施工升降机防坠安全器嵌入式检测系统设计

施工升降机防坠安全器嵌入式检测系统设计

钟兴强

广东省建筑科学研究院集团股份有限公司广东省510500

摘要：现如今，我国是科技发展的新时期，防坠安全器作为施工升降机最重要的安全部件，防坠安全器的定期检测尤为重要。基于Android平台设计了SAJ30/40型齿轮渐进式防坠安全器嵌入式检测系统，分别采用角度传感器和速度传感器测量防坠安全器锥毂旋转角度和升降机实时运行速度，通过上位机分析软件进行数据处理，输出防坠安全器的制动距离和动作速度。现场试验架法检测实验结果表明，检测系统能够准确测量防坠安全器制动距离等检测参数，制动距离的测量精度为±1mm.

关键词：防坠安全器；嵌入式；角度传感器；制动距离；Android

引言

随着高层建筑的快速发展，人货两用施工升降机的使用越来越多，其超速防坠安全的问题越来越突出，因此对施工升降机防坠安全器的定期检验显得尤为重要。根据GB10055-2007《施工升降机安全规程》要求：防坠安全器必须至少每1年送到有资质的检测机构检验标定一次。

1防坠器工作原理简介

施工升降机安全防坠器的工作原理是：齿轮转动达到一定速度，离心制动块甩开，离心块的前端嵌入锥鼓上的卡槽，随着齿轮带动离心块的继续转动，离心块推动锥鼓转动，锥鼓前端为一有螺纹的螺栓结构与一个螺母连接，转动时螺母不旋转，由此螺母将产生位移压迫，制动开始，随着锥鼓螺栓的旋转，螺母的位移量加大，弹簧的压力也越大，锥鼓与外壳之间的压力也越大，产生的摩擦阻力也越大，由此实现渐进制动，当制动阻力增大到大于动力时，开始减速，最终停止。当施工升降机发生故障出现超过设定的动作值时，防坠安全器将动作，起到保障升降机内的人员和货物安全的作用。

2检测系统硬件结构

2.1工业平板PC

工业平板PC是检测系统中实现传感器采集数据分析、显示和存储的核心设备，工业平板PC内部采用三星S5P4418核心板、四核Cortex-A9架构，操作系统为Android4.4.2，具有2路RS485和2路RS232工业接口。

2.2角度传感器

角度传感器采用绝对值编码器，分辨率为1024脉冲/转，支持RS485MODBUSRTU工作方式，以差分平衡方式传输信号，具有很强的抗共模干扰能力[5-6]。MOD-BUS协议是工业上常用的通信协议，其标准如下：[地址码][功能码][数据区][校验码]MODBUS协议RTU工作模式下，每个报文须以连续字符流进行传送且采用CRC校验，具有较高的数据密度，并且传输稳定，通信效率高.

2.3速度传感器

速度传感器由增量编码器和测速模块组成。增量编码器分辨率1200脉冲/转，推挽输出方式。测速模块以STM32F103控制器为核心，将增量编码器输出的脉冲信号处理为转速，通过RS232接口与上位机实现通信。

3测量制动距离与实际制动距误差分析

（1）相关件尺寸与公差：1）铜螺母轴径：50-0.30螺母螺距：1.52）防坠器孔径：1000.303）锥鼓螺栓轴心到销钉的距离：57mm4）刹车片与止转片的距离：约200mm（2）形位公差：1）止转片平面度：0.12）平面与孔的垂直度：0.2（3）误差分析：不考虑形位公差时，碟形弹簧在自由状态下，锥鼓螺栓在止转片处的中心偏离轴心最大误差：1）碟形弹簧与铜螺母最大间隙=510.6-50-0.3=1.92）防坠器与碟形弹簧外径最大间隙=1000.3-100-0.6=0.93）锥鼓螺栓偏心量＝（1.9+0.9）/2=1.44）销钉轴向摆动量：△=0.4×2=0.8/每周5）摆动量反映到分度圆上的距离=（3.14D/螺距）×△=3.14×120/1.5×0.8=200.96即为升降机行走的距离△采用划法求得：见图1△-销钉轴向摆动量D-分度圆直径不考虑形位误差时，在碟形弹簧被压缩80%的的状态下，锥鼓螺栓偏心量：1）碟形弹簧与铜螺母最大间隙=50.480.6-50-0.3=1.382）防坠器孔与碟形弹簧外径最大间隙=1000.3-100.52-0.6=0.373）锥鼓螺栓偏心量=（1.38+0.37）/2=0.874）销钉轴向摆动量：△=0.25×2=0.5/每周5）摆动量反映到分度圆上的距离=（3.14D/螺距）×△=3.14×120/1.5×0.5=125.6/每周，即为升降机行走的距离。△采用划法求得：见图2。

