電子吊秤吊鉤垂直度偏差檢測裝置分析研究

時間：2019-03-02作者：上海新鷹衡器有限公司瀏覽：338

電子吊秤是用來對物料稱重、運(yùn)輸、裝卸和安裝等作業(yè)的機(jī)電設(shè)備，廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械制造和建材等工業(yè)生產(chǎn)中。然而，設(shè)計缺陷、制造缺陷、長期**載荷作業(yè)或使用不當(dāng)?shù)仍蚨紩闺娮拥醭託模斐晒こ掏踔寥藛T傷亡等后果，所以電子吊秤被列為特種設(shè)備，需要特殊檢測與管理。但是目前由于缺少用于電子吊秤安全檢測的**高精度儀器，致使電子吊秤安全檢測效率低下，因此，研發(fā)安全、高效、智能的電子吊秤安全檢測專用儀器具有非常重要的現(xiàn)實意義和社會**。

一、背景技術(shù)

電子吊秤要求垂直吊裝，司機(jī)卻無法判斷其吊鉤是否處于垂直狀態(tài)，目前，一方面所有各種類型電子吊秤都還沒有裝設(shè)吊鉤垂直度顯示裝置；而另一方面無論從吊鉤偏心（通過吊鉤的鉛垂線偏離被吊重物的重心）起鉤以及其他原因使重物偏擺可能傷及周圍設(shè)備和人員，還是從實現(xiàn)起重機(jī)操作自動化，或從實現(xiàn)安全吊裝和克服電子吊秤抬吊的風(fēng)險考慮，吊鉤垂直度的檢測都成為電子吊秤自身亟須完善的問題?，F(xiàn)有對吊鉤的狀態(tài)用角度傳感器檢測時，是通過檢測吊鉤鋼絲繩（吊繩，下同）的偏擺角度得到，吊車吊繩的角度測量裝置作法是，在互相垂直的二個方向各安設(shè)一個被檢測吊繩   C（L為吊重）通過且保持接觸的U型框  UX、UY（圖1所示），U型框的轉(zhuǎn)軸上分別安設(shè)角度傳感器EX、EY，當(dāng)?shù)趵KC發(fā)生偏擺時，通過U型框使轉(zhuǎn)軸上安設(shè)的角度傳感器轉(zhuǎn)動而輸出偏擺信號，實現(xiàn)了對吊繩的二維檢測；一種電子吊秤及其吊繩擺動檢測量裝置作法是，在電子吊秤吊臂臂頭1定滑輪端被檢測吊繩3外裝一個套筒2（圖2所示），在套筒外壁上安設(shè)角度傳感器4，同時在電子吊秤吊臂臂頭1與套筒之間安設(shè)防轉(zhuǎn)裝置5、6以限制套筒轉(zhuǎn)動，當(dāng)?shù)趵K發(fā)生偏擺時，通過與其一起偏擺的套筒由安設(shè)的角度傳感器輸出偏擺信號，并用此種方式檢測的信號創(chuàng)立了一種吊鉤偏擺控制方法、系統(tǒng)及裝置。

二、電子吊秤安全檢測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

解決電子吊秤安全問題的另外一條重要途徑就是從技術(shù)上提升起重機(jī)的安全性，從電子吊秤檢測技術(shù)角度可分為兩個方向：①將新技術(shù)應(yīng)用到起重機(jī)，特別是起重機(jī)梁結(jié)構(gòu)的探測上，以研究分析金屬結(jié)構(gòu)健康狀況為主 [8]，是對檢測方法的創(chuàng)新；②利用傳感、通訊、計算機(jī)等技術(shù)對起重機(jī)主要的結(jié)構(gòu)和部件進(jìn)行監(jiān)控[9]，是對應(yīng)用的創(chuàng)新。

