4、起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

完整的硬件架構(gòu)需要軟件來幫助實(shí)現(xiàn)其功能，本系統(tǒng)控制軟件包括：硬件初始化、PS021應(yīng)變采集、3G網(wǎng)絡(luò)建立以及數(shù)據(jù)傳輸。MSP430微控制器支持C語言開發(fā)，選用瑞典IAR公司推出的IAR-EW作為編程集成開發(fā)平臺(tái)，采用JTAG仿真器進(jìn)行調(diào)試。圖7為下位機(jī)程序流程圖。

5、實(shí)驗(yàn)及結(jié)果

本系統(tǒng)硬件及軟件均已經(jīng)調(diào)試完畢，圖8為實(shí)物圖。硬件主體部分置于盒子內(nèi)部，左側(cè)外接天線，右側(cè)留有應(yīng)變片及電源接口，通過航空接插件連接，保證系統(tǒng)密封性以及抗干擾能力。

5.1應(yīng)變靜態(tài)測(cè)量精度測(cè)試

靜態(tài)應(yīng)變測(cè)量精度是應(yīng)變測(cè)試的一個(gè)重要指標(biāo)。靜態(tài)應(yīng)變指結(jié)構(gòu)所受載荷緩慢變化時(shí)應(yīng)變變化情況[8]。實(shí)驗(yàn)選擇懸臂梁作為測(cè)試對(duì)象，測(cè)量懸臂梁在不同載荷下的應(yīng)變數(shù)據(jù)。測(cè)試過程采用單次加載方式，將質(zhì)量為20克的10個(gè)質(zhì)量塊依次加載到懸臂梁托盤中，每加入一個(gè)質(zhì)量塊后測(cè)量一次應(yīng)變值，相同的過程使用靜態(tài)應(yīng)變儀YE2536重復(fù)測(cè)量一次。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表所示：

從表格中可以看出，應(yīng)變采集系統(tǒng)與靜態(tài)應(yīng)變儀兩者測(cè)量結(jié)果相差很小，說明無線應(yīng)變采集系統(tǒng)測(cè)量精度較高。產(chǎn)生微小誤差的原因可能是：

（1）應(yīng)變片粘貼時(shí)存在一定的對(duì)稱誤差；

（2）應(yīng)變片依靠人工粘貼，未能與懸臂梁緊密貼合，會(huì)有一定的空隙；

（3）靜態(tài)應(yīng)變儀本身有一定的誤差，測(cè)量結(jié)果有±1με的偏差。

5.2系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試選擇如圖9所示的模擬起重機(jī)。應(yīng)變測(cè)試工況為：起重機(jī)提升約150kg重物約1米的高度，測(cè)試小車從主梁最左端位置緩慢運(yùn)行到最右端，然后再運(yùn)行到最左端這個(gè)過程中起重機(jī)關(guān)鍵部位所受應(yīng)力變化情況。選取起重機(jī)主梁跨中下翼緣板表面作為測(cè)試位置1；選取起重機(jī)支座下部作為測(cè)試位置2。測(cè)點(diǎn)1應(yīng)力曲線如圖10所示。測(cè)點(diǎn)1所在的箱形梁主要承受彎矩，起重機(jī)的小車通過四只輪子對(duì)平行的兩根主梁施加載荷。通過對(duì)其中的一根梁進(jìn)行受力分析時(shí)知道，當(dāng)小車的一只輪子跨過測(cè)點(diǎn)1時(shí)，測(cè)點(diǎn)1的應(yīng)力會(huì)發(fā)生一次突變，當(dāng)另外一只輪子也跨過測(cè)點(diǎn)2時(shí)應(yīng)力又發(fā)生一次突變；小車返回過程的應(yīng)力狀態(tài)也會(huì)發(fā)生類似的變化。主梁承受的應(yīng)力最大，應(yīng)作為重要的監(jiān)測(cè)部位。測(cè)點(diǎn)2應(yīng)力曲線如圖11所示。測(cè)點(diǎn)2所在的支撐梁主要承受壓應(yīng)力和一定的彎矩。最大應(yīng)變?yōu)?5με，在小車啟動(dòng)和停止瞬間，由于起重機(jī)整體結(jié)構(gòu)的晃動(dòng)，測(cè)點(diǎn)2處的應(yīng)力會(huì)有瞬間突變的現(xiàn)象，表現(xiàn)為由拉應(yīng)力突變?yōu)閴簯?yīng)力。這是由于梁的晃動(dòng)引起的，說明起重機(jī)在啟動(dòng)和停止瞬間對(duì)這些部位的沖擊較大，進(jìn)行起重機(jī)檢修時(shí)應(yīng)特別檢查這些部位的剛度。

下面對(duì)主梁強(qiáng)度進(jìn)行校核：主梁材料為Q235鋼，屈服極限?s=235MPa。根據(jù)3811-2008《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，取安全系數(shù)n=1.5，則靜載許用應(yīng)力為：現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)最大應(yīng)力位置在測(cè)點(diǎn)1所示的主梁跨中，最大應(yīng)變約為110με，則最大應(yīng)力為（取材料的彈性模量EGPa?210）：

6、結(jié)論

本文給出了一種針對(duì)起重機(jī)強(qiáng)度校核的高精度應(yīng)變檢測(cè)方法，系統(tǒng)選用PS021芯片，利用TDC技術(shù)測(cè)量應(yīng)變，采用全雙工異步通信方式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集[9]。另外采用3G方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，達(dá)到遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)、在線檢測(cè)的目的，順應(yīng)起重機(jī)監(jiān)測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)[10]。本系統(tǒng)研制成功后，已經(jīng)應(yīng)用在模擬起重機(jī)現(xiàn)場(chǎng)，經(jīng)過長(zhǎng)期測(cè)試，精度較高，工作穩(wěn)定，達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)要求，取得較好的實(shí)際應(yīng)用效果。限于作者的能力和經(jīng)驗(yàn)，本系統(tǒng)仍然存在一些不足，比如當(dāng)受到外接干擾時(shí)，3G網(wǎng)絡(luò)偶爾會(huì)斷開，造成數(shù)據(jù)丟包；另外遠(yuǎn)程服務(wù)器只是簡(jiǎn)單的接收數(shù)據(jù)，對(duì)于起重機(jī)來說還有更多功能可開發(fā)。鑒于此，作者提出兩點(diǎn)改進(jìn)建議：（1）增加本地存儲(chǔ)模塊，外接Flash芯片，將網(wǎng)絡(luò)斷開之后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到Flash芯片中，并在測(cè)量結(jié)束之后通過軟件讀??；（2）將應(yīng)力數(shù)據(jù)與裂紋擴(kuò)展理論聯(lián)系起來，為起重機(jī)結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別提供依據(jù)。