高 巖

（遼寧省檢驗(yàn)檢測認(rèn)證中心 遼寧省安全科學(xué)研究院電梯事業(yè)部， 遼寧 沈陽 110004）

0 引言

起重機(jī)械制動(dòng)下滑量是起重機(jī)械安全性能的重要指標(biāo)[1]之一，關(guān)系到工作現(xiàn)場人身及財(cái)產(chǎn)的重大安全。 下滑量的檢測是起重機(jī)械型式試驗(yàn)[2]、出廠檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)中的關(guān)鍵項(xiàng)目，對試驗(yàn)過程的安全性、檢驗(yàn)結(jié)果的精度以及可操作性都有很高的要求。世界發(fā)達(dá)國家諸如德國、法國等工程機(jī)械強(qiáng)國都制定了相應(yīng)的起重機(jī)械制動(dòng)下滑量的檢測標(biāo)準(zhǔn)，并研發(fā)出專門的檢測儀器。我國多年來也一直在開展起重機(jī)械制動(dòng)下滑量的檢測， 但檢測手段比較落后，滿足不了起重機(jī)械發(fā)展速度的要求，制約了先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用。

1 對制動(dòng)下滑量檢測的意義

起重機(jī)械在工作過程中，當(dāng)控制系統(tǒng)發(fā)出制動(dòng)信號，由于電氣和機(jī)械動(dòng)作響應(yīng)的時(shí)間差以及負(fù)載自重的影響，載荷將會(huì)繼續(xù)下滑一段距離，這段距離值即為制動(dòng)下滑量。 制動(dòng)下滑量是衡量起重機(jī)械安全性能的一個(gè)重要指標(biāo)， 直接影響到現(xiàn)場工作人員的人身安全和設(shè)備財(cái)產(chǎn)損失。 起重機(jī)械在出廠前、 安裝后都需要對該值進(jìn)行檢測，檢驗(yàn)合格后方能投入使用，在當(dāng)?shù)厥袌霰O(jiān)督管理部門辦理使用登記。 同時(shí)，起重機(jī)械在現(xiàn)場使用一段時(shí)間后，由于特殊工況以及存在的超載違規(guī)等情況， 更加劇了制動(dòng)裝置的磨損[3]，起重機(jī)械制動(dòng)下滑量會(huì)變得越來越大。在《起重機(jī)械定期檢驗(yàn)規(guī)則》（TSG Q7015—2016）[5]中增加了額定載荷試驗(yàn)項(xiàng)目， 需要對起重機(jī)械的制動(dòng)下滑量進(jìn)行檢驗(yàn)，驗(yàn)證該值是否還在合格范圍內(nèi)，取得檢驗(yàn)合格報(bào)告后才能繼續(xù)使用。

2 目前常見的檢測方法

目前國內(nèi)常見的檢測方法主要有：

（1）目測[1]。 起重機(jī)械裝載額定載荷[2]，在載荷下降的過程中按下控制裝置上的制動(dòng)按鈕， 目測載荷從給出制動(dòng)信號的位置到停止穩(wěn)定后所下滑的這段距離值即為制動(dòng)下滑量。 其測量精度取決于檢驗(yàn)人員的視覺判斷，與實(shí)際值誤差很大。

（2）行程開關(guān)檢測法[4]。 起重機(jī)械裝載額定載荷，在載荷下降的過程中， 通過載荷的標(biāo)定部位撞擊一外設(shè)行程開關(guān)給出制動(dòng)信號， 測量行程開關(guān)位置和載荷標(biāo)定部位停止位置之間的距離即為制動(dòng)下滑量。 其缺點(diǎn)在于：行程開關(guān)給出的制動(dòng)信號和制動(dòng)器動(dòng)作存在一定的延時(shí)差，影響了檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性；檢測人員需要接近載荷，在標(biāo)定部位量取制動(dòng)下滑量， 并且進(jìn)行二次測量時(shí)又需要手動(dòng)復(fù)位行程開關(guān)， 這都將對檢測人員的人身安全造成不小的隱患。

