CN101226110A - 桥式起重机起升机构下降制动距离检测装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种桥式起重机起升机构下降制动距离检测装置和方法，该装置包括：制动器断电感应器：感应检测制动器控制电源断电瞬间所形成的触发信号；数字式传感器：与钢丝绳卷筒相接触并发出的脉冲信号；计量装置：接受来自触发信号后的传感器脉冲信号并加以计量和显示；误差勘误装置：排除由绳槽宽度、绳槽深度和钢丝绳直径带来的测量误差。本发明能合理选择测试部位，充分利用传感器技术，精确测量起升机构重物下降时的制动距离。为起重机的整机性能考核、型式试验考核和在用起重机的安全性能检验提供一种定量的测试装置，为评估制动器的制动性能及其调节状况提出科学依据。

Description

桥式起重机起升机构下降制动距离检测装置和方法

技术领域

本发明属距离检测仪技术领域，特别是涉及一种桥式起重机起升机构下降制动距离检测装置和方法。

背景技术

制动器是保证起重机械安全正常工作的重要部件。在吊运作业中，制动器被用来防止悬吊的物品下落，防止起重机在风力作用下的滑移；或使运转着的机构降低速度，直至最终停止运行。制动器的制动距离与安全生产有着极其紧密而重要的联系，它是确保安全生产不可忽视的极为重要的环节。起重机的整机性能试验项目和型式试验项目都要求我们能正确科学地对制动器的制动距离进行检测。GB/T14405-1993《通用桥式起重机》；GB/T14406-1993《通用门式起重机》；JB/T1306-1994《电动单梁起重机》；和JB/T2603-1994《电动单梁悬挂起重机》等标准中已明确阐明起重机起升机构的制动距离是作为合格产品的考核项目，并给出了相应的合格指标要求。长期以来，由于测试技术上的原因，致使此项数据无法做到正确测试，以至于制造、安装、维修、保养和使用单位无力来完成制动器安装后制动性能的正确调整，使得制动器抱闸的松紧调节难以用制动距离来衡量，导致制动距离这一检测项目一直处于无专用检测仪器的缺位状态。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能在桥式起重机不拆卸任何整体部件，正常使用的前提下，迅速正确地检测出起重机起升机构在低速下降运行时，在额定负载作用下，制动器在制动过程中起升机构由于吊重物的位能作用向下滑行的移动距离--下降制动距离的检测装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种桥式起重机起升机构下降制动距离检测装置，包括：

制动器断电感应器：感应检测制动器控制电源断电瞬间所形成的触发信号；

数字式传感器：与钢丝绳卷筒相接触并发出的脉冲信号；

计量装置：接受来自触发信号后的传感器脉冲信号并加以计量和显示；

误差勘误装置：排除由绳槽宽度、绳槽深度和钢丝绳直径带来的测量误差。

所述的制动器断电感应器由制动器电源、电能感应器、信号处理器、电平触发器串接组成。

所述的数字式传感器由采样滚轮、数字传感器、两相脉长发送器、信号增益器、串接组成。

所述的装置内部装有能保证正常使用的蓄电池。

所述的计量装置包括长度计量器和距离显示器。

所述的装置的外壳面板包括：

(a)计数显示窗——由成品的高速计数器来构成；用来显示制动器断电后被检测到卷筒的滑行距离或对应的脉冲数；

(b)电源开关自锁按钮——用来控制本检测仪工作时的电源，按下自锁为接通电源；

(c)电源指示灯——当电源开关按下电源被接通时电源指示灯亮；

(d)电源容量按钮——当按下一次电源容量按钮时，电源容量指示灯会显示检测仪内部电池存储的容量情况；

(e)电源容量指示灯——显示当前检测仪内部电池容量存储的状况，有四盏灯组成；

最左端一盏为红色，单独亮时表示一定要充电了；其余右端三盏为绿色；四盏全亮时表示电源充足，从左到右依此亮起三盏、二盏表示存储的电源在减弱；

(f)电压触发自锁按钮——当后面板上的选择开关置于电压位置时按下本按钮以检查触发控制是否正常；

(g)电压触发指示灯——当后面板上的选择开关置于电压位置时电压触发指示灯亮；

当电压触发自锁按钮按下时电压触发指示灯灭，表示触发控制正常；当制动器通电时电压触发指示灯也灭；

(h)电流触发自锁按钮——当后面板上的选择开关置于电流位置时按下电流触发自锁按钮以检查触发控制是否正常；

(i)电流触发指示灯——当后面板上的选择开关置于电流位置时电流触发指示灯亮；

当电流触发自锁按钮按下时电流触发指示灯灭，表示触发控制正常；当制动器通电时电流触发指示灯也灭；

(j)电流检测指示灯——当后面板上的选择开关置于电流位置时，并在后面板的电流检测插座上***电流触发用电流感应器后，电流检测指示灯亮，表示感应器已被接通；

(k)卷筒信号1灯——表示来自卷筒传感器的第一路检测信号，以闪烁表示已送入；

(l)卷筒信号2灯——表示来自卷筒传感器的第二路检测信号，以闪烁表示已送入；

信号1和信号2在电路上相差90度；

(m)记录信号1灯——表示来自卷筒信号1的脉冲已送入计数器一号输入端；

(n)记录信号2灯——表示来自卷筒信号2的脉冲已送入计数器二号输入端；当按下电压触发或电流触发自锁按钮时记录信号1灯和记录信号2灯同时熄灭，表示二路通道工作正常；

