移量。本方法包含一個(gè)測(cè)量記錄裝置 ，用于制動(dòng)距離檢測(cè) 、計(jì)算和計(jì)算結(jié)果的保存。 該裝置至少具有編碼器信號(hào)輸入通道 、開關(guān)量輸入通道和模擬量輸入通道 ，起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)分別接入編碼器信號(hào)、起升機(jī)構(gòu)運(yùn)行方向信號(hào)、制動(dòng)器動(dòng)作狀態(tài)信號(hào)。上述測(cè)量記錄裝置具有數(shù)據(jù)顯示和記錄功能 ，能顯示和保存制動(dòng)距離的測(cè)量結(jié)果 ，保存的數(shù)據(jù)可用于制動(dòng)性能變化趨勢(shì)分析 ，幫助用戶早期發(fā)現(xiàn)制動(dòng)設(shè)備故障隱患。制動(dòng)器動(dòng)作狀態(tài)信號(hào)通過制動(dòng)器失電監(jiān)測(cè)單元檢測(cè) ，為了保證測(cè)量精度 ，該檢測(cè)單元必須具有即時(shí)響應(yīng)特性 ，不能有延遲或滯后。

通過采集下降制動(dòng)過程累計(jì)脈沖數(shù)計(jì)算制動(dòng)距離 ，制動(dòng)距離計(jì)算方法如下 ：式中 ，Ps 為制動(dòng)過程累計(jì)脈沖數(shù) ；C 為結(jié)構(gòu)系數(shù) ，編碼器安裝在卷筒軸端時(shí) ，與編碼器分辨率、卷筒直徑、鋼絲繩直徑、繩槽深度、滑輪組倍率相關(guān) 。

依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)規(guī)定 ，確定下滑超標(biāo)判斷基準(zhǔn)值 ，獲取制動(dòng)距離 S 后 ，可對(duì)起升機(jī)構(gòu)的制動(dòng)性能進(jìn)行判斷 。分 ：總則》４ ．２ ．６ ．３ 規(guī)定 ：對(duì)于釣鉤起重機(jī) ，起吊物下降制動(dòng)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)器斷電至物品停止時(shí)的下滑距離）不應(yīng)大于 １ min 內(nèi)穩(wěn)定起升距離的１／６《GB ６０６７ ．１ — ２０１０ 起重機(jī)械安全規(guī)程第１ 部５ ，據(jù)此設(shè) ：最低檔穩(wěn)定起升運(yùn)行 １ min 的距離＝ Sn ，則 ：下滑超標(biāo)判斷基準(zhǔn)值 ＝ Sn ／６５。 定義標(biāo)稱制動(dòng)距離 ：

a n （２）

S ＝ S ／６５

標(biāo)稱制動(dòng)距離比 ： a

s （３）

R ＝ S ／S式中 ，Rs 的意義在于 ：Rs 反映了起升機(jī)構(gòu)下降制動(dòng)性能 ，當(dāng)起升機(jī)構(gòu)下降制動(dòng)距離滿足標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí) ， Rs 總是小于 １。 據(jù)此可以判斷起升機(jī)構(gòu)制動(dòng)性能 ，當(dāng) Rs 接近于１ 時(shí) ，發(fā)制動(dòng)性能劣化預(yù)警信號(hào) ；當(dāng) Rs ＞ １ 時(shí) ，發(fā)制動(dòng)性能劣化報(bào)警信號(hào) 。

按時(shí)間順序?qū)?Rs 通過二維坐標(biāo)系表示 ，獲得制動(dòng)性能曲線 ：Rs － t ，該曲線反映了制動(dòng)性能的變化趨勢(shì)。

3 實(shí)施過程

采用增量編碼器檢測(cè)位移量 ，編碼器安裝在卷筒軸端 ，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖１ 所示 ，包括起重機(jī)運(yùn)行工況信號(hào)檢測(cè)裝置和測(cè)量記錄裝置。起重機(jī)運(yùn)行工況信號(hào)檢測(cè)裝置由增量編碼器、制動(dòng)器失電檢測(cè)單元 、起升方向檢測(cè)單元組成。 測(cè)量記錄裝置由控制器、方向脈沖檢出單元、具有計(jì)數(shù)始能控制端的正反向計(jì)數(shù)單元、信號(hào)接口單元、顯示和操作單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元組成。

