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摘要：为了解决大型起重机定期检驗中起重量限制器检验难度大的问题，进行了大型起重机械起重量限制器测试方法研究，并研制出了ETC-101型起重量限制器测试仪（以下简称测试仪）；在确保起重机起重量限制器不被破坏的情况下，将测试仪接入到起重量限制器的传感器和控制器之间 ，测试仪接受传感器在小载荷测试下的输出信号，并与显示器显示的结果进行比较计算限制器本身的K值，然后将测试仪作为信号源，对起重量限制器进行校准， 在起重机定期检验中进行起重量限制器的检验。
关键词 起重量限制器 起重量限制器测试仪 测试方法研究
1.引言
2009年4月1日《起重机械定期检验规则》（以下简称规则）实施 ，起重机定检中要求对起重量限制器进行动作可靠性检验，但定检中发现，大吨位的起重机械在起重量限制器试验中，需要的重物较多，试验成本高，试验时间长，而且有的使用现场设备已安装就位，根本无法进行载荷试验，针对上述具体情况，2010年12月对《规则》进行了修订，将在用起重机起重量限制器的检验改为了只检验是否设置，是否短接；这也是实际检验现状的无奈之举，也从另一个侧面印证了限制器测试方法研究的必要性和迫切性
针对大吨位起重机械定期检验中起重量限制器的检验需要，进行了大型起重机起重量限制器测试方法研究，研制出起重量限制器测试仪，提出了采用小吨位载荷代替大吨位载荷进行起重量限制器动作可靠性研究的理念，并研制出了起重量限制器测试仪。
2.总体方案
按照小载荷（起升20%额定载荷）测试起重量限制器的立意，首先对市场上的主流起重量限制器的组成结构、工作原理、信号传输方法进行调研，根据主流的起重量限制器的信号传输设计出测试仪的信息处理系统，并研制出测试仪；利用测试仪对在用大型起重机起重量限制器实施现场检测，通过对测试数据整理和统计分析，获取起重量限制器的测试范围和自身测试趋势线的斜率K值，通过将小载荷测试小信号进行放大，当达到额载的105%时发出报警信号，实现起重量限制器的报警、断电功能， 完成对起重量限制器的测试 。
3.起重量限制器的研究
3.1.起重量限制器构成
起重量限制器包括三个部分：传感器、信号传输处理装置、重量显示装置。
3.2.起重量限制器工作原理
当起重机械起吊重物，重量加载到传感器，传感器便有信号输出，经过传输处理装置对信号放大及其它方法的处理后，传输给重量显示装置使其显示出加载重物的重量。再由微处理器计算出预报警和上升控制值，最终实现起重量限制器的各功能。
3.3. 信号传输方式
3.3.1.直接模拟信号式：即两者之间直接由传输屏蔽线连接。
3.3.2.模拟信号放大式：即传感器的信号经模拟放大器放大
4.起重量限制器测试仪的性能要求
为了达到GB12602-2009《起重机械超载保护装置》中对综合型超载保护装置装机±5%误差，自动停止型装机±8%误差及方便使用，对测试仪的性能提出如下要求：（1）量程范围：适合对50—300吨的起重量限制器进行测试；（2）准确度：±2%；（3）输出信号的高于主流传感器30%；⑷有不同的输入口可以接受并检测不同类别的传输信号（直接模拟信号、模拟信号经放大器放大的）；⑸配备液晶显示系统，显示前后重量；⑹信号放大比例可调，采用无级放大；⑺具备复位清零功能；⑻与传感器及限制器仪表的连接应与主流起重量限制器匹配；⑼轻便、便携、外壳坚固；⑽具有较强的抗干扰能力，能够适用于各种复杂的工况。
5.起重量限制器测试仪的研究
5.1. 理论基础
起重量限制器采集的信号与显示的吨位是否为线性，是研究测试仪的关键点，首先在实验室测试，测试出起重量限制器的特征趋势线的零点、趋势线k值。在试验机上显示的吨位与相应的信号为一一对应，在传感器满量程范围内均匀取出N个测试点，测试出每个临近两点间的线性度，得出前端传感器、变送器的线性度在满量程范围内的线性度趋势线，判断其是否满足系统测试要求，经实验数据重量限制器的线性度较好。
