基于霍爾傳感器檢測起重機制動下滑量的技術(shù)研究

王小翼

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院張家港分院，江蘇 張家港 215600）

起重機制動后，由于負(fù)載自身的重力會導(dǎo)致負(fù)載繼續(xù)往下滑動一段距離，這段距離就是制動下滑量。制動下滑量應(yīng)當(dāng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。GB6067.1-2010《起重機械安全規(guī)程 第1 部分：總則》第4.2.6.3 中規(guī)定：對于吊鉤起重機，起吊物在下降制動時的制動距離（控制器在下降速度最低檔穩(wěn)定運行，拉回零位后，從制動器斷電至物品停止時的下滑距離）不應(yīng)大于1min 內(nèi)穩(wěn)定起升距離的1/65。因為下滑制動量過大會對起重機、起吊載荷和現(xiàn)場工作人員的安全造成影響、一旦發(fā)生事故會產(chǎn)生很大損失。同時，下滑制動量也是橫梁制動系統(tǒng)性能的指標(biāo)之一。

目前測量制動下滑量的方法多采用目測和微動開關(guān)控制的檢測方法。這些方法都需要依靠檢驗人員的感官來判定動作，測量的結(jié)果往往偏差很大，效率不高且精度很低。本文設(shè)計研究了一種利用霍爾傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來監(jiān)測門座式起重機制動下滑量的檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅能實時反映制動系統(tǒng)動作情況，還能夠?qū)⒅苿酉到y(tǒng)工作時的各項數(shù)據(jù)精確記錄下來，后期可以對數(shù)據(jù)進行分析處理，精確地計算出制動下滑量。

1 制動下滑量檢測原理

根據(jù)原理，應(yīng)該是抱閘電機得電后，然后抱閘打開，起重機起升機構(gòu)工作；制動時，抱閘電機失電，抱閘閉合，制動輪停止轉(zhuǎn)動。制動下滑量就是在抱閘電機失電開始時，到負(fù)載完全停止運動這段時間內(nèi)負(fù)載下滑的距離。因此，根據(jù)這個原理，在抱閘電機的三相進線上布置一個霍爾電流傳感器，用來檢測抱閘電機得電和失電的情況；同時，在制動輪上布置霍爾轉(zhuǎn)速傳感器、在制動輪上貼兩個小磁鐵，這樣制動輪轉(zhuǎn)過一圈，轉(zhuǎn)速傳感器會采集到兩個信號，在軟件中就是表現(xiàn)為兩個尖波。這樣可以通過比較在同一時間內(nèi)抱閘電機失電后制動輪運動情況來判斷和計算制動下滑量。這些傳感器通過數(shù)據(jù)線連接到數(shù)據(jù)處理模塊上，數(shù)據(jù)處理模塊再把測量到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X上，通過軟件將微動開關(guān)的狀態(tài)、抱閘線圈電流和制動輪轉(zhuǎn)速以曲線形式實時顯示。其中數(shù)據(jù)采集模塊，一秒鐘采集500 個數(shù)據(jù)，即采樣周期為0.002s，即時間精度可以達到0.002s。電路如圖1 所示。

圖1 電路原理圖

2 檢測儀器以及檢測精度

整個檢測系統(tǒng)由霍爾電流傳感器、霍爾轉(zhuǎn)速傳感器、微動開關(guān)、DeweSoft 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。主要檢測參數(shù)及級精度見表1。

表1 主要試驗參數(shù)

3 檢驗方案

（1）測試前準(zhǔn)備工作：①首先對起重機起升電氣機構(gòu)進行常規(guī)檢查：a、電氣設(shè)備固定是否牢固，控制功能是否有效；b、線路保護是否良好；c、斷錯相、零位、失壓保護是否有效；d、測量接地電阻，判斷阻值是否符合標(biāo)準(zhǔn)。②準(zhǔn)備好測試儀器和測試工具，并將相應(yīng)測量儀器和測試工具放置到指定地點。吊重運送到指定地點，相關(guān)工作人員到達指定位置。③對要測量的部位，進行除銹除塵清洗處理。④在清洗完畢后，初步觀察各個測量點使用情況，拍照做好記錄。

（2）傳感器調(diào)試和參數(shù)設(shè)置。在傳感器使用之前，要對傳感器進行設(shè)置和定標(biāo)，使傳感器可以線性輸出數(shù)據(jù)。設(shè)置完傳感器后，打開數(shù)據(jù)處理模塊和電腦，開始對傳感器和數(shù)據(jù)處理模塊進行調(diào)試。首先設(shè)置采樣頻率，通常的設(shè)置為1 秒采集500 個數(shù)據(jù)。同時，將數(shù)據(jù)的顯示方式設(shè)置為曲線，以便于直觀的反應(yīng)數(shù)據(jù)的變化。