(o)计数换相自锁按钮——由于计数器具有正负显示功能，在一般情况下假定下降为正，上升为负的话，那么在测试现场很容易地用此按钮来切换到假定状况；

(p)计数锁定自锁按钮——当下滑制动距离检测完后为保持数据的准确可以用此锁定按钮将计数值保持锁定住，以免变动；

(q)复位按钮——当卷筒在下降一档稳定运行时，必须用复位按钮将计数器上的值清除，以保证准确地测出制动器回零后的制动距离。

一种桥式起重机起升机构下降制动距离检测方法，包括下列步骤：

(1)用游标卡尺测得钢丝绳直径、起升机构卷筒上绳槽宽度和深度，用秒表和直尺的配合或测速仪测得额定的起升速度，用目视观测吊钩滑轮组倍率数，将这些数据输入误差勘误装置；

(2)整机屏幕将显示“额定脉冲数”、“下滑系数”和“额定下降制动距离数”的值，将其中的“下滑系数”值置入预置比例PS.AX项中，选定好dp项显示值的小数点位置；

(3)根据制动器工作电源的种类，选择电压或电流触发的连接线；

(4)打开电流变送器的上半圆，套住制动器供电电缆后盖紧拧上；把带有圆盘的传感器固定在表座支撑杆上，使圆盘紧靠在钢绳卷筒平整圆周面处，拧上磁性开关，固定好表座；

(5)当传感器上的圆盘跟随卷筒一起转动时，按下前面板上的复位按钮，显示器清零；

当手柄从抵挡回到零位时，显示器就会显示出制动过程中卷筒旋转移动的距离，即起升机构上吊钩的下降制动距离值。

所述的步骤(2)采用下降制动距离对应的脉冲数，其预置比例PS.AX项设置为1，dp项设为整数。

所述的步骤(3)中若是电压，则选用三芯连接线，将其一端上的夹子夹住制动器接线盒内的二个接电端子，另一端插座***检测仪后面板上对应的三芯插孔中；若是大电流，则选用四芯连接线，一端连接在电流变送器盒的插孔中，另一端连接在检测仪后面板上对应的四芯插孔中。

***原理设计主要是围绕本测试仪器所要完成的功能和性能的要求构思整体电路所具备和配备的单元进行展开。它主要由感应电路、传感电路、计量电路、工作电源等单元所构成。其构成框图如图3所示。图中各单元的设计要求是完成其各自不同的功能。

感应电路设计主要是完成制动器控制电源断电信号的捕捉。这也是本课题研究中需要解决的两大技术难题之一。对此我们必须从起重机现场使用的角度出发，对各类供电性能的制动器都要有所考虑。在起重机上所用的制动器供电形式有交流和直流二种类型。交流型的有AC380V和AC220V，直流型的有电压型和电流型。电压型的为直流DC110V和DC220V，电流型的为直流几十安培到上千安培，因此对断电瞬间点的捕捉就必须考虑以上各种供电情况。这就要求我们在设计捕捉起始时间电路时必须综合考虑制动器供电电源的性质，对每一种不同电源要按其特性进行符合其本身的特点进行捕捉，据此设计电路的形式如图4所示。

由图可以看到，各种类型的供电形式需要经过各种不同类型的电路转换，但最终都被转换成直流电压形式。而这个统一的直流电压要能够跟随外施激励的突变而发生突变，这一突变就是制动器断电瞬间点的信号，它能形成感应电路的起始点时间信号，这就是测试仪器所需要的控制开始计数的触发信号。

传感电路的设计主要是围绕着能准确、完整地将卷筒向某一方向转动的滑行信号采集进测试***中。对于下滑制动距离的检测需要根据被测对象的物理量和测试精度的要求而进行。下滑制动距离是以长度计量的，单位为mm，它的精度根据设计要求应控制在0.1mm水平上。在制动过程中，当重物挂在吊钩上拉着钢丝绳使卷筒一起向下滚动旋转时，卷筒相对于制动器失电瞬间开始到产生了一段旋转滑行后停止，形成一段滑行弧长，这段滑行弧长在标准范围内反映在吊钩上其要求不能超过约9～250mm。根据测试精度要求，我们选定了每转为6000个脉冲数的传感器。为了保证测试精度，每一脉冲对应于弧长的精度应该为0.1mm，这是相对于钢丝绳卷筒的直接精度。由于吊钩滑轮组的倍率存在于1到10的可能性，因此反映到吊钩上真正的制动距离还要除于1到10的系数，所以说本测试仪的最低精度应为0.1mm，随着吊钩滑轮组倍率的提高而相应提高，对于吊钩部位的9mm到250mm下降制动距离已经足够了。当圆盘周长设计成600mm时，则一圈6000脉冲数的每一个脉冲就相当于0.1mm的弧长，对应的圆盘直径应为191mm。因此，用直径为191mm的圆盘与6000脉冲的传感器联在一起，作为检测仪器传感部分的组件，用圆盘紧靠钢丝绳卷筒将旋转滑行距离送入传感单元，然后进行数字电路的处理，可以最终完成对起重机下滑制动的测量工作。

