起重机械制动下滑量的检测方法研究

高 岩

（辽宁省检验检测认证中心 辽宁省安全科学研究院电梯事业部， 辽宁 沈阳 110004）

0 引言

起重机械制动下滑量是起重机械安全性能的重要指标[1]之一，关系到工作现场人身及财产的重大安全。 下滑量的检测是起重机械型式试验[2]、出厂检验和定期检验中的关键项目，对试验过程的安全性、检验结果的精度以及可操作性都有很高的要求。世界发达国家诸如德国、法国等工程机械强国都制定了相应的起重机械制动下滑量的检测标准，并研发出专门的检测仪器。我国多年来也一直在开展起重机械制动下滑量的检测， 但检测手段比较落后，满足不了起重机械发展速度的要求，制约了先进技术的应用。

1 对制动下滑量检测的意义

起重机械在工作过程中，当控制系统发出制动信号，由于电气和机械动作响应的时间差以及负载自重的影响，载荷将会继续下滑一段距离，这段距离值即为制动下滑量。 制动下滑量是衡量起重机械安全性能的一个重要指标， 直接影响到现场工作人员的人身安全和设备财产损失。 起重机械在出厂前、 安装后都需要对该值进行检测，检验合格后方能投入使用，在当地市场监督管理部门办理使用登记。 同时，起重机械在现场使用一段时间后，由于特殊工况以及存在的超载违规等情况， 更加剧了制动装置的磨损[3]，起重机械制动下滑量会变得越来越大。在《起重机械定期检验规则》（TSG Q7015—2016）[5]中增加了额定载荷试验项目， 需要对起重机械的制动下滑量进行检验，验证该值是否还在合格范围内，取得检验合格报告后才能继续使用。

2 目前常见的检测方法

目前国内常见的检测方法主要有：

（1）目测[1]。 起重机械装载额定载荷[2]，在载荷下降的过程中按下控制装置上的制动按钮， 目测载荷从给出制动信号的位置到停止稳定后所下滑的这段距离值即为制动下滑量。 其测量精度取决于检验人员的视觉判断，与实际值误差很大。

（2）行程开关检测法[4]。 起重机械装载额定载荷，在载荷下降的过程中， 通过载荷的标定部位撞击一外设行程开关给出制动信号， 测量行程开关位置和载荷标定部位停止位置之间的距离即为制动下滑量。 其缺点在于：行程开关给出的制动信号和制动器动作存在一定的延时差，影响了检测结果的准确性；检测人员需要接近载荷，在标定部位量取制动下滑量， 并且进行二次测量时又需要手动复位行程开关， 这都将对检测人员的人身安全造成不小的隐患。

（3）光控继电器检测法[4]。 上述行程开关由光控继电器代替，并在载荷一侧设置固定在磁力表座上的钢板尺，通过读取钢板尺上的刻度来得到制动下滑量， 以此来减小测量误差。缺点是仍然需要测量人员接近吊挂载荷，存在一定的安全隐患。

（4）单片机智能检测法[6]。 利用单片机和智能电路设计，达到实时显示、自动记录和打印检测报告。 缺点是仍需要利用行程开关给出制动信号， 且外围电路的铺设和安装较为复杂， 非厂家或实验室专业人员难以完成该项检测，适用性不广泛，安全性也不够强。

3 新型制动下滑量检测仪的研制

上述各种检测方法均存在误差较大、安全性不强、过程繁琐且适用性较差的缺点， 我院联合大连光程光电科技有限公司经过科技查新和多个技术方案的反复论证，走访各检验检测单位以及起重机械制造厂试验现场，对比调研需求， 根据检规中对起重机的制动下滑量指标检测的要求， 决定研制出具有既能满足国家特种设备标准要求，又处于领先地位的检测装置，确定了我们自己的研制原则。

（1）标准化原则。一个产品的开发研制必须符合国家标准、行业标准等要求，有一套完善的标准化体系，而产品的标准化应该在其开发研制过程中逐步形成并落实，以此来保证产品质量。 为此， 我们的研制工作首先以TSG Q7002-2007 《桥式起重机型式试验细则》、TSG Q7003-2007《门式起重机型式试验细则》、国家标准GB/T 3811-2008《起重机设计规范》、GB/T14405-2011《通用桥式 起 重 机》、GB/T14406-2011 《通 用 门 式 起 重 机》、JB/T1306-2008《电动单梁起重机》及TSG 特种设备安全技术规范TSG Q7015-2008《起重机械定期检验规则》为基础，在研制过程中逐步完善制动下滑量检测仪的标准。

（2）实用性原则。 开发研制的产品必须具有实用性。主要体现在以下几个方面： ①测量数据的精度满足国家标准的规定要求； ②测量范围能够满足要求； ③操作简单、维修方便；④其它通用国家标准的要求；⑤便于数据的计算机管理。

（3）博采众长的原则。在不侵犯他人知识产权的前提下，广泛汲取他人之所长，改进、消化吸收，使之成为我们自己产品的一部分， 是使研制工作少走弯路的有效途经之一。

最终我们决定采用工业高速摄像机抓拍制动瞬间的测量数据值，并实现了无线遥控[6]与抱闸制动同步信号的非接触式测量，研发出了新型的便携、高精度、超安全的起重机械制动下滑量检测仪。