以色列工程師  Muravin.G等人利用聲**技術(shù)提出了定量聲**無損檢測（Quantitative Acoustic  Emission Non-DestructiveInspection QAE  NDI）方法，該方法能夠診斷早期電子吊秤金屬出現(xiàn)的缺陷，并評估該缺陷的發(fā)展趨勢。聲**是一種被動接收能量的檢測技術(shù)，它與射線探傷或者**時波檢測方法不同，其

基本原理是：材料中局域源快速釋放能量時會產(chǎn)生瞬態(tài)彈性波，而大多數(shù)材料變形和斷裂時均伴有聲**聲**檢測儀和系統(tǒng)就是基于以上原理設(shè)計的。

Hale等人采用光纖傳感器監(jiān)測金屬結(jié)構(gòu)疲勞裂紋。其基本原理是：用高模量粘接劑將光纖粘在結(jié)構(gòu)表面上，當(dāng)光纖下的結(jié)構(gòu)開裂時，纖維就會斷裂，傳輸?shù)墓庖惨虼硕p，這種衰減可在遠(yuǎn)處檢出，進(jìn)而通過衰減程度來反映斷裂程度。Hale  用包覆光纖監(jiān)測了金屬板孔邊裂紋的擴(kuò)展，他選用芯徑為 100μm的光纖，為保持光纖的強(qiáng)度，在光纖外包覆了直徑為 140μm的聚合物，然后將光纖粘貼在待測結(jié)構(gòu)表面上，用紅外衰減測試儀檢測光的衰減。商用包覆光纖可承受的應(yīng)變?yōu)?%，對應(yīng)的（未斷裂）光衰減大約  3% ～ 10%，當(dāng)光纖斷裂時，信號衰

減達(dá)到 30%。假如用鎢燈代替紅外光源，裂紋位置則可由纖維斷裂逸出的可見光清楚地顯示出來。另外，已有實驗證明，光纖傳感器的性能在惡劣的條件下也很穩(wěn)定，例如，在大量疲勞循環(huán)（>107 周）和大幅度的溫度變化（-196   ～ 120）條件下，光纖傳感器仍能穩(wěn)定工作。

Lee等人采用基于強(qiáng)度的光纖傳感器（IOFS）研究了由循環(huán)載荷引起的低碳鋼疲勞裂紋擴(kuò)展的監(jiān)測問題   [12]。試件裂紋的起始長度為 1mm，然后采用 MTS液壓試驗機(jī)對試件施加頻率為4Hz的正弦波形循環(huán)載荷，同時用IOFS采集數(shù)據(jù)，將采集的數(shù)據(jù)，經(jīng)過 A/D轉(zhuǎn)換傳送給計算機(jī)進(jìn)行分析，并將分析結(jié)果實時地顯示到監(jiān)視器上，從而完成對鋼板疲勞裂紋擴(kuò)展的實時監(jiān)測。Ichinose 等人也通過類似的方法研究了鋼結(jié)構(gòu)破壞區(qū)域的監(jiān)測問題  [13]。加拿大 Rotset公司基于  Fabry-Perot白光干涉原理研制的光纖傳感器，具有很高的精度和重復(fù)性，可將其安裝在材料的表面或內(nèi)部，對應(yīng)變、應(yīng)力、位移、裂縫、孔隙壓力、溫度等狀況進(jìn)行連續(xù)地監(jiān)測 [14-16]。Fabry-Perot傳感器是在光纖中制造一個真空腔，也稱為光纖琺珀腔（F-P 腔），當(dāng)光束通過傳感光纖入射到腔內(nèi)時，會在真空腔的兩個端面分別反射，并沿原路返回。如果用光纖把  F-P腔與光源及光電探測器