（3）光控繼電器檢測法[4]。 上述行程開關(guān)由光控繼電器代替，并在載荷一側(cè)設(shè)置固定在磁力表座上的鋼板尺，通過讀取鋼板尺上的刻度來得到制動(dòng)下滑量， 以此來減小測量誤差。缺點(diǎn)是仍然需要測量人員接近吊掛載荷，存在一定的安全隱患。

（4）單片機(jī)智能檢測法[6]。 利用單片機(jī)和智能電路設(shè)計(jì)，達(dá)到實(shí)時(shí)顯示、自動(dòng)記錄和打印檢測報(bào)告。 缺點(diǎn)是仍需要利用行程開關(guān)給出制動(dòng)信號， 且外圍電路的鋪設(shè)和安裝較為復(fù)雜， 非廠家或?qū)嶒?yàn)室專業(yè)人員難以完成該項(xiàng)檢測，適用性不廣泛，安全性也不夠強(qiáng)。

3 新型制動(dòng)下滑量檢測儀的研制

上述各種檢測方法均存在誤差較大、安全性不強(qiáng)、過程繁瑣且適用性較差的缺點(diǎn)， 我院聯(lián)合大連光程光電科技有限公司經(jīng)過科技查新和多個(gè)技術(shù)方案的反復(fù)論證，走訪各檢驗(yàn)檢測單位以及起重機(jī)械制造廠試驗(yàn)現(xiàn)場，對比調(diào)研需求， 根據(jù)檢規(guī)中對起重機(jī)的制動(dòng)下滑量指標(biāo)檢測的要求， 決定研制出具有既能滿足國家特種設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)要求，又處于領(lǐng)先地位的檢測裝置，確定了我們自己的研制原則。

（1）標(biāo)準(zhǔn)化原則。一個(gè)產(chǎn)品的開發(fā)研制必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等要求，有一套完善的標(biāo)準(zhǔn)化體系，而產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)該在其開發(fā)研制過程中逐步形成并落實(shí)，以此來保證產(chǎn)品質(zhì)量。 為此， 我們的研制工作首先以TSG Q7002-2007 《橋式起重機(jī)型式試驗(yàn)細(xì)則》、TSG Q7003-2007《門式起重機(jī)型式試驗(yàn)細(xì)則》、國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3811-2008《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB/T14405-2011《通用橋式 起 重 機(jī)》、GB/T14406-2011 《通 用 門 式 起 重 機(jī)》、JB/T1306-2008《電動(dòng)單梁起重機(jī)》及TSG 特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范TSG Q7015-2008《起重機(jī)械定期檢驗(yàn)規(guī)則》為基礎(chǔ)，在研制過程中逐步完善制動(dòng)下滑量檢測儀的標(biāo)準(zhǔn)。

（2）實(shí)用性原則。 開發(fā)研制的產(chǎn)品必須具有實(shí)用性。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： ①測量數(shù)據(jù)的精度滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求； ②測量范圍能夠滿足要求； ③操作簡單、維修方便；④其它通用國家標(biāo)準(zhǔn)的要求；⑤便于數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)管理。

（3）博采眾長的原則。在不侵犯他人知識產(chǎn)權(quán)的前提下，廣泛汲取他人之所長，改進(jìn)、消化吸收，使之成為我們自己產(chǎn)品的一部分， 是使研制工作少走彎路的有效途經(jīng)之一。

最終我們決定采用工業(yè)高速攝像機(jī)抓拍制動(dòng)瞬間的測量數(shù)據(jù)值，并實(shí)現(xiàn)了無線遙控[6]與抱閘制動(dòng)同步信號的非接觸式測量，研發(fā)出了新型的便攜、高精度、超安全的起重機(jī)械制動(dòng)下滑量檢測儀。

該起重機(jī)械制動(dòng)下滑量檢測儀經(jīng)過大型廠礦企業(yè)、碼頭等各用戶現(xiàn)場的測試試驗(yàn)， 證明了該儀器具有功能強(qiáng)大、操作方便、抗干擾能力強(qiáng)、測量精度高、安全可靠等先進(jìn)技術(shù)優(yōu)勢。

4 新型制動(dòng)下滑量檢測儀的構(gòu)成及原理

4.1 視頻監(jiān)控主機(jī)