如考虑形位误差，垂直度0.2，摆动量＝上述△＋0.2圆上的距离=（3.14D/螺距）×△+（3.14D/螺距）×0.2通过上述的分析可以得出结论：摆动量反映到分度上，若螺母位移误差为1mm升降机的制停距离误差=（3.14D/螺距）×△=3.14×120/1.5×1=251。误差放大比例为1∶251。微小的偏差对实际结果的影响很大，造成测量得出的结果不能作为判定的依据。

4实验数据采集与处理

采用实验架法进行施工升降机坠落-制动的现场实验，利用origin8描绘传感器采集的数据曲线。如图5所示，t1时刻防坠安全器开始动作，锥毂旋转，角度传感器采集角度变化量，同时防坠安全器的制动作用使升降机坠落速度开始减小。在制动过程初期，由于离心制动块与锥毂进行刚性契合，导致防坠安全器制动作用力不稳定，升降机速度产生波动，一定时间后，制动作用力逐渐稳定，升降机绝对速度以相对平稳的方式逐渐减小，直至最终停止，制动过程结束。实验采用速度和角度两种测量分析方法对比验证制动距离测量的准确性。对制动过程中升降机的运行速度V进行积分运算和误差处理，运算结果即为制动过程中升降机的运动距离L1，利用角度值和式（1）可计算制动距离L2。现场实验结果的6组数据，制动距离L2和制动距离L1具有较好的一致性，制动距离L1较制动距离L2略微偏大，这主要是由于防坠安全器开始动作时离心制动块与锥毂进行刚性契合，契合过程中升降机会产生间隙性短暂空滑，造成积分运算得到的L1相对于真实制动距离必然偏大，应该说角度传感器测得的制动距离L2更加准确，更能反映防坠安全器的真实制动性能。

5具体实施方式

使用时，首先在起重机的吊钩上悬挂专用吊具，操作起重机的按钮盒，利用起重机和吊具将防坠安全器从所存放的地点电动搬运到防坠安全器检测台的端部接口处的小台架上，将防坠安全器与检测台之间采用螺纹连接方式固定，固定时用电动扳手将螺栓旋紧将安全器整体安装在试验台上，启动检测台进行防坠安全器的检测。当量试验结束后，拆开防坠安全器的后盖，将推车连同推车上的设备向防坠安全器移动，然后将套筒拆具插入防坠安全器的大铜螺母的接合部位，利用控制盒控制电机反时针转动，将此时阻力较大的大铜螺母旋出到指示销复位的位置，其安全开关同时复位，从而达到防坠安全器电动复位的省力高效的目的。最后将防坠安全器的后盖装好，利用起重机和吊具将防坠安全器接合一起，用电动扳手拆除安全器与试验台之间的固定螺栓，操作起重机将防坠安全器搬运到指定地点存放。

结语

施工升降机防坠安全器嵌入式检测系统是以传感器器件作为检测基础的嵌入式检测设备，基于Android平台及Java编程语言设计了上位机分析软件，以串口通信的方式实现传感器和上位机的数据传输。本检测系统对于制动距离的理论测量精度约为±1mm，完全可以满足施工升降机防坠安全器的检测要求。

参考文献

[1]冯功斌，段红莉.施工升降机防坠试验方式探讨[J].建筑机械，2016（4）：85-86.

[2]卢立东，马俊.便携式施工升降机防坠安全器检测装置[J].建筑机械，2013（21）：113-114.