（3）在各個檢測點安裝傳感器。①找到抱閘電機，確定抱閘電機的三相進線。在電機的輸入端安裝電流傳感器，測量電機輸入端實時的電流，并通過數(shù)據(jù)線連接到數(shù)據(jù)處理器上，接線圖見圖1。②在電機制動輪上布置好霍爾轉(zhuǎn)速傳感器，測量電機輸出軸上的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速傳感器通過數(shù)據(jù)線和數(shù)據(jù)處理器連接起來?；魻杺鞲衅鞑贾靡妶D2。

圖2 轉(zhuǎn)速傳感器

（4）空載試驗。①試驗開始前，先確定每個傳感器，每個數(shù)據(jù)傳輸通道都能測量和接收到數(shù)據(jù)?？梢栽陔娔X上通過觀察對應(yīng)窗口是否有數(shù)據(jù)顯示來判斷。②在吊載實驗過程中，吊臂方向始終與大車行走方向成90°，門座起重機旋轉(zhuǎn)機構(gòu)保持鎖死狀態(tài)。一切準(zhǔn)備完畢后，電腦前的數(shù)據(jù)記錄員通過對講機，向吊重處和司機室人員發(fā)布命令，開始空載試驗。③吊重處人員接到開始命令，確定空載狀態(tài)后，然后向司機室發(fā)布起升命令。司機起升同時，電腦前的數(shù)據(jù)記錄員，按下“開始”命令，開始接受7 個傳感器的傳輸過來的數(shù)據(jù)。司機將吊載以最低檔位吊離地面0.3 米左右，然后保持載荷靜止1 分鐘；數(shù)據(jù)采集人員在這1 分鐘內(nèi)采集穩(wěn)定的數(shù)據(jù)值，然后向司機發(fā)布變幅命令。④司機操縱吊載向外變幅，直至幅度增至最大，然后將吊載保持靜止約3 分鐘；數(shù)據(jù)采集人員在這3 分鐘內(nèi)采集穩(wěn)定數(shù)據(jù)值，采集結(jié)束后向司機發(fā)布起升命令。⑤司機以最低檔位將吊載向上起升，吊離地面約2 米距離；數(shù)據(jù)采集人員在這段時間內(nèi)采集起升系統(tǒng)電力參數(shù)。采集完畢后，電腦前的數(shù)據(jù)采集員按下“停止”命令，同時后向司機室發(fā)布結(jié)束命令。⑥司機已最低檔位下放吊載至地面0.3 米左右，再進行變幅，至幅度最小，將載荷放下。

（5）重載試驗。重載試驗起吊次數(shù)和負(fù)載率如表2 所示，重載試驗的試驗方法同步驟（4）。

表2 起吊重量

（6）在間隔一段時間后，繼續(xù)進行同一試驗，試驗方法重復(fù)步驟（1）～（5）。

（7）數(shù)據(jù)處理與分析。①吊重試驗結(jié)束后，將傳感器等從測量點拆除下來。收拾工具，打掃現(xiàn)場衛(wèi)生。②對采集到的數(shù)據(jù)進行處理。分別計算各負(fù)載情況下制動下滑量。

4 測試試驗

本次試驗是在2018 年9 月12 日在江蘇沙鋼集團碼頭上一臺門座式起重機上進行的。

圖3 上位圖是制動輪轉(zhuǎn)速隨時間變化的實時曲線圖，一個尖峰表明制動輪轉(zhuǎn)過半圈。下位圖是主起升電機電流隨時間變化的實時曲線圖。從圖3 中可以看出，在同一個時間段內(nèi)，電機啟動時，電機先得電，然后制動輪開始轉(zhuǎn)動；制動時，電機先失電，然后制動輪才停止轉(zhuǎn)動。從這幅圖中可以看出，電機啟動和制停與抱閘之間有個延時動作，表明抱閘的閉合與釋放都滯后于電動機。當(dāng)電機制動失電時，抱閘還沒有閉合，制動輪還在轉(zhuǎn)動，負(fù)載還會有個向下制動距離。制動時電流與轉(zhuǎn)速的局部放大圖見圖4。

圖3 轉(zhuǎn)速與電機電流變化圖

從圖4 中可以知道，電機失電后，制動輪至少轉(zhuǎn)了1 圈，制動時間是0.511s。由電動機銘牌可以知道，電動機轉(zhuǎn)速為588r/min，起升速度為50m/min。即電動機轉(zhuǎn)一圈，起升0.086m。由此可以推出電機失電后，制動距離至少為0.086m。

圖4 制動時轉(zhuǎn)速與電機電流變化圖

5 結(jié)語

通過實際檢測發(fā)現(xiàn)，通過霍爾傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠精確測得門座式起重機的制動下滑量。這種檢測方式經(jīng)過實際應(yīng)用后，得到了檢測人員和用戶的一致好評，因為該系統(tǒng)可以高效精確的測量出門座式起重機的制動下滑量，而且可以將得到的數(shù)據(jù)進行存儲，方便以后查閱與比較。同時這種檢測方式也為日后的智能化檢測提供了實踐和理論準(zhǔn)備。