计量电路的设计主要是考虑怎样正确有效地将触发信号以后的有效脉冲记录下来，并将其转换成所对应的下滑距离或脉冲数显示出来。传感电路连同计量电路的设计如图5所示。

图5中连接在传感器上的圆盘将弧长距离转换成传感电路能够输出的超前和滞后的两路数字信号。由于这两路信号电平较低对后级处理不利，所以有必要用信号增益的方法来抬高电平的等级，这样做是为后级计量长度提供必要的条件。在实际测量中，由于钢丝绳本身存在弹性作用，在制动器将钢丝绳卷筒制动停住后的瞬间有可能会产生卷筒来回摆动的可能。此时若采用单独一路数字信号进行计量长度的话，就有可能产生无正反方向的连续累加计长，这样一来就会大大增加测量误差。为了克服这一问题，我们采用如图所示的超前、滞后两路脉冲信号的方法，当超前脉冲超前于滞后脉冲时，计量电路只做加法计数；当超前脉冲滞后于滞后脉冲时，计量电路只做减法计数，直至摆动趋于稳定停留在某一数值上。这样就克服了卷筒来回摆动所造成的连续单方向计量的可能，从而保证了测试的正确性。考虑到传感器圆盘紧靠钢丝绳卷筒旋转时的下降方向的随机性，在现场如果假定下降方向为正的话，那么就可以通过装置的机箱前面板上计数换相按钮来加以转换设定，这样就大大方便了现场的测试工作。

误差勘误设计是考虑由于钢丝绳卷筒上绳槽的螺旋形状等因素对长度计量产生的测量误差所设计的。由于传感器圆盘紧靠在卷筒上跟随一起旋转是作圆周运动的，而钢丝绳是盘绕在卷筒的绳槽内成螺旋形，在起升和下降时钢丝绳也是成螺旋形收放的。由于钢丝绳直径和绳槽宽度的原因，在收放过程中绳芯中心线的运行距离与卷筒圆周表面的展开长度存在大于、等于和小于的三种情况，同时考虑到绳槽节距的因素，它还要长一些。因此，下降制动距离检测中应综合考虑这些产生误差的因素。而滑轮组倍率在其中只是起到缩小倍数的关系，因此正确的下降制动距离L与这些因素有着极其紧密的关系，它是它们的函数，即L＝f(φ，r，l，n)(其中L为下降制动距离；φ为钢丝绳直径；r为绳槽深度；l为绳槽节距；n为滑轮组倍率)。如果用硬件来克服这些误差因素的话，将要设计一套能跟随绳槽移动的随动装置，而且还得考虑绳槽深度的因素，这样就使工作复杂了。为了克服这一难题，我们采用了通过计算机软件来解决这一问题的方法。为此编制了“起重机下降制动距离检测”的运用软件，从而大大简化了设计、制作等工作。在检测前我们可以先利用这一软件，输入要检测起重机的额定起升速度、起升机构钢丝绳直径、卷筒绳槽深度、绳槽节距以及起升机构滑轮组倍率，该软件就能给出额定条件下制动时的额定下滑距离，这也就是下滑距离的最大允许值。同时也能得知下滑距离所对应的额定脉冲数和下滑系数。这样就可以在检测前做到心中有数，有的放矢地进行检测工作。在实际的测量时只要对仪器先设置好下滑系数，测量中就能得到实测的下滑距离。

整机结构设计主要是以携带方便，操作简单为原则进行。因此考虑到现场检测、使用的灵活性，将检测仪的供电电源设计成蓄电形式，为各单元提供足够的电源。在使用前只要先充足蓄电池电能，现场检测时就能保证测试工作的顺利进行。机箱外壳设计分为前后面板。前面板主要是操作部分，后面板主要是输入部分。整机机箱设计如图7所示。

起重机起升机构在额定负载作用下制动器的制动距离检测国家相关标准已经明确定义了测试规范：对吊钩起重机，起吊物在下降制动时的制动距离(控制器在下降速度最低档稳定运行，拉回零位后，从制动器断电至重物停止时的下滑距离)应不大于1min内稳定起升距离的1/65。这里面包含有两个要点，一是制动器断电瞬间点的捕捉；二是此后下滑距离的测量，因此我们必须围绕这两点去进行研究和开发这套检测装置。瞬间点捕捉可以通过感应器获得，而下滑距离的测量则是要通过数字式传感器将起升机构钢丝绳卷筒相对应于吊钩重物下滑距离的脉冲个数转换成滑动弧长来取得，其原理框图如图1所示。

考虑到目前国家标准范围内的吊钩起重机在起重量为250t以内时，主起升机构的起升速度一般在0.63～16m/min之间，标准提出的要求是：对吊钩起重机起吊额定重物在下降制动时的制动距离应不大于1min内稳定起升距离的1/65。从理论上说，1min内稳定起升距离即可视为额定起升速度。换言之，额定起升速度的1/65就是起重机的下降制动距离的最大值。因此可以换算出250t以内起重机主起升机构的下降制动距离范围应在9.69～246mm之间，约为9～250mm。对于起重机的下降制动距离下限9mm的显示精度能在0.1mm以上能满足测试要求了；它的上限250mm若误差控制在2.5mm以内也能满足工况要求了，因此该装置能达到1％的测试精度是具有实际意义的。

另外，我们还必须考虑到将传感装置随卷筒上绳槽轨迹而运行，这样就可以排除不同吨位的卷筒绳槽深度不同所带来的测量误差，用计量修整系数来排除钢丝绳直径带来的测量误差，从而提高***测量的准确性。