5.2.测试仪工作原理
测试仪主要由输入信号调理电路、输出信号调理电路、互感器输入信号调理电路、信号切换电路、CPU、显示器、键盘及通信接口电路等组成，工作原理图及样机图如下：
图1 测试仪工作原理图
5.3.研制开发了ECT-101 测试仪
根据测试仪的工作原理和主流起重量限制器的工作原理及接口情况，研制开发了ETC-101测试仪，它是用小载荷找出大型起重机起重量系统的线性区域，拟合出系统的趋势线，按照趋势线对信号进行模拟放大，把信号送入限制器，对限制器进行满量程的测试，达到验证大型起重机起重量限制器的报警和保护断电功能。
5.4.实验室数据
将测试仪接入限制器传感器与控制显示部分中间，对传感器加载，测试仪拾取传感器输出信号，通过线性值算法，得出前端传感设备的线性值和零点，拟合出前端传感设备的特性趋势线。根据特性趋势线k值，测试仪输出给限制器控制显示部分一组经过放大的数值，用该信号模拟限制器在大载荷工作时的信号，验证起重量显示值和预警、报警、断电功能是否正常。
5.5.数据分析
通过传感器实际压力值得到信号后，传输给限制器显示器，实际压力与限制器显示误差10kN时为1.9%，20kN、30kN时误差为零。测试仪输出的模拟信号传输给限制器，起重量限制器测试仪输出显示值与限制器显示误差不大于0.1%。即给出模拟信号测试限制器在大载荷工作时的功能是可行的。
5.6.现场试验
在实际的大型起重机装设起重量限制器的现场，进行了大量的试验后发现，由于大型起重机各系统的影响，线性区域为起重量限制器测试量程的一部分。以75吨限制器为例，具体数据如下： 5.7. 數据分析
试验数据显示，限制器在起吊6t以下时，没有稳定数据读出，在6t至77t加载过程中，限制器显示重量跟随性较好，基本呈线性增长，误差值随着吊重的增加而减小。
由于大型起重机各系统的影响，从空钩即空载至10%载荷限制器处于工作盲区；加载10%至满量程区间的数据稳定，呈线性趋势；在加载20%至满量程显示值误差小于5%，符合标准要求。
在现场对另一台100t起重机进行吊载试验，得出结论与上述结论一致。
6.测试仪的使用方法
6.1.确认线性度
对大吨位起重机进行三个不同重量的吊载荷试验，每次起吊载荷稳定后起重量限制器测试仪进行一次数据采集，三次起吊载荷进行数据采集后，起重量限制器测试仪将运算出两个相邻吊重的线性值，公式为：
K=（D1-D2）/（G1-G2）
D：起重量限制器测试仪采集到的电参数值
G：起重量限制器显示的重量值
如果两个线性关系非常接近，可以认为三次起吊载荷在系统的线性区内，把两个线性值取平均值作为系统的线性值，否则重新起吊载荷进行线性值的确定。
6.2.信号放大，测试限制器
起重量限制器测试仪根据在第二步，第三步得到的零点和线性度值，对采集的信号进行放大，验证限制器满量程的线性度和报警功能、超载断电保护功能。
7.测试仪在检验中的应用
7.1.确认零点
系统连接，接通起重量限制器电源，保证大型起重机空钩，用测试仪采集系统的零点。
7.2. K值的取得
在起重机械监督检验中由于需要进行载荷试验，现场载荷准备较为充分，在限制器K值测试中可以加大取值范围，即可以在大于20%的载荷段取值以便获得更接近限制器的K值，并将K值存入计算机或打印在报告中，以备定期检验时使用。
定期检验中可以采用电子秤称量部分载荷，从10%～20%的额定载荷段，选取三个间距较大的试验载荷，通过对起重机加载，通过测试仪确定限制器的K值。然后通过测试仪模拟实际吊重对限制器加载，直至限制器动作，观察限制器动作值是否符合要求。
7.3.定期检验中起重量限制器测试
在对已经取得K值的限制器进行定期检验中，不再需要加载，直接在空钩状态下使用测试仪完成对限制器进行校准。
8.小结：