增量編碼器正交方波脈沖 A 、B 接入方向脈沖檢出單元 ；制動(dòng)器失電檢測(cè)單元提供計(jì)數(shù)使能／禁止信號(hào) ，接入正反向計(jì)數(shù)單元 ；起升方向檢測(cè)單元的起升方向信號(hào)通過信號(hào)接口單元與控制器連接 ?？刂破魇且环N工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng) ；信號(hào)接口單元以串行或并行數(shù)據(jù)傳輸方式與控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元有足夠的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量用于連續(xù)記錄和長(zhǎng)期保存制動(dòng)距離測(cè)量數(shù)據(jù) 。顯示和操作單元用于裝置的運(yùn)行參數(shù)設(shè)置、測(cè)量數(shù)據(jù)顯示等人機(jī)交互操作。

系統(tǒng)工作過程如下 ：定義 ：正向／反向脈沖分別為下降／上升計(jì)數(shù)脈沖。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到起升機(jī)構(gòu)處于下降運(yùn)行狀態(tài)時(shí) ，啟動(dòng)制動(dòng)距離檢測(cè)程序 ，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)制動(dòng)器失電狀態(tài)信號(hào) ，此時(shí)下降計(jì)數(shù)器和上升計(jì)數(shù)器初始值分別為Na１ 和 Nb１ 。

當(dāng)制動(dòng)器處于得電打開狀態(tài)時(shí) ，制動(dòng)器失電檢測(cè)單元輸出計(jì)數(shù)禁止信號(hào) ，兩個(gè)計(jì)數(shù)通道均被禁止計(jì)數(shù)操作 ，計(jì)數(shù)器初始值保持為 Na１ 和 Nb１ 。當(dāng)起升機(jī)構(gòu)下降過程結(jié)束時(shí) ，下降制動(dòng)過程啟動(dòng) ，制動(dòng)器失電 ，測(cè)量和記錄裝置檢測(cè)到制動(dòng)器處于失電制動(dòng)狀態(tài) ，兩個(gè)計(jì)數(shù)通道均被允許計(jì)數(shù)操作 ，對(duì)計(jì)算標(biāo)稱制動(dòng)距離比 R  ，判斷制動(dòng)性能 ；上述測(cè)量

s計(jì)算結(jié)果保存至存儲(chǔ)單元 。

以某大型鋼廠起重機(jī)為例 ，設(shè)備系統(tǒng)參數(shù)如下 ：

卷筒直徑＝ １ ．２８ m ；繩槽深度 ＝ ０ ．０１５ m ；鋼絲

繩直徑＝ ０ ．０２７ ５ m ；Sn （m）＝ ７ ；編 碼 器 分 辨 率＝

４ ０９６ ；滑 輪 組 倍 率＝ ８ ；S ＝ S ／６５＝ ０ ．１０７ ７ ；C ＝

０ ．０００ ０１２ ２４１ ７。 a n

表１ 是該實(shí)施方案的一組實(shí)測(cè)數(shù)據(jù) ，表中列出了系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)及一段時(shí)間內(nèi)每次下降制動(dòng)過程的相關(guān)數(shù)據(jù) ，包括 ：下降制動(dòng)位移量對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù) Ps 、制動(dòng)距離 S 、標(biāo)稱制動(dòng)距離比 Rs  ，這些數(shù)據(jù)依

時(shí)間順序描繪出制動(dòng)性能曲線均在顯示和操作單元顯示。 圖２ 為根據(jù)表１ 數(shù)據(jù)得到的制動(dòng)性能曲線 。

由圖２ 可判斷出該起重機(jī)操作人員在這段時(shí)間內(nèi)沒有出現(xiàn)違規(guī)現(xiàn)象 ，因此起升機(jī)構(gòu)下降制動(dòng)距離滿足標(biāo)準(zhǔn)要求 ，Rs 始終小于１。

4 結(jié)論

（１）該裝置能在起重機(jī)日常運(yùn)行過程中在線檢測(cè)測(cè)量、記錄和分析。

（２）測(cè)量記錄裝置實(shí)時(shí)測(cè)量和記錄每次制動(dòng)距離測(cè)算結(jié)果 ，起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)當(dāng)制動(dòng)距離接近或超過規(guī)定值時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào) ，提示制動(dòng)性能劣化。

（３）通過制動(dòng)性能曲線觀察制動(dòng)性能變化趨勢(shì) ，有助于早期發(fā)現(xiàn)制動(dòng)機(jī)構(gòu)故障 ，避免因制動(dòng)性能劣化引發(fā)的事故。