視頻監(jiān)控主機(jī)主要用于視頻監(jiān)控和圖像采集， 見圖1，包括工業(yè)高速攝像頭、變焦鏡頭和數(shù)據(jù)通訊線。主機(jī)后面設(shè)置有數(shù)據(jù)通訊接口， 通過數(shù)據(jù)線可以和電腦進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊。鏡頭上有兩個(gè)手動(dòng)調(diào)焦環(huán)和一個(gè)亮度調(diào)節(jié)環(huán)，用來調(diào)節(jié)圖像的大小和清晰度。前面的是粗調(diào)調(diào)焦環(huán)， 控制視頻的大小和遠(yuǎn)近，后面的是微調(diào)調(diào)焦環(huán)，使圖像更加清晰。 中間是亮度調(diào)節(jié)環(huán)，可以調(diào)節(jié)圖像的亮度，如果亮度調(diào)節(jié)環(huán)已經(jīng)處于最大位置，還可通過電腦軟件中的視頻調(diào)節(jié)功能再增加亮度。

圖1 視頻監(jiān)控主機(jī)

注意當(dāng)主機(jī)固定于三角架上后，見圖2，調(diào)節(jié)過程中應(yīng)首先通過三角架自帶的云臺(tái)調(diào)整攝像頭的角度及水平， 然后調(diào)節(jié)鏡頭前調(diào)焦環(huán)將鏡頭調(diào)至廣角狀態(tài)以便快速尋找目標(biāo)（高度尺），初步對準(zhǔn)后調(diào)節(jié)鏡頭后調(diào)焦環(huán)使高度尺刻度清晰可見且刻度顯示與軟件測量線盡量平行， 以便測量讀數(shù)準(zhǔn)確。

圖2 主機(jī)三角架

4.2 信號發(fā)射器、信號接收器

信號發(fā)射器采用無線USB連接計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)軟件控制并發(fā)射信號； 信號接收器通過附屬的外接鱷魚夾串聯(lián)接到起重機(jī)抱閘控制回路中，也是通過無線模式接收控制信號，見圖3。

圖3 信號發(fā)射器、信號接收器

4.3 其他附屬設(shè)施

其他附屬設(shè)施還包括高度尺、托盤、輔助照明燈、三

角架、筆記本電腦、專用測量軟件等，見圖5。

4.4 檢測方案

首先，要找到起重機(jī)械電控柜中的抱閘控制回路，將信號接收器附屬的外接鱷魚夾串聯(lián)接到抱閘控制回路開關(guān)的兩個(gè)端子上，使信號接收器可以通過內(nèi)部的無線控制單元，對起重機(jī)械抱閘控制回路進(jìn)行通斷控制，見圖4。從而實(shí)現(xiàn)了制動(dòng)下滑量的測量信號與抱閘控制系統(tǒng)的通斷信號是同時(shí)發(fā)出的，信號的實(shí)時(shí)性大大提高了測量的精確度。

圖4 抱閘控制回路開關(guān)接線圖

然后， 將起重機(jī)械吊載額定載荷，見圖5，在載荷正常工作下降的過程中，由計(jì)算機(jī)軟件控制無線發(fā)射器向起重機(jī)械電控柜內(nèi)安裝的無線接收器發(fā)送斷電信號，此時(shí)抱閘動(dòng)作； 同時(shí)視頻監(jiān)控主機(jī)自動(dòng)進(jìn)行高速圖像捕捉，實(shí)時(shí)精確記錄下發(fā)出載荷制動(dòng)信號瞬間的高度值h1。

圖5 檢測過程圖

最后，在載荷制動(dòng)下滑并穩(wěn)定后，通過計(jì)算機(jī)軟件控制視頻監(jiān)控主機(jī)再次記錄最終位置的高度值h2，計(jì)算機(jī)軟件可自動(dòng)計(jì)算出高度差（Δh=h1-h2），Δh 即為該臺(tái)起重機(jī)械的制動(dòng)下滑量。

4.5 計(jì)算機(jī)操作過程

為了保證檢驗(yàn)人員的人身安全， 我們實(shí)現(xiàn)了測試過程的非接觸式操作。整個(gè)過程都是用計(jì)算機(jī)軟件控制，檢驗(yàn)員可選擇一處安全位置， 利用鼠標(biāo)操作計(jì)算機(jī)即可快速完成測量，見圖6、圖7。

