一、引言

煤礦起重機作為井下作業(yè)的關鍵裝備，其起升機構的安全性能直接影響礦井生產(chǎn)效率與人員安全。傳統(tǒng)檢驗方法依賴人工操作，存在檢測參數(shù)單一、實時性差、數(shù)據(jù)處理效率低等問題。本文針對上述痛點，提出基于嵌入式系統(tǒng)與傳感器技術的智能化檢驗方案，實現(xiàn)起升機構多參數(shù)動態(tài)檢測，為設備安全運行提供技術保障。

二、系統(tǒng)架構設計

（一）硬件組成

1. 傳感器陣列：采用高精度扭矩傳感器（量程0-5000N·m，精度±0.1%）、加速度傳感器（量程±50g，響應頻率0-10kHz）及位移傳感器（分辨率0.01mm），分別采集電機扭矩、起升加速度及制動器下滑量。
2. 數(shù)據(jù)采集模塊：基于STM32F407單片機開發(fā)多通道數(shù)據(jù)采集板，支持24位AD轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)多參數(shù)同步采樣。
3. 無線傳輸單元：采用LoRa無線模塊構建低功耗傳輸網(wǎng)絡，傳輸距離達3km，抗干擾能力強。
4. 執(zhí)行機構：配置可控加載裝置，可模擬0-100%額定載荷工況。

（二）軟件系統(tǒng)

1. 嵌入式軟件：基于FreeRTOS實時操作系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、預處理及無線通信任務調(diào)度。
2. 上位機軟件：采用LabVIEW開發(fā)人機交互界面，集成數(shù)據(jù)存儲、波形顯示及智能分析功能。
3. 算法庫：內(nèi)置FFT頻譜分析、數(shù)字濾波及神經(jīng)網(wǎng)絡故障診斷算法。

三、關鍵技術實現(xiàn)

（一）多參數(shù)同步采集技術
通過硬件定時器觸發(fā)ADC轉(zhuǎn)換，確保電機功率（P=2πnT/60）、加速度及位移數(shù)據(jù)的時間戳同步誤差小于0.5ms。采用卡爾曼濾波算法抑制高頻噪聲，提升信號信噪比。

（二）制動器性能評估方法

1. 動作時間檢測：通過比較控制信號與制動器位移信號的時間差，精度達±2ms。
2. 下滑量計算：基于位移傳感器實時數(shù)據(jù)，結合梯形積分算法，分辨率達0.05mm。

（三）無線數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議
自定義通信協(xié)議，采用時分復用（TDMA）機制避免數(shù)據(jù)沖突。數(shù)據(jù)幀格式包含設備ID、時間戳、傳感器類型及測量值，支持CRC16校驗。

四、實驗驗證

（一）測試平臺搭建
采用QY-50型煤礦起重機改造實驗平臺，配置可調(diào)速電機及液壓制動器。測試工況覆蓋空載、50%額定載荷、100%額定載荷三種狀態(tài)。

（二）測試結果分析

1. 電機功率檢測：實測值與理論計算值偏差≤2%，滿足GB/T 3811-2008標準要求。
2. 加速度響應特性：階躍響應時間<200ms，超調(diào)量<5%，符合MT/T 97-2006規(guī)范。
3. 制動器性能：動作時間誤差≤3ms，下滑量檢測重復性精度達0.1mm。

五、結論

該智能化檢驗系統(tǒng)通過嵌入式技術與傳感器融合，實現(xiàn)煤礦起重機起升機構多參數(shù)動態(tài)檢測，檢測精度與效率較傳統(tǒng)方法提升60%以上。系統(tǒng)已通過國家礦山安全監(jiān)察局認證，為煤礦起重設備的智能化維護提供了可靠解決方案。未來可進一步集成AI算法，實現(xiàn)故障預測與健康管理功能。