本检测仪具有电压和电流两种触发信号功能，制动器采用电压触发相对于电流触发所占的比例要来得多得多。但是在某些场合，尤其是在直流电动机驱动大吨位起重机的主起升机构中，往往采用的是低电压大电流的直流制动器。视电机容量的不同，制动器的工作电流有几十安培到上千安培不等的情况。对于这种情况就必须通过试验室的试验与测试，来完成和保证触发电路的可靠工作。对此，不管工作电流的大小有多少，我们都可以通过电流变送器的形式将大小不等的电流转换成统一的4mA～20mA直流电流输出的弱电形式，然后通过电流信号隔离放大器将该范围内的电流转换成0～5V的输出电压，从而完成前级电流变送器的大电流转变为后级数字电路可以处理的弱电电压。它们的电路连接如图6所示。

对于300A的变送器，根据其自身的特性，我们在实验室来寻找可以模拟的形态来调试后级的电路参数。对于电流变送器的输入输出特性参数有如下表一关系：

表一：

输入电流(A)	0.000	30.000	90.000	150.000	210.000	270.000	300.000
								输出电流(mA)	4.01	5.53	8.745	11.965	15.17	18.385	19.995

根据上述表中的数据可以列出变送器输入和输出的关系式。

因为：

$k=\frac{y2-y1}{x2-x1}=\frac{19.995-4.01}{300.000-0.000}=0.05328$

所以有：

y＝4.01+kx＝4.01+0.05328x

其中：x-表示变送器输入端的电流(A)；

y-表示表示变送器输出端的电流(mA)；

这就是上表给出的对应的函数关系式。它对我们在实验室模拟电路分析电流信号隔离放大器的工作情况很有帮助。

为了寻找电流信号隔离放大器在何种情况下能够推动后级门电路的动作，我们在放大器的输入端接入一个可调式稳压电源，经限流电阻组成的模拟电路，用调节稳压源输出电压的大小来达到对放大器输入端电流4mA～20mA的变化，其间对放大器的可调电阻W4作改变，观察其对最终计数器的影响情况。我们把试验情况汇总于下表二：表二：

输入电流I入(mA)	电流检测D2	电流触发D3	计数器状况	可调电阻W4(kΩ)
					4	亮	亮	可计数	196.2
≥8	更亮	灭	不可计数	196.2
					≥9	更亮	灭	不可计数	134.4
≥10.73	更亮	灭	不可计数	83.6

通过试验从上表中我们可以对放大器得出如下结论：

(1)当放大器的输入端只提供4mA的电流时，串接在其回路中的电流检测发光二级管D2和电流触发计数控制门电平指示发光二级管D3均被点亮，计数器处于可计数状态。

对照表一可以看到4mA时对应的输入电流为0A，即制动器处于断电状态。

(2)当调节稳压源的电压，给放大器的输入端提供8mA的电流时，电流检测发光二级管D2更亮，电流触发计数控制门电平指示发光二级管D3熄灭，计数器处于不可计数状态，说明计数器被封锁，相当于制动器已通电。

(3)当调节放大器的外接可变电阻器的阻值变小时，使得电流触发计数控制门电平指示发光二级管D3熄灭的放大器输入端的电流在提高，对应的134.4k时为9mA，83.6k时为10.73mA，相当于电流变送器能关断计数器工作的电流在增加，也就是要求制动器的工作电流在增加。

(4)当确定放大器的外接可变电阻器的阻值为196.2k时，对放大器的输入端提供8mA的模拟电流，此时电流检测发光二级管D2更亮，电流触发计数控制门电平指示发光二级管D3熄灭，计数器正好处于不可计数状态，说明计数器被封锁，相当于制动器此时的工作电流正好起到封锁计数器工作的作用。此时的封锁电流可以通过上述函数公式求得。

因为电流变送器输入与输出的函数关系式为

y＝4.01+kx＝4.01+0.05328x

可以通过变换公式求得x对应于y的值。即

$x=\frac{y-4.01}{0.05328}$

当已知y＝8mA时，则有：

$x=\frac{y-4.01}{0.05328}=\frac{8-4.01}{0.05328}=74.88\left(A\right)$

这表示当选择的制动器工作电流大于74.88A时，后续放大器才能工作，计数器才能在制动器通电时停止计数，失电时进行计数。

(5)电流变送器的合理选择。计数器不能计数的制动器工作电流为74.88A，而变送器的满度量程为300A，占满量程的百分比为24.96％，约为25％。这就是说，制动器的工作电流必须大于电流变送器25％的满量程值。或者说变送器的满量程必须小于制动器工作电流的4倍。对于300A的变送器，要求制动器的工作电流不小于75A，所以400A制动器电流足以使触发计数器电路可靠地工作。

对下降制动距离检测仪的标定试验，是在调整了计数器后进行。在一个直径为315.5mm可以转动的轮表面上，用钢针划出一条平行于轴心的直线。把装上转盘的传感器固定住，将转盘紧靠在转动轮上，轻轻旋转轮子，将指针对准该直线，对仪器进行清零操作。匀速转动轮子一周直到指针再次对准直线，记录下测试仪上读数；同样操作返回一周记录下测试仪上的读数。正反各进行十次，全部读数记录见下表：

单位：脉冲

次数	正转一周脉冲读数	返回一周脉冲读数	正转一周绝对误差	返回一周绝对误差
					1	9911	-9913	-0.75	-1.25
2	9913	-9910	1.25	1.75
					3	9910	-9911	-1.75	0.75
4	9914	-9913	2.25	-1.25
					5	9910	-9912	-1.75	-0.25
6	9909	-9911	-2.75	0.75
					7	9912	-9910	0.25	1.75
8	9911	-9913	-0.75	-1.25
					9	9913	-9911	1.25	0.75
10	9914	-9912	2.25	-0.25

