機械式停車設備長期在線監測系統研究

馮曉蕾 蔡延彬 原宇超 李哲人

（廣東省特種設備檢驗研究院東莞檢測院 東莞 523000）

機械式停車設備數量迅猛增加，機械式停車設備的新標準[1-3]相繼發布實施，其安全性越來越引起社會關注。依據原質檢總局文件規定，機械式停車設備屬于特種設備[4]。從全壽命周期的角度看，機械式停車設備關鍵部件（金屬結構、運行機構）在使用階段最易出事故，其中金屬結構在設計及使用過程若存在安全隱患，易發生重大事故。本文通過搭建機械式停車設備長期在線應力監測系統，通過對主要受力構件[5]應變的監測，采集機械式停車設備正常運行過程中主要受力構件應變變化，配合機械式停車設備運行時間及載荷數據，可得主要受力構件應力，用于驗證機械式停車設備的金屬結構設計的正確性和可靠性，以及對機械式停車設備做安全和壽命評估。

1 測試現場

本次應力測試現場為某垂直升降類機械式停車設備，型號規格為PCS50T-CIMCTD型25層，存車總數為50位，存車規格為5 300 mm×1 950 mm×1 950 mm（1 550 mm），存車重量≤2 200 kg，起升速度為0～90 m/min，橫移速度為0～90 m/min。該套垂直升降類機械式停車設備主體結構為H型鋼（材料Q235B），其設計計算采用極限狀態設計法或許用應力設計法。若當結構內力與載荷呈非線性關系時，應采用極限狀態設計法。應在最不利載荷組合下，驗算機械式停車設備的金屬結構件及其連接的強度（含疲勞強度）、剛性和穩定性，是否滿足要求[1]。依據主要受力構件的設計計算和有限元分析，確定垂直升降類機械式停車設備主要受力構件的主要受力點為4個立柱、1個橫梁和1個縱梁，共6個測點，如圖1所示。依據現場實際情況決定測點距離地面高度，對橫（縱）梁測點適宜位置進行貼片測量，測點位置標注為A～F。

圖1 測點布置位置

2 監測系統所需儀器

此監測系統主要使用DH5972N長期在線監測分析系統[配基于故障診斷和健康管理的智能設備維保管理平臺軟件（PHM），可遠程監測和調整]、應變片BE120-3AA（11）-Q30P3K（三向應變應力）和計算機等儀器和設備，搭建機械式停車設備長期在線監測系統。現場使用的儀器、設備和工具見表1。

表1 現場監測系統使用儀器工具

3 監測系統的搭建

機械式停車設備應力監測系統的搭建，主要是通過對現場主要受力構件的受力分析，確定測試點，并通過粘貼工藝把適宜測量的應變片粘貼牢靠，并通過一系列措施排除干擾，利用屏蔽線把應變片與在線監測儀器連接起來，把儀器通過網絡連接到具有基于故障診斷和健康管理的智能設備維保管理平臺的電腦上，通過此軟件進行初始零點調整，對儀器采集的數據進行監測、查看、分析和保存，整體過程如圖2所示。

圖2 機械式停車設備應力監測系統搭建流程圖

4 系統搭建過程相關技術難點

4.1 測點位置的確定與現場選擇

機械式停車設備品種較多，金屬結構的主要受力構件不同，需要根據不同設備品種金屬結構的受力狀態，確定主要受力構件的最不利受力點。可通過極限狀態或許用應力法進行理論計算，也可通過ANSYS等有限元分析軟件模擬主要受力構件受力狀態來確定測點。現場測試要盡可能與理論計算相一致，特別是對于有外部裝飾的機械式停車設備，一般是在裝飾完工且未正式投入使用時進行測試。

4.2 應變片粘貼工藝

貼片工藝是使監測系統精確性保持高可靠度的關鍵環節。被貼構件表面粗糙度過大，膠水過多、未能完全固化，應變片與貼面之間存在氣泡，卸載后讀數不能回到原來平衡點，都會影響監測系統對機械式停車設備采集數據的精確度和可靠性。在對貼片現場環境勘查之后，應嚴格按照貼片工藝進行現場貼片，貼片工藝流程如圖3所示。選擇合適的打磨機及打磨片（百頁片），可提高工作效率；經粗磨后可再用砂紙打磨測點，若不能判斷打磨是否合適，可使用表面粗糙度測量儀測量表面粗糙度，表面粗糙度一般不高于Ra6.3[6]；貼片時用手指垂直均勻滾壓，避免氣泡產生，不能斜推，防止應變片移動。