大型起重机起重量限制器测试方法研究是采用小载荷（不大于20%额定载荷）找出K值，替代大载荷在定期检验中对起重量限制器进行检验，并研发了起重量限制器测试仪，此项研究在国家质检总局科技项目立项，（计划编号：2009QK048），并于2012年7月13日通过鉴定，此项研究达到国内领先水平，在起重机定期检验中可以广泛应用，具有应用推广价值。
关键词 起重量限制器 起重量限制器测试仪 测试方法研究
1.引言
2009年4月1日《起重机械定期检验规则》（以下简称规则）实施 ，起重机定检中要求对起重量限制器进行动作可靠性检验，但定检中发现，大吨位的起重机械在起重量限制器试验中，需要的重物较多，试验成本高，试验时间长，而且有的使用现场设备已安装就位，根本无法进行载荷试验，针对上述具体情况，2010年12月对《规则》进行了修订，将在用起重机起重量限制器的检验改为了只检验是否设置，是否短接；这也是实际检验现状的无奈之举，也从另一个侧面印证了限制器测试方法研究的必要性和迫切性
针对大吨位起重机械定期检验中起重量限制器的检验需要，进行了大型起重机起重量限制器测试方法研究，研制出起重量限制器测试仪，提出了采用小吨位载荷代替大吨位载荷进行起重量限制器动作可靠性研究的理念，并研制出了起重量限制器测试仪。
2.总体方案
按照小载荷（起升20%额定载荷）测试起重量限制器的立意，首先对市场上的主流起重量限制器的组成结构、工作原理、信号传输方法进行调研，根据主流的起重量限制器的信号传输设计出测试仪的信息处理系统，并研制出测试仪；利用测试仪对在用大型起重机起重量限制器实施现场检测，通过对测试数据整理和统计分析，获取起重量限制器的测试范围和自身测试趋势线的斜率K值，通过将小载荷测试小信号进行放大，当达到额载的105%时发出报警信号，实现起重量限制器的报警、断电功能， 完成对起重量限制器的测试 。
3.起重量限制器的研究
3.1.起重量限制器构成
起重量限制器包括三个部分：传感器、信号传输处理装置、重量显示装置。
3.2.起重量限制器工作原理
当起重机械起吊重物，重量加载到传感器，传感器便有信号输出，经过传输处理装置对信号放大及其它方法的处理后，传输给重量显示装置使其显示出加载重物的重量。再由微处理器计算出预报警和上升控制值，最终实现起重量限制器的各功能。
3.3. 信号传输方式
3.3.1.直接模拟信号式：即两者之间直接由传输屏蔽线连接。
3.3.2.模拟信号放大式：即传感器的信号经模拟放大器放大
4.起重量限制器测试仪的性能要求
为了达到GB12602-2009《起重机械超载保护装置》中对综合型超载保护装置装机±5%误差，自动停止型装机±8%误差及方便使用，对测试仪的性能提出如下要求：（1）量程范围：适合对50—300吨的起重量限制器进行测试；（2）准确度：±2%；（3）输出信号的高于主流传感器30%；⑷有不同的输入口可以接受并检测不同类别的传输信号（直接模拟信号、模拟信号经放大器放大的）；⑸配备液晶显示系统，显示前后重量；⑹信号放大比例可调，采用无级放大；⑺具备复位清零功能；⑻与传感器及限制器仪表的连接应与主流起重量限制器匹配；⑼轻便、便携、外壳坚固；⑽具有较强的抗干扰能力，能够适用于各种复杂的工况。
5.起重量限制器测试仪的研究
5.1. 理论基础
起重量限制器采集的信号与显示的吨位是否为线性，是研究测试仪的关键点，首先在实验室测试，测试出起重量限制器的特征趋势线的零点、趋势线k值。在试验机上显示的吨位与相应的信号为一一对应，在传感器满量程范围内均匀取出N个测试点，测试出每个临近两点间的线性度，得出前端传感器、变送器的线性度在满量程范围内的线性度趋势线，判断其是否满足系统测试要求，经实验数据重量限制器的线性度较好。
5.2.测试仪工作原理
测试仪主要由输入信号调理电路、输出信号调理电路、互感器输入信号调理电路、信号切换电路、CPU、显示器、键盘及通信接口电路等组成，工作原理图及样机图如下：
图1 测试仪工作原理图
