机械式停车设备长期在线监测系统研究

冯晓蕾 蔡延彬 原宇超 李哲人

（广东省特种设备检验研究院东莞检测院 东莞 523000）

机械式停车设备数量迅猛增加，机械式停车设备的新标准[1-3]相继发布实施，其安全性越来越引起社会关注。依据原质检总局文件规定，机械式停车设备属于特种设备[4]。从全寿命周期的角度看，机械式停车设备关键部件（金属结构、运行机构）在使用阶段最易出事故，其中金属结构在设计及使用过程若存在安全隐患，易发生重大事故。本文通过搭建机械式停车设备长期在线应力监测系统，通过对主要受力构件[5]应变的监测，采集机械式停车设备正常运行过程中主要受力构件应变变化，配合机械式停车设备运行时间及载荷数据，可得主要受力构件应力，用于验证机械式停车设备的金属结构设计的正确性和可靠性，以及对机械式停车设备做安全和寿命评估。

1 测试现场

本次应力测试现场为某垂直升降类机械式停车设备，型号规格为PCS50T-CIMCTD型25层，存车总数为50位，存车规格为5 300 mm×1 950 mm×1 950 mm（1 550 mm），存车重量≤2 200 kg，起升速度为0～90 m/min，横移速度为0～90 m/min。该套垂直升降类机械式停车设备主体结构为H型钢（材料Q235B），其设计计算采用极限状态设计法或许用应力设计法。若当结构内力与载荷呈非线性关系时，应采用极限状态设计法。应在最不利载荷组合下，验算机械式停车设备的金属结构件及其连接的强度（含疲劳强度）、刚性和稳定性，是否满足要求[1]。依据主要受力构件的设计计算和有限元分析，确定垂直升降类机械式停车设备主要受力构件的主要受力点为4个立柱、1个横梁和1个纵梁，共6个测点，如图1所示。依据现场实际情况决定测点距离地面高度，对横（纵）梁测点适宜位置进行贴片测量，测点位置标注为A～F。

图1 测点布置位置

2 监测系统所需仪器

此监测系统主要使用DH5972N长期在线监测分析系统[配基于故障诊断和健康管理的智能设备维保管理平台软件（PHM），可远程监测和调整]、应变片BE120-3AA（11）-Q30P3K（三向应变应力）和计算机等仪器和设备，搭建机械式停车设备长期在线监测系统。现场使用的仪器、设备和工具见表1。

表1 现场监测系统使用仪器工具

3 监测系统的搭建

机械式停车设备应力监测系统的搭建，主要是通过对现场主要受力构件的受力分析，确定测试点，并通过粘贴工艺把适宜测量的应变片粘贴牢靠，并通过一系列措施排除干扰，利用屏蔽线把应变片与在线监测仪器连接起来，把仪器通过网络连接到具有基于故障诊断和健康管理的智能设备维保管理平台的电脑上，通过此软件进行初始零点调整，对仪器采集的数据进行监测、查看、分析和保存，整体过程如图2所示。

图2 机械式停车设备应力监测系统搭建流程图

4 系统搭建过程相关技术难点

4.1 测点位置的确定与现场选择

机械式停车设备品种较多，金属结构的主要受力构件不同，需要根据不同设备品种金属结构的受力状态，确定主要受力构件的最不利受力点。可通过极限状态或许用应力法进行理论计算，也可通过ANSYS等有限元分析软件模拟主要受力构件受力状态来确定测点。现场测试要尽可能与理论计算相一致，特别是对于有外部装饰的机械式停车设备，一般是在装饰完工且未正式投入使用时进行测试。

4.2 应变片粘贴工艺

贴片工艺是使监测系统精确性保持高可靠度的关键环节。被贴构件表面粗糙度过大，胶水过多、未能完全固化，应变片与贴面之间存在气泡，卸载后读数不能回到原来平衡点，都会影响监测系统对机械式停车设备采集数据的精确度和可靠性。在对贴片现场环境勘查之后，应严格按照贴片工艺进行现场贴片，贴片工艺流程如图3所示。选择合适的打磨机及打磨片（百页片），可提高工作效率；经粗磨后可再用砂纸打磨测点，若不能判断打磨是否合适，可使用表面粗糙度测量仪测量表面粗糙度，表面粗糙度一般不高于Ra6.3[6]；贴片时用手指垂直均匀滚压，避免气泡产生，不能斜推，防止应变片移动。

