一、引言

煤礦起重機(jī)作為井下作業(yè)的關(guān)鍵裝備，其起升機(jī)構(gòu)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(yàn)方法依賴人工操作，存在檢測(cè)參數(shù)單一、實(shí)時(shí)性差、數(shù)據(jù)處理效率低等問(wèn)題。本文針對(duì)上述痛點(diǎn)，提出基于嵌入式系統(tǒng)與傳感器技術(shù)的智能化檢驗(yàn)方案，實(shí)現(xiàn)起升機(jī)構(gòu)多參數(shù)動(dòng)態(tài)檢測(cè)，為設(shè)備安全運(yùn)行提供技術(shù)保障。

二、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

（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(yīng)頻率0-10kHz）及位移傳感器（分辨率0.01mm），分別采集電機(jī)扭矩、起升加速度及制動(dòng)器下滑量。
2. 數(shù)據(jù)采集模塊：基于STM32F407單片機(jī)開發(fā)多通道數(shù)據(jù)采集板，支持24位AD轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)多參數(shù)同步采樣。
3. 無(wú)線傳輸單元：采用LoRa無(wú)線模塊構(gòu)建低功耗傳輸網(wǎng)絡(luò)，傳輸距離達(dá)3km，抗干擾能力強(qiáng)。
4. 執(zhí)行機(jī)構(gòu)：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(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理及無(wú)線通信任務(wù)調(diào)度。
2. 上位機(jī)軟件：采用LabVIEW開發(fā)人機(jī)交互界面，集成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、波形顯示及智能分析功能。
3. 算法庫(kù)：內(nèi)置FFT頻譜分析、數(shù)字濾波及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷算法。

三、關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)

（一）多參數(shù)同步采集技術(shù)
通過(guò)硬件定時(shí)器觸發(fā)ADC轉(zhuǎn)換，確保電機(jī)功率（P=2πnT/60）、加速度及位移數(shù)據(jù)的時(shí)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(hào)信噪比。

（二）制動(dòng)器性能評(píng)估方法

1. 動(dòng)作時(shí)間檢測(cè)：通過(guò)比較控制信號(hào)與制動(dòng)器位移信號(hào)的時(shí)間差，精度達(dá)±2ms。
2. 下滑量計(jì)算：基于位移傳感器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，結(jié)合梯形積分算法，分辨率達(dá)0.05mm。

（三）無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議
自定義通信協(xié)議，采用時(shí)分復(fù)用（TDMA）機(jī)制避免數(shù)據(jù)沖突。數(shù)據(jù)幀格式包含設(shè)備ID、時(shí)間戳、傳感器類型及測(cè)量值，支持CRC16校驗(yàn)。

四、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

（一）測(cè)試平臺(tái)搭建
采用QY-50型煤礦起重機(jī)改造實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，配置可調(diào)速電機(jī)及液壓制動(dòng)器。測(cè)試工況覆蓋空載、50%額定載荷、100%額定載荷三種狀態(tài)。

（二）測(cè)試結(jié)果分析

1. 電機(jī)功率檢測(cè)：實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值偏差≤2%，滿足GB/T 3811-2008標(biāo)準(zhǔn)要求。
2. 加速度響應(yīng)特性：階躍響應(yīng)時(shí)間<200ms，超調(diào)量<5%，符合MT/T 97-2006規(guī)范。
3. 制動(dòng)器性能：動(dòng)作時(shí)間誤差≤3ms，下滑量檢測(cè)重復(fù)性精度達(dá)0.1mm。

五、結(jié)論

該智能化檢驗(yàn)系統(tǒng)通過(guò)嵌入式技術(shù)與傳感器融合，實(shí)現(xiàn)煤礦起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)多參數(shù)動(dòng)態(tài)檢測(cè)，檢測(cè)精度與效率較傳統(tǒng)方法提升60%以上。系統(tǒng)已通過(guò)國(guó)家礦山安全監(jiān)察局認(rèn)證，為煤礦起重設(shè)備的智能化維護(hù)提供了可靠解決方案。未來(lái)可進(jìn)一步集成AI算法，實(shí)現(xiàn)故障預(yù)測(cè)與健康管理功能。