5.3.研制开发了ECT-101 测试仪
根据测试仪的工作原理和主流起重量限制器的工作原理及接口情况，研制开发了ETC-101测试仪，它是用小载荷找出大型起重机起重量系统的线性区域，拟合出系统的趋势线，按照趋势线对信号进行模拟放大，把信号送入限制器，对限制器进行满量程的测试，达到验证大型起重机起重量限制器的报警和保护断电功能。
5.4.实验室数据
将测试仪接入限制器传感器与控制显示部分中间，对传感器加载，测试仪拾取传感器输出信号，通过线性值算法，得出前端传感设备的线性值和零点，拟合出前端传感设备的特性趋势线。根据特性趋势线k值，测试仪输出给限制器控制显示部分一组经过放大的数值，用该信号模拟限制器在大载荷工作时的信号，验证起重量显示值和预警、报警、断电功能是否正常。
5.5.数据分析
通过传感器实际压力值得到信号后，传输给限制器显示器，实际压力与限制器显示误差10kN时为1.9%，20kN、30kN时误差为零。测试仪输出的模拟信号传输给限制器，起重量限制器测试仪输出显示值与限制器显示误差不大于0.1%。即给出模拟信号测试限制器在大载荷工作时的功能是可行的。
5.6.现场试验
在实际的大型起重机装设起重量限制器的现场，进行了大量的试验后发现，由于大型起重机各系统的影响，线性区域为起重量限制器测试量程的一部分。以75吨限制器为例，具体数据如下： 5.7. 數据分析
试验数据显示，限制器在起吊6t以下时，没有稳定数据读出，在6t至77t加载过程中，限制器显示重量跟随性较好，基本呈线性增长，误差值随着吊重的增加而减小。
由于大型起重机各系统的影响，从空钩即空载至10%载荷限制器处于工作盲区；加载10%至满量程区间的数据稳定，呈线性趋势；在加载20%至满量程显示值误差小于5%，符合标准要求。
在现场对另一台100t起重机进行吊载试验，得出结论与上述结论一致。
6.测试仪的使用方法
6.1.确认线性度
对大吨位起重机进行三个不同重量的吊载荷试验，每次起吊载荷稳定后起重量限制器测试仪进行一次数据采集，三次起吊载荷进行数据采集后，起重量限制器测试仪将运算出两个相邻吊重的线性值，公式为：
K=（D1-D2）/（G1-G2）
D：起重量限制器测试仪采集到的电参数值
G：起重量限制器显示的重量值
如果两个线性关系非常接近，可以认为三次起吊载荷在系统的线性区内，把两个线性值取平均值作为系统的线性值，否则重新起吊载荷进行线性值的确定。
6.2.信号放大，测试限制器
起重量限制器测试仪根据在第二步，第三步得到的零点和线性度值，对采集的信号进行放大，验证限制器满量程的线性度和报警功能、超载断电保护功能。
7.测试仪在检验中的应用
7.1.确认零点
系统连接，接通起重量限制器电源，保证大型起重机空钩，用测试仪采集系统的零点。
7.2. K值的取得
在起重机械监督检验中由于需要进行载荷试验，现场载荷准备较为充分，在限制器K值测试中可以加大取值范围，即可以在大于20%的载荷段取值以便获得更接近限制器的K值，并将K值存入计算机或打印在报告中，以备定期检验时使用。
定期检验中可以采用电子秤称量部分载荷，从10%～20%的额定载荷段，选取三个间距较大的试验载荷，通过对起重机加载，通过测试仪确定限制器的K值。然后通过测试仪模拟实际吊重对限制器加载，直至限制器动作，观察限制器动作值是否符合要求。
7.3.定期检验中起重量限制器测试
在对已经取得K值的限制器进行定期检验中，不再需要加载，直接在空钩状态下使用测试仪完成对限制器进行校准。
8.小结：
大型起重机起重量限制器测试方法研究是采用小载荷（不大于20%额定载荷）找出K值，替代大载荷在定期检验中对起重量限制器进行检验，并研发了起重量限制器测试仪，此项研究在国家质检总局科技项目立项，（计划编号：2009QK048），并于2012年7月13日通过鉴定，此项研究达到国内领先水平，在起重机定期检验中可以广泛应用，具有应用推广价值。