圖6 待機(jī)界面窗口

首先，操作計(jì)算機(jī)軟件彈出測量窗口，見圖7，此時(shí)圖像如亮度太暗，則在高度尺正前方安置輔助照明光源，照亮測量部分。此時(shí)如亮度太亮，則調(diào)節(jié)鏡頭亮度環(huán)使圖像亮度滿足要求。使起重機(jī)載荷上升至一定高度，然后由司機(jī)控制載荷下降，操作員觀察載荷下降到一定高度（不低于1m）立即點(diǎn)擊“起點(diǎn)測量【F3】”，發(fā)射器發(fā)出信號，接收器收到信號后即斷開起重機(jī)械抱閘控制回路， 使起重機(jī)械下降過程中制動(dòng)， 同時(shí)視頻監(jiān)控主機(jī)高速截取當(dāng)前（載荷繼續(xù)下滑前）的測量數(shù)據(jù)圖像，即為h1（制動(dòng)點(diǎn)），人工添加該數(shù)據(jù)至相應(yīng)數(shù)據(jù)框。

圖7 測量窗口

當(dāng)載荷制動(dòng)停穩(wěn)后，點(diǎn)擊“終點(diǎn)測量【F4】”，視頻監(jiān)控主機(jī)截取當(dāng)前的測量數(shù)據(jù)圖像，即為h2（終點(diǎn)），人工添加該數(shù)據(jù)至相應(yīng)數(shù)據(jù)框， 同時(shí)按照提示保存圖像數(shù)據(jù)至指定的目錄中以便以后復(fù)查。點(diǎn)擊“計(jì)算下滑量”，即自動(dòng)得到Δh（下滑量）。 此時(shí)完成了一次制動(dòng)下滑量測量過程，然后點(diǎn)擊添加數(shù)據(jù)按鈕，將數(shù)據(jù)存入下方數(shù)據(jù)表格中。

最后，點(diǎn)擊“設(shè)備復(fù)位【F5】”，發(fā)射器發(fā)出信號，接收器收到信號后接通其內(nèi)部繼電器， 即接通起重機(jī)械抱閘回路，同時(shí)視頻監(jiān)控主機(jī)復(fù)位至動(dòng)態(tài)采集并顯示圖像模式。如需多次重復(fù)測量，重復(fù)以上步驟并可自動(dòng)計(jì)算平均值。

5 結(jié)論

同國內(nèi)常見的檢測方法相對比，該起重機(jī)械制動(dòng)下滑量檢測儀具有如下技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢：①非接觸的測量方式，采用20 倍率變焦光學(xué)鏡頭，圖像數(shù)據(jù)清晰，安全測量距離可達(dá)8m，有效保護(hù)測試人員的安全；②采用高速圖像實(shí)時(shí)捕捉識別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了制動(dòng)初始點(diǎn)數(shù)據(jù)可靠采集，速率達(dá)到200 幀/秒以上，測量示值誤差符合100mm 范圍內(nèi)2mm；③采用無線指令與遙控技術(shù)，避免了傳統(tǒng)測試方法需要現(xiàn)場敷設(shè)電纜的弊病，抗電磁干擾能力強(qiáng)，測量重復(fù)精度達(dá)到0.3mm； ④研制的專用測量軟件實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)觀測、統(tǒng)計(jì)分析、報(bào)告生成、原始數(shù)據(jù)的保存等實(shí)用化功能；⑤該檢測儀采用緊湊型工程化設(shè)計(jì)，體積小、重量輕、便攜易拆裝，含儀器箱重量小于5kg。

綜上， 該起重機(jī)械制動(dòng)下滑量檢測儀將高速實(shí)時(shí)捕捉圖像技術(shù)、無線傳輸遙控指令技術(shù)、專用軟件處理數(shù)據(jù)技術(shù)有機(jī)結(jié)合， 并實(shí)現(xiàn)了對起重機(jī)械制動(dòng)下滑量的非接觸檢測，該檢測方法國內(nèi)領(lǐng)先，其應(yīng)用將大幅提高我國起重機(jī)械制動(dòng)下滑量的檢測水平。