圖3 應變片粘貼工藝流程

4.3 零點飄移的排除

●4.3.1 電磁干擾

機械式停車設備測試現場在機械式停車設備內部，機械式停車設備內部安裝有控制柜、起升與橫移電機，控制柜內有大量電器元件，特別是大功率的變頻器（30 kW），而起升電機的起制動電流較大（40 A）。在機械式停車設備內部的監測系統主要測試儀器和測點與上述電器裝置距離較近，引發電磁干擾。監測系統在采集數據時，在頻率為50 Hz及50 Hz倍數的地方干擾顯著。為消除電磁干擾，監測系統的儀器要單獨接地，測點與測試儀器用屏蔽線連接，屏蔽線的屏蔽網也要單獨接地。

●4.3.2 外界環境條件變化

機械式停車設備測試現場為半露天，現場濕度變化較大，會引起應變片對地絕緣電阻的下降形成泄漏電流而產生零飄；當陰雨天的水珠等侵入導線使導線間介質常數變化引起導線分布電容的改變也會帶來零飄。系統為長期在線，測量時間較長宜對應變片進行防潮處理。可選用絕緣良好和防潮的703硅膠[7]等作為防護涂層原料，均勻地涂在應變片表面及周圍。

機械式停車設備測試現場為半露天且停車設備高度較高，測試儀器安裝位置溫度變化不大。若現場測試日曬試驗結構件散熱不勻和溫度變化較大，都會導致導線的電阻隨溫度變化而造成阻值的變化，一旦溫度補償處理不到位，在測試過程中形成測量臂與補償臂的電阻有相對變化會產生零點飄移。要選擇好補償片的固定位置，既要保證補償片、測量片及其導線所處溫度條件一致又要在防止溫度波動的同時盡可能保證補償片和測量片所用導線長度一致，避免兩者之間出現電容差。

●4.3.3 系統搭建過程導線連接

機械式停車設備監測系統的連接部位，一般在應力片與引出線、引出線與屏蔽線、屏蔽線與儀器，以及屏蔽線與屏蔽線（一般不用）。若系統內部連接處未能處理到位，例如焊接不牢（虛焊）或焊藥、焊錫不干凈等都能引起零點飄移。導線連接牢固可靠，選用的焊藥、焊錫的成分不應有雜質，用松香作焊劑減少虛焊且避免焊接點產生腐蝕。

4.4 提升監測系統穩定性與測量精確度

監測系統搭建過程中的每個步驟的工作質量都會影響監測系統的穩定性和測量精確度，常見的原因：應變片粘貼不當產生蠕滑影響測試結果；應變片的敏感柵有損壞、銹蝕瘢痕、彎折以及引出線的焊接點的質量；應變片的電阻值；監測系統的溫度效應[8]；附加載荷；儀器與屏蔽線連接接頭的保護等。

5 按載荷試驗方案采集數據

機械式停車設備品種較多，每個品種主要受力構件的結構不一致，為驗證其主要受力構件的承載能力，需要根據不同的品種制定載荷試驗方案，現以垂直升降類機械式停車設備為例，制定試驗工況[9]見表2。觀察試驗過程中監測數據采集情況，若遇異常需要分析原因，排除問題后再采集。

表2 試驗工況

6 結束語

本文主要使用DH5972N長期在線監測分析系統，通過對現場機械式停車設備主要受力構件的設計計算和有限元分析確定測點，結合應變片粘貼工藝粘貼應變片，搭建機械式停車設備長期在線監測系統。通過制定全面合理的試驗工況，獲取機械式停車設備在運行過程中金屬結構真實受力狀況，監測系統排除了電磁干擾、溫度影響等現場不利因素，并通過一系列手段提升監測系統的穩定性與測量精確度。通過本監測系統可獲取機械式停車設備運行過程中真實的受力工況數據，為驗證機械式停車設備的設計正確性和合理性以及評估機械式停車設備的安全性及壽命，做好前期數據準備工作。