图3 应变片粘贴工艺流程

4.3 零点飘移的排除

●4.3.1 电磁干扰

机械式停车设备测试现场在机械式停车设备内部，机械式停车设备内部安装有控制柜、起升与横移电机，控制柜内有大量电器元件，特别是大功率的变频器（30 kW），而起升电机的起制动电流较大（40 A）。在机械式停车设备内部的监测系统主要测试仪器和测点与上述电器装置距离较近，引发电磁干扰。监测系统在采集数据时，在频率为50 Hz及50 Hz倍数的地方干扰显著。为消除电磁干扰，监测系统的仪器要单独接地，测点与测试仪器用屏蔽线连接，屏蔽线的屏蔽网也要单独接地。

●4.3.2 外界环境条件变化

机械式停车设备测试现场为半露天，现场湿度变化较大，会引起应变片对地绝缘电阻的下降形成泄漏电流而产生零飘；当阴雨天的水珠等侵入导线使导线间介质常数变化引起导线分布电容的改变也会带来零飘。系统为长期在线，测量时间较长宜对应变片进行防潮处理。可选用绝缘良好和防潮的703硅胶[7]等作为防护涂层原料，均匀地涂在应变片表面及周围。

机械式停车设备测试现场为半露天且停车设备高度较高，测试仪器安装位置温度变化不大。若现场测试日晒试验结构件散热不匀和温度变化较大，都会导致导线的电阻随温度变化而造成阻值的变化，一旦温度补偿处理不到位，在测试过程中形成测量臂与补偿臂的电阻有相对变化会产生零点飘移。要选择好补偿片的固定位置，既要保证补偿片、测量片及其导线所处温度条件一致又要在防止温度波动的同时尽可能保证补偿片和测量片所用导线长度一致，避免两者之间出现电容差。

●4.3.3 系统搭建过程导线连接

机械式停车设备监测系统的连接部位，一般在应力片与引出线、引出线与屏蔽线、屏蔽线与仪器，以及屏蔽线与屏蔽线（一般不用）。若系统内部连接处未能处理到位，例如焊接不牢（虚焊）或焊药、焊锡不干净等都能引起零点飘移。导线连接牢固可靠，选用的焊药、焊锡的成分不应有杂质，用松香作焊剂减少虚焊且避免焊接点产生腐蚀。

4.4 提升监测系统稳定性与测量精确度

监测系统搭建过程中的每个步骤的工作质量都会影响监测系统的稳定性和测量精确度，常见的原因：应变片粘贴不当产生蠕滑影响测试结果；应变片的敏感栅有损坏、锈蚀瘢痕、弯折以及引出线的焊接点的质量；应变片的电阻值；监测系统的温度效应[8]；附加载荷；仪器与屏蔽线连接接头的保护等。

5 按载荷试验方案采集数据

机械式停车设备品种较多，每个品种主要受力构件的结构不一致，为验证其主要受力构件的承载能力，需要根据不同的品种制定载荷试验方案，现以垂直升降类机械式停车设备为例，制定试验工况[9]见表2。观察试验过程中监测数据采集情况，若遇异常需要分析原因，排除问题后再采集。

表2 试验工况

6 结束语

本文主要使用DH5972N长期在线监测分析系统，通过对现场机械式停车设备主要受力构件的设计计算和有限元分析确定测点，结合应变片粘贴工艺粘贴应变片，搭建机械式停车设备长期在线监测系统。通过制定全面合理的试验工况，获取机械式停车设备在运行过程中金属结构真实受力状况，监测系统排除了电磁干扰、温度影响等现场不利因素，并通过一系列手段提升监测系统的稳定性与测量精确度。通过本监测系统可获取机械式停车设备运行过程中真实的受力工况数据，为验证机械式停车设备的设计正确性和合理性以及评估机械式停车设备的安全性及寿命，做好前期数据准备工作。