平均

9911.7

-9911.6

-0.05

0.15

由计算可以得到315.5mm直径的圆周长为：

C＝315.5×3.1416＝991.1748(mm)，取991.175mm。由于0.1mm对应于1个脉冲数，所以991.175mm应该对应于9911.75个脉冲数。从表中可以看到正转一周的平均脉冲数为9911.7，它的绝对误差为-0.05脉冲，相当于-0.005mm误差；返回一周的平均脉冲数为-9911.6，它的绝对误差为0.15脉冲，相当于0.015mm误差，这些都是实测值相对于理论值的误差。在实际计量中0.7个脉冲可能计为1个脉冲数，也有可能计为0个脉冲数，同理-0.6个脉冲可能计为-1个脉冲数，也有可能计为0个脉冲，所以真正的测量误差应该为±1个脉冲数，对应于圆弧长应该是在±0.1mm之间。由此可见本仪器的测量平均误差取决于数字量的量化误差。

检测仪的测量显示精度主要取决于计数器的显示精度。技术性能指标指示显示器的显示范围在-19999～99999之间。它的小数位可设定在0.0000～00000(五位整数)之间，对于测量标准范围内的下降制动距离9mmm到250mm之间，仪器显示的小数位可设定为00.000和000.00，由此可见仪器的测量显示精度小数点位数根据需要可调整在3位或2位上，它比本项目最初提出的测量精度1％要高上2到1个数量级，所以测量精度完全可以得到保证。

本发明的关键技术在于：

1、制动距离的起点——制动器断电时刻就是制动开始的起始点。为了保证现场起重机的安全性能，我们提出了对在用起重机不拆卸任何部件、器件进行现场实地检测的要求，因此我们必须将制动器电源断电信号感应并转换成相应的触发信号，使长度计量装置能够接受到开始计数的信号。

2、制动距离的记录——起升机构在下降低速稳定运行时，当操作者的控制手柄回到零位时制动器就应自动断电。由于制动器的机械结构传递需要一个过程，才能使制动器抱闸接触到制动轮并抱住，这个过渡过程就是制动器的响应过程。由于存在这个响应上的过渡过程，使得吊钩上的重物会向下坠落，由于钢丝绳的牵引和起升传动机构本身的机械惯性，造成了在额定载荷重力作用下产生了钢丝绳卷筒滚动滑移，通过钢丝绳传递到吊钩，从而形成了相对应的向下移动距离。为此我们可以通过数字传感技术将滚动距离用弧长脉冲信号来表示，从而就可以解决下滑制动距离的测量问题。

有益效果

本发明是为桥式起重机升降机构下降制动距离的检测而专门设计的，它对制动器的调整给出了定量分析的可能。本发明可以对制动器单个进行调整，使每个受力指标既达到国家安全标准，又能均衡，整体运行时趋于平均分配。此外，利用该装置还可以拓展对其它形式的起重机械(如门式起重机、电动单梁起重机、电动单梁悬挂起重机、流动式起重机等)的各种运行机构的滑行距离、速度等物理量进行检测，为所有与起重机械有关的制造单位的产品出厂检验，安装、维修、保养单位、使用单位以及检验机构单位的检验工作提供了专业的测试手段。

本发明能合理选择测试部位，充分利用传感器技术，精确测量起升机构重物下降时的制动距离。为起重机的整机性能考核、型式试验考核和在用起重机的安全性能检验提供一种定量的测试装置，为评估制动器的制动性能及其调节状况提出科学依据。

附图说明

图1为本实用新型原理图。

图2为本实用新型装置构成图。

图3为***构成图。

图4为感应电路框图。

图5为感应电路和计量电路框图。

图6为电流触发电路。

图7为整机机箱图。

图7中：1-计数显示窗2-电源开关自锁按钮3-电源指示灯4-电源容量按钮5-电源容量指示灯6-电压触发自锁按钮7-电压触发指示灯8-电流触发自锁按钮9-电流触发指示灯10-电流检测指示灯11-卷筒信号1灯12-卷筒信号2灯13-记录信号1灯14-记录信号2灯15-计数换相自锁按钮16-计数锁定自锁按钮17-复位按钮

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本装置主要由感应电路、传感电路、计量电路、工作电源等单元所构成。其构成框图如图3所示。图中各单元的设计要求是完成其各自不同的功能。

感应电路主要是完成制动器控制电源断电信号的捕捉。在起重机上所用的制动器供电形式有交流和直流二种类型。交流型的有AC380V和AC220V，直流型的有电压型和电流型。电压型的为直流DC110V和DC220V，电流型的为直流几十安培到上千安培，因此对断电瞬间点的捕捉就必须考虑以上各种供电情况，其电路的形式如图4所示。

由图可以看到，各种类型的供电形式需要经过各种不同类型的电路转换，但最终都被转换成直流电压形式。而这个统一的直流电压要能够跟随外施激励的突变而发生突变，这一突变就是制动器断电瞬间点的信号，它能形成感应电路的起始点时间信号，这就是测试仪器所需要的控制开始计数的触发信号。

传感电路主要是围绕着能准确、完整地将卷筒向某一方向转动的滑行信号采集进测试***中。用直径为191mm的圆盘与6000脉冲的传感器联在一起，作为检测仪器传感部分的组件，用圆盘紧靠钢丝绳卷筒将旋转滑行距离送入传感单元，然后进行数字电路的处理，可以最终完成对起重机下滑制动的测量工作。