連接起來就構(gòu)成檢測系統(tǒng)，因此，只要監(jiān)測光纖  F-P腔的腔長便可知結(jié)構(gòu)的變形量。

隨著通信、傳感等技術(shù)的發(fā)展，近年來電子吊秤安全檢測技術(shù)**了很大的進(jìn)步，國內(nèi)外很多公司和科研機(jī)構(gòu)已經(jīng)推出了相應(yīng)的產(chǎn)品和成果。SFAE（西門子工廠自動化工程有限公司）擁有自己的遠(yuǎn)程電子吊秤監(jiān)控系統(tǒng)—  CMS，并已在一些項目中得到應(yīng)用。韓國  SEAH S.A公司推出了  CMS（cranemonitoringsystem）系統(tǒng)，該系統(tǒng)底層基于 PLC，上層由計算機(jī)系統(tǒng)控制，可以實現(xiàn)起重機(jī)系統(tǒng)故障監(jiān)控和管理，它是一個完整的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。Horsburgh&Scott公司開發(fā)了 Sentry無線電子吊秤監(jiān)控系統(tǒng)—WCMS[18]，它通過無線技術(shù)實時監(jiān)控電子吊秤狀態(tài)，該監(jiān)控系統(tǒng)屬于開發(fā)平臺，并利用該平臺進(jìn)行針對性的二次開發(fā)。

我國的企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)在電子吊秤檢測技術(shù)上也**了大量成果。武漢理工大學(xué)和大連理工大學(xué)在電子吊秤檢測方法和監(jiān)控系統(tǒng)研究上具有明顯的優(yōu)勢。大連拉特激光技術(shù)有限公司開發(fā)了基于激光測距原理，用于主梁靜剛度檢驗的專用儀器。中國特種設(shè)備檢測院沈功田研究員在電子吊秤無損探傷技術(shù)的應(yīng)用方面做了大量的工作，尤其將聲**技術(shù)應(yīng)用于特種設(shè)備方面做了推動性的工作。三峽大學(xué)李力教授就起重機(jī)梁活性缺陷的聲**信號特征進(jìn)行了研究。以上提到的這些新技術(shù)、新方法除了部分監(jiān)測技術(shù)得到應(yīng)用以外，大都還停留在研發(fā)階段，沒有得到普遍應(yīng)用。目前，我國配備智能監(jiān)控系統(tǒng)的起重機(jī)較少，只在一些大型或特殊環(huán)境的電子吊秤上有應(yīng)用。

三、電子吊秤吊鉤垂直度偏差檢測顯示裝置

由于吊鉤的垂直度變化時將帶動吊鉤上與其相垂直平面的變化，故提出通過監(jiān)測與吊鉤相垂直平面同水平面間的傾角變化，來檢測吊鉤垂直度偏差的方法，即在吊裝中同吊鉤產(chǎn)生相同偏角的提升滑輪組動滑輪護(hù)板外側(cè)上裝設(shè)測量平臺，且滿足電子吊秤吊裝垂直度偏差角度（吊鉤偏角，下同）0°時，測量平臺面為水平面，由于此時在臺面上設(shè)置角度傳感器，當(dāng)出現(xiàn)垂直度偏差時角度傳感器敏感軸方向顯示的臺面偏離水平面的∠A，等于起重機(jī)提升滑輪組沿該方向的垂直度偏差∠    B（如圖3所示，因∠  C=∠D=90°故∠ A=∠B），當(dāng)角度傳感器敏感軸方向垂直于測量平臺面與水平面交線設(shè)置（此時與該敏感軸方向相垂直的另一敏感軸方向顯示的偏離水平面角度為0°）。

四、結(jié)束語

各國的職能部門以及相關(guān)的技術(shù)企業(yè)研究機(jī)構(gòu)都在對電子吊秤安全檢驗方面進(jìn)行探索，目的就是希望研究出較高效的電子吊秤安全管理模式和電子吊秤檢測技術(shù)，較大程度的減少電子吊秤事故的發(fā)生。由于管理模式是電子吊秤安全問題的重要組成部分，且關(guān)系到檢測技術(shù)的發(fā)展，所以本論文將從管理和技術(shù)兩個層面來介紹目前國內(nèi)外電子吊秤安全檢驗的現(xiàn)狀。


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