该起重机械制动下滑量检测仪经过大型厂矿企业、码头等各用户现场的测试试验， 证明了该仪器具有功能强大、操作方便、抗干扰能力强、测量精度高、安全可靠等先进技术优势。

4 新型制动下滑量检测仪的构成及原理

4.1 视频监控主机

视频监控主机主要用于视频监控和图像采集， 见图1，包括工业高速摄像头、变焦镜头和数据通讯线。主机后面设置有数据通讯接口， 通过数据线可以和电脑进行实时通讯。镜头上有两个手动调焦环和一个亮度调节环，用来调节图像的大小和清晰度。前面的是粗调调焦环， 控制视频的大小和远近，后面的是微调调焦环，使图像更加清晰。 中间是亮度调节环，可以调节图像的亮度，如果亮度调节环已经处于最大位置，还可通过电脑软件中的视频调节功能再增加亮度。

图1 视频监控主机

注意当主机固定于三角架上后，见图2，调节过程中应首先通过三角架自带的云台调整摄像头的角度及水平， 然后调节镜头前调焦环将镜头调至广角状态以便快速寻找目标（高度尺），初步对准后调节镜头后调焦环使高度尺刻度清晰可见且刻度显示与软件测量线尽量平行， 以便测量读数准确。

图2 主机三角架

4.2 信号发射器、信号接收器

信号发射器采用无线USB连接计算机，由计算机软件控制并发射信号； 信号接收器通过附属的外接鳄鱼夹串联接到起重机抱闸控制回路中，也是通过无线模式接收控制信号，见图3。

图3 信号发射器、信号接收器

4.3 其他附属设施

其他附属设施还包括高度尺、托盘、辅助照明灯、三

角架、笔记本电脑、专用测量软件等，见图5。

4.4 检测方案

首先，要找到起重机械电控柜中的抱闸控制回路，将信号接收器附属的外接鳄鱼夹串联接到抱闸控制回路开关的两个端子上，使信号接收器可以通过内部的无线控制单元，对起重机械抱闸控制回路进行通断控制，见图4。从而实现了制动下滑量的测量信号与抱闸控制系统的通断信号是同时发出的，信号的实时性大大提高了测量的精确度。

图4 抱闸控制回路开关接线图

然后， 将起重机械吊载额定载荷，见图5，在载荷正常工作下降的过程中，由计算机软件控制无线发射器向起重机械电控柜内安装的无线接收器发送断电信号，此时抱闸动作； 同时视频监控主机自动进行高速图像捕捉，实时精确记录下发出载荷制动信号瞬间的高度值h1。

图5 检测过程图

最后，在载荷制动下滑并稳定后，通过计算机软件控制视频监控主机再次记录最终位置的高度值h2，计算机软件可自动计算出高度差（Δh=h1-h2），Δh 即为该台起重机械的制动下滑量。

4.5 计算机操作过程

为了保证检验人员的人身安全， 我们实现了测试过程的非接触式操作。整个过程都是用计算机软件控制，检验员可选择一处安全位置， 利用鼠标操作计算机即可快速完成测量，见图6、图7。

图6 待机界面窗口

首先，操作计算机软件弹出测量窗口，见图7，此时图像如亮度太暗，则在高度尺正前方安置辅助照明光源，照亮测量部分。此时如亮度太亮，则调节镜头亮度环使图像亮度满足要求。使起重机载荷上升至一定高度，然后由司机控制载荷下降，操作员观察载荷下降到一定高度（不低于1m）立即点击“起点测量【F3】”，发射器发出信号，接收器收到信号后即断开起重机械抱闸控制回路， 使起重机械下降过程中制动， 同时视频监控主机高速截取当前（载荷继续下滑前）的测量数据图像，即为h1（制动点），人工添加该数据至相应数据框。

图7 测量窗口

当载荷制动停稳后，点击“终点测量【F4】”，视频监控主机截取当前的测量数据图像，即为h2（终点），人工添加该数据至相应数据框， 同时按照提示保存图像数据至指定的目录中以便以后复查。点击“计算下滑量”，即自动得到Δh（下滑量）。 此时完成了一次制动下滑量测量过程，然后点击添加数据按钮，将数据存入下方数据表格中。

最后，点击“设备复位【F5】”，发射器发出信号，接收器收到信号后接通其内部继电器， 即接通起重机械抱闸回路，同时视频监控主机复位至动态采集并显示图像模式。如需多次重复测量，重复以上步骤并可自动计算平均值。

5 结论

同国内常见的检测方法相对比，该起重机械制动下滑量检测仪具有如下技术领先优势：①非接触的测量方式，采用20 倍率变焦光学镜头，图像数据清晰，安全测量距离可达8m，有效保护测试人员的安全；②采用高速图像实时捕捉识别技术，实现了制动初始点数据可靠采集，速率达到200 帧/秒以上，测量示值误差符合100mm 范围内2mm；③采用无线指令与遥控技术，避免了传统测试方法需要现场敷设电缆的弊病，抗电磁干扰能力强，测量重复精度达到0.3mm； ④研制的专用测量软件实现了实时观测、统计分析、报告生成、原始数据的保存等实用化功能；⑤该检测仪采用紧凑型工程化设计，体积小、重量轻、便携易拆装，含仪器箱重量小于5kg。

综上， 该起重机械制动下滑量检测仪将高速实时捕捉图像技术、无线传输遥控指令技术、专用软件处理数据技术有机结合， 并实现了对起重机械制动下滑量的非接触检测，该检测方法国内领先，其应用将大幅提高我国起重机械制动下滑量的检测水平。