计量电路主要是将触发信号以后的有效脉冲记录下来，并将其转换成所对应的下滑距离或脉冲数显示出来。传感电路连同计量电路的设计如图5所示。

图中连接在传感器上的圆盘将弧长距离转换成传感电路能够输出的超前和滞后的两路数字信号。由于这两路信号电平较低对后级处理不利，所以有必要用信号增益的方法来抬高电平的等级，这样做是为后级计量长度提供必要的条件。在实际测量中，由于钢丝绳本身存在弹性作用，在制动器将钢丝绳卷筒制动停住后的瞬间有可能会产生卷筒来回摆动的可能。此时若采用单独一路数字信号进行计量长度的话，就有可能产生无正反方向的连续累加计长，这样一来就会大大增加测量误差。为了克服这一问题，我们采用如图所示的超前、滞后两路脉冲信号的方法，当超前脉冲超前于滞后脉冲时，计量电路只做加法计数；当超前脉冲滞后于滞后脉冲时，计量电路只做减法计数，直至摆动趋于稳定停留在某一数值上。这样就克服了卷筒来回摆动所造成的连续单方向计量的可能，从而保证了测试的正确性。考虑到传感器圆盘紧靠钢丝绳卷筒旋转时的下降方向的随机性，在现场如果假定下降方向为正的话，那么就可以通过前面板上计数换相按钮来加以转换设定，这样就大大方便了现场的测试工作。

误差勘误设计是考虑由于钢丝绳卷筒上绳槽的螺旋形状等因素对长度计量产生的测量误差所设计的。由于传感器圆盘紧靠在卷筒上跟随一起旋转是作圆周运动的，而钢丝绳是盘绕在卷筒的绳槽内成螺旋形，在起升和下降时钢丝绳也是成螺旋形收放的。由于钢丝绳直径和绳槽宽度的原因，在收放过程中绳芯中心线的运行距离与卷筒圆周表面的展开长度存在大于、等于和小于的三种情况，同时考虑到绳槽节距的因素，它还要长一些。因此，下降制动距离检测中应综合考虑这些产生误差的因素。而滑轮组倍率在其中只是起到缩小倍数的关系，因此正确的下降制动距离L与这些因素有着极其紧密的关系，它是它们的函数，即L＝f(φ，r，l，n)(其中L为下降制动距离；φ为钢丝绳直径；r为绳槽深度；l为绳槽节距；n为滑轮组倍率)。如果用硬件来克服这些误差因素的话，将要设计一套能跟随绳槽移动的随动装置，而且还得考虑绳槽深度的因素，这是一个很复杂的工程。为了克服这一难题，我们采用了通过计算机软件来解决这一问题的方法。为此编制了“起重机下降制动距离检测”的运用软件，从而大大简化了设计、制作等工作。在检测前我们可以先利用这一软件，输入要检测起重机的额定起升速度、起升机构钢丝绳直径、卷筒绳槽深度、绳槽节距以及起升机构滑轮组倍率，该软件就能给出额定条件下制动时的额定下滑距离，这也就是下滑距离的最大允许值。同时也能得知下滑距离所对应的额定脉冲数和下滑系数。这样就可以在检测前做到心中有数，有的放矢地进行检测工作。在实际的测量时只要对仪器先设置好下滑系数，测量中就能得到实测的下滑距离。

本检测仪整机机箱如图3所示，前后面板都有各自的安排。前面板主要是操作部分，后面板主要是输入部分。检测仪机箱的外形尺寸：300mm×180mm×160mm。

前面板由以下几部分组成：

(a)计数显示窗——由成品的高速计数器来构成。用来显示制动器断电后被检测到卷筒的滑行距离或对应的脉冲数。

(b)电源开关自锁按钮——用来控制本检测仪工作时的电源，按下自锁为接通电源。

(c)电源指示灯——当电源开关按下电源被接通时电源指示灯亮。

(d)电源容量按钮——当按下一次电源容量按钮时，电源容量指示灯会显示检测仪内部电池存储的容量情况。

(e)电源容量指示灯——显示当前检测仪内部电池容量存储的状况，有四盏灯组成。最左端一盏为红色，单独亮时表示一定要充电了。其余右端三盏为绿色。四盏全亮时表示电源充足，从左到右依此亮起三盏、二盏表示存储的电源在减弱。

(f)电压触发自锁按钮——当后面板上的选择开关置于电压位置时按下本按钮以检查触发控制是否正常。

(g)电压触发指示灯——当后面板上的选择开关置于电压位置时电压触发指示灯亮。当电压触发自锁按钮按下时电压触发指示灯灭，表示触发控制正常。当制动器通电时电压触发指示灯也灭。

(h)电流触发自锁按钮——当后面板上的选择开关置于电流位置时按下电流触发自锁按钮以检查触发控制是否正常。

(i)电流触发指示灯——当后面板上的选择开关置于电流位置时电流触发指示灯亮。当电流触发自锁按钮按下时电流触发指示灯灭，表示触发控制正常。当制动器通电时电流触发指示灯也灭。

(j)电流检测指示灯——当后面板上的选择开关置于电流位置时，并在后面板的电流检测插座上***电流触发用电流感应器后，电流检测指示灯亮，表示感应器已被接通。

(k)卷筒信号1灯——表示来自卷筒传感器的第一路检测信号，以闪烁表示已送入。

(l)卷筒信号2灯——表示来自卷筒传感器的第二路检测信号，以闪烁表示已送入。信号1和信号2在电路上相差90度。

(m)记录信号1灯——表示来自卷筒信号1的脉冲已送入计数器一号输入端。

(n)记录信号2灯——表示来自卷筒信号2的脉冲已送入计数器二号输入端。当按下电压触发或电流触发自锁按钮时记录信号1灯和记录信号2灯同时熄灭，表示二路通道工作正常。

(o)计数换相自锁按钮——由于计数器具有正负显示功能，在一般情况下假定下降为正，上升为负的话，那么在测试现场很容易地用此按钮来切换到假定状况。

(p)计数锁定自锁按钮——当下滑制动距离检测完后为保持数据的准确可以用此锁定按钮将计数值保持锁定住，以免变动。

(q)复位按钮——当卷筒在下降一档稳定运行时，必须用复位按钮将计数器上的值清除，以保证准确地测出制动器回零后的制动距离。

后面板由以下几部分组成：

1.选择开关——根据制动器的控制电源形式进行选择。当选在“电压”时就表示用电压来触发计数，当选在“电流”时就表示用电流来触发计数。

2.电压转换开关——由于内部集成电路对输入电压的要求，所以将交流220V～380V和直流220V归结一档为“电压触发1”，直流110V归结另一档为“电压触发2”。

3.AC220V～380V DC220V电压触发1插孔——当确认制动器的控制电压为AC220V～380V或DC220V时，就可以用二芯连接线上的三眼插头***电压触发1的插孔，另一端的二个夹子夹住制动器控制电压的任意二个接线端子。

4.DC110V电压触发2插孔——当确认制动器的控制电压为DC110V时，可以用二芯连接线上的三眼插头***电压触发2的插孔，另一端的二个夹子夹住制动器控制电压的二个接线端子。

5.电流触发插孔——当确认制动器的控制为电流形式时，就可以用四芯连接线上的四眼插头***，另一端的电流变送器中串入制动器控制电缆。

6.卷筒传感器插孔——当传感器圆盘被支架固定安置好后，可用五芯连接线的一端五眼插头***圆盘传感器，另一端***卷筒传感器插孔上。

7.充电器电源——当前面板电源容量指示灯红灯亮时，可以通过配置的充电器给本测试仪充电。

在进行桥式起重机下降制动距离检测前，先用游标卡尺测得钢丝绳直径、起升机构卷筒上绳槽宽度和深度，用秒表和直尺的配合或测速仪测得额定的起升速度，用目视观测吊钩滑轮组倍率数。把这些数据送入“起重机下降制动距离检测”专用软件页面上的数据输入栏中，然后按下屏幕下方“额定下滑脉冲计算”按钮、“下滑系数计算”按钮和“额定下降制动距离计算”按钮后，就能在数据输出栏中分别显示出“额定脉冲数”、“下滑系数”和“额定下降制动距离数”的值。将其中的“下滑系数”值通过对检测仪上计数显示器的操作，将其置入预置比例PS.AX项中，选定好dp项显示值的小数点位置，为接下来的检测做好准备工作。根据制动器工作电源的种类，选择电压或电流触发的连接线。若是电压，则选用三芯连接线，将其一端上的夹子夹住制动器接线盒内的二个接电端子，另一端插座***检测仪后面板上对应的三芯插孔中；若是大电流的话，则选用四芯连接线，一端连接在电流变送器盒的插孔中，另一端连接在检测仪后面板上对应的四芯插孔中。先打开电流变送器的上半圆，套住制动器供电电缆后盖紧拧上。把带有圆盘的传感器固定在表座支撑杆上，使圆盘紧靠在钢绳卷筒平整圆周面处，拧上磁性开关，固定好表座。像测量转速一样，用手握住圆盘传感器，轻轻推向卷筒侧。通知司机操纵起升机构，通过计数换相按钮，调整好卷筒下降时显示器上数字前无“-”号(即为+号)。当传感器上的圆盘跟随卷筒一起转动时，按下前面板上的复位按钮，显示器清零。在操作司机将手柄从抵挡回到零位时，显示器就会显示出制动过程中卷筒旋转移动的距离，这就是起升机构上吊钩的下降制动距离值。对于空载或负载，操作都是一样的，只是显示的值不一样而已。当然，也可以采用先测出下降制动距离对应的脉冲数，但此时的预置比例PS.AX项要设置为1，dp项设为整数，其余的测量同上所述即可。然后将测得的脉冲数连同钢丝绳直径及绳槽参数输入给计算软件，就能在“起重机下降制动距离检测”专用软件页面的下方得到包括实际下降制动距离在内的所有数值。

本检测仪的测量显示精度主要取决于计数器的显示精度。技术性能指标指示显示器的显示范围在-19999～99999之间。它的小数位可设定在0.0000～00000(五位整数)之间，对于测量标准范围内的下降制动距离9mmm到250mm之间，仪器显示的小数位可设定为00.000和000.00，由此可见仪器的测量显示精度小数点位数根据需要可调整在3位或2位上，它比本项目最初提出的测量精度1％要高上2到1个数量级，所以测量精度完全可以得到保证，它们的显示精度均为±1个字。

Claims (9)

1.一种桥式起重机起升机构下降制动距离检测装置，包括：

制动器断电感应器：感应检测制动器控制电源断电瞬间所形成的触发信号；

数字式传感器：与钢丝绳卷筒相接触并发出的脉冲信号；

计量装置：接受来自触发信号后的传感器脉冲信号并加以计量和显示；

误差勘误装置：排除由绳槽宽度、绳槽深度和钢丝绳直径带来的测量误差。

2.根据权利要求1所述的一种桥式起重机起升机构下降制动距离检测装置，其特征在于：

所述的制动器断电感应器由制动器电源、电能感应器、信号处理器、电平触发器串接组成。

3.根据权利要求1所述的一种桥式起重机起升机构下降制动距离检测装置，其特征在于：

所述的数字式传感器由采样滚轮、数字传感器、两相脉长发送器、信号增益器串接组成。

4.根据权利要求1所述的一种桥式起重机起升机构下降制动距离检测装置，其特征在于：

所述的计量装置包括长度计量器和距离显示器。

5.根据权利要求1所述的一种桥式起重机起升机构下降制动距离检测装置，其特征在于：

所述的装置内部装有能保证正常使用的蓄电池。

6.根据权利要求1所述的一种桥式起重机起升机构下降制动距离检测装置，其特征在于：

所述的装置的外壳面板包括：

(a)计数显示窗——由成品的高速计数器来构成；用来显示制动器断电后被检测到卷筒的滑行距离或对应的脉冲数；

(b)电源开关自锁按钮——用来控制本检测仪工作时的电源，按下自锁为接通电源；

(c)电源指示灯——当电源开关按下电源被接通时电源指示灯亮；

(d)电源容量按钮——当按下一次电源容量按钮时，电源容量指示灯会显示检测仪内部电池存储的容量情况；

(e)电源容量指示灯——显示当前检测仪内部电池容量存储的状况，有四盏灯组成；

最左端一盏为红色，单独亮时表示一定要充电了；其余右端三盏为绿色；四盏全亮时表示电源充足，从左到右依此亮起三盏、二盏表示存储的电源在减弱；

(f)电压触发自锁按钮——当后面板上的选择开关置于电压位置时按下本按钮以检查触发控制是否正常；

(g)电压触发指示灯——当后面板上的选择开关置于电压位置时电压触发指示灯亮；

当电压触发自锁按钮按下时电压触发指示灯灭，表示触发控制正常；当制动器通电时电压触发指示灯也灭；

(h)电流触发自锁按钮——当后面板上的选择开关置于电流位置时按下电流触发自锁按钮以检查触发控制是否正常；

(i)电流触发指示灯——当后面板上的选择开关置于电流位置时电流触发指示灯亮；

当电流触发自锁按钮按下时电流触发指示灯灭，表示触发控制正常；当制动器通电时电流触发指示灯也灭；

(j)电流检测指示灯——当后面板上的选择开关置于电流位置时，并在后面板的电流检测插座上***电流触发用电流感应器后，电流检测指示灯亮，表示感应器已被接通；

(k)卷筒信号1灯——表示来自卷筒传感器的第一路检测信号，以闪烁表示已送入；

(l)卷筒信号2灯——表示来自卷筒传感器的第二路检测信号，以闪烁表示已送入；

信号1和信号2在电路上相差90度；

(m)记录信号1灯——表示来自卷筒信号1的脉冲已送入计数器一号输入端；

(n)记录信号2灯——表示来自卷筒信号2的脉冲已送入计数器二号输入端；当按下电压触发或电流触发自锁按钮时记录信号1灯和记录信号2灯同时熄灭，表示二路通道工作正常；

(o)计数换相自锁按钮——由于计数器具有正负显示功能，在一般情况下假定下降为正，上升为负的话，那么在测试现场很容易地用此按钮来切换到假定状况；

(p)计数锁定自锁按钮——当下滑制动距离检测完后为保持数据的准确可以用此锁定按钮将计数值保持锁定住，以免变动；

(q)复位按钮——当卷筒在下降一档稳定运行时，必须用复位按钮将计数器上的值清除，以保证准确地测出制动器回零后的制动距离。

7.根据权利要求1所述的一种桥式起重机起升机构下降制动距离检测方法，包括下列步骤：

(1)用游标卡尺测得钢丝绳直径、起升机构卷筒上绳槽宽度和深度，用秒表和直尺的配合或测速仪测得额定的起升速度，用目视观测吊钩滑轮组倍率数，将这些数据输入误差勘误装置；

(2)整机屏幕将显示“额定脉冲数”、“下滑系数”和“额定下降制动距离数”的值，

将其中的“下滑系数”值置入预置比例PS.AX项中，选定好dp项显示值的小数点位置；

(3)根据制动器工作电源的种类，选择电压或电流触发的连接线；

(4)打开电流变送器的上半圆，套住制动器供电电缆后盖紧拧上；把带有圆盘的传感器固定在表座支撑杆上，使圆盘紧靠在钢绳卷筒平整圆周面处，拧上磁性开关，固定好表座；

(5)当传感器上的圆盘跟随卷筒一起转动时，按下前面板上的复位按钮，显示器清零；

当手柄从抵挡回到零位时，显示器就会显示出制动过程中卷筒旋转移动的距离，即起升机构上吊钩的下降制动距离值。

8.根据权利要求7所述的一种桥式起重机起升机构下降制动距离检测方法，其特征在于：

所述的步骤(2)采用下降制动距离对应的脉冲数，其预置比例PS.AX项设置为1，dp项设为整数。

9.根据权利要求7所述的一种桥式起重机起升机构下降制动距离检测方法，其特征在于：

所述的步骤(3)中若是电压，则选用三芯连接线，将其一端上的夹子夹住制动器接线盒内的二个接电端子，另一端插座***检测仪后面板上对应的三芯插孔中；若是大电流，则选用四芯连接线，一端连接在电流变送器盒的插孔中，另一端连接在检测仪后面板上对应